7 (Лекции по термической резке (часть 1))

7

Форма № 3.

Титульный лист

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра

ТИ-3 «Информационное обеспечение технологии соединения материалов

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

_______________________

В.М.Ямпольский

«___»_________200__г.

Для студентов _4_

курса факультета_ТИ_

Специальность _15.02.02_

К. т. н., с.н.с. Гейнрихс И.Н.

ЛЕКЦИЯ № _7_

по 4310 «Термическая резка »

ТЕМА «ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ РЕЗКИ »

Обсуждена на заседании кафедры

(предметно-методической секции)

«__»___________200__г.

Протокол № __

МГУПИ – 200__г.

Тема лекции: ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ РЕЗКИ.

Учебные и воспитательные цели:

1. Ознакомление студентов с теорией газовой разделительной резки.

Время: 2 часа (90 мин.).

Литература (основная и дополнительная):

• Куркин С.А. и др. «Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций» МГТУ 2002г. 462 стр.

• Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. Учебное пособие. – М; Высшая школа, 1986г. 311 стр.

Учебно-материальное обеспечение:

1. Наглядные пособия:

   • Диафильмы, видеофильм, компьютерные программы.

2. Технические средства обучения:

• Электронный проектор

1. Приложения: ______________________________________________

(наименования и №№ схем, таблиц, слайдов, диафильмов и т.д.)

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

Введение - до 5 мин.

Краткий обзор лекции №6

Основная часть - до 80 мин.

Технология газовой разделительной резки.

1-й учебный вопрос - 40 мин.

Резка листовых закаливающихся сталей. Газовая резка титановых сплавов.

2-й учебный вопрос - 40 мин.

Поверхностная кислородная резка.

Заключение – до 5 мин.

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ.

1-й учебный вопрос: Резка листовых закаливающихся сталей. Газовая резка титановых сплавов.

Резка листовых закаливающихся сталей

Процесс газовой резки низколегированных конструкционных сталей не встречает никаких технологических трудностей, режимы их резки те же, что и для простой низкоуглеродистой стали. Од­нако в случаях, если в стали содержатся в повышенном количестве такие примеси, как хром или кремний, технологически процесс резки стали сильно осложняется зашлаковыванием кромок.

Газовая резка конструкционных сталей осложняется их склон­ностью к закалке, затрудняющей последующую механическую обра­ботку кромок и в некоторых случаях приводящей к образованию трещин.

С корость нагрева и охлаждения кромки при резке листовой низколегированной стали толщиной 5 мм иллюстрируется рис. 128, представляющим результат термографической записи изменения температуры кромки реза во времени. С точки зрения образования в кромке закалочных структур интерес представляет скорость ох­лаждения металла в субкритическом интервале температур, соот­ветствующем наименьшей устойчивости аустенита и равном для большинства низколегированных сталей 650 - 450° С. По рис. 128 нетрудно определить скорость охлаждения кромки, составляющую 130°С/с. Однако следует иметь в виду, что столь большая ско­рость охлаждения металла в субкритическом температурном интер­вале характерна только для поверхности кромки; на удалении же от нее в глубь металла на 0,5 - 0,75 мм скорость охлаждения не превышает 40°С/с.

Предварительный подогрев конструкционной стали перед га­зовой резкой имеет практический смысл только при резке изделий малых размеров, резка которых может быть выполнена за весьма короткое время, или при резке массивных стальных изделий или заготовок, обладающих значительной массой и благодаря .этому медленно остывающих. При сравнительно малой толщине листов (порядка 4-6 мм), в особенности при боль­ших размерах листов, когда предваритель­ный подогрев немыслим и недопустима вы­сокая твердость кромок реза, целесообразно применять сопутствующий подогрев много­пламенной горелкой.

Д ля сопутствующего подогрева, способ­ствующего поднятию температур вблизи ли­нии реза всего на несколько десятков градусов, можно использовать линейные и коль­цевые многопламенные горелки. Линейные горелки применяют при прямолинейных резах, кольцевые – при вырезке фигурных деталей.

Выполнение фигурных резов с сопутствующим подогревом кольцевой многопламенной горелкой представляет особый интерес, так как наиболее часто встречается в практике.

