Профессия
газорезчик

Технологические особенности плазменно-дуговой резки

Скорость плазменно-дуговой резки возрастает с увеличением мощности дуги, причем скорость возрастает в большей мере с увеличением напряжения на дуге и в меньшей степени — рабочего тока дуги, повышение которого приводит к увеличению ширины реза. Величина напряжения на дуге характеризует степень проникновения дуги в разрезаемый металл, поэтому с увеличением толщины разрезаемого металла необходимо повышать напряжение на дуге. Наиболее выгодно резать металл жесткими дугами (с высоким напряжением режущей дуги), что обеспечивает большие скорости резки и качество поверхности реза. Более легкие металлы с меньшей теплоемкостью металла и меньшей теплопроводностью разрезаются с большими скоростями. При прямолинейной разделительной плазменно-дуговой резке скорость резки может быть выше на 20...30 %, чем при вырезке фигурных деталей из листовой стали.

При оптимальных режимах плазменно-дуговой резки качество поверхности реза не уступает качеству поверхности при кислородной резке металлов, за исключением неперпендикулярности. В соответствии с ГОСТ 14792—80 качество плазменно-дуговой резки оценивают следующими четырьмя основными показателями: размерным допуском, неперпендикулярностью реза, шероховатостью поверхности, глубиной ЗТВ.

Для каждого показателя в зависимости от толщины разрезаемого металла устанавливают три класса качества и точности, определяющих назначение и условия использования резов. Класс 1 предъявляет самые высокие требования к качеству поверхности плазменно-дуговой резки, класс 2 соответствует требованиям, реально достигаемым в производственных условиях, класс 3 предъявляет минимальные требования к предельным значениям показателей.

Для обеспечения высоких качества реза и производительности резки необходимо тщательное проведение подготовительных операций, которые начинаются с транспортировки металла к месту резки. При транспортировке должны быть приняты меры, исключающие деформацию листового металла и повреждения его поверхности. Это особенно относится к тонкому мягкому листовому металлу, например алюминию и некоторым его сплавам, меди и др. Такой металл целесообразно транспортировать на специальных тележках. При транспортировке его краном следует применять пневматические присосы, равномерно размещаемые по поверхности металла.

Перед резкой для уменьшения дымообразования и повышения качества реза поверхность листового металла необходимо очистить от бумаги и кон-сервационной смазки. При ремонтных или демонтажных работах поверхность металла перед резкой можно не очищать, однако в месте начала реза необходимо удалить краску, ржавчину для обеспечения электрического контакта факела вспомогательной дуги с этим участком.

Обрабатываемый металл должен надежно контактировать с положительным (заземляющим) проводом. Если нельзя гарантировать надежный контакт, целесообразно подводить положительный провод к контактной струбцине, укрепляемой на разрезаемом изделии.

Для ручной или полуавтоматической резки детали размечают прочерчиванием и кернением контура с шагом между точками 10...20 мм. Меловая разметка не обеспечивает точного воспроизведения контура и с поверхности некоторых металлов легко стирается (сдувается). При разметке деталей учитывают припуски на резку в зависимости от назначения вырезаемых деталей.

При возбуждении режущей дуги важно установить плазматрон над начальной кромкой разрезаемого металла или подвести его к кромке с горящим факелом вспомогательной дуги таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить возбуждение режущего разряда без образования двойной дуги, а с другой — исключить возможность неполного прорезания начальной кромки. Для этого плазматрон устанавливают над начальной кромкой так, чтобы ось формирующего сопла была от нее на расстоянии 3...5 мм. При значительном увеличении этого расстояния факел вспомогательной дуги может не обеспечить электрического контакта с разрезаемым металлом. Если при этом и произойдет контакт, то столб режущей дуги может отклониться в сторону кромки настолько, что возникнет двойная дуга.

При задержке резака на какое-то время у кромки дуга успеет ее проплавить, при этом образуется полу-цилиндрическая канавка большой ширины, поэтому после возбуждения режущей дуги не следует задерживать резак у начальной кромки более чем на 2...5 с (в зависимости от толщины металла). При использовании движущихся плазматронов необходимо следить за тем, чтобы режущий плазматрон начал двигаться только тогда, когда режущая дуга проплавит металл по всей толщине. Несоблюдение этого требования может привести к начальному непрорезу и затруднениям с отделением вырезанной детали от обрези, а также вызвать образование двойной дуги.

При вырезке внутреннего контура фланца необходимо выполнить начальное отверстие. В случае резки листового металла средней или малой толщины начальное отверстие можно получить прожиганием плазматроном. Для этого зажигают вспомогательную дугу. Плазматрон должен быть поднят над точкой пробивки отверстия на расстояние, исключающее возбуждение режущей дуги (зазор между торцом плазматрона и разрезаемым металлом составляет около 50 мм). Затем плазматрон постепенно опускают до возникновения режущей дуги, вновь приподнимают на 4...6 мм и перемещают в направлении контура реза (или по контуру) или включают рабочий ход режущей машины. При этом поток выплавляемого металла выбрасывается в сторону, противоположную направлению резки.

После пробивки металла плазматрон опускают до высоты 3...10 мм над поверхностью изделия. Таким образом удается пробивать отверстия в металле толщиной до 40... 50 мм. При этом не исключена возможность повреждения наконечника выбрасываемым металлом. Отверстия в листовом металле можно пробивать по описанному методу, но с применением ручного резака с одним из старых сопл, не используемых для резки по контуру.

При большой толщине листового металла в случаях, когда невозможно пробивать отверстия с помощью плазматрона, начальное отверстие засверливают. Чтобы начальное отверстие не увеличивало ширины реза, диаметр его должен быть меньше ширины намечаемого реза. При возбуждении дуги плазматрон немного смещают от оси отверстия.

В процессе резки необходимо поддерживать постоянное расстояние между торцом наконечника плазматрона и поверхностью разрезаемого металла. Это расстояние должно быть минимальным, так как с его увеличением возрастают неперпендикулярность кромок реза и ширина верхней части реза. Однако при очень малом расстоянии сопло может выйти из строя от случайных замыканий с крупными брызгами металла, приварившимся шлаком и т.п. Обычно указанное расстояние должно составлять 3...10 мм. При машинной резке рекомендуется использовать системы вертикального слежения (плавания) режущего плазматрона.

В процессе резки о правильности назначенного режима можно судить по потоку искр, выбрасываемых из полости реза (рис. 2.9). Если выбрасываемый поток искр перпендикулярен к поверхности листового металла, образующиеся поверхности кромок близки к параллельным; если этот поток отклоняется в сторону, противоположную движению резака, неперпендикулярность образующегося реза не превышает требований для класса 3. Значительное отклонение потока искр от перпендикуляра к поверхности реза и стекание выплавленного металла в виде крупных капель указывает на то, что скорость резки близка к предельно возможной и может возникнуть неполное прорезание. В этом случае брызги металла выбрасываются вверх или в сторону реза.

Рис. 2.9. Контроль качества резки по факелу дуги:
а — небольшая скорость; б — оптимальная скорость; в — большая скорость; 1 — плазматрон; 2 — металл; 3 — факел дуги

При вырезке контура, в котором прямолинейные участки сопрягаются под углом, в месте сопряжения скорость резки должна быть уменьшена до такой величины, при которой образуется рез с параллельными кромками. Это же относится к резке деталей с криволинейными контурами средней и большой кривизны. При несоблюдении указанного требования размеры вырезанной детали (по нижней и верхней плоскостям) будут значительно отличаться от заданных вследствие большого отставания. Обычно при криволинейной резке скорость уменьшают на 25...30 %. При прямолинейной резке скорость также уменьшают при завершении реза, так как в противном случае возможно неполное прорезание по толщине металла.

При назначении режимов необходимо учитывать особенности резки различных металлов: алюминия и его сплавов, легированных и низкоуглеродистых сталей, меди и ее сплавов, титана, никеля и двухслойных сталей.

Алюминий и его сплавы склонны к образованию тугоплавких оксидов. Необходимо обеспечить удаление окисленного металла из полости реза, его защиту от окисления, а также выбрать условия, способствующие образованию оплавленной пленки минимальной толщины. Алюминий в расплавленном состоянии активно поглощает водород, поэтому очень важно, чтобы литой участок на кромке реза алюминия был минимальных размеров.

Алюминиевые сплавы толщиной 5...20 мм можно резать в азоте или воздухе. Качество резки ухудшается при обработке алюминиевых сплавов толщиной 60 мм и более. Алюминий толщиной 30...160 мм целесообразнее резать в азотоводородных смесях. Для получения поверхностей резов с минимальной шероховатостью алюминий режут в аргоноводородных смесях. Качество поверхности реза зависит от содержания водорода в смеси. При малом содержании водорода поверхность получается шероховатой, у нижней кромки скапливается стекающий металл. Высокое качество поверхности обеспечивается при использовании аргоновой смеси, содержащей 35...50 % водорода. Качество поверхностей по всей толщине реза практически равноценно, натеки на нижних кромках резко уменьшаются. При содержании в смеси более 60 % водорода на поверхностях реза появляются глубокие штрихи. У верхней кромки реза наблюдается оксидная пленка, затекающая с поверхности листового металла, у нижней кромки вновь появляются натеки металла.

В оплавленном слое алюминиево-магниевых сплавов наблюдается равномерное по толщине реза выгорание магния. Внешний признак выгорания — интенсивное выделение белого дыма. При резке этих сплавов необходимо точное соблюдение режимов резки. Резы высокого качества могут быть получены при максимально возможной скорости резки и содержании в аргоновой смеси 50 % водорода. Для резки алюминиево-марганцевых сплавов и сплавов типа дуралюмина используют смеси с меньшим содержанием водорода, а также азот и его смеси и воздух.

Плазменно-дуговую резку рационально использовать для легированных сталей толщиной менее 100 мм. Рабочим газом для плазменно-дуговой резки коррозионно-стойкой стали толщиной до 50...60 мм являются кислородсодержащие газы — сжатый воздух или смесь азота с кислородом. Наименьшая шероховатость поверхности реза коррозионно-стойкой стали толщиной 16...40 мм достигается при резке в азотоводородных смесях. При резке стали небольшой толщины затрачивается большое количество азота, что предупреждает образование наплывов на нижней кромке. Сталь толщиной более 50...60 мм режут в азотных смесях, содержащих кислород или водород.

Рабочим газом при скоростной безгратовой плазменно-дуговой резке коррозионно-стойких сталей является смесь кислорода, содержащего 20...25 % азота. Резы хромоникелевых сталей, выполненные одним из указанных способов, можно после зачистки металлической щеткой сваривать без дополнительной механической обработки. Если кромки реза будут работать в особо агрессивных средах или при повышенных температурах, интенсифицирующих коррозию, а также если в этих условиях предполагается использование сварных соединений, выполненных по кромкам, подготовленным плазменно-дуговой резкой, предпочтительнее применение аргоноводородных смесей.

В качестве рабочих газов при плазменно-дуговой резке низкоуглеродистых сталей толщиной до 40...50 мм применяют сжатый воздух, кислород или кислородсодержащие смеси. Стали можно также резать в азоте или в азотоводородных смесях. При использовании водородсодержащих плазмообразующих смесей плазменно-дуговая резка низкоуглеродистых сталей практически не отличается от резки коррозионно-стойких сталей. Однако при этом скорости резки уменьшаются примерно на 20 %. При резке сталей толщиной менее 20 мм в азоте и азотоводородных смесях качество поверхностей резов низкое.

При резке медных листов и полос мощность дуги должна быть больше, чем при резке сталей. В качестве плазмообразующего газа в этом случае применяют сжатый воздух и азотные смеси с высоким содержанием водорода. Качество поверхностей реза при резке в этих средах одинаковое. Замечено, что при воздушно-плазменной резке меди на поверхности реза образуется легкоудаляемый хрупкий стекловидный грат. Для резки меди небольших и средних толщин предпочтительнее воздушно-плазменная резка при силе тока 350...400.А. Кромки реза медных листов зачищают на глубину 0,8...1,5 мм.

При резке латуни используют те же рабочие газы, что и при резке меди, скорость резки может быть увеличена по сравнению со скоростью резки меди на 25...30%. При резке на оптимальных режимах кромки реза имеют ровные и гладкие поверхности, не требующие в большинстве случаев механической обработки. В особо ответственных случаях, а также после воздушно-плазменной резки кромки зачищают на глубину до 0,5...1,0 мм.

После плазменно-дуговой резки титана, рекомендуемой только в качестве заготовительной, необходима механическая обработка. Наибольшей производительности достигают при применении азотовоздушной смеси и чистого азота. Кромки реза — ровные, чистые, без грата и натеков. В металле, прилегающем к кромкам, на глубине 0,1...0,2 мм наблюдается увеличение содержания газов по сравнению с содержанием в основном металле: в 1,5 раза — кислорода, в 7—10 раз — азота, в 4—8 раз — водорода. Оплавленный слой необходимо снимать на глубину 0,3...0,8 мм.

Рейтинг@Mail.ru