Аппаратура для кислородной резки реферат
Обновлено: 30.06.2024
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Содержание:
Сущность и основные условия резки 3
Кислородно-флюсовая резка 4
Газо-дуговая резка 6
Воздушно-дуговая резка 6
Плазменно-дуговая резка 6
Плазменная резка 8
Кислородно-дуговая резка 9
Подводная резка 10
Копьевая резка 10
Сущность и основные условия резки
Сущность процесса резки. Кислородная резка 1 стали, основана на свойстве железа гореть в струе чистого кислорода, будучи нагретым, до температуры, близкой к температуре плавления.
Температура загорания железа в кислороде зависит от состояния, в котором оно находится. Так, например, железный порошок загорается при 315° С, тонкое листовое или полосовое железо — при 930° С, а поверхность крупного куска стали — при 1200-1300° С. Горение железа происходит с выделением значительного количества тепла и может поддерживаться за счет теплоты сгорания железа.
Как показал анализ шлака, 30-40% удаленного из реза металла составляет не сгоревшее, а только расплавившееся железо; 90-95% окислов состоят из FeO.
Скорость реакции Fе + О = FеО пропорциональна , где оборота в обе стороны. При прожигании отверстий в железобетоне приваривание копья исключено, поэтому им делают только вращательные движения.
В качестве копья используют стальную газовую трубку диаметром , внутри которой заложены 3—4 шт. малоуглеродистой проволоки диаметром 5 мм. Эти проволоки при сгорании конца копья увеличивают количество выделяющегося тепла в месте резки. Кислород в трубку-копье подводится от рампы баллонов по шлангу с внутренним диаметром 13 мм, присоединяемым к трубке через копьедержатель с цанговым или болтовым зажимом.
При порошково-кислородной копьевой резке в трубку-копье после нагрева его конца и подачи кислорода начинают подавать порошкообразный флюс, который по выходе из трубки сгорает, образуя пламя длиной 100—150 мм с температурой около 3500—4000° С. При резке и прожигании отверстий конец копья в этом случае держат на расстоянии 30—100 мм от стенки (дна) прожигаемого отверстия. В качестве флюса используют смесь из 80% железного и 20% алюминиевого порошка.
Перемещая копье в горизонтальном или вертикальном направлении, этими способами можно не только прожигать отверстия, но и производить разрезку болванок, отрезку прибылей литья, вырезку отверстий в железобетонных, кирпичных и каменных строительных конструкциях.
Процесс резки может быть механизирован. Технология и режимы процесса, конструкции копьедержателей, а также установки для ручной и механизированной кислородной и кислородно-порошковой копьевой резки разработаны в сварочной лаборатории МВТУ им. Баумана.
2 При резке под водой – пары бензина.
3 Этот способ называют также резкой проникающей дугой, что отражает характер дугового разряда, используемого для резки.
Кислородной или газовой резкой (ранее называвшейся автогенной резкой) называется процесс разрезания металла действием струи кислорода, в которой сгорает металл, предварительно подогретый до температуры воспламенения; горение металла идет на заранее намеченной плоскости.
Для осуществления этого процесса металл нагревают газовой горелкой в месте начала разреза до температуры воспламенения в кислороде и направляют на нагретую поверхность струю кислорода. Нагретый верхний слой металла воспламеняется; выделяющееся при сгорании этого слоя тепло нагревает следующий слой, который также сгорает; струя кислорода уносит образующиеся окислы, я процесс горения распространяется на лежащие ниже слои. Таким образом, постепенно под действием струи кислорода в определенном направлении металл выжигается, и кусок его может быть разрезан. В настоящее время при помощи газовой резки можно разрезать куски стали толщиной до 2000 мм и более. Применяя газовую резку, можно также вырезать детали, имеющие сложную форму.
Требования, которым должен удовлетворять металл, подвергаемый кислородной резке. Кислородной резке можно подвергать лишь те металлы, температура воспламенения которых ниже температуры их плавления; кроме того, для возможности газовой резки необходимо, чтобы температура плавления окислов металла была ниже температуры плавления самого металла.
Так, например, температура плавления малоуглеродистой стали около 1500°, а температура воспламенения около 1350°; следовательно, такая сталь должна поддаваться газовой резке. Другой пример: температура плавления чугуна около 1200°, а температура воспламенения около 1350°; очевидно, что чугун не будет резаться газовым способом, а будет только выплавляться в месте нагрева.
Чем меньше теплопроводность металла, тем лучше при прочих равных условиях он режется газовым способом; чем больше теплоты выделяется металлом при сгорании его, тем лучше он поддается газовой резке. Так, например, железо выделяет при сгорании количество тепла, почти достаточное для нагрева соседних слоев металла и плавления окислов, а при резке, например, никеля требуется подвод большого количества тепла извне.
Подогрев металла при газовой резке происходит от резака, который, кроме струи кислорода, подает и подогревающее пламя.
Резаки. Резаками, или режущими горелками, называют горелки, применяемые при кислородной резке металла. На фиг. 354, а показано устройство головки резака с последовательно расположенными мундштуками, а на фиг. 354, б —-с концентрическими мундштуками.
При движении резака с последовательно расположенными мундштуками подогревательный мундштук идет впереди режущего. Резаки с концентрическими мундштуками могут перемещаться во всех направлениях, но дают более широкий разрез, чем первые.
На фиг. 355 показано устройство универсального резака, применяемого при резке металла толщиной от 5 до 300 мм; подрисуночные надписи вполне объясняют чертеж. Тележка служит для перемещения резака в процессе работы; она устраняет необходимость держать резак и позволяет сохранить одинаковое расстояние между мундштуком и поверхностью разрезаемого металла. Привернутое к тележке циркульное устройство применяют в случае резки по окружности.
Горючее. При газовой резке можно применять все названные выше горючие газы, а также пары бензина, бензола, керосина.
Кислород. Чем чище применяемый при газовой резке кислород, тем меньше его расходуется, тем быстрее идет процесс резки. В табл. 42 приведены данные, характеризующие влияние чистоты кислорода на расход его и скорость резки.
Влияние газовой резки на свойства металла в слоях, прилежащих к плоскости разреза. Газовая резка не оказывает существенного влияния на свойства металла вблизи плоскости разреза: отмечается лишь незначительное повышение предела прочности (на 3—8%) и незначительное уменьшение относительного удлинения (на 5—10%), глубина же зоны влияния газовой резки составляет всего 1—1,5 мм. При резке ножницами глубина зоны влияния достигает 3—4 мм; металл при этом оказывается наклепанным.
Газовая резка может сопровождаться и незначительным изменением химического состава металла у поверхности реза: отмечается небольшое выгорание кремния и в случае резки, например, ацетиленом увеличение содержания углерода, повышающее твердость у поверхности реза. Поэтому лучший результат дает резка с использованием в качестве горючего водорода. Таким образом, газовая резка не оказывает практически заметного влияния на свойства метaллa.
Процесс газовой резки
Приступая к резке, проверяют исправность резака; применительно к толщине подлежащего резке металла, в головку резака ввертывают соответствующих размеров мундштуки и устанавливают (редуктором) давление кислорода. После этого открывают ацетиленовый вентиль, приоткрывают кислородный вентиль подогревающего пламени, зажигают горючую смесь и регулируют пламя. Когда пламя будет отрегулировано, горелку устанавливают так, чтобы ось мундштука была перпендикулярна к поверхности подвергаемого резке металла, а расстояние от конца режущего сопла до этой поверхности составляло 3—6 мм. Поверхность металла нагревают до температуры воспламенения, пускают режущий кислород и начинают равномерно передвигать резак. Скорость передвижения резака определяют толщиной разрезаемого металла.
Качество резки зависит от равномерности перемещения резака и от правильного выбора скорости перемещения. При излишне медленном перемещении резака рез получается широкий, при слишком быстром перемещении металл недостаточно прогревается, и разрез получается несплошной.
Расход кислорода на 1 пог. м длины резки можно приближенно определить по эмпирической формуле
где Q — расход кислорода в л;
ð — толщина листа в мм;
а — ширина реза в мм.
В табл. 43 помещены данные, характеризующие процесс газовой резки стали в зависимости от толщины листа на 1 пог. м длины разреза. Данные, приведенные в табл. 4-3, являются средними и могут измениться в зависимости от конструкции резака.
Газовую резку применяют также для замены процесса ковки вырезкой деталей из толстых листов или болванок.
Подводная резка. Газовую резку применяют и при работах под водой. При подводной резке вода оттесняется от пламени либо продуктами горения, либо при помощи сжатого воздуха. Давление сжатого воздуха, а также горючего газа и кислорода, подаваемых в горелку, увеличивается с увеличением глубины, на которой ведется подводная резка. Подводную резку широко используют при водолазных работах ЭПРОН. В качестве горючего для подводной резки применяют главным образом водород (для больших глубин—до 40 м) и ацетилен (для меньших глубин — обычно до 15—20 м).
Машинная резка. При ручной резке качество реза не всегда однородно и удовлетворительно, так как трудно сохранить равномерность перемещения резака и постоянство расстояния его от поверхности разрезаемого металла. В виде примера дефектов ручной резки можно указать на оплавление краев поверхности разреза, глубокие борозды на ней.
Механизация процесса газовой резки улучшает качество реза и повышает производительность процесса.
Существуют полуавтоматические и автоматические машины для газовой резки. В полуавтоматах механизируется передвижение резака, а направление движению дается или вручную, или шаблонами. Полуавтоматы применяют при резке листов, вырезке из листов, для разделки шва под сварку.
В автоматах механизируется и направление движения резака.
Обработка поверхности металла методом газовой резки. Обработка поверхности металлического предмета резаком является разновидностью газовой резки металла. Этот вид обработки применяют вместо черновой обработки резном, и он может в ряде случаев заменить строгание, обточку (резка по касательной) и сверление.
При такой обработке газовая струя направляется не перпендикулярно поверхности металла, а под углом 25—30°. Самый процесс заключается в том, что поверхностный слой металла обрабатываемой детали выгорает в кислородной среде. Резаки, применяемые для этой цели, несколько отличаются от обычных резаков, в частности, имеют увеличенный размер отверстия в кислородном канале; этим достигается уменьшение скорости истечения кислородной струи.
Производительность процесса достигает 150 кг снимаемого в час металла при вполне удовлетворительном для дальнейшей обработки качестве поверхности. Расход кислорода на 1 кг снимаемого металла около 450 л.
Газо-кислородное пламя широко используется не только для подогрева металла при сварке и пайке, но и для различных других видов обработки металла, из которых наиболее распространенным является резка.
Процесс кислородной резки металла заключается в сжигании твердого подогретого металла в струе чистого кислорода. Поверхность (или кромка) разрезаемой детали подогревается пламенем газо-кислородной смеси, выходящей из канала резака. Когда поверхность нагрета до температуры воспламенения, по каналу подается концентрированная струя так называемого режущего кислорода, которая быстро окисляет подогретый металл. Образовавшиеся в месте реза жидкие окислы выдуваются, а окружающий его металл остается твердым. За счет теплоты, выделяемой в процессе горения, подогреваются смежные зоны металла, которые при попадании на них струи режущего кислорода также сгорают, и процесс таким образом продолжается непрерывно.
В отходы (в шлак) попадает сравнительно небольшое количество металла. Процесс кислородной резки по своей экономичности превосходит процессы механической обработки.
Повышение точности кислородной резки, достигнутое за последние годы, значительно расширило область ее применения: она стала эффективно применяться для обработки металлов не только при изготовлении металлических конструкций, но и в машиностроении. Особенно большое распространение кислородная резка получила в производстве листовых металлических конструкций, в частности, в судостроении.
Газовая (автогенная) резка металла - это самый доступный и распространенный способ резки металлов(рис 1). Начало истории этой технологии следует искать во временах первых попыток использования для нагрева металла теплоты сгорания водорода, кислорода и особенно, ацетилена. Водород и кислород научились получать электролизом воды ещё в начале 19 века. Первый аппарат, способный выделять водород с последующим получением водородного пламени в горелке, предложил немецкий химик Д. Рихман в 1840 году. Этот аппарат мог сваривать и разрезать легкоплавкие металлы. Начало газовой резке металла было положено!
Попытки использовать горючие газы для резки металлов плавлением (т. е. без приложения давления) предпринимались неоднократно. Но необходимые для этого температура пламени и концентрация теплоты достигаются только при сжигании горючих газов или паров жидкости в смеси с кислородом, промышленное получение которого было налажено только в начале XX в. Тем не менее, применение газового нагрева (с воздушным дутьем) для пайки и сварки известно с древних времен.
В конце XIX в. и первые десятилетия XX в. известные способы сварки и резки не были универсальными и мобильными, а удовлетворительное качество переплавленного металла обеспечивалось ценой большей трудоемкости. Но без сварки уже нельзя было обойтись, и в начале XX в. возник еще один способ (причем не только соединения металлов, но и быстрого эффективного разъединения) — основанный на использовании теплоты ацетилено-кислородного пламени.
В 1766 г. английский физик и химик Г. Кавендиш исследовал физические и химические свойства водорода. Перспективный способ получения водорода и кислорода путем электролиза воды предложил Г. Дэви в 1802 г. В 1840 г. немецкий химик Д. Рихман разработал аппарат для получения водорода, выделяющегося при взаимодействии азотной кислоты с цинком. Водородным пламенем, образующимся на выходе из специальной горелки, удавалось паять и сваривать легкоплавкие металлы.
В лабораторных условиях часто использовали как водородно-воздушное, так и водородно-кислородное пламя, причем последнее имело температуру 2600 oС и могло расплавить золото, серебро и платин. В 1888 г. Д. Лачинов разработал мощный электролизер для разложения воды, и благодаря этому водород и кислород стали более доступны. Область их применения до конца XIX в. почти не расширилась, несмотря на то, что уже существовали промышленные способы сжатия газов, а в 1896 г. немецкий инженер Э. Висс изобрел сварочную водородную горелку.
Тем временем в поле зрения техников попадает ацетилен — газ, теплота сгорания которого более чем в пять раз превышает теплоту сгорания водорода. В 1836 г. английский ученый Э. Деви впервые получил из карбида кальция газ, названный им бикарбонатом водорода, а в 1860 г. французский химик П. Э. М. Вертело дал точную формулу и современное название этого газа — ацетилен. Однако в то время карбид кальция был дорогим химическим соединением, получаемым только в лабораторных условиях, и потребовалось несколько десятков лет, чтобы найти дешевый промышленный способ его производства.
Параллельно с поиском газов для сварки и резки велась работа по созданию надежного оборудования. В первую очередь необходимо было сконструировать горелку, которая обеспечивала бы хорошее смешение газов с кислородом, высокую концентрацию теплоты на выходе из сопла и взрывобезопасность. Одним из первых (1802 г.) заслуживающих внимания устройств была горелка американского изобретателя Р. Хейра для получения водородно-кислородного пламени. В Германии в 1820 г. газовую горелку создал А. Брок. Для предохранения от обратного удара (потока горящего газа внутрь системы) в 1847 г. им была установлена диафрагма в водородном канале, через которую газ выдавливался в наконечник горелки и выходил наружу. Водородно-кислородное пламя долгие годы применяли для пайки платины, золота, серебра. В 1850 г. во Франции Г. С. К. Девиль создал горелку, в которой водород и кислород смешивали в сопле.
Впервые в мире газовая горелка (точнее, резак) с целью резки была применена в 1901 г. при попытке ограбления земельного банка в Ганновере. Были использованы преимущества процесса — транспортабельный источник энергии — баллон с ацетиленом и кислородом. Неизвестно, знали ли взломщики то, что процесс резки стали происходит не только от теплоты пламени, но и от того, что железо сгорает в дополнительной струе кислорода. Причем температура сгорания железа в кислороде лежит ниже его точки плавления. а теплоты выделяется так много, что когда поступает кислород, процесс идет самопроизвольно и расплав выдувается струей кислорода. Взломщикам удалось разрезать только наружную оболочку толщиной 8 мм. Конструкция резака была еще не отработана, и кислорода не хватило.
Следует отметить, что автогенная резка появилась практически одновременно в нескольких странах. Так, в США Дж Харрис, пытаясь получить синтетический рубин в пламени сварочной горелки, случайно разрезал стальной лист, служивший в качестве подложки. В 1904 г. Жоттран (Бельгия) к водородно-кислородной горелке добавил просто трубку с соплом, через которую подавался кислород (рис. 52). В том же году Э. Висс (США) запатентовал горелку-резак с концентрическими соплами, предложенную Э. Смитом. Сначала для этой цели использовали сварочные горелки, однако вскоре начали разрабатывать и газокислородные резаки. Этот вид резки сразу оказался вне конкуренции применительно к железу, стали и чугуну. В 1908 г. кислородная резка была испытана и подводных условиях. Вскоре данный способ резки заинтересовал и германские фирмы. В большом объеме газовую резку применяли при демонтаже разрушенных металлоконструкций в период Первой мировой войны, В 1906 г, в Германии для металлизации успешно применяли ацетилено-кислородное пламя. Пистолет для газопламенного напыления изобрел М. У. Шооп.
В России газовая сварка впервые появилась в 1906 г. Сварочные посты были оборудованы в Московском техническом училище, в некоторых ремонтных железнодорожных мастерских и на ряде машиностроительных заводов Москвы, С.-Петербурга и других городов, на металлургических заводах Урала и Украины. Газовую сварку применяли в основном для ремонта, реже для изготовления неответственных изделий из низкоуглеродистой стали, чугуна и меди; резку применяли для удаления дефектов литья.
Первые попытки применения для сварки и резки горючих газов в смеси с кислородом относятся к началу ХХ-го века. Созданию газовой сварки и резки способствовали исследования процессов горения газовых смесей французским ученым Анри Луи Ле Шателье. В 1895 г. он доложил французской академии наук о получении им высокотемпературного пламени (свыше 3000о С) при сжигании ацетилена и кислорода. Ацетилен был открыт еще в 1836г., а в 1863г. был синтезирован М. Бертло. Однако доступным техническим продуктом стал лишь после того, как в первой половине 90-х годов XIX века химики Муассан во Франции и Вильсон в Америке нашли способ приготовления карбида кальция из известняка и угля.
В России газовая сварка стала известна предположительно в 1905 году, в 1906г. она впервые демонстрировалась в Московском техническом училище, после чего, ввиду ее портативности и невысокой стоимости аппаратуры, интенсивно началось ее промышленное освоение, что привело к временному снижению интереса к электродуговой сварке. Однако небольшие объемы производства кислорода, карбида кальция и газосварочной аппаратуры существенно тормозили применение газовой сварки и резки металлов в России.
В начале ХХ в. газовая сварка и резка в России использовалась весьма ограниченно при ремонте изделий из низкоуглеродистой стали, меди и чугуна на ряде заводов, например на Ижорском в Петербурге, исправлении брака литья и сварки некоторых неответственных конструкций в небольших мастерских, главным образом железнодорожных. При этом использовалась аппаратура и материалы, ввозимые из-за границы. В 1911г. Комиссия при Министерстве торговли и промышленности допустила газовую сварку для изготовления паровых котлов, разрешив сварку некоторых неответственных частей котла.
Широкое развитие в 50-е – 60-е годы получила резка в металлургии, где она используется для обработки больших сечений и поверхностной резки металла, а также обработки металла, нагретого до температуры 500 – 1000 о С. Изучение механизма образования канавок при поверхностной резке приводит к разработке технологического процесса сплошной огневой зачистки поверхности горячего проката в потоке прокатки со скоростью 30 – 50 м/мин. Исследования основных закономерностей процесса кислородной резки горячей стали заканчиваются разработкой технологии и аппаратуры для резки заготовок при непрерывной разливке стали и отрезки прибылей на отливках из высоколегированной стали.
Рис. 3.10. Пост для ручной кислородной резки:
1 — кислородный баллон, 2 — кислородный редуктор, 3 — шланги, 4 — резак, 5 — ацетиленовый баллон
Ацетиленов не баллоны служат для хранения и транспортировки растворенного ацетилена. Ацетиленовые баллоны заполняют специальной пористой массой (активным углем), пропитанной ацетоном. Ацетилен растворяется в ацетоне и становится взрывобезопасным при значительном давлении. Предельно допустимое давление внутри наполненного баллона 1,9 МПа при температуре 293 К. Конструкция ацетиленового баллона аналогична кислородному.
На всех баллонах устанавливают вентили — запорные приспособления, препятствующие выходу газа из баллона. Вентиль необходим также для присоединения к баллону редуктора или наполнительной рампы. В кислородном вентиле металлические части, непосредственно соприкасающиеся с кислородом, обычно изготовляют из латуни.
Кислород и горючий газ к рабочим местам подают под высоким давлением от баллонов или под рабочим давлением от магистральных трубопроводов. Понижение давления до рабочего и поддержание его постоянным в процессе работы производится редукторами. По роду газа редукторы разделяют на кислородные, ацетиленовые и др. Кислородные редукторы рассчитаны на рабочее давление 0,05—1,5 МПа и пропускную способность 7,5—60,0 м 3 /ч, ацетиленовые— 0,01—0,12 МПа и 3,0—5,0 м 3 /ч соответственно. Для подачи газов в магистрали применяют рамповые редукторы. Принцип их действия не отличается от баллоновых. Корпус редукторов окрашивают в различные цвета: кислородных — в голубой, ацетиленовых — в белый, пропанбутановых — в красный.
У каждого рабочего поста от трубопроводов кислорода и горючего газа делают отводы. На отводе от кислородопровода устанавливают запорный вентиль и редуктор, а на отводе горючего газа — вентиль и водяной затвор. Отводы вместе со смонтированной на них аппаратурой необходимо закрывать металлическими шкафчиками.
Рукава для ацетилена рассчитаны на рабочее давление 0,63 МПа, а для кислорода — не более 2,1 МПа. При недостаточной длине рукавов разрешается соединять отдельные их отрезки (не короче 3 м) с помощью специальных ниппелей (латунных — для кислорода и стальных — для ацетилена), закрепляемых на рукаве винтовыми хомутами. Ацетиленовый рукав снаружи должен быть окрашен в красный цвет, а кислородный — в синий. Рукава осматривают и испытывают один раз в месяц.
Предохранительные затворы предназначены для зашиты ацетиленовых трубопроводов от проникновения в них пламени при обратном ударе, а также кислорода из горелки и атмосферного воздуха. В предохранительном затворе марки ЭСП-8 при нормальной работе (рис. 3.11, а) ацетилен через газоподводящую трубку 1 и шариковый клапан 2 проходит в корпус 3 затвора, заполненный водой или незамерзающей жидкостью до уровня контрольного краника 6, и через ниппель 5 поступает в горелку. В случае обратного удара (рис. 3.11,6) взрывная волна гасится в узком кольцевом зазоре между стенкой затвора и диском-отражателем 4 (см. рис. 3.11, а), давление в затворе резко повышается, в результате обратный клапан 2 под давлением жидкости закрывается, прекращая дальнейшее поступление ацетилена. Предохранительные затворы осматривают и испытывают один раз в месяц.
Рис. 3.11. Схема работы предохранительного безмембранного жидкостного затвора закрытого типа
Рис. 3.12. Устройство резака для кислородной резки:
1 — вентиль режущего кислорода, 2 —вентиль подогревающего кислорода, 3 — ниппель для присоединения шлангов, 4 — вентиль ацетилена, 5 — инжектор, 6 — смесительная камера, 7 — внутренний мундштук, 8—наружный мундштук, 9 — трубка горючей смеси, 10 — трубка режущего кислорода
Читайте также: