Классификация термической резки металлов

Обновлено: 17.05.2024

Термическая резка металлов

Резка металлов — отделение частей (заготовок) от полуфабрикатов из сортового, листового или литого металла. Различают механическую резку (ножницами, пилами, резцами), ударную (рубка) и термическую.

Термической резкой называют обработку металла — вырезку заготовок, строжку, создание отверстий — посредством нагрева. Паз, образующийся между частями металла в результате резки, называют резом. По форме и характеру реза резка может быть разделительной и поверхностной, по шероховатости поверхности реза — заготовительной и чистовой. Термическая резка отличается от других ее видов высокой производительностью при относительно малых затратах энергии и возможностью получения заготовок любого контура и большой толщины.

Различают три группы процессов термической резки: окислением, плавлением и плавлением – окислением.

При резке окислением металл в зоне резки нагревают до температуры его воспламенения в кислороде. Затем металл в этой зоне сжигают в струе кислорода, используя образующуюся теплоту для подогрева расположенных рядом с этой зоной участков металла. Продукты сгорания выдувают из реза струей кислорода и газов, образующихся при горении металла. К резке окислением относятся кислородная резка и кислородно-флюсовая.

При резке плавлением металл в месте резки нагревают мощным концентрированным источником тепла до температуры выше температуры плавления. При этом расплавленный металл удаляется из зоны реза под действием сил тяжести, электродинамических и других, либо выдувается специальной струей газа. К способам резки этой группы относятся дуговая резка, воздушно-дуговая, плазменная, лазерная и др.

Резка плавлением – окислением основана на процессах, характерных для двух предыдущих групп способов резки. К способам группы резки плавлением – окислением относятся кислороднодуговая резка, кислородно-плазменная, кислородно-лазерная резка. Кислородная резка — вид термической резки окислением, заключающийся в сжигании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся оксидов.

Рис. 3.75. Схема кислородной резки: 1 — струя режущего кислорода; 2 — смесь ацетилена и кислорода; 3 — основной металл; 4 — жидкий шлак

Кислородная резка является самым распространенным способом термической резки черных металлов. Он основан на том, что температура воспламенения железа в кислороде ниже температуры его плавления. Это позволяет выжигать железо кислородом без его расплавления. Процесс кислородной резки осуществляют в следующей последовательности (рис. 3.75).

Для начала горения металл 3 подогревают в начальной точке реза ацетиленокислородным пламенем 2 до температуры его воспламенения

в кислороде (например, сталь — до 1 000. 1 200 ° С). Вместо ацетилена можно использовать более дешевые газы (природный газ или пропанобутановую смесь). Затем в зону реза направляют струю режущего кислорода 1, и нагретый металл начинает гореть. В результате горения (окисления) железа образуется жидкий шлак 4:

Жидкий шлак выдувается струей режущего кислорода из зоны реза. Горение металла сопровождается выделением теплоты, которая разогревает соседние с зоной реза участки до температуры их воспламенения в кислороде. Поэтому в дальнейшем процесс протекает без дополнительного подогрева, пока не будет разрезана вся заготовка. При этом перемещение струи кислорода осуществляется в соответствии с заданной формой реза.

Для обеспечения нормального процесса резки разрезаемый металл должен соответствовать следующим требованиям:

1) температура плавления металла должна быть выше температуры его горения в кислороде;

2) температура плавления оксидов металла должна быть ниже температуры его плавления;

3) количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла в кислородной струе, должно быть достаточным для поддержания непрерывного процесса резки;

4) теплопроводность разрезаемого металла не должна быть слишком высокой (если теплота отводится слишком интенсивно, то процесс резки прерывается);

5) образующиеся оксиды должны быть достаточно жидкотекучими и легко выдуваться струей режущего кислорода.

Этим условиям полностью удовлетворяют только низкоуглеродистые и низколегированные стали (легированные и высоколегированные стали, чугуны, медные и алюминиевые сплавы кислородной резкой не разделяются).

Резка может быть ручной и машинной. Для ручной резки применяют специальные резаки со сменными мундштуками. Ручная резка из-за неравномерности перемещения резака и вибрации режущей струи не обеспечивает высокого качества поверхности реза и требует последующей механической обработки.

Для получения реза высокого качества применяют машинную резку, которая обеспечивает равномерное перемещение резака по линии реза, строгую перпендикулярность режущей струи по отношению к разрезаемой поверхности и постоянное расстояние мундштука от поверхности металла. При машинной резке используют специальные автоматы и полуавтоматы с одним или несколькими резаками.

Кислородную резку используют для разделения металлов толщиной 5. 300 мм. При резке металла толщиной более 300 мм применяют специальные резаки.

Кислородно-флюсовая резка — вид термической резки окислением, заключающийся в сжигании металла в струе кислорода с одновременной подачей порошкообразного флюса и удалении струей кислорода образующихся оксидов.

Кислородно-флюсовой резкой режут металлы и сплавы, неподдающиеся кислородной резке из-за образования тугоплавкого нежидкотекучего шлака, изолирующего поверхность металла от струи кислорода (например, высокохромистые и хромоникелевые стали, чугуны и медные сплавы). Дополнительная подача флюса в зону реза обеспечивает при окислении флюса образование шлака, который смешивается с тугоплавким шлаком и разжижает его. Кроме того, при сжигании флюса выделяется большое количество теплоты.

Основной составляющей большинства флюсов, применяемых при резке, является железный порошок. Так, хромистые стали режут с применением железного порошка без каких-либо добавок. При резке чугуна в состав флюса дополнительно вводят до 35 % феррофосфора, а при резке меди и ее сплавов (кроме 10. 15 % феррофосфора) — до 20 % порошка алюминия.

Для кислородно-флюсовой резки применяют специальные установки, в комплект которых (кроме резаков особой конструкции) входит флюсопитатель, обеспечивающий подачу флюса в режущую струю кислорода.

Кислородно-флюсовую резку применяют для резки заготовок толщиной до 500 мм из высокохромистых и хромоникелевых сталей, серого чугуна (до 300 мм), меди (до 50 мм) и латуни (до 150 мм).

