Соотношение пропана и кислорода при сварке металла
Обновлено: 07.05.2024
Себестоимость процесса резки металла определяет расход кислорода и пропана, суммируемый с оплатой труда резчика. Причем расход окислителя и топлива зависит от технологии термического разделения металлов.
Поэтому мы начнем нашу статью с описания способов резки.
Технологии резки металлов
На сегодняшний день в промышленности используются три типовых технологии термического разделения металлических заготовок:
- Кислородная резка.
- Плазменная резка.
- Лазерная резка.
Первая технология – кислородная резка – используется при разделении заготовок из углеродистой и низколегированной стали. Кроме того, кислородным резаком можно подравнять края кромок уже отрезанных заготовок, подготовить зону раздела стыка перед сваркой и «подчистить» поверхность литой детали. Расход рабочих газов, в данном случае, определяется тратой и топлива (горючего газа), и окислителя (кислорода).
Вторая технология – плазменная резка – используется при разделении сталей всех типов (от конструкционных до высоколегированных), цветных металлов и их сплавов. Для плазменного резака нет недоступных материалов – он режет даже самые тугоплавкие металлы.
Причем качество разделочного шва, в данном случае, значительно выше, чем у конкурирующей технологии. При определении объемов рабочих газов, в данном случае, важен расход кислорода — при резке металла плазмой за горение материала отвечает именно окислитель. А сама плазма используется, как катализатор процесса термического окисления металла.
Третья технология – лазерная резка – используется для разделения тонколистовых заготовок. Соответственно, объемы расходуемых газов, в данном случае, будут существенно меньше, чем у кислородной и плазменной резки, которые рассчитаны на работу с крупными, толстостенными заготовками.
Нормы расчета горючих газов и окислителя
Нормы расхода пропана и кислорода или ацетилена и кислорода или только окислителя рассчитываются следующим образом:
- Норматив расхода топлива или окислителя на погонный метр разреза (H) умножается на длину разделочного шва (L).
- После этого к полученной сумме прибавляют произведение все того же норматива расхода (H) на коэффициент потерь (k), связанных с продувкой и настройкой резака.
В итоге, расход кислорода при сварке (или расход горючего газа) считается по формуле:
Причем коэффициент k принимают равным 1,1 (для мелкосерийного производства или штучной резки, когда требуется часто включать и выключать резак) или 1,05 (для крупносерийного производства, когда резак работает почти без перерывов).
Определение норматива расхода газов
Для точного определения объемов расходуемых газов необходимо определить основу формулы — норму, которой определяется расход газа на погонный метр прорезаемого металла, обозначаемую в формуле литерой «H».
Согласно общим рекомендациям нормированный расход равняется частному от допустимого расхода разделяющего аппарата (p) (кислородного, плазменного или лазерного резака) и скорости резания металла (V).
То есть формула, по которой рассчитывается нормированный расход кислорода на резку металла (Н), а равно и любого другого газа, участвующего в процессе термического разделения, выглядит следующим образом:
Искомый результат подставляют в первую формулу и получают конкретное значение расходуемого объема.
Таблица расхода кислорода при резке труб
| Труба (наружный диаметр × толщина стенки), мм | Расход кислорода, м3 |
| Ø 14 × 2,0 | 0,00348 |
| Ø 16 × 3,5 | 0,00564 |
| Ø 20 × 2,5 | 0,00566 |
| Ø 32 × 3,0 | 0,0102 |
| Ø 45 × 3,0 | 0,0143 |
| Ø 57 × 6,0 | 0,0344 |
| Ø 76 × 8,0 | 0,0377 |
| Ø 89 × 6,0 | 0,0473 |
| Ø 108 × 6,0 | 0,0574 |
| Ø 114 × 6,0 | 0,0605 |
| Ø 133 × 6,0 | 0,0705 |
| Ø 159 × 8,0 | 0,119 |
| Ø 219 × 12,0 | 0,213 |
| Ø 426 × 10,0 | 0,351 |
| Ø 530 × 10,0 | 0,436 |
Определение значения допустимого расхода и скорости резания
Используемые во второй формуле операнды p (допустимый расход) и V (скорость резания) зависят от множества факторов.
В частности значение допустимого расхода определяется паспортными данными сварочного аппарата. По сути p равно максимальной пропускной способности форсунки резака в рабочем режиме.
А вот скорость резания – V– определяется исходя из глубины шва, ширины режущей струи окислителя или плазмы, типа разделяемого материала и целой серии косвенных параметров.
В итоге, значение допустимого расхода извлекают из паспорта «резака», а скорость резания находят в справочниках, которые содержат специальные таблицы или диаграммы, связывающие все вводные данные.
И согласно справочным данным допустимый расход кислорода равняется 0,6-25 кубическим метрам в час. А максимальная скорость резания – 5-420 м/час. Причем для лазерной резки характерен минимальный расход (0,6 м3/час) и максимальная скорость (420 м/час): ведь такой резак разделит только 20-миллиметровую заготовку.
А вот плазменный резак «сжигает» до 25 м3/час кислорода и 1,2 м3/час ацетилена. При этом он разделяет даже 30-сантиметровые заготовки, делая разрез на скорости в 5 метров в час.
Словом, в таких расчетах все относительно: чем больше скорость, тем меньше глубина и чем больше расход, тем меньше скорость.
Азот и кислород в лазерной резке
С чего все начинается?
Поиск лазерного станка начинается с выбора типа и толщины металла, который необходимо обработать. После уточнения всех параметров Клиент получает долгожданный станок, но зачастую многие забывают о том, что станок необходимо обеспечить подачей вспомогательного газа (азота, кислорода или воздуха).
Сегодня мы подробнее остановимся о том, какое оборудование следует приобрести для обеспечения вспомогательным газом лазерного станка.
Но сначала немного теории
Когда речь заходит о качестве газа, то как правило, говорят о процентном содержании основной молекулы в газе. Для азота и кислорода чистота, как правило, составляет 99% и несколько важных цифр после десятичной запятой. Соответственно, чем выше цифра после запятой — тем выше чистота (концентрация) газа. Таким образом, мы получаем всем знакомую систему записи чистоты газа, состоящую из N, X, Y, где Х — общее количество «девяток» в проценте чистоты, Y — последняя значащая цифра цифра после десятичной запятой в процентной записи:
| Обозначение | Концентрация газа |
| N27 | 99.7 |
| N48 | 99.998 |
| N50 | 99.9999 |
Лазерная резка с использованием азота
Основную роль для достижения максимальной скорости при наилучшем качестве в лазерной резке с использование вспомогательного газа азота играют мощность лазерного излучения, диаметр фокального пятна и качество пучка. Азот используется для «выдувания» расплавленного металла из зоны резки и защиты металла от окисления.
Применение азота целесообразно, если окисление разрезаемого металла недопустимо, или по крайней мере нежелательно. Именно поэтому в технологическом процессе важно использование азота более высокой концентрации, так как даже малейшее присутствие кислорода может негативно сказаться на финальной заготовке. Хорошим маркером, говорящим о низкой концентрации используемого азота, является изменение цвета конечного среза.
Также стоит учитывать, что для достижения более качественного результата используется азот высокого давления (до 40 бар).
Лучшим решением для получения газообразного азота является адсорбционная азотная станция серии АВС. Из прошлых статей мы знаем, что мембранная технология не подходит для получения азота, с концентрацией выше 99.6%.
Для получения азота высокого давления используется азотный поршневой компрессор, диапазон сжатия которого от 15 до 40 бар. На популярных лазерных станках Trumph используется давление азота, не превыщающее 30-35 бар.
Однако существует множество нюансов, связанных с подбором азотной станции. Самая популярная ошибка, допускаемая инженерами, отвечающими за подбор адсорбционной азотной станции с дожимным компрессором высокого давления, состоит в следующем (расскажем на реальном примере):
Клиенту требуется 32 нм3/ч газообразного азота, концентрацией 99.9995%, давлением 30 бар.
После запуска станции выходные параметры строго