В этом случае насадка на мундштук резака с несколькими концентрически расположенными соплами обеспечи­вает некоторое повышение температуры стали и существенное снижение скорости охлаждения, а следовательно, и твердости в кромке и примыкающих к ней слоях металла.

Термический цикл процесса резки низколегированной стали толщиной 5 мм с сопутствующим подогревом кольцевой шестисоп-ловой горелкой для точки, отстоящей от кромки реза на расстоянии 0,5 мм (рис. 129), характеризуется скоростью охлаждения металла в субкритическом интервале температур около 4,5° С в секунду, т. е. примерно в 8 раз меньшей, чем при резке без подогрева. Если сопутствующий подогрев в процессе резки существенно снижает твердость стали в зоне теплового влияния, способствуя хорошей обрабатываемости кромок, и устраняет возможность образования трещин в зоне теплового влияния, его необходимо применять. Однако в связи с тем, что сопутствующий подогрев связан с излиш­ним расходом газов (расход ацетилена возрастает на 600 - 1000 л/ч), рекомендовать его следует только в случае выполнения резки исключительно ответ­ственных изделий, когда недопустима за­калка кромок.

Если кромки вырезаемого изделия дол­жны подвергаться последующей механиче­ской обработке, а сопутствующий подогрев не может быть применен из-за сравнительно большой толщины стали (свыше 6-8 мм), можно произвести отжиг или отпуск изде­лия в термической печи. Иногда термообра­ботку (отпуск или нормализацию) разрезан­ных кромок осуществляют путем их по­следующего нагрева до требуемой темпера­туры пламенем многопламенной горелки, перемещаемой за резаком в процессе резки. При значительной толщине листов нагрев для отпуска разрезаемых кромок можно проводить одновременно с двух сторон разрезаемого листа двумя многопламен­ными горелками.

Газовая резка титановых сплавов

Титан имеет относительно высокую температуру плавления, равную 1680 °С, низкий коэффициент теплопроводности {( °С)]}, однако в отличие от хромо-никелевых сталей имеет невысокий коэффициент линейного расшире­ния ( ), в связи с чем в меньшей степени подвержен возникновению больших внутренних напряжений. С точки зрения разрезаемости титан полностью отвечает условиям газовой резки, имея сравнительно низкую температуру воспламенения в кислороде (начала интенсивного окисления, Т_пл = 1100° С) и высокие тепло­вые эффекты образования окислов TiO₂ [9,1 кДж/моль (216 ккал/г-мол)].

Титан - весьма активный элемент. Он интенсивно поглощает кислород, водород и азот. Поглощение титаном кислорода начи­нается при температуре 400°С, причем с дальнейшим повышением температуры интенсивность поглощения возрастает.

Технологически газовая резка титана и его сплавов никаких трудностей не встречает. Титан в силу своего большого сродства с кислородом режется со значительной скоростью, в несколько раз превышающей скорость резки низкоуглеродистой стали. Процесс резки титана сопровождается сильным свечением зоны реакции, наподобие горящего магния.

В связи с большой чувствительностью титана к перегреву зона теплового влияния газовой резки должна быть возможно мень­шей. С учетом сказанного следует отметить, что выпускаемые про­мышленностью для газовой резки стали резаки мало пригодны для резки тонких листов титана и его сплавов.

Достаточно высокое качество разрезанных кромок титана малой толщины достигается применением подогревающего пламени пони­женной мощности, концентрированного нагрева и больших скоро­стей резки, намного превышающих скорости резки низкоуглеродис­той стали.

Примером резака, отвечающего приведенным выше условиям резки тонколистового титана (толщиной 3-15 мм), может служить модернизированный машинный резак, имеющий головку с двумя мундштуками - наружным и внутренним, образующими кольце­образный канал горючей смеси, и уменьшенные проходные сечения инжектора, смесительной камеры и мундштуков.

Уменьшение проходных сечений достигается постановкой на ре­зак инжектора, смесительной камеры № 2 от серийной сварочной горелки и мундштуков (наружного и внутреннего) № 1 от ручного резака РР. В этом случае наружный диаметр внутреннего мундштука составляет 3 мм, а внутренний диаметр наружного мундштука 2 мм, что обеспечивает малые размеры щели для выхода горючей смеси, ширина которой составляет 0,5 мм, при наружном диаметре кольца 4 мм и внутреннем 3 мм. Диаметр центрального канала режущего кислорода при этом составляет 1,5 мм.

Процесс резки целесообразно начинать в стороне от разре­заемого листа титанового спла­ва, на укладываемой впритык к нему технологической пла­стинке, толщина которой дол­жна быть в 2,5 раза меньше толщины разрезаемого сплава.

Изменение структуры техни­ческого титана в кромке реза и в зоне теплового влияния вы­глядит следующим образом. Не­посредственно у кромки реза на глубине, не превышающей 0,1 мм, наблюдается светлая слаботра­вящаяся зона игольчатой струк­туры, так называемая зона альфирования, возникающая в резуль­тате насыщения металла кислородом и азотом. Далее следует зона термического влияния, зона '-фазы, также игольчатой структуры, аналогичной мартенситной структуре в стали.

Образование '-фазы происходит в процессе фазовой пере­кристаллизации при нагреве и последующем быстром охлаждении металла при резке.

Высокая эффективность и незначительное тепловое влияние при газовой резке листовых титановых сплавов позволяют с успехом применять этот процесс при раскрое листов и при вырезке деталей простого и сложного контуров.

При газовой резке кромок под сварку последние можно обра­батывать наждачным кругом на глубину 0,2-0,3 мм, достаточную для гарантированного удаления альфированного слоя. При вырезке же особо ответственных деталей, в которых не допускается присут­ствия зоны теплового влияния резки, кромки обрабатывают механи­ческим путем на строгальных или фрезерных станках на глубину 1-1,2 мм.

2-й учебный вопрос: Поверхностная кислородная резка.

Сущность процесса. При поверхностной кислородной резке струя кислорода направлена на поверхность металла под острым углом, составляющим 20-30° к поверхности металла (рис. 136). Как процесс разделительной резки, поверхностная резка проте­кает при наличии подогревающего пламени резака, нагревающего металл в начале и в процессе резки.

Механизм образования канавки состоит в том, что направлен­ная под углом на нагретую поверхность металла струя кислорода при ее невысоком давлении и сравнительно небольшой скорости ис­течения деформируется и, врезаясь на какую-то глубину в металл, выносит на его поверхность образовавшиеся жидкие шлаки.

Так как сечение струи зна­чительно меньше сечения обра­зуемой канавки, то, естественно, выносимый из канавки металл окисляется неравномерно. Слои металла, лежащие на пути кислородной струи, окисляются наиболее полно, а удаленные от нее - в меньшей степени. Именно этим объясняется высокий процент неокисленного железа в шлаке при кислородной поверхностной резке.

Устойчивый процесс поверхностной резки возможен только в том случае, если направление перемещения резака совпадает с на­правлением кислородной струи и остающаяся на поверхности ме­талла часть образовавшегося шлака перемещается под напором струи впереди режущего сопла в направлении канавки и нагревает металл. Если же резак перемещать в направлении, перпендикуляр­ном струе, то процесс резки прекратится из-за недостаточного про­грева передней грани образуемой канавки расплавленным шлаком, который в этом случае выносится струей на боковую стенку ка­навки.

П ри равномерном перемещении резака в направлении образуемой канавки после начала процесса резки подогревающее пламя резака может быть выключено. В этом случае будет иметь место только кислородная резка металла без участия других газов.

Существуют два основных способа поверхностной кислородной резки: строжка и обточка. В первом случае резак наподобие про­ходного резца совершает поступательное прямолинейное движение, в результате которого с поверхности металла снимается слой оп­ределенной ширины или вырезается круглая канавка. Слой с по­верхности металла может быть снят за несколько проходов одного резака или за один проход нескольких резаков, укрепленных в суппорте механизированного устройства и имеющих смещение отно­сительно друг друга по ширине обрабатываемого участка. Во втором случае, т. е. при обработке изделия обточкой, резак наподобие токарного резца совершает поступательное движение вдоль образую­щей круглой вращающейся заготовки. В результате обточки с по­верхности тела вращения снимается слой металла определенной глу­бины. Этим способом можно нарезать ленточную резьбу, образовы­вать кольцевые канавки на изделиях цилиндрической формы и пр.