Лекция 14. Термохимическая резка металлов. Контроль сварных соединений
Резка металлов – это процесс, обратный сварке. Технологические процессы термохимической резки базируются в основном на технологических процессах сварки плавлением. Металл из зоны реза может быть удален: термическим способом – за счет расплавления и вытекания металла; химическим способом – посредством окисления, превращения металла в окислы и шлаки; термохимическим способом – посредством одновременного расплавления и окисления металла в сочетании с механическим воздействием на жидкий металл, окислы и шлака струей газа, электродом, порошками и др.
В машиностроении применяют следующие способы термохимической резки металлов:
газокислородная;
кислороднофлюсовая;
воздушно-дуговая;
плазменная;
лазерная;
электроконтактная.
14.1. Газокислородная резка
Газокислородная резка основана на свойстве металлов и сплавов сгорать в струе технически чистого кислорода (рис. 14.1. а). Эти способом режут материалы, удовлетворяющие следующим требованиям:
а) Температура плавления металла должна быть выше температуры его горения в кислороде. Например, для низкоуглеродистой стали температура плавления 1500 С, температура горения 1350 С. С увеличением содержания углерода эта разница уменьшается;
б) Температура плавления окислов металла должна быть ниже температуры его плавления. Это обеспечивает более легкое выдувание потоком кислорода жидких оксидов из зоны реза;
в) Образующиеся при резке окислы и шлаки должны быть достаточно жидкотекучи и легко выдуваться струей режущего кислорода;
г) Теплопроводность металла должна быть невысокой, иначе сообщаемое металлу тепло будет интенсивно отводиться от зоны реза и термохимическая резка будет затруднена (резка меди и ее сплавов и др.);
д) Теплота сгорания металла в кислороде должна быит достаточной для поддержания непрерывности процесса резки. Например, при резке низкоуглеродистой стали 65–70% тепла выделяется от сгорания металла и лишь 30–35% – от подогревающего пламени резака.
Этим требованиям отвечает железо, низкоуглеродистые и низколегированные стали. При содержании углерода более 0,7% резка затруднена. Содержание легирующих элементов в стали не должно превышать 5%, так как они способствуют образованию тугоплавких окислов.
Затруднения при газокислородной резке вызывают: серый чугун, у которого температура плавления равна температуре горения; медные сплавы (высокая теплопроводность и малая теплота сгорания); алюминиевые сплавы (все покрыты тугоплавкой оксидной пленкой); высокохромистые и хромоникелевые стали.
Схема ацетиленокислородного резака показана на рис. 14.2. В основе его конструкции – ацеталенокислородная сварочная инжекторная горелка, снабженная дополнительной отводной трубкой с вентилем для подачи в мундштук кислорода. Соответственно мундштук имеет дополнительное отверстие для кислорода. При резке сначала зажигают ацетилено-кислородную смесь (которая поступает из кольцевого зазора мундштука), разогревают место реза до расплавления или до высокой температуры, а затем в мундштук, по его осевому каналу, подают кислород. Струя режущего кислорода сжигает жидкий металл и удаляет его окислы из зоны реза. Для резки протяженных заготовок применяется автоматическая и полуавтоматическая кислородная резка.
Существуют три вида кислородной резки: разделительная, поверхностная и кислородным копьем.
При разделительной резке режущая струя направляется перпендикулярно к поверхности металла и прорезает его на всю толщину. Примеры: раскрой листового металла, вырезка косынок, кругов, фланцев, разделка кромок под сварку. Толщина заготовок – до 300 мм, ширина реза – до 10 мм.
При поверхностной резке режущая струя направлена под очень небольшим углом к поверхности металла (почти параллельно ему) и обеспечивает грубую строжку или обдирку, удаление дефектов отливок, получение радиальных канавок (глубиной до 12 мм) или плоских пазов (глубина до 12 мм, ширина до 50 мм).
Резка кислородным копьем выполняется тонкостенной стальной трубкой (копьем). Начинается резка с подогрева места реза сварочной дугой или горелкой. Затем в трубку пускают из баллона кислород. На выходе кислорода копье загорается, его прижимают к металлу и постепенно углубляют в металл и таким образом прожигают отверстие соответствующего диаметра. Примеры: прорезание летки в металлургических печах, отверстия в бетоне.
Скорость разделительной резки – 80–560 мм/мин, на автоматах –до 1600 мм/мин, предельные отклонения – от 1 до 3 мм, шероховатость (Rz) – от 0,050 до 1,0 мм. Резку выполняют в любом пространственном положении. Газокислородная резка широко применяется в машиностроении. Кроме ацетилена возможно использование и других газов.