Характеристика кислородно-ацетиленовой резки в строительстве

Тепловая резка металла

Из немеханических способов резки металлов можно упомянуть следующие термические способы резки: газовую резку, плазменную резку и лазерную резку металлов. Принцип, на котором основываются все технологии термической газовой резки, посновывается на использовании тепла для накаливания металла до температуры, достаточной для его плавления, возгорания или испарения.
В случае газовой резки, речь идет, главным образом, о температуре возгорания — то есть, при газовой резке металл не плавится потоком газовой смеси, а лишь доводится ей до температуры возгорания. Затем, топливный газ имеет лишь вспомогательное значение, т.к. экзотермический процесс окисления железа затем проходит самостоятельно, при условии подачи лишь кислорода, который сжигает металл и выдувает из разреза окалину и оплавленные частицы металла. Газовая резка используется обычно для резки конструкционной стали, причем, в том числе, и листов значительной толщины, а иногда также и для резки нержавеющей стали. Типичным топливом является ацетилен C2H2, а окислителем — кислород.

Температура пламени различных газов и кислорода (слева) и распределение температуры в пламени ацетилена и кислорода (справа)

Простейшее приспособление для газовой резки металла состоит из газовых баллонов, регуляторов давления, шлангов, смесителя и газовой горелки. Такое приспособление может использовать в ручном режиме для грубой работы, не требующей высокой точности разрезов — например, для утилизацию стальных конструкций на металлолом. Для вырезки фигурных деталей и частей из стали существуют автоматические установки газовой резки с программным управлением, позволяющие как в значительной степени автоматизировать процесс резки, так и создавать из металлического листа довольно сложные формы.

Резка газом При газовой резке металла, нужны и топливо (ацетилен), и окислитель (кислород). Однако, смесь топлива и кислорода используется только при первичном нагреве и проколе стального листа — после этого, железо возгорается и процесс его окисления проходит уже без участия топливного газа. На этапе собственно резки, нужен лишь кислород, поддерживающий горение и выдувающий из разреза продукты сгорания.

Необходимой и наиболее важной частью любой установки для резки газом является газовая горелка, через которую выходит поток топливного газа в смеси с окислителем (в большинстве случаев, эти компоненты смеси представлены, соответственно, ацетиленом и кислородом). Горелка для газовой резки имеет головку с углом 60° или 90° с одним центральным отверстием-соплом и несколькими соплами, расположенными по кругу от центрального. Центральное сопло предназначено для выхода кислорода, который поддерживает горение железа и выдувает из разреза шлак-окалину, и используется на этапе резки. Внешние сопла предназначены для вывода смеси ацетилена и кислорода только на этапе предварительного нагрева стального листа; круговое расположение топливно-кислородных сопел делает возможным изменение направления разреза без изменения положения горелки, а также обеспечивает лучший баланс пламени предварительного нагрева.

Процесс резки газом начинается с нагрева кромки стального листа или, в некоторых случаях, некоей точки посередине его поверхности. Этот предварительный нагрев осуществляется путем подачи пламени ацетилена+кислорода через расположенные по окружности горелки сопла и продолжается до тех пор, пока сталь не приобретет температуру, достаточную для возгорания (это обычно становится заметно по характерному ярко-вишневому цвету «отпечатка» пламени на листе). Когда это произошло, открывается подача сильной струи кислорода через центральное сопло. Кислород вступает в химическое взаимодействие с железом, входящим в состав стали, моментально окисляя ее в расплавленный оксид железа, который затем выбивается струей кислорода из разреза.

Окисление железа, происходящее процессе газовой резки ацетиленом+кислородом, является высоко экзотермическим процессом. Однажды начав процесс горения железа (путем первичного нагрева и, затем, подачи на прогретую точку кислорода), для его поддержания требуется лишь подавать в создаваемый разрез кислород. При этом, резка протекает значительно быстрее, чем если бы сталь просто расплавлялась. Сопла подачи топливной смеси на этапе собственно резки не принимают участия в процессе. Сильный рост температуры в месте резки будет легко заметен по интенсивному свечению, хорошо видному даже через соответствующие защитные очки (ношением которых, кстати говоря, никогда не нужно пренебрегать).

Нажмите на изображения ниже, если захотите увидеть их в большем разрешении::

Ручная горелка

Расположение сопел

Еще сопла

Ручная резка

Как пользоваться газовым резаком: поджиг газа и нагревание металла

Резак газовый марки NORD-S

Перед зажиганием резака следует убедиться в герметичности всех соединений в арматуре.

Далее, на резаке открывают клапан ацетилена и дают возможность кислороду выйти из камеры-смесителя. Когда станет слышно, что ацетилен медленно выходит, закручивают вентиль. Зажигается горелка специальным инструментом.

Зажигалки

Зажигалку следует так расположить перед соплом, чтобы ее внутренняя часть касалась мундштука. Зажигалка создаёт искры, которые подожгут ацетилен.

Перед мундштуком образуется маленькое жёлтое пламя. Клапаном подачи газа увеличиваем длину пламени примерно до 250 мм. Следим, что бы факел начинался у самого мундштука.

Если огонь будет «прыгать» или отрываться от него, то следует уменьшить подачу газа.

Плавно открываем передний кислородный вентиль. Необходимо подавать такое количество кислорода, которое необходимо для полного сжигания ацетилена. Когда это произойдёт, огонь поменяет свой цвет с жёлтого на голубой. После этого подачу кислорода следует увеличивать до тех пор, пока внутренний язычок голубого пламени не уменьшится и сожмется.

Продолжаем открывать кислородный клапан и увеличиваем размер факела до тех пор, пока длина его внутреннего пламени не станет несколько больше толщины разрезаемого материала. Если услышали звук, похожий на “сопение”, или заметили, что голубое пламя стало неустойчивым, то следует уменьшить подачу кислорода. Её снижают до тех пор, пока пламя не станет устойчивым, а внутри – не образуется четкий конус.

Резак подносят к заготовке так, что бы внутреннее пламя самым кончиком коснулось её поверхности. Нагрев продолжают до тех пор, пока в месте соприкосновения не образовалась «лужица» расплавленного металла. Кончик пламени следует держать неподвижно на расстоянии 10 мм от этой «лужицы».

Газовые резкаи по металлу: укороченный и рычажный от фирмы Норд-С

Устройство ацетиленовых резаков

Любой газокислородный резак состоит их трех основных частей – газовых баллонов, ствола и наконечника. Ствол представляет собой рукоятку с ниппелями, которые служат для присоединения газовых рукавов с кислородом и ацетиленом. На корпусе также имеется три клапана, с помощью которых регулируют подачу режущего и подогревающего кислорода, а также рабочего газа (ацетилена).

Одним из основных элементов, входящих в ацетиленовый резак, является инжектор – ускоритель заряженных частиц. Сразу к нему присоединена камера смешения, в которой образуется горючая смесь из ацетилена и химически чистого кислорода. Камера смешения плавно переходит в трубку подачи подогревающего кислорода.

Перед самым инжектором на стволе имеется ответвление – трубка режущего кислорода. На ней расположен вентиль, регулирующий подачу химически чистого кислорода. Торцы трубок подачи подогревающей смеси и режущего кислорода присоединены к наконечнику. Он состоит из внутреннего и наружного мундштуков, которые помещены в специальную головку резака.

Как резать газовым резаком (технология)

Плавно увеличиваем струю кислорода, которая поджигает расплавленный металл. Если начался бурный процесс, и сталь загорелась, то можно постепенно увеличивать давление кислорода (до момента, пока огонь не прорежет материал насквозь). Если реакция не началась (металл не разогрет), то следует добавить кислорода и разогреть его.

Начали резать металл и медленно передвигаемся вдоль линии реза. Все продукты обработки сдуваются струей к задней стороне зоны разрезания. Если этот поток замедляется или возвращается, то следует уменьшить скорость резки или остановиться и прогреть материал.

Полезное видео, как работать

Посмотрите видеоуроки по резке пропаном и резаком:

Кислородно-ацетиленовая резка

Если вы будете перемещать горелку слишком быстро, нижняя часть среза может быть неровной или металл не будет разрезан полностью. Если вы посмотрите на край разрезанного металла, вы увидите несколько вертикальных линий на краю среза, если резка выполнена качественно, эти линии будут прямыми и гладкими. Если срез выполнен неровно, линии будут больше похожи на зубья ножовки. Если вы перемещаете горелку слишком быстро, линии на срезе будут выглядеть вогнутыми назад по направлению к началу выполнения среза, а не прямыми (смотрите иллюстрацию). Если горелка перемещается слишком медленно, верхняя часть среза будет закруглена, а в нижней части может скопиться большое количество шлака. Если вы в мастерской не одни, попросите ассистента понаблюдать за тем, как вы режете металл с безопасного расстояния. Если вы выполняете резку правильно, поток брызг должен падать прямо на пол.

3.42. Как и во время сварки, факел из сопла режущей горелки необходимо отрегулировать, чтобы получить нейтральное пламя перед началом резки.

3.43. Режущую горелку необходимо держать практически под прямым углом по отношению к рабочей поверхности при резке плотных материалов, однако ее необходимо наклонять назад во время резки более тонких материалов, например, выхлопной трубы или листового металла. Используйте остатки стальной трубы или уголок в качестве направляющей для режущей горелки, чтобы обеспечить более фиксированное положение горелки.

3.44. Внимательно осмотрите край среза пластин после использования режущей горелки. Соответствующая температура и скорость перемещения горелки обеспечивают наименьшее количество шлака в нижней части среза. На иллюстрации изображен срез, при выполнении которого горелка перемещалась слишком быстро, поэтому вертикальные линии на срезе закруглены.

Наблюдатель сможет предупредить вас, если поток брызг будет направлен назад, в сторону начала среза, что указывает на то, что металл не прорезается насквозь, пока горелка не перемещается дальше, в результате, недорезанная область металла направляет брызги в сторону начала среза. Некоторые брызги также могут лететь вам в лицо и на одежду. Поэтому обязательно научитесь подбирать правильную скорость резки металла, чтобы выполнять чистые швы.

Вы также можете заметить, чем увереннее вы держите режущую горелку, тем качественнее будут получаться срезы, при этом половина дела – это определение удобного положения рук. Так как для выполнения резки металла вы будете использовать только одну руку, второй рукой вы можете придерживать горелку и направлять ее точно по линии среза. Важно также поддерживать постоянное расстояние от горелки до рабочей поверхности, поэтому рекомендуется использовать кусок трубы или железный уголок, на который вы сможете установить сопло горелки, таким образом обеспечив примерно одинаковое расстояние до рабочей поверхности (смотрите иллюстрацию).

Существует много способов резки стали для различных проектов, например, с помощью ножовки, абразивных дисков, однако универсальность кислородно-ацетиленовой горелки состоит в том, что вы можете вырезать шаблон практически любой формы из листового металла толщиной 25,4 мм при желании. Неровные фигуры вырезать также легко, как и прямые линии, если говорить о движении горелки, хотя вам придется некоторое время поработать над ритмом, чтобы достичь плавности движения руки, чтобы горелка перемещалась точно по нарисованной линии шаблона. Как и любой другой вид сварки, резка металла требует некоторого времени практики. Вы также можете спаять несколько листов метала вместе. Для этого можно использовать прихваточный сварной шов или скобы, затем во время резки (предварительно подобрав сопло необходимого размера) вы можете вырезать около дюжины одинаковых деталей за один раз. Чтобы добиться полной идентичности деталей, впоследствии можно использовать прихваточный шов, болты или скобы для соединения деталей с целью их окончательной обработки на пескоструйном аппарате.

Кроме выполнения прямых срезов, что является простейшей задачей, возможно, в некоторых проектах вам придется вырезать детали различной формы более одного раза, в таком случае вам пригодятся вспомогательные приспособления. Если вы можете перемещать горелку по линии шаблона, вы можете вырезать одну и ту же форму несколько раз. Возможно, вам понадобится вырезать четыре одинаковых диска из стали диаметром 152,4 мм. Припуски на срез зависят прежде всего от сопла, которое вы собираетесь использовать. Если вы знаете, что припуск должен составляет примерно 0,4 мм по всей окружности, изготовьте шаблон соответствующего размера. Если вы используете этот шаблон в качестве направляющей для горелки, вы можете вырезать столько окружностей, сколько вам необходимо. Прикрепите шаблон к листу металла и перемещайте горелку по линии среза, не отходя от края шаблона. В зависимости от гладкости краев вашего шаблона, движение вашей руки будет более или менее уверенным, таким образом вы сможете получить более аккуратный срез. Понаблюдав некоторое время за профессиональным сварщиком, вы поймете, насколько идеальными могут быть края детали при использовании такого, казалось бы, грубоватого способа изготовления.

В производственных мастерских очень часто используется специальное оборудование для создания большого количества деталей одной формы. Одно из основных устройств, которое вы увидите в большей части мастерских, — это газовый резак (смотрите иллюстрацию).

3.45. Закрепите кусок металла на рабочем месте, при этом горелка для резки должна располагаться на необходимом расстоянии от линии среза. Чем крепче вы будете держать горелку, тем чище и аккуратнее получится шов. Перемещайте горелку с постоянной скоростью.

3.46. Инструмент, который вы видите на иллюстрации, можно найти в большинстве мастерских. Это механизированная режущая горелка, которую еще часто называют газовым резаком. В данном случае используется резак, приводящийся в действие мотором, который повторяет точный контур шаблона и вырезает необходимые вам формы. Шаблоны могут быть временными, вырезанными из плотного картона. Если вы используете данный шаблон достаточно часто, рекомендуется изготовить его из стали.

Он представляет собой стол для резки, на котором установлена рама с прикрепленной к ней специальной горелкой с прямым режущим наконечником, вместо наконечника, расположенного под углом 90°, как в обычной ручной горелке (смотрите иллюстрацию). Существует целый комплект рычагов, которые позволяют горелке оставаться в идеально вертикальном положении и в то же время, перемещаясь, повторять форму любого шаблона на столе. В верхней части резака установлен небольшой электрический мотор. В верхней части есть специальное место для установки шаблона, обычно изготовленного из прочного листового металла, а также поляризованное выпуклое сопло в верхней части горелки, которое точно повторяет форму шаблона. Мотор приводит в действие выпуклое сопло, которое движется по линии шаблона с постоянной скоростью (которую можно регулировать в зависимости от материала, который вы собираетесь резать), при этом сопло горелки вырезает точную форму шаблона. Устранение человеческого фактора из процесса резки позволяет выполнять более плавные, аккуратные и точные срезы при помощи резака. В большинстве мастерских, оснащенных газовым резаком, обычно позади него находится стенд с большим количеством шаблонов для наиболее используемых форм, которые здесь вырезают, например кронштейны, подвески (смотрите иллюстрацию). В некоторых мастерских газовый резак оснащен пантографом, который представляет собой серию рычагов, которые позволяют резаку вырезать форму в соответствии с движением стилуса вокруг шаблона на столе около резака. Определенные виды сложного оборудования оснащены электронным стилусом, который будет повторять линии фотокопии или даже следить за движением карандаша на бумаге.

3.47. На иллюстрации вы можете видеть комплект механизированного устройства для резки компании Daytona MIG, в котором используется стандартная сварочная горелка для резки, закрепленная на месте.

Особенности ацетиленового резака

Все особенности ацетиленового резака обусловлены рабочим газом – ацетиленом. В отличие от других видов топлива он способен разогреваться до температуры порядка 3100 градусов по Цельсию. Именно благодаря этому обеспечивается:

1. Наивысшая производительность – при помощи ацетиленового газокислородного ножа можно разрезать материал толщиной более 300 мм.
2. Низкая доля окислительных процессов – структурные связи в молекулах мгновенно разрушаются без образования соединений с кислородом.
3. Высокое качество резки.

На рынке в широком ассортименте представлен резак ацетиленовый «Маяк». Модели отличаются главным образом либо конструкцией ствола, либо его заменяемой частью – мундштуком, от которого зависит интенсивность, а также размер газовой струи.

Универсальные резаки

В некоторых случаях использовать резак газовый ацетиленовый экономически нецелесообразно. При этом иметь два резака, работающих на разных типах топлива, неразумно. Поэтому на крупных производственных объектах особой популярностью пользуются универсальные газокислородные ножи. Их главная особенность заключается в способности работать от разных видов топлива.

Применение азота

Азот применяется при лазерной резке в качестве инертного газа, когда не желательно окисление кромок металла. Он используется, например, при резке нержавеющей стали, титана, алюминиевых сплавов. Эффективность резки в инертном газе ниже, чем при лазерно-кислородной резке, за счет отсутствия дополнительного источника нагрева.

Азот также применяется и при плазменной резке металла в качестве плазмообразующего газа. Широкое применение азота в этой отрасли ограничивается тем, что даже чистый азот взаимодействует с вольфрамом при высоких температурах, образуя нитриды. Еще более сложно использование азота с содержанием кислорода свыше 0,01% из-за быстрого сгорания вольфрамового электрода. Для предотвращения этого явления компания Провита предлагает генераторы, вырабатывающие азот с содержанием кислорода 0,005% и ниже.

Меры безопасности

Кислородно-дуговая резка металла относится к категории работ с повышенной пожарной опасностью, которые выполняются резчиком из числа электротехнического или электротехнологического персонала. Для обеспечения безопасности оборудование проходит проверку не реже 1 раза в год, а место проведения работ обеспечивается первичными средствами огнетушения. Исполнитель в ходе технологической операции должен использовать защитную маску и спецодежду.

смотрите также

• Кислородно-флюсовая резка