Тема 3.3.2 Дуговая, воздушно-дуговая и плазменно-дуговая резка

Вопросы:

1. Сущность и применение дуговой резки.

2. Сущность и применение воздушно-дуговой резки.

3. Сущность и применение плазменно-дуговой резки.

1 . Электрическая дуговая резка. Теплота электрической дуги рас­плавляет металл, который выте­кает из полости реза, – в этом су­щность электрической дуговой резки. Дуга 2 горит между сталь­ным или угольным электродом 1 и разрезаемым металлом 3 (рис. 87). Резку ведут как на постоян­ном, так и на переменном токе, на том оборудовании, которое используют для сварки. Сила тока 300…350 А. Хорошо оправдывают себя электроды с толстым слоем мелового покрытия.

Рассматриваемый способ применяется для грубой резки метал­ла, в основном на строительных объектах. Качество резки низкое, низка также производительность.

Дуговая резка выполняется, как правило, вручную угольными (графитовыми) или металлическими электродами. Резка угольными электродами производится на постоянном токе, металлическими – на постоянном и переменном. Рис. 87 Электродуговая резка

Резку производят стальными электродами с качественным покрытием, но более тугоплавким, чем для сварки. Такое покрытие обеспечивает при резке образование небольшого козырька, закрывающего зону дуги. Козырек предохраняет электрод от короткого замыкания на разрезаемый металл, а также способствует более сосредоточенному нагреву металла и позволяет производительнее вести резку. В качестве покрытия применяют смесь, содержащую 70 % марганцевой руды и 30 % жидкого стекла. Успешно используются также электроды с покрытием ЦМ-7 и ЦМ-7с.

Дуговая резка вращающимся стальным диском осуществляется следующим образом. К стальному листу и разрезаемому металлу подводится электрический ток. При соприкосновении вращающегося диска с разрезаемым металлом возникает дуга, которая оплавляет металл, выбрасывает его из места реза. В производственных установках употребляют стальные диски диаметром до 500 мм и толщиной 4…6 мм. Диск вращается со скоростью около 40 м/с. Для охлаждения диска применяют сжатый воздух давлением до 0,5 МПа. Источником питания дуги служит любой понижающий трансформатор мощностью до 30 кВт с напряжением холостого хода 10…30 В. Производительность резки пропорциональна мощности источника питания. Зона термического влияния на кромках разрезанного металла составляет до 1 мм. Износ рабочей кромки стального дискового электрода не превышает 2 % от массы удаленного металла. При использовании электродов, армированных вставками из стойкого сплава, износ уменьшается до 20 раз.

По производительности труда и чистоте реза дуговая резка значительно уступает газовой резке и имеет поэтому второстепенное значение. Она применяется преимущественно в тех случаях, когда по каким-либо причинам нет возможности применить газовую резку. Дуговая резка применяется при удалении литников и прибылей чугунных отливок; при разборке и разделке в габаритный лом старых металлических конструкций, особенно если эти конструкции имеют швы или детали хромоникелевых аустенитных сталей, требующих обычно специальных методов газовой резки; при монтажных работах для снятия монтажных приспособлении.

Воздушно-дуговая резка. Этот способ является разновидностью электрической дуговой резки. Расплавленный электрической дугой металл непрерывно удаляется струей сжатого воздуха. Кроме рез­ки, этим способом с успехом выполняется поверхностная обработка металла: вырезка канавок, разделка трещин, удаление дефектных участков в корне сварного шва, срез заклепок и пр. Электро­ды можно использовать любые. Как правило, используют угольные электроды. Сжатый воздух в резак поступает из воздушной магистрали под давлением 3…6 ати. Скорость резки углеродистых и низ­колегированных сталей толщиной до 30 мм составляет 0,4…0,5 м/мин.

Электрическая дуговая резка и ее разновидности могут приме­няться при работах под водой. На рис. 88 приведена схема процесса воздушно-дуговой резки.

Рис.88 Схема процесса воздушно-дуговой резки:

1 – резак; 2 – воздушная струя; 3 – канавка; 4 – электрод (угольный)

Воздушно-дуговую резку металлов выполняют постоянным током обратной полярности, так как при дуге прямой полярности металл нагревается сравнительно на широком участке, вследствие чего удаление расплавляемого металла затруднено. Возможно применение и переменного тока. Для воздушно-дуговой резки применяют специальные резаки, которые делятся на резаки с последовательным расположением воздушной струи и резаки с кольцевым расположением воздушной струи.

В резаках с последовательным расположением воздушной струи относительно электрода сжатый воздух обтекает электрод только с одной стороны.

Для воздушно-дуговой резки применяют угольные или графитовые электроды. Графитовые электроды более стойки, чем угольные. По форме электроды бывают круглыми и пластинчатыми. Величину тока при воздушно-дуговой резке определяют по следующей зависимости I = К · d, где I – ток, А; d – диаметр электрода, мм; K – коэффициент, зависящий от теплофизических свойств материала электрода, равный 46 … 48 А/мм, для угольных электродов и 60…62 А/мм для графитовых.

Источниками питания для воздушно-дуговой резки служат стандартные сварочные преобразователи постоянного тока или сварочные трансформаторы.

Питание резака сжатым воздухом осуществляют от цеховой сети, имеющей давление 0,4…0,6 МПа, а также от передвижных компрессоров. Применение сжатого воздуха при воздушно-дуговой резке давлением выше 0,6 МПа нецелесообразно, так как сильная воздушная струя резко снижает устойчивость горения дуги.

Воздушно-дуговую резку разделяют на поверхностную строжку и разделительную резку. Поверхностную строжку применяют для разделки дефектных мест в металле и сварных швах, а также для подрубки корня шва и снятия фасок. Фаску можно снимать одновременно на обеих кромках листа. Ширина канавки, образующаяся при поверхностной строжке, на 2…3 мм превышает диаметр электрода. Воздушно-дуговую разделительную резку и строжку применяют при обработке нержавеющей стали и цветных металлов. Она имеет ряд преимуществ перед другими способами огневой обработки металлов, так как более проста, а также более дешевая и более производительная.

3. Резка плазменной дуги (рис. 89, а) основана на способности сжатой дуги глубоко проникать в металл, проплавляя его по линии реза дуговым разрядом. Под действием высокой температуры сжатой дуги газ 2, проходя через дуговой разряд, сильно ионизирует, образуется струя плазмы, которая удаляет расплавленный металл из места реза.

Дуга 1 возбуждается между разрезаемым металлом 4 и неплавящимся вольфрамовым электродом 5, расположенным внутри головки резака 6. Дуговую газоразрядную плазму 3 называют низкотемпературной (ее температура 5000…20000° С).

Рис. 89 Схема процесса плазменно-дуговой резки:

а – плазменной дугой, б –плазменной струей

Применяемые при плазменно-дуговой резке плазмообразующие газы должны обеспечивать получение плазмы и необходимую защиту вольфрамового электрода от окисления. В качестве таких газов применяются аргон, азот и смеси аргона с азотом, водородом и воздухом. В качестве электродов используется лантанированный вольфрам ВЛ-15. Вольфрамовый электрод располагают соосно с соплом плазмотрона. Струя плазмы имеет большую скорость истечения и имеет форму вытянутого конуса, сечение которого на выходе соответствует сечению сопла.

Плазменно-дуговую резку применяют при резке металлов, которые невозможно или трудно резать другими способами, например, при резке коррозионно-стойких легированных сталей, алюминия, магния, титана, чугуна и меди.

При резке плазменной струей разрезаемый металл не включается в электрическую цепь дуги. Дуга горит между концом вольфрамового электрода и внутренней стенкой охлаждаемого водой наконечника плазмотрона. Сущность резки плазменной дугой заключается в выплавлении металла струей плазмы и выдувании расплавленного металла из зоны реза.

На рис. 89, б схематически представлен процесс резки плазменной струей. Питание осуществляется от источника постоянного тока 3. Минус подводится к вольфрамовому электроду 4, а плюс к медному соплу 2, которое охлаждается водой. Дуга 6 горит между электродом и соплом и выдувается газовой смесью из внутренней полости мундштука 5 с образованием струи плазмы 1, которая проплавляет разрезаемый металл 7. В качестве плазмообразующего газа используются в основном аргон и смесь аргона с азотом.

Плазменная струя применяется при резке тонкого металла.

Скорость резки плазменной струей зависит от свойств разрезаемого металла и от параметров и режима резки (сила тока, напряжение, расход газа). Резка плазменной струей производится как ручным, так и механизированным способом.

Для плазменно-дуговой резки применяется специальное оборудование, которое питается электрической энергией. Основным элементом при плазменной резке является режущий плазмотрон. В ручном плазмотроне имеется устройство для управления рабочим циклом резки – подачей и перекрытием газов, зажиганием вспомогательной дуги.

Рис.90 Резак РДМ-2-66 для плазменно-дуговой резки

Для ручной плазменной резки применяется плазмотрон РДМ-2-66 (рис. 90). Плазмотрон состоит из головки 4, мундштука с формирующим соплом 3 и рукоятки 5. Головка резака 4 имеет водоохлаждаемый корпус, вода к которому подводится и отводится через рукава 8 Мундштук изолируется от токоведущего корпуса резиновой прокладкой. Клапанно-венгильный блок, смонтированный на рукоятке, состоит из вентиля для подачи аргона 10 с штуцером 9, рычажного клапана 6, позволяющего осуществлять резку в смеси аргона с водородом или азотом и штуцера 7. Резак имеет опорный ролик 2 и щиток 1. В кабельно-шланговый пакет входят два газовых рукава – для аргона и водорода или азота и два рукава водяного охлаждения. В одном из рукавов охлаждения проходит кабель рабочего тока сечением 10 мм², который соединяется с минусом источника питания.

Плазмотрон РДМ-2-66 предназначен для ручной разделительной резки алюминия и его сплавов толщиной до 25 мм и нержавеющих сталей толщиной до 20 мм. Резка выполняется в аргоно-водородной или аргон-азотной смеси на постоянном токе прямой полярности.