Кислородная резка металла: технология, необходимое оборудование, техника безопасности
Кислородную резку металлов (в литературе можно встретить термин «автогенная резка») активно применяют в промышленности для нарезки листового материала из стали и иных сплавов на заготовки необходимой длины. Также данная технология применяется при проведении ряда ремонтных работ и работ по демонтажу конструкций. Популярность ее обусловлена сравнительной простотой и низкой стоимостью оборудования, а также высокой степенью безопасности. Статья содержит сведения о самой технологии, о необходимом оборудовании и основах техники безопасности при проведении кислородной резки металлов и других материалов.
Основы технологии
Перед началом резания металл рекомендуется нагреть пламенем горелки. Это касается лишь материалов с большим сечением. Упомянутое пламя появляется вследствие реакции кислорода с газом. Если пренебречь этой рекомендацией, то металл неизбежно поведет, произойдет коробление. Впрочем, если геометрическая форма нарезаемых кусков не важна, например, при осуществлении работ по демонтажу сооружений из строительных сталей, а также при нарезании тонкостенных листов, допускается газовая сварка и кислородная резка металла без предварительного подогрева изделий.
Высокие температуры в зоне резания достигаются путем сжигания кислорода высокой степени очистки из баллона. В металлических резервуарах под очень высоким давлением содержится от 99 до 99,8 % кислорода. Если для подогрева используется кислород обычной чистоты (грубо говоря, атмосферный воздух), то для эффективной кислородной резки металла нужен именно кислород высокой чистоты.
Подготовка поверхности
Если стоит задача распилить на транспортируемые куски крупный объект, который подлежит утилизации, то подготовкой поверхности можно и не заниматься. Резак справится с этой задачей в кратчайшие сроки. Другое дело – производство новых изделий. В этом случае важно получить качественную линию разреза, чистую от окалины и других нежелательных включений. Кислородной резке металла предшествует тщательная очистка материала.
Существует большое количество методов устранения загрязнений. Наиболее популярные из них – прогрев поверхности газовым пламенем и механическая очистка. Первый способ наиболее прост. Он позволяет эффективно устранять окалину – злейшего врага газосварщика. Сущность его заключается в прогреве поверхности металла до критических температур. Второй метод является более затратным и требует наличия специального оборудования (пескоструйные машины, скребки, щетки и так далее) и квалифицированного рабочего персонала.
Требования к материалам
Кислородно-флюсовой резке металлов могут подвергаться далеко не все марки стали и сплавы. Одними из главных условий являются температура плавления и температура воспламенения. Для нормального протекания процесса первый показатель должен быть значительно выше второго. Понятно почему: в противном случае материал будет оплавляться, а не сгорать, что приведет к образованию потеков. Линия реза будет иметь неаккуратный вид, зачастую это делает невозможной дальнейшую обработку детали на механообрабатывающих станках в результате смещения баз. Кроме того, такой слой металла может иметь плохие механические и физические свойства.
Определенные элементы, добавляемые в состав сталей в качестве примесей, могут оказывать отрицательное воздействие на процесс кислородно-пропановой резки металла. Так наиболее обрабатываемыми считаются стали, содержание углерода в которых не превышает 0,3 %. Скорость резки при увеличении содержания углерода не уменьшается, однако сталь становится склонной к перегреву, закалке поверхностного слоя и образованию закалочных трещин, которые могут послужить концентраторами напряжений и привести к хрупкому разрушению всей заготовки.
Ручная резка
Газовая кислородная резка металла, в зависимости от степени автоматизации и механизации, подразделяется на механизированную и ручную.
Ручную сварку целесообразно использовать в условиях мелкосерийного и единичного производства, а также при проведении работ по демонтажу конструкций и сооружений. Идеально подходит для вырезания заготовок из труб, устранения литников с литых изделий и так далее.
Оборудование кислородной резки металлов и сплавов отличается высокой мобильностью, простотой в эксплуатации и надежностью. Благодаря этим качествам эта технология является наиболее распространенной как на промышленных предприятиях, так и в ремонтных организациях.
Механизация процесса
За последние десятилетия робототехника развивалась очень стремительно. Сегодня роботы применяются практически повсеместно. И кислородно-дуговая резка металлов – не исключение. В настоящее время оборудованием для резки с числовым программным управлением уже никого не удивишь. Эти аппараты могут оснащаться несколькими кислородными резаками для резки металла, что значительно повышает их и без того высокую производительность. Все ведущие зарубежные машиностроительные холдинги и компании уже давно активно внедряют подобную технику в свои производственные цепочки, стараются не отставать и отечественные компании. Уровень механизации сварочных работ в среднем составляет порядка 80 %.
Сущность кислородно-флюсовой резки металла
Традиционная резка подходит далеко не для всех материалов. Например, сталь, легированная хромом с никелем, плохо поддается резке. Аналогичная проблема возникает и при нарезании цветных металлов и чугунов.
Тогда на выручку приходит кислородно-флюсовая технология. Сущность ее заключается в следующем. В зону резания подается порошок флюса. Это вещество в процессе резания воспламеняется и сгорает, выделяя при этом большое количество тепла, что делает возможным оплавление тугоплавких карбидов, боридов и оксидов металлов.
Оборудование для кислородно-флюсовой резки
Можно сказать, что для этого вида резки металла используется обычное стандартное оборудование, дополнительно оснащенное устройством для подачи флюса (так называемый флюсопитатель и кислородный резак для резки металла с подачей флюса). Самыми распространенными установками такого типа являются приборы конструкции научно-исследовательского института Автогенмаш «УРХС». Это оборудование предназначается для резки сталей с высоким содержанием хрома и других легирующих элементов.
Такое оборудование использовать и для механизированной резки, оснастив станок устройством подачи флюса.
Приемы кислородно-флюсовой резки
Техника не отличается от уже ставших традиционными приемов классической кислородной резки. Сам процесс может осуществляться как руками, так и механизированным путем с использованием вспомогательных средств, роботов и приспособлений. Она также может быть как разделительной, так и поверхностной. Рекомендуется применять для раскроя и нарезания сталей с высоким содержанием хрома и никеля (то есть для тугоплавких сталей).
Особенности кислородно-флюсовой резки чугуна
При сгорании флюс выделяет много тепла. Настолько много, что происходит так называемый отбел чугуна. Сущность этого явления заключается в том, что углерод переходит из свободного состояние в связанное. Иными словами, атомы углерода на определенном участке образуют с атомами металла химическое соединение. Это сопровождается ухудшением механическим свойств чугуна (увеличивается твердость, он становится более хрупким). В результате ускоренного прогрева и охлаждения, на поверхности появляются трещины, которые могут вызвать разрушение изделия.
Решить проблему позволяет предварительный прогрев металла и регулирование скорости его охлаждения. Справиться с такими задачами под силу лишь рабочему с высокой квалификацией и большим опытом в проведении подобных работ.
Особенности кислородно-флюсовой резки цветных металлов и сплавов
Как и чугун, медь необходимо подогревать перед тем, как начать ее резать. Нагрев осуществляется до температуры 800–900 градусов по Цельсию. Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому резка без предварительного подогрева приведет к значительным короблениям, пространственным искажениям и браку.
Сплавы на основе меди с другими элементами (латунь, бронза и так далее) также необходимо подогревать. Однако температура предварительного нагрева не должна превышать 500 градусов Цельсия.
Преимущества и минусы технологии кислородной резки
По сравнению с другими, альтернативными методами раскроя листового материала разных марок сталей, данная технология отлично подходит для разрезания по кривым линиям, для вырезания отверстий большого диаметра. Также этот метод позволяет получать глухие отверстия.
Вторым, и весьма значительным, преимуществом является простота в использовании оборудования. Газовый резак имеет небольшую массу, благодаря чему сварщик может длительное время работать с ним, при этом не уставая. Это положительно сказывается на производительности.
Газ является сравнительно доступным и дешевым видом топлива. И это третье преимущество.
Весьма существенны недостатком технологии является взрывоопасность используемых веществ. Поэтому не допускается нарушения технологической дисциплины. Игнорирование правил техники безопасности может привести к тяжелым последствиям.
Правила эксплуатации кислородного редуктора для резки металла
Перед подключением редуктора рабочий обязан убедиться в отсутствии загрязнений на резьбовых поверхностях. При наличии таковых необходимо обработать загрязненные поверхности керосином или растворителем. Лишь после продувки системы и удаления всех посторонних частиц и элементов, которые могут попасть в редуктор и нарушить его работу, можно накидывать и закреплять гайку на редуктор.
Таким же образом происходит установка и других редукторов.
Пуск газов осуществляется плавным открытием вентиля баллона. Если никаких отклонений от работы не наблюдается, вентиль можно открывать полностью. Если редуктор начнет греться, аномально шуметь, необходимо немедленно перекрыть маховик кислородного баллона для резки металла.
Техника безопасности при проведении работ
После подготовительных работ необходимо убедиться в отсутствии утечек газов. Это может быть очень опасно. Лишь после этого можно зажечь резак и отрегулировать пламя.
Если необходимо сделать небольшую паузу в работе (не более двух-трех минут), то достаточно лишь перекрыть вентиль резака. В том случае, если работы прекращаются на длительное время, необходимо перекрыть редуктор и вентиль газового баллона.
Ко всем работам по кислородной резке металла допускаются лишь рабочие, прошедшие все необходимые инструктажи.
Запрещено проводить любые работы вблизи от взрывоопасных резервуаров и легковоспламеняющихся материалов. Если работы выполняются в небольших закрытых пространствах, то рабочие должны регулярно отдыхать и дышать свежим воздухом.
Сварочные работы на производстве, которые выполняются систематически (не временного характера) должны проводиться в специально оборудованных помещениях. При этом площадь одного рабочего места – не менее четырех метров квадратных. Проходы между рабочими местами должны быть не менее 0,8 метра.
Помещения должны быть оборудованы мощной вытяжкой вредных веществ. Ее производительность должна составлять 2500–3000 м3 на 1 м3 сжигаемого газа.
В том случае, если в одном помещении (цехе) оборудовано более десяти рабочих мест сварщиков, газ должен поступать на них не из баллонов, а централизованно из газораспределительной станции. Допускается подача газов из действующих газопроводов.
Баллоны с рабочим газом допускается транспортировать лишь с защитными колпаками. Они предотвратят вентиль от повреждений и загрязнений. Запрещено транспортировать баллоны на большие расстояния руками. Для этих целей нужно применять специальные приспособления и тележки. Удары баллонов о землю или друг о друга недопустимы.
В кислородном баллоне для резки металла при нарушении технологии и порядка работы может образоваться взрывоопасная смесь газа с кислородом. Поэтому необходимо с ответственностью подходить к регулировке редукторов.