Дуговая и воздушно-дуговая резка металлов
|
В контексте
 |
При дуговой резке расплавленный металл удаляется из зоны резки механическим воздействием сварочной дуги и под действием собственного веса. Этим методом можно резать низкоуглеродистые стали, легированные, цветные металлы и чугун.
Резку электрической дугой производят металлическим и угольным электродами и в среде защитных газов. Применяемые металлические электроды должны иметь специальное толстое покрытие, которое при сгорании выделяет теплоту и кислород, что ускоряет процесс. В практике широко применяются обычные толстопокрытые электроды марок ЦМ-7, ЦМ-7С и другие. Металлические электроды применяются главным образом при монтажных работах.
Угольными электродами пользуются при работе на постоянном токе прямой полярности. Для получения более узкого реза применяются пластинчатые электроды.
Метод резки металлов электрической дугой имеет и некоторые недостатки: низкая производительность процесса, недостаточная чистота реза, науглероживание кромок при резке угольным электродом, натеки на нижней кромке, большой расход основного металла.
Производительность процесса электродуговой резки определяется количеством выплавленного металла в единицу времени
Gв=aв·I·t , откуда aв=Gв/(I·t), г/А·ч
где Gв— количество металла, выплавленного в час, г
I — величина тока при резке, А;
t — время горения дуги для определения производительности, ч;
aв — коэффициент выплавки, г/А·ч.
 |
| Рис.1. Схема дуговой резки металлическим электродом |
Производительность зависит от силы тока и угла наклона электрода относительно поверхности обрабатываемого металла. Установлено, что наибольшая производительность будет при угле наклона 10° (рис.1). При таком угле наклона повышается эффективная тепловая мощность дуги за счет уменьшения потерь тепла в окружающее пространство.
Воздушно-дуговая резка представляет собой новый способ обработки металлов и объединяет два физических процесса: расплавление металла теплом электрической дуги и выдувание жидкого металла струей сжатого воздуха. Окисление металла при этом происходит лишь как попутное явление, не влияющее на процесс резки.
Количество выплавленного металла зависит от количества тепла, подведенного электрической дугой, от теплоемкости и теплопроводности металла. Воздушно-дуговым способом можно резать углеродистую, легированную, высоколегированную сталь, чугун, бронзу, латунь, алюминий и его сплавы.
При правильном ведении процесса расплавленный металл полностью удаляется и поверхность основного металла, вследствие кратковременности воздействия нагрева, не изменяет своего состава. Воздушно-дуговая резка применяется при поверхностной обработке металла для выплавки дефектных участков корня сварных швов, срезки заклепок, разделки трещин, выплавки пороков в отливках, для V -образных подготовок кромок под сварку, для пробивки отверстий для соединительных скоб, заклепок и др.
Преимущество воздушно-дуговой резки — ее экономичность, возможность использования недефицитных материалов, простота оборудования.
При воздушно-дуговой резке используют угольные электроды диаметром 6—12 мм, длиною 250 мм и больше. Электроды при резке нагреваются до белого свечения и быстро «сгорают». При этом стержень заостряется и образует конус. Меньше нагреваются и более устойчивы в работе угольные омедненные электроды, а также угольно-графитовые, графитовые электроды.
Воздушно-дуговая резка наиболее производительна при использовании постоянного тока обратной полярности, а при резке цветных металлов — прямой полярности.
 |
 |
| Рис.2. Схема ванны расплавленного металла при горении дуги на прямой (а) и обратной полярности (б). |
При дуге прямой полярности под действием высокой температуры катод эмитирует электроны, получающие ускорение в катодной зоне и, тем самым, увеличивающие свою кинетическую энергию. Анод получает от столба дуги энергию в виде потока электронов и в виде теплового излучения. Эта энергия и энергия, выделяемая током за счет сопротивления раскаленного анода, расходуется на плавление металла на широком участке. При этом образуется чашеобразное углубление, по которому растекается расплавленный металл (рис.2 а), удаление КОТОРОГО ВОЗДУХОМ затруднено. Производительность резко падает.
При дуге обратной полярности расплавленный металл образует форму конического выступа (рис.2 б), который обусловлен тем, что движение потока электронов, направленное от катода к аноду (в данном случае от изделия), как бы центрирует массу расплавленного металла, стремясь увлечь металл в своем движении. Металл, расплавленный дугой обратной полярности, более подвижен и текуч. Струя воздуха легко удаляет жидкий металл.
Основным рабочим инструментом является резак. Резаки, в зависимости от назначения и метода подачи воздуха, можно разделить на следующие группы:
- резак с обтекаемой подачей воздуха;
- резак с боковой подачей воздуха;
- резак с двухсторонней подачей воздуха;
- универсальный держатель-резак;
- резак специального назначения.
Резаком с обтекаемой подачей воздуха можно производить резку в любом направлении: справа налево, слева направо, от себя, на себя. Недостатком резака с обтекаемой подачей воздуха является круговое обдувание электрода воздухом, что вызывает большой расход воздуха.
Резку резаком с боковой подачей воздуха ведут в одном направлении (обычно справа налево), а воздух подается параллельно электроду сзади.
Резак с двусторонней подачей воздуха перемещают при операции справа налево и слева направо. Воздух подается и перед электродом и за ним.
Универсальные держатели употребляются не только для резки, но и для сварки металлов металлическим электродом.
Резаки специального назначения снимают большие поверхности металла за один проход.
Производительность воздушно-дуговой резки прямо пропорциональна силе тока, т. е. целесообразно применять мощные сварочные генераторы. Рекомендуемые значения тока в зависимости от диаметра электрода приведены ниже:
| Диаметр электрода, мм. | 6 | 8 | 10 | 12 |
| Сила тока, а | 120—250 | 160—320 | 250—400 | 350—500 |
Питание резака сжатым воздухом производится от цеховой сети под давлением 4—6 ати или от сети индивидуального компрессора. Если давление больше, обрывается дуга, а если меньше — слабо выдувается металл.
 |
| Рис.3. Схема воздушно-дуговой строжки |
| 1 - электрод, 2 - резак, 3 - воздушная струя, 4 - канавка |
Вылет электрода не должен превышать 100 мм. При работе электрод «обгорает» и периодически должен выдвигаться на ту же величину. Воздушный вентиль открывают до начала резки. Возбуждение дуги производится при поступлении воздуха. Выплавка металла начинается немедленно с появлением дуги, поэтому дугу надо возбуждать в намеченной точке реза. Во всех случаях электрод устанавливается с наклоном 35—40 град. к поверхности металла. При использовании электрододержателей с боковой подачей воздуха (рис.3) воздушные отверстия должны быть внизу но отношению к рабочему концу угольного электрода в призме электрододержателя. Движение резака производится в направлении конца электрода.
После появления дуги резак движется вперед с постоянным касанием передней кромки расплавленной ванны. Нажимать на электрод не следует, так как при нагреве электрод становится непрочным - может легко сломаться. Скорость перемещения принимается примерно 500—2000 мм/мин, а глубина канавки увеличивается с возрастанием силы тока, увеличением угла между электродом и металлом и с уменьшением скорости продвижения электрода.
При устойчивом ведении электрода канавка получается постоянной формы с ровной поверхностью, без брызг расплавленного металла. Если ширину канавки требуется получить больше диаметра электрода, то резка ведется с поперечными колебаниями по ширине реза.
 |
| Рис.4. Схема разделительной воздушно-дуговой резки |
При резке (рис.4) электрод располагается под углом 45— 60° по отношению к изделию, причем электрод проходит через всю толщину металла. Скорость резки увеличивается с возрастанием силы тока и уменьшением толщины разрезаемого металла. Однако при равных условиях она уменьшается с увеличением диаметра электрода.
| Диаметр электрода, мм | Сила тока. а | Скорость резки, мм/мин при толщине разрезаемой стали, мм | |||
| 5 | 8 | IS | 20 | ||
| 6 | 150 | 600 | _ _ | ______ | ______ |
| 300 | 1200 | 600 | — | ^ | |
| 8 | 150 | 1000 | 400 | — | |
| 300 | 1000 | 500 | — | — | |
| 400 | 2000 | 800 | 400 | — | |
| 10 | 300 | 1200 | ___ | _______ | ______ |
| 400 | 1600 | 600 | 300 | — | |
| 500 | 2000 | 1000 | 500 | 500 | |
При воздушно-дуговой разделительной резке получается чистая гладкая кромка реза. Если придать электроду наклон в поперечном направлении к линии реза, то можно получить резку со скосом кромок. Особого внимания заслуживает резка этим способом нержавеющей стали толщиной до 15 мм.
Воздушно-дуговой поверхностной и разделительной резке могут подвергаться цветные металлы и их сплавы. Однако применение этого способа для разделения цветных металлов требует повышения погонной энергии ввиду более высокой теплоемкости и теплопроводности этих материалов. Кромки у этих металлов получаются неровными, окисленными и требуют последующей механической обработки. С помощью воздушно-дуговой резки можно удалить все дефекты в стальном литье: газовые и усадочные раковины, шлаковые включения, земляные засоры, трещины, рыхлости, пористости.
Чем больше площадь дефекта и глубина его залегания, тем больше требуется диаметр электрода. Этим способом можно удалять и прибыли на литых деталях, прожигать отверстия. При достаточном навыке можно получить отверстие правильной формы.