Дуговая резка — вид термической резки плавлением, заключающийся в том, что металл в месте реза проплавляют электрической дугой. Расплавленный металл стекает по стенкам образующегося углубления (реза) под действием силы тяжести и незначительного давления дуги. При резке электрической дугой можно использовать угольные или металлические электроды.

Резку угольным электродом ведут дугой прямой полярности при силе тока, равной 400. 800 А, диаметре электрода — 10. 20 мм. Этот метод применяют для резкигозатовок из чугуна и цветных металлов, не подлежащих кислородной резке (например, при разделке крупногабаритного лома, разборке старых металлоконструкций, прожигании отверстий или выжигании заклепок). При этом качество резки и ее производительность низкие.

Использование металлического электрода обеспечивает более высокое качество резки. Она может быть выполнена на том

же оборудовании и тем же электродами, которые используются при дуговой сварке. Резку металлическими электродами применяют при выполнении монтажно-сборочных или ремонтных работ.

Воздушно-дуговая резка — вид термической резки плавлением, заключающийся в том, что металл в месте реза проплавляют электрической дугой и выдувают струей сжатого воздуха. При этом способе используются неплавящиеся угольные или графитовые электроды, а расплавленный металл выдувается из полости реза потоком сжатого воздуха, подаваемого параллельно электроду.

Для воздушно-дуговой резки используют специальные воздушно-дуговые резаки, рассчитанные на силу тока до 1 000 А, и специальные угольные или графитовые электроды.

Этот способ позволяет резать заготовки из всех распространенных сплавов (кроме магниевых, поскольку в процессе резки они загораются).

Следует отметить, что основной областью применения воздушно-дуговой резки является поверхностная обработка металла (получение в нем различных углублений в виде отверстий и канавок, удаление дефектов с поверхности слитков и отливок и т. п.).

Плазменная резка — вид термической резки плавлением, заключающийся в интенсивном плавлении металла плазменной дугой или плазменной струей и выдувании расплава газовым потоком.

При резке плазменной дугой металл выплавляется из полости реза направленным потоком плазмы, создаваемым плазмотроном прямого действия.

При резке плазменной струей используют струю свободной газовой плазмы, создаваемой плазмотроном косвенного действия.

Плазменную резку целесообразно использовать для резки заготовок из всех металлов (особенно цветных).

Резку плазменной дугой применяют для разделения толстых листов из алюминия и его сплавов (до 80. 120 мм), коррозионностойкой стали и медных сплавов. Для разделения заготовок из магниевых сплавов — это единственный способ термической резки. Толщина разрезаемой заготовки из металла при ручной резке составляет 80. 100 мм, при автоматической — до 300 мм.

Плазменной струей режут тонкие стальные листы, заготовки из алюминиевых и медных сплавов, жаропрочных сплавов и т. д., а также неэлектропроводных материалов (например, керамики).

Основными преимуществами плазменной резки являются высокая производительность, чистота реза, снижение деформаций при резке заготовок малых толщин. Так, при резке стальных заготовок толщиной 6. 20 мм скорость такой резки в 3. 4 раза выше, чем при кислородной.

Основными недостатками плазменной резки являются следующие: сложность оборудования, сильный шум, повышенное содержание азота в кромке реза.

Лазерная резка и электронно-лучевая резка — виды термической резки плавлением, основанные на испарении металла под воздействием мощного концентрированного источника нагрева. Электронно-лучевая резка осуществляется в вакууме, лазерная — в обычной атмосфере. Резка этими методами отличается высокой чистотой и точностью реза, малой зоной термического влияния на кромках разрезаемого металла. Легкое и сравнительно простое управление лазерным излучением и электронным лучом позволяет осуществлять резку по сложному контуру плоских и объемных деталей с высокой степенью автоматизации процесса. Однако установки для электронно-лучевой резки и лазерной резки достаточно сложны и имеют повышенную стоимость.

Области применения основных способов резки металлов приведены в таблице 3.7.

Резка и другие способы подготовки кромок

Резка материалов - процесс разъединения материала на части, размеры которых являются основой для получения элемента конструкции, а также для удаления некоторых объемов материала для получения заданной формы и размеров детали. Одной из разновидностей резки материалов является подготовка кромок материала под сварку. Как правило, для наиболее широкого применяемых методов сварки для подготовки металлических элементов под сварку разделку кромок осуществляют, если их толщина превышает 5 мм. При толщине до 5 мм сварку могут осуществлять без разделки кромок с зазором (для лучшего провара) или без зазора, если тепловая энергия источника нагрева достаточна для провара материала. Резка материалов может осуществляться механическим оборудованием (гильотинные и вибрационные ножницы, токарные, строгательные и фрезерные станки, механические ножницы), газопламенным способом, электродуговыми, газоэлектрическими и лучевыми методами.

Обзор процессов подготовки кромок

Механическая резка материалов основана на преодолении их сопротивления противостоять воздействию более твердого материала (инструмента). Механическая резка отличается от других методов резки более точным изготовлением детали нужных размеров и форм. С увеличением толщины характеризуется снижением производительности и низкой экономичностью. Механическая резка практически не используется применительно к деталям криволинейной и сложной формы. При подготовке кромок может использоваться на заключительной стадии, когда производится доводка детали до нужного размера и формы или для удаления продуктов других процессов с поверхности, которая подлежит сварке.

Пламенная резка является самим распространенным видом обработки металлов. Особенно получила распространение кислородная резка металлов, широко применяющаяся в металлургической и машиностроительной промышленности. Процесс кислородной резки основан на сгорании металла (стали и сплавы титана) в струе кислорода и удалении этой струёй образующихся окислов. При этом осуществляется непрерывный подогрев металла газовым пламенем. Процесс резки начинается с нагревания металла в начальной точке реза до температуры, достаточной для воспламенения (начала интенсивного окисления) данного металла в кислороде, которая несколько ниже температуры его плавления. Так для низкоуглеродистой стали температура воспламенения составляет 1350°С – 1360°С. С повышением содержания углерода или других легирующих элементов эта температура понижается. Нагрев осуществляется подогревающим пламенем, образуемым при сгорании горючего газа или жидкости в кислороде. Когда температура нагрева металла достигает требуемой величины, пускается струя технически чистого (98 - 99 %) кислорода. Время нагрева зависит от вида горючего газа или жидкости. Наименьшее время подогрева у ацетиленово-кислородного пламени. Струю кислорода, выходящего обычно из центрального канала мундштука и идущего непосредственно на сжигание металла и удаление окислов, принято называть струёй режущего кислорода в отличие от кислорода подогревающего пламени, выходящего в смеси с горючим газом из дополнительных сопел для подогрева. Направленный на нагретый участок металла режущий кислород вызывает немедленное интенсивное окисление верхних слоев металла, которые, сгорая, выделяют значительное количество теплоты и нагревают до воспламенения в кислороде лежащие ниже слои. Таким образом, процесс горения металла в кислороде распространяется по всей толщине разрезаемого листа или заготовки. Образующиеся при сгорании металла окислы, будучи в расплавленном состоянии, увлекаются струёй режущего кислорода и выдуваются ею из зоны реакции. Стекая в образуемый в металле разрез и соприкасаясь с лежащими ниже слоями металла, окислы отдают металлу часть своей теплоты, производя дополнительный подогрев его и способствуют непрерывности процесса резки.

Газовой резке поддаются не все металлы, а только те из них, которые удовлетворяют следующим основным условиям:

1. Температура плавления металла должна быть выше температуры его воспламенения в кислороде. Считается, что сталь, содержащая до 0,45% С и его эквивалента, хорошо поддается газокислородной резке, свыше 0,45% С и до 0,7 % Сэкв удовлетворительно и нуждается в подогреве, свыше 0,7 % С экв плохо режется.

2. Температура плавления окислов металла должны быть ниже температуры плавления самого металла и температуры, которая развивается в процессе резки данного металла. Примером таких металлов, окислы которых имеют температуру плавления на много выше температуры плавления самого металла, могут служить высокохромистые и хромоникелевые стали, на поверхности которых образуется окисел хрома Cr2O3 с температурой плавления 2000°С; сплавы алюминия, образующие окисел алюминия Аl2О3 с температурой плавления 2050°. Все эти металлы обычному процессу газовой резки не поддаются.

В таблице ниже приведены температуры плавления наиболее распространенных в технике металлов и их окислов.

Металл	Температура плавления металла (°С)	Окись металла	Температура плавления окиси металла (°С)
Железо	1535	Закись железа	1370
Малоуглеродистая сталь	1500	Закись железа	1370
Высокоуглеродистая сталь	1300-1400	Закись железа	1370
Высокохромистые и хромоникелевые стали	Окись хрома Cr₂O₃	2000
Серый чугун	1200	Закись железа	1370
Медь	1083	Окись меди	1230
Алюминий	660	Окись алюминия	2050
Цинк	419	Окись цинка	1800

Примечание. Для сплавов приведенные температуры являются ориентировочные.

3. Количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла в кислородной струе, должно быть достаточно для поддержания непрерывного процесса резки. При резке листовой малоуглеродистой стали количество теплоты развивающейся при сгорании железа и его примесей, составляет 70 % , а количество теплоты, вводимой в металл подогревающим ацетилено-кислородным пламенем, всего лишь 30% общего количества теплоты, выделяемой в процессе резки.

4. Теплопроводность металла не должна быть слишком высокой. В противном случае теплота подогревающего пламени будет недостаточной для воспламенения металла и процесс или не начнется, или будет прерываться. Примером могут служить такие теплопроводные металлы как медь и алюминий и их сплавы, резка которых затруднена.

5. Образующиеся окислы должны быть жидкотекучими. В противном случае шлак - продукт резки будет плохо удаляться из зоны резки и будет тормозить процесс резки. Так, например, чугун, содержащий кремний, плохо поддается резке в том числе и по причине образования окисла кремния SiО₂, обладающего значительной тугоплавкостью и большим температурным промежутком изменения вязкости.

6. В металле, подвергаемом газовой резке, должно быть ограниченно количество примесей, препятствующих процессу резки (С, Сr, Si, и др.) и повышающих закаливаемость стали (Мо, W и др.).

При содержании углерода свыше 0,7% процесс газовой резки протекает с трудом, требует предварительного подогрева стали до Т = 400 - 700 °С, и делается совершенно невозможным при содержании углерода более 1..1,2%. Препятствие процессу резки высокоуглеродистых сталей и чугунов возникает также из-за значительного образования СО и CO₂, загрязняющего режущий кислород и снижающий эффективность процесса окисления. Высокохромистые и хромистые стали также не поддаются нормальному процессу газовой резки.

Подогрев металла до его воспламенения может быть осуществлен любым способом, при котором поверхность изделия на небольшом участке может быть нагрета за возможно короткий срок до температуры 1300 - 1350°С. Требование к подогревающему пламени и эффективность подогрева им металла в начале и в процессе резки определяются такими параметрами:

Кислородно - флюсовая резка (КФР)

Применяют КФР при резке высоколегированных сталей, чугуне, сплавов меди и алюминия, зашлакованного металла, а также огнеупоров и железобетона. Процесс КФР основан на введении в зону реакции порошкообразного флюса, выделяющего дополнительное количество теплоты в резе за счет сгорания в кислородной струе металлических порошков.

Флюс из бункера подается к месту реза или непосредственно режущей струёй кислорода или кислородной струёй низкого давления, а затем в головке резака эта струя приходит инжектор и увлекается кислородом более высокого давления.

Дуговая резка

Дуговой или электрической резкой называют способы проплавления материала по заданной траектории с использованием теплоты, выделяемой электрическими источниками энергии. При этом могут быть применены нагрев электрической дугой (угольным, графитовым или металлическим электродом), контактным сопротивлением индукционный (резка с растяжением безгазовым способом или с применением кислорода или воздуха).

Плазменная резка

Сущность способа состоит в плавлении металла обрабатываемого объекта сжатой плазменной дугой и интенсивном удалении расплава струёй плазмы. Поток плазмы получают в плазмотронах. Для возбуждения плазмогенерирующей дуги служит электрод, располагаемый в дуговой камере. Столб дуги ориентируется по оси формирующего канала и заполняет практически все его сечения. В дуговую камеру подают рабочий газ (плазмообразующую среду). Газ, поступая в столб дуги, заполняющий формирующий канал, превращается в плазму. Вытекающий из сопла поток плазмы стабилизирует дуговой разряд. Газ и стенки формирующего канала ограничивают сечение столба (сжимают его), что приводит к повышению температуры плазмы до 20000. 30000°С. Применяют две схемы плазмообразования с использованием дуги прямого действия и косвенную дугу, когда объект обработки не включают в электрическую цепь.

В качестве рабочих плазмообразующихся сред при плазменно-дуговой резке используют азот, его смеси с водородом, кислород и его смеси с азотом, в особенности - сжатый воздух, иногда применяют гелий, углекислый газ, аммиак и воду.

Для резки стали наиболее целесообразно применение кислородосодержащих газов, в особенности сжатого воздуха. В результате поглощения кислорода металлом на поверхности реза в стали происходит растворение кислорода, снижающее температуру ее плавления, и развиваются экзотермические реакции окисления железа, обеспечивающие дополнительный приток теплоты.

Наряду с этим, расплавленный металл на кромках реза заметно насыщается другими газами, содержащимися в плазмообразующей и, отчасти, в окружающей среде. При этом может происходить выгорание легирующих элементов, заметное снижение их содержания у кромок и снижение прочностных, антикоррозионных и других свойств металла. Резка в водородсодержащих средах нередко сопровождается насыщением металла у кромок водородом. При воздушно-плазменной резке металл литого участка на кромках разрезаемой стали существенно насыщается азотом. Эти факты приводят к тому, что при последующей сварке таких кромок в сварных швах может возникнуть пористость.

Электронно-лучевая и лазерная резка

Находят применение и лучевые методы резки. Если в пятне нагрева концентрируется удельная мощность порядка 1х10 3 - 1х10 7 Вт/см 2 то в нем происходит интенсивный разогрев металла выше его температуры плавления. Электронно-лучевая и лазерная резка металлов основана на эффекте воздействия концентрированного потока энергии на поверхность тел. При этом часть потока энергии частично отражается от поверхности, а остальная часть энергии поглощается в тонком поверхностном слое, вызывая его нагрев, последующее плавление, горение, испарение и удаление расплава из зоны реза.

Резка водяной струей - альтернативный вид резки материалов, использующий кинетическую и динамическую энергию водяного потока. Поток формируется в специальном устройстве, основным элементом которого является сопло равного сопротивления. Вода подается в резак под возможно большим давлением. При резке развивается реактивная сила отдачи. В связи с этим резаки комплектуются различными устройствами для уравновешивания или скользящими креплениями к разрезаемому материалу. Могут использоваться различные - активные жидкости или добавки твердых дисперсных частиц, которые повышают производительность процесса.

Строжка дуговая и пламенная

Поверхностная резка находит весьма широкое применение в металлургической и металлообрабатывающей промышленности, в частности при удалении местных поверхностных дефектов в стальном литье и полупрокате, где производится снятие слоя металла с поверхности нагретых блюмов или слябов, а также в сварочном производстве при удалении местных дефектов в сварных швах, для подготовки кромок под сварку. При газопламенной строжке (струя кислорода подается к поверхности обработки под острым углом 20 - 30 °).На поверхности реза остается канавка, имеющая в поперечном сечении полукруглую или параболическую форму. Газопламенную строжку выполняют одной кислородной струёй в несколько проходов или в один проход одновременно несколькими струями. Для поверхностной резки хромистых сталей используют кислородно-флюсовую резку. Для этой цели используется дуговая воздушно - дуговая резка.

Здоровье и безопасность

При резке металлов воздушная среда производственных помещений может загрязняться аэрозолями, содержащими пыль, вредные газы и пары (газообразные фтористые и хлористые соединения, окись углерода, окислы азота, озона), а также окислы металлов. Применение открытого газового пламени, открытых дуг и струй плазмы, наличие брызг жидкого металла и шлака при резке не только создают возможность ожогов, но и повышают опасность возникновения пожаров. Работа электронно-лучевых установок связана с образованием мягкого рентгеновского излучения.

Мощное ультрафиолетовое или световое излучение сварочной дуги и плазмы при воздействии на глаза работающего может вызвать электроофтальмию, а при длительном воздействии инфракрасного излучения может развиться помутнение хрусталика - катаракта.

При выполнении резки металлов необходимо знать условия и требования, предъявляемые по охране труда и техники безопасности, изложенные в "системе стандартов безопасности труда", в правилах техники безопасности и производственной санитарии при выполнении всех видов работ в сварочном производстве.

Термическая резка металла

Термическая резка металла применяется при изготовлении различных металлоконструкций. Как правило, такая технология используется в работе с листовым или баночным металлопрокатом. Удобно вырезать отверстия заданной формы и размера, используя станки с ЧПУ, и корректировать отдельные элементы.

Основное преимущество технологии заключается в отсутствии прямого контакта между заготовкой и выбранным инструментом. В результате получаются изделия, соответствующие чертежу, с точностью до микрона. Подробнее о термической резке и ее видах читайте в нашем материале.

Виды термической резки

Термическая резка – способ обработки металлических изделий путем их нагревания для последующего отделения элементов заготовки друг от друга резом. В зависимости от формы и характеристик реза обработка может быть разделительной и поверхностной, в зависимости от шероховатости поверхности разреза – заготовительной и чистовой.

В отличие от других способов обработки, для термической резки характерна высокая производительность, возможность работы с толстостенными металлами, создание заготовок различной конфигурации, небольшие энергозатраты.

Основные виды термической резки металлов:

Окисление. Металл в области реза нагревается до температуры, при которой он воспламеняется, а затем сжигается в струе кислорода. Образующиеся продукты горения выдуваются из рабочей зоны кислородно-газовой струей. К этой разновидности резки относят газопламенную (кислородную) и кислородно-флюсовую.
Плавление. Металл нагревается в зоне разреза мощным источником тепла направленного действия, продукты распада выдуваются плазменной или газовой струей. Этот способ термической резки металлов включает в себя дуговую, воздушно-дуговую, плазменную, лазерную и термогазоструйную резку.
Плавление окислением, с одновременным использованием обоих описанных выше процессов. Эта группа представлена кислородно-дуговой, кислородно-плазменной и кислородно-лазерной резкой.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

При термической резке металлов окислением должен соблюдаться ряд условий:

Способ допустим только для металлов, которые плавятся при более высокой температуре, чем воспламеняются. В этом случае твердый металл горит, рез получается широким и ровным, с гладкой поверхностью, продукты обработки удаляются из рабочей зоны с помощью струи кислорода.
Окислы, образующиеся в результате обработки, плавятся при более низкой температуре, чем основной металл заготовки. В этом случае в процессе обработки они находятся в жидком состоянии и без проблем удаляются из реза.
Теплопроводность обрабатываемого металла должна быть невысокой для облегчения нагрева рабочей зоны до температуры воспламенения.

Такими характеристиками обладают железо и углеродистые стали. Железо воспламеняется при температуре кислорода от +1 050 °С до +1 360 °С, плавится – при температуре +1 535 °С. Температура плавления образующихся в процессе обработки окислов БеО и Ее304 составляет +1 350 °С и +1 400 °С соответственно. Железо обладает достаточно низкой теплопроводностью, если сравнивать его с прочими конструкционными материалами.

Области применения термической резки

Термическая резка металлов делится на разделительную и поверхностную. Результатом технологической операции является появление реза в заготовке полости.

Для выполнения поверхностной и разделительной термической резки на определенный участок заготовки воздействуют источником тепла, нагревающим эту зону до температуры плавления.

Источник должен быть очень мощным и высококонцентрированным, чтобы нагревать и расплавлять участок заготовки небольшой ширины.

Чтобы увеличить эффективность резки, следует равномерно распределять тепло по всей толщине обрабатываемого изделия. Термическая резка в этом случае выполняется за счет сгорания металла в кислородной струе или за счет воздействия электрической дуги.

Первый вариант включает в себя кислородную (автогенную, газовую) или кислородно-флюсовую резку, второй – электрическую резку.

И та, и другая технология термической резки металлов может быть как ручной, так и механизированной. Ручная используется в бытовых условиях или на мелких предприятиях с небольшими объемами обрабатываемой продукции, поскольку в этом случае применение автоматизированных систем не будет оправдано с экономической точки зрения.

В ведущих отраслях промышленности около 70–80 % термической резки металлов выполняется при помощи автоматизированного оборудования с фотокопировальным или числовым программным управлением, что позволяет внедрять в производство поточные комплексно-механизированные и гибкие автоматизированные линии для термической резки стали.

Заготовки из низкоуглеродистых, конструкционных и низколегированных сталей обрабатывают при помощи газовой (кислородной) резки, для работы с высоколегированными сталями, чугуном и цветными сплавами подходит кислородно-флюсовая технология резки.

Для проведения ремонтных работ под водой используют подводную кислородную резку. Кроме того, для обработки металлов применяют кислородно-копьевую и электрокислородную технологии.

Термическую резку металлических заготовок используют в следующих сферах:

Способ резки

Разрезаемый материал

Толщина материала, мм

Углеродистые и низколегированные стали

Титан и титановые сплавы

Высоколегированные хромоникелевые и хромистые стали, чугун, медь, латунь, бронза

Конструкционные стали всех марок, алюминий, медь и сплавы на их основе, тугоплавкие металлы

Конструкционные стали всех марок, алюминий, медь и сплавы на их основе, тугоплавкие металлы, титан

Кислородная резка – один из главных способов обработки металлов, который применяется при производстве изделий в металлургической, металлообрабатывающей промышленности, а также в строительной отрасли.

Резка электрической дугой

Для термической резки электрической дугой (дуговой резки) используют:

плавящиеся покрытые электроды;
вольфрамовые неплавящиеся электроды;
флюс;
защитную газовую среду.

При работе с плавящимися электродами металлические заготовки расплавляют в рабочей зоне мощной электрической дугой, при этом требуется сила тока, на 30–40 % превышающая необходимую для проведения сварных работ.

Дуга зажигается в начале реза, затем перемещается вдоль разрезаемой кромки заготовки. В процессе образуются капли расплавленного металла, которые удаляются из рабочей зоны козырьком покрытия электрода. Этот козырек в то же время предохраняет электрод от замыкания.

Недостаток этого варианта термической резки заключается в невысокой производительности и низком качестве реза.

Технология резки под флюсом используется при работе с легированными сталями, толщина которых составляет не более 3 см. Резка выполняется при помощи автоматического сварочного оборудования с применением проволоки Св-08 или Св-08А и флюса АН-348.

Термическая резка в защитной газовой (аргоновой) среде производится с использованием вольфрамовых электродов для работы с легированными сталями и сплавами цветных металлов.

Металл во время обработки проплавляется полностью, сила тока, подаваемого на электрод на 20–30 % превышает необходимую для проведения сварных работ.

Термическая резка с использованием плавящихся покрытых электродов осуществляется в следующих режимах:

Диаметр электрода, мм

Скорость сварки, м/ч

Кислородная резка металла

Одной из разновидностей термической резки окислением является кислородная технология обработки металлических заготовок, при которой частицы металла сжигают струей кислорода, а затем удаляют из рабочей зоны оксидной струей.

Эта технология термической резки чаще всего используется для работы с заготовками из черных металлов. В основе ее лежит тот факт, что железо горит при более низкой температуре, чем начинает плавиться. Кислородную резку деталей выполняют в определенной последовательности.

Начальная точка реза разогревается с помощью ацетиленокислородного пламени до температуры воспламенения в кислороде (при работе со сталями необходимо нагреть заготовку до температуры +1 000…+1 200 °С). Ацетилен может быть заменен более дешевыми газами, такими как природный газ или пропанобутановая смесь.

После этого зону реза подвергают направленному воздействию режущей кислородной струи. Горячий металл загорается, образуя жидкий шлак: 3Fe + 2О2 = Fe3О4 + Q.

Для его удаления из зоны реза также используют кислородную струю. При горении металла выделяется тепло, нагревая сопряженные поверхности до температуры горения в кислороде.

Следовательно, последующая резка не требует дополнительного разогрева заготовки. Струя кислорода перемещается по изделию в соответствии с требуемой формой реза.

Металл, который планируется обрабатывать с помощью технологии термической газокислородной резки, отвечает определенным критериям:

должен плавиться при более высокой температуре, чем температура горения;
образуемые в процессе обработки окислы обязаны плавиться при температуре ниже, чем температура плавления металла заготовки;
в процессе термической резки должно выделяться достаточное количество тепла, чтобы обеспечить непрерывность процесса;
металл обязан обладать невысокой теплопроводностью;
образующиеся в процессе термической резки окислы должны обладать высокой текучестью, чтобы их было легко выдувать из рабочей области кислородной струей.

Такими характеристиками обладают исключительно низкоуглеродистые и низколегированные стали. Для обработки легированных и высоколегированных сталей, чугуна, медных и алюминиевых сплавов кислородную резку не используют.

Термическую резку выполняют машинами или вручную. Последняя производится специальными резаками со сменными мундштуками. Поскольку при ручной невозможно обеспечить равномерное перемещение резака и полностью убрать вибрации режущей струи, качество реза будет низким, нуждающимся в дальнейшей механической обработке.

Высококачественный рез получают при машинной обработке заготовок, способной обеспечить равномерность перемещения резака вдоль линии реза, строгую перпендикулярность режущей кислородной струи к разрезаемой поверхности заготовки, а также постоянное расстояние между мундштуком и металлической поверхностью.

Машинная резка выполняется с помощью автоматического или полуавтоматического оборудования, оснащенного одним или несколькими резаками.

Кислородная термическая резка подходит для работы с металлами, толщина которых составляет от 0,5 до 3 см. Если же их толщина превышает 3 см, то необходимо пользоваться специальными резаками.

Кислородно-флюсовая резка

Следующая разновидность термической резки металлов – кислородно-флюсовая, в процессе которой металл заготовки сжигается в кислородной струе, одновременно с этим в рабочую зону поступает порошкообразный флюс, а образующиеся окислы выдуваются кислородной.

Эта технология подходит для работы с металлами, которые невозможно разрезать при помощи кислородной резки, поскольку в процессе образуются тугоплавкие не жидкотекучие шлаки. Такие металлы представлены высокохромистыми и хромоникелевыми сталями, чугуном, медными сплавами.

Флюс, дополнительно подающийся в рабочую зону, необходим для того, чтобы при его окислении образовывался шлак, смешивающийся с тугоплавким и разбавляющим его. Также флюс необходим для увеличения количества выделяемого тепла.

В основе большей части используемых при этом виде термической резки флюсов – железный порошок. Для работы с хромистыми сталями применяют порошок без добавок.

Обработка чугуна требует дополнительного введения в состав флюса не более 35 % феррофосфора, резка меди и ее сплавов – 10–15 % феррофосфора, а также не более 20 % алюминиевого порошка.

Кислородно-флюсовая термическая резка металлов выполняется на специальном оборудовании, оснащенном резаками, а также флюсопитателем, который подает флюс в кислородную струю.

Технология используется для работы с заготовками из высокохромистых и хромоникелевых сталей, толщина которых не превышает 5 см, а также из серого чугуна не толще 3 см, меди не толще 0,5 см, латуни толщиной не более 1,5 см.

Воздушно-дуговая резка

Следующий вид термической резки металлических заготовок – воздушно-дуговой. Для расплавления металла в зоне реза используют электрическую дугу, а расплавленные частицы удаляют струей сжатого воздуха.

Технология предполагает применение неплавящихся угольных или графитовых электродов, сжатый воздух для удаления шлаков подается параллельно электроду.

Воздушно-дуговая термическая резка выполняется при помощи специальных воздушно-дуговых резаков с силой тока до 1 000 А и угольных или графитовых электродов.

Технология подходит для обработки большинства сплавов, исключение составляют магниевые (из-за возгорания при резке).

В основном такая термическая резка используется для поверхностной обработки заготовок, т. е. для создания отверстий и канавок в поверхности детали, удаления дефектов со слитков и отливок и пр.

Еще одна разновидность термической резки плавлением – плазменная резка, в процессе которой металл проплавляется за счет интенсивного воздействия плазменной дуги или плазменной струи с последующим удалением из рабочей зоны частиц металла газовой струей.

При резке плазменной дугой на металл воздействует направленный плазменный поток, образуемый плазмотроном прямого действия.

Резка плазменной струей предполагает применение струи свободной газовой плазмы, образуемой плазмотроном косвенного действия.

Технология подходит для работы с заготовками из любых, в том числе цветных, металлов.

Способ используется для обработки листового алюминия, а также алюминиевых сплавов при толщине листов до 0,8–1,2 см, заготовок из коррозионностойкой стали и медных сплавов. Кроме того, это единственный способ, который применяется для резки изделий из магниевых сплавов.

При использовании ручного оборудования можно разрезать металлы толщиной 0,8–1 см, при применении автоматизированных станков – до 3 см.

Плазменную резку используют для работы с тонколистовыми стальными изделиями, алюминиевыми и медными заготовками, жаропрочными сплавами, керамикой и другими неэлектропроводными материалами.

Главные достоинства плазменной термической резки состоят в высокой производительности, отличном качестве реза, низком числе деформаций при работе с тонкими заготовками, скорости обработки (резка стальных изделий, толщина которых составляет 0,6–2 см, происходит в 3-4 раза быстрее, чем при применении технологии кислородной обработки).

Что касается недостатков этого вида обработки металлов, то к ним можно отнести сложное оборудование, высокий уровень шума, а также высокий процент азота в кромках разреза.

Технологии лазерной и электронно-лучевой термической резки

При лазерной и электронно-лучевой резке металл испаряется за счет воздействия концентрированного источника нагрева. Электронно-лучевая резка выполняется в вакууме, лазерная – в обычных условиях. Для этих технологий характерны высокое качество реза, небольшая область нагрева.

Благодаря автоматизации процесса возможно выполнение разрезов любой конфигурации. Однако само оборудование – сложное и дорогостоящее.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Типы резки металла

Резание металла – один из основных технологических процессов металлообработки. Используется он при необходимости разделения на несколько частей листовой или сортовой заготовки. В современном производстве применяются высокоточные и экономичные типы резки металла, позволяющие быстро и с минимальными потерями материала получить изделия необходимой конфигурации.

Основные типы резки металла

Существуют следующие типы резки металла:

1. Холодный (механический). Резка происходит за счет механического воздействия на металл специальным режущим инструментом, изготовленным из материала с твердостью, намного большей, чем жесткость обрабатываемого изделия. Применяются следующие инструменты:

гильотина;
ленточнопильный станок;
дисковая (циркулярная) пила и «болгарка».

2. Горячий (термический). Обрабатываемая заготовка расплавляется по линии разреза, а остатки металла удаляются газом. Горячий тип резки металла подразделяется на следующие виды резания:

газокислородный;
лазерный;
плазменный.

Но не все типы резки металла – как холодной, так и горячей – позволяют получить изделие заданной чистоты. Остановимся более подробно на каждом из вышеперечисленных способов.

Холодные типы резки металла

Резка металла механическим способом – это сложный процесс, потому что металлические изделия обладают высокой прочностью и твердостью. К холодным типам резки металла относятся:

Резка с помощью гильотины.

При таком способе резания используются специальные механические инструменты – ножницы и ножи по металлу. Заготовка устанавливается на рабочий стол и закрепляется прижимной балкой. Затем с помощью специального лезвия производится резка. В результате получается идеально ровный край, без лишних кромок, заусенцев и зазубрин. Режут материал сразу по всей ширине листа, поэтому кривизна среза нулевая.

В настоящее время используются следующие виды гильотин для рубки металла:

ручные;
гидравлические;
пневматические»
электромеханические.

Они не отличаются друг от друга по принципу действия, но последние три вида дополнены электроникой, обеспечивающей точность и безопасность резки. Также есть станки, которые могут резать металл не только поперек, но и вдоль. Чаще всего гильотинный тип обработки применяют при заготовительных работах.

Недостатки данного способа:

Может применяться не для всех типов металлов и имеет ограничения по толщине заготовки. Например, гидравлические станки предназначены для металла толщиной до 6 мм.
Полученные в результате резки заготовки часто не соответствуют нужному размеру, так как точность обработки зависит от квалификации оператора.
Невозможно осуществить фигурную резку.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Ленточнопильная резка.

В настоящее время этот тип резки металла очень популярен по причине невысокой стоимости оборудования, хорошей производительности и несложного обслуживания. Режущим инструментом является ленточная пила, натянутая на шкивах.

Современные ленточнопильные станки (ЛПС) дополняются разнообразным оборудованием и электроникой, благодаря которым агрегат легко встраивается в конкретную производственную линию. Скорость резки подобной машины в среднем составляет около 100 мм/мин и выше.

Способ резки на ЛПС позволяет добиваться точного соответствия заданным параметрам, а место разреза не нужно дополнительно обрабатывать. Метод хорош для высокоточных изделий и деталей с гладкой поверхностью. ЛПС подходит для любого металла, а ширина реза составляет всего 1,5 мм.

При таком типе резке металла важно соблюдать ряд условий:

точный выбор шага зубьев режущего полотна в соответствии с сечением распиливаемого профиля с помощью специальных таблиц;
скорость подачи;
скорость резки.

ЛПС позволяет резать металлическую заготовку под углом, что является большим преимуществом по сравнению с гильотиной.

К недостаткам этого типа резки металлов относятся невозможность получить фигурный рез и ограничение размера заготовок в зависимости от возможностей станка.

Резка металла циркулярной пилой и «болгаркой».

С помощью циркулярной пилы делают точные разрезы хорошего качества. Этот инструмент позволяет контролировать угол разреза.

К недостаткам такого типа резки относят большое количество отходов, невысокую скорость и маленькую глубину разрезания.

Для резки профильного проката можно использовать болгарку. На месте среза не остается окалины и окислов, мало отходов.

Но низкая производительность при таком типе резки металла является его главным недостатком по сравнению с другими способами.

Горячая резка металла

Современное промышленное производство требует высокопроизводительных способов металлообработки, позволяющих выпускать максимально возможное количество заготовок заданного качества в минимальные сроки. Этим требованиям отвечают горячие типы резки металла.

Газокислородная резка.

Принцип работы основан на том, что в чистом кислороде при температуре выше +1000 °C металл плавится и выгорает. Место реза предварительно разогревается до температуры воспламенения материала. В качестве разогревающего газа обычно используется ацетилен. На время прогрева влияют толщина металла, его марка и состояние поверхности заготовки.

После того как место разреза прогревается, в сопло резака подается струя горящего кислорода. Она прорезает заготовку по всей толщине, плавно перемещаясь вдоль линии реза. В процессе горения кислорода также удаляются окислы, образующиеся на поверхности полуфабриката.

Для того чтобы разрез получился качественным, важно соблюдать одинаковое расстояние между резаком и заготовкой во время обработки. Это нелегкая задача при использовании ручного газокислородного резака. В случае автоматизации процесса резание происходит на большой скорости кислородом высокого давления, в результате производительность работы и качество среза значительно возрастают.

Уникальность способа заключается в возможности:

разрезания заготовок большой ширины;
обработки изделий из титана.

К недостаткам газокислородной резки относятся:

невозможность использования при резке цветных металлов (меди, алюминия), хромоникелевых и высокоуглеродистых сталей;
большая ширина реза, образование окислов, наплывов, невысокое качество;
невозможность обработки криволинейных поверхностей;
изменение физических свойств материала в области разреза в результате высокотемпературного воздействия.

Плазменная резка металла.

Тип резки при помощи плазмы основан на принципе интенсивного расплавления металла по линии разреза за счет теплового воздействия сжатой электрической дуги и последующего его испарения. Под воздействием электрической дуги образуется полностью или частично ионизированный газ, или плазма. Температура внутри газоплазменного потока достигает +15 000…+20 000°С, что позволяет в разы увеличить производительность процесса по сравнению с газокислородной резкой, а также избавиться от недостатков последней.

Из всех перечисленных типов резки металла в настоящее время благодаря своим преимуществам плазменная обработка является оптимальным выбором для современных металлообрабатывающих производств:

плазменный рез высокоточен и не оставляет наплывов;
позволяет резать по кривым линиям;
исключается изменение физических свойств металла (перекаливания) за счет узконаправленного нагрева участка резки;
можно производить резку титана, меди, чугуна, специализированных марок стали, не меняя инструмента;
оборудование не имеет баллонов с взрывоопасным газом, соответственно, не требует заправки и доставки этих емкостей;
не требуется особого режима соблюдения мер пожарной безопасности;
отсутствует подготовительный этап очистки, потому что высокотемпературное воздействие эффективно удаляет посторонние примеси (в виде ржавчины, грязи, краски), качество разреза остается неизменным;
не нужны специальные присадки для цветных металлов, используется дешевая электроэнергия и воздух, расходные материалы – только сопла и электроды, поэтому плазменная резка металлов – экономически выгодный технологический процесс.

Недостатки данного типа резки металла:

Из-за воздействия высоких температур изменяются свойства кромок заготовки. Они становятся более твердыми, часть материала теряется, поэтому нужны дополнительные затраты на обработку края. В любом случае качество кромок после плазменной резки значительно лучше, чем после газокислородной: нет окалины, ширина зоны с цветами побежалости в пять раз меньше.

Лазерная резка металла.

Данный тип относится к инновационным технологическим процессам. Суть его – в интенсивном воздействии на металл узкого лазерного луча, обладающего стабильной частотой и длиной волны. Он может фокусироваться на небольшом участке поверхности с помощью оптики, управляемой специальной компьютерной программой. Благодаря такому технологическому решению лазерная резка имеет непревзойденные параметры точности.

Высокая плотность энергии, характерная для направленного и узко концентрированного лазерного излучения, позволяет нагреть и испарить строго определенный участок металлической заготовки.

Лазерная резка происходит следующим образом:

нагревание до температуры плавления по линии реза;
расплавление металла;
погружение в толщу разрезаемого материала.

При погружении лазерного луча внутрь металла происходит повышение температуры, в результате чего материал расплавляется и закипает. Этот процесс потребляет много энергии, поэтому для ее экономии в зону разреза подается вспомогательный газ, с помощью которого происходит плазменная резка. В зависимости от теплотехнических свойств материала заготовки, вспомогательными газами могут быть обычный воздух, азот, кислород, инертный газ.

Достоинства лазерного типа резки металла:

максимально узкие резы;
отсутствие деформации при резании тонких листов стали и мягких полуфабрикатов;
возможность точного раскроя по сложным контурам;
минимальное количество неровностей;
маленькая площадь термического воздействия;
универсальность метода – подходит к любым сплавам;
несложное управление станком лазерной резки.

Единственный недостаток лазерной резки – небольшая допустимая толщина металла.

Чем хороша гидроабразивная резка металла

Гидроабразивная резка металла – принципиально иной по сравнению с остальными метод металлообработки. Он отличается от способов горячей резки тем, что не изменяет физико-механические свойства материала заготовки. При таком типе резки металла отсутствует деформация краев – их оплавление и сваривание.

Технологический процесс основан на использовании насоса сверхвысокого давления – до 6 000 бар, который через сопло диаметром 0,1 мм подает воду со специальным абразивом, образующую узконаправленную струю, способную разрезать сталь толщиной до 30 см. Скорость резки листа толщиной 1 мм на гидроабразивной установке может достигать 2,7 м/мин.

Основные достоинства лазерного типа резки металлов:

Обрабатываемая поверхность не нагревается, потому что подаваемая струя воды моментально охлаждает рабочую область.
Гидроабразивная резка справляется с самыми сложными конфигурациями и профилями любых заданных параметров.
Не требуется дополнительных работ по обработке края в виде шлифования, качество разреза получается очень высоким.
Ручные установки для гидроабразивного типа резки пригодны для использования под водой, глубина работ может достигать нескольких сот метров. Один насос высокого давления способен подавать воду одновременно на две-три установки.
Экономичность – даже по сравнению с плазменной гидроабразивная резка выигрывает, при этом скорость разрезания может достигать 30 000 мм/мин без ухудшения качества разреза.
Безопасность – станки для гидроабразивной резки идеально использовать в цехах с повышенной взрывоопасностью, а также с использованием легковоспламеняющихся материалов, так как гарантируют отсутствие искры, нагревания поверхности.

Основными недостатками гидроабразивных станков являются высокие эксплуатационные расходы и шумовой фон во время применения.

Самые последние технологические разработки в области резки металла предоставляют новые возможности для резания заготовок большой толщины. Это оборудование для ультразвуковой, криогенной и электроимпульсной обработки. Пока на нашем рынке оно не получило широкого распространения из-за высокой стоимости и сложности управления.

Какой тип резки металла выбрать

Выбирая тип резки металла для производства, прислушайтесь к советам профессионалов.

Технологи по металлообработке советуют обратить внимание на 10 признаков идеального способа резания:

Увеличение скорости обработки со стабильным качеством.
Чистый срез без остаточных следов и деформаций.
Возможность резки металлов разной толщины.
Износостойкость режущего инструмента.
Возможность обработки поверхностей с посторонними загрязнениями.
Возможность фигурной резки.
Вариативность профиля разреза.
Возможность совмещения с другими технологическими операциями (например, со снятием фаски).
Простая управляемость.
Экономичный раскрой.

Просто выберите технологический процесс, который будет совмещать максимальное количество рекомендуемых признаков для конкретного случая.

Читайте также: