Тепловая резка

ЛЕКЦИЯ 7

Тепловая резка

Резка листов и профилей на детали является ведущей операцией корпусообрабатывающего производства. Трудоемкость тепловой и механической резки деталей составляет 30–40% всей трудоемкости изготовления деталей корпуса судна.

Наиболее распространены сейчас кислородная и плазменная резка.

Тепловая резка производится па стационарных и переносных машинах, а также вручную. Иногда стационарные машины условно называют газорезательными автоматами, а переносные полуавтоматами, и процесс вырезки на них деталей соответственно автоматическим и полу­автоматическим.

В зависимости от вида системы управления стационарные машины для тепловой резки могут работать: по программам, записанным на диске, магнитной ленте или на бумажной перфоленте, по копир-чертежам и по копирам, выполняемым обычно в виде копир-щитов.

Стационарные машины для судостроения выпускаются: с программным управлением и с фотоэлектронным управлением .Первые имеют общее наи­менование «Кристалл»или «Гранат», вторые – «Зенит». Каждый из этих видов машин подразделяется по виду процесса резки (плазменная – Пл или кислородная – К), по размерам обрабатываемых листов – (максимальная ширина разрезаемого листа в метрах указывается в обозначении машины) и по количеству одновременно обрабатываемых листов.

Максимальная скорость перемещения резака на этих машинах составляет 4 м/мин.

Для вырезки прямоугольных листов и разрезки листов на полосы находят применение машины с позиционным программным управлением, не требующие составления программ или вычерчивания копир-чертежей. Машина имеет три портала: средний перемещается вдоль обрабатываемого листа  по рельсам, причем закрепленные на нем резаки производят резку продольных кромок листа или разрезку листа на полосы; торцевые порталы устанавливаются перед резкой в требуемое положение ( при резке они не­подвижны), но ним каретки также несут резаки, которые обрезают торцевые кромки листа. Все резаки работают одновременно, что значительно сокращает время резки. Максимальная скорость перемещения резака 2 м/мин.

Рекомендуемые материалы

Машины, работающие по  копирам и по копир-щитам, широко распространенные раньше, в настоящее время потеряли свое значение. Однако, они находят применение на заводах для вырезки мелких деталей, например, фланцев.

 Переносные газорезательные машины представляют собой самоходные тележки, перемещающиеся по уложенным на разрезаемый лист направляющим. Тележка несет один или два резака. Переносными машинами вырезаются детали с прямолинейными кромками и кромками, имеющими незначительную кривизну, а также производится разделка кромок под сварку (снятие фасок и ласок). При разделке кромок резак устанавливается под заданным углом к поверхности листа. В зависимости от требуемой формы разделки выполняется от одного до трех проходов по каждой кромке. Однако можно выполнить разделку за один проход, объединив резаки в блок. При этом резаки в блоке должны быть смещены вдоль направления резки, чтобы струи кислорода не пересекались друг с другом.

Ручная тепловая резка применяется в ограниченном объеме – для вырезки деталей из профильного проката, разрезки перемычек между деталями или резки отходов на куски, удобные для транспортировки и т.п.

В качестве горючего при кислородной резке используются ацетилен С₂Н₂, пропан С₃Н₈, бутан C₄H₁₀ (чаще смесь пропана и бутана), а также природный газ, основной составной частью которого (98%) является метан СН₄. Весьма важной характеристикой горючего является температура пламени и количество теплоты q вводимой пламенем в металл за единицу времени через единицу поверхности, который выражается зависимостью

где –коэффициент теплообмена между пламенем и металлом, ккал/(см²*с*°С) или [кДж/см²*с*°С]; Т_пл–температура пламени, °С; Т_м–температура поверхности нагреваемого металла, °С.

Чем выше температура пламени, тем быстрее нагревается металл до температуры воспламенения его в кислороде и тем выше скорость резки.

Температура пламени в смеси с кислородом составляет для ацетилена 3100-3300, пропана и бутана 2400-2700, природного газа 2000-2200°С.

Скорость кислородной резки в значительной степени зависит от чистоты кислорода. Повышение чистоты кислорода с 99% до 99,8%  позволяет увеличить скорость резки без ухудшения качества на 20–25%, т.е. снижает трудоемкость резки.

При кислородной резке часть выдуваемого из разреза расплав­ленного и частично окисленного металла  прилипает к нижней кромке листа. Для удаления образовавшегося грата детали приходится  переворачивать и зачищать. Грат удаляют вручную с помощью скребка или ручной пневматической машинкой с наждачным кругом. Попытки механизировать этот процесс для крупных деталей пока успеха не имели. Между тем, уменьшив мощность пламени резака и несколько снизив скорость, можно вырезать детали без грата при чистоте кислорода 99,2%, но из-за значительного снижения ско­рости резки (табл. 7.1) этот процесс экономически невыгоден. Увеличение же чистоты кислорода до 99,7–99,9% обеспечивает безгратовую резку почти без снижения производительности процесса.

Как видно из табл. 7.1, скорость плазменной резки уменьшается с ростом толщины разрезаемого металла значительно быстрее, чем скорость кислородной резки. И хотя для толщины 30 мм она остается более высокой, стоимости кислородного и плазменного процессов резки при этой толщине становятся одинаковыми, так как стоимость электроэнергии, затрачиваемая па резку, больше стоимости газов, применяемых при ацетилено-кислородной резке. Кроме того, пробивка металла толщиной свыше 30 мм плазменной струей при машинной резке сопряжена со значительными трудностями. Поэтому принято считать, что при толщине до 30 мм стальные листы целесообразно разрезать на стационарных машинах плазменным способом, более толстые листы – кислородным.

Таблица 7.1–Скорость основных видов тепловой резки малоуглеродистой стали, мм/мин

Для плазменной резки характерны следующие преимущества по сравнению с кислородной резкой: увеличение производительности оборудования и рабочих вследствие высоких скоростей резки; универсальность процесса (благодаря высокой температуре плазмы разрезаются любые металлы); уменьшение тепловых деформаций вырезаемых деталей, так как в металл вносится тепла в несколько раз меньше, чем при кислородной резке; отсутствие при правильном режиме грата на кромках. Главными ее недостат­ками являются усложнение условий труда и в некоторых случаях неблагоприятное воздействие на процесс последующей сварки деталей. Яркая плазменная дуга ослепляет окружающих и является источником шума, поэтому на стационарных машинах резак должен заключаться в светозащитный кожух. Образующиеся при резке озон, окись азота и другие вещества, неблагоприятно влияют на человеческий организм, в связи с чем раскроечные столы должны снабжаться эффективной вытяжной вентиляцией, без которой применение плазменной резки недопустимо.

При воздушно-плазменной резке конструкционных сталей наблюдается  увеличение содержания азота в слоях, прилегающих к поверхности реза (до 0,33% при содержании азота в исходном металле 0,018%). При последующей сварке деталей толщиной менее 12 мм под слоем флюса отмечено из-за этого образование пор и свищей. Для других способов сварки подобного явления не на­блюдалось. Замена воздушпо-нлазмеппой резки кислородно-плазменной снижает газонасыщение кромок и способствует нормальному протеканию процесса сварки. Однако наименьшее газонасыщение достигается применением смеси воздуха или кислорода с водой. Для этого созданы резаки специальной конструкции, в которых плазменная струя окружена тонкой водяной завесой. Этот способ рекомендуется в основном для резки малоуглеродистых, низко- и среднелегированных сталей. Кислород, содержащийся в плазмообразующем газе, реагируя с железом, повышает тепловыделение в зоне реза, что позволяет повысить скорость резки. Для резки высоколегированных сталей, меди, латуни и бронзы рекомендуется применять азот, а для алюминиевых сплавов – смесь аргона с водородом.

"10 Европейская культура нового времени" - тут тоже много полезного для Вас.

Лазерные технологии резки пока не нашли широкого применения, хотя судостроение явилось одной из первых отраслей промышленности, проявивших интерес к технологическим лазерам. Так получилось прежде всего из-за отсутствия на рынке промышленных образцов технологических лазеров необходимой мощности (не менее 2 кВт для резки деталей корпусов судов и 15 кВт для сварки корпусных конструкций), отличающихся надежностью работы в типичных для судокорпусостроения тяжелых производственных условиях.

Лазерная резка обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с плазменной или кислородной резкой. Это, прежде всего, высокая точность вырезки деталей при практическом отсутствии их тепловых деформаций, обеспечиваемая благодаря минимальной ширине реза; отсутствие скоса кромок и минимальные газопылевые выбросы, легко удаляемые за счет местного отсоса небольшой мощности. При использовании в составе машин лазеров мощностью 3-4 кВт становится возможной прецизионная резка листовых деталей толщиной до 20 мм. При этом увеличение затрат на резку деталей окупается за счет исключения пригоночных работ при сборке конструкции корпусов судов.

Маркирование и разметка деталей, вырезаемых на машинах лазерной резки с ЧПУ, может осуществляться с помощью того же лазера что превращает эти машины в своего рода обрабатывающие центры.

Существующие в настоящее время технология и оборудование для тепловой резки пока не обеспечивают точности, полностью устраняющей необходимость пригонки при сборке.

Погрешности тепловой резки на машинах с программным управлением вызываются, с одной стороны, неточностью работы машин, с другой – тепловыми деформациями вырезаемых деталей. Для машин с фотоэлектронным управлением к ним добавляются погрешности вычерчивания копир-чертежа, а при резке по разметке на переносных машинах – погрешности разметки контура детали.

Для уменьшения тепловых деформаций необходимо указывать на картах раскроя или па копир-чертежах последовательность вырезки деталей. Сначала следует вырезать узкие и длинные детали, которые при раскрое листа должны по возможности распо­лагаться у одной из продольных кромок. Начало и направление реза каждой детали назначают так, чтобы кромка, соединяющая деталь с основной частью листа, отрезалась в последнюю очередь. Иногда, особенно при вырезке длинных и узких полос, оставляют перемычки – участки непрорезаемого металла длиной 12–15 мм, которыми детали скрепляются друг с другом и с неразрезанной еще частью листа. Перемычки разрезают вручную после остывания листа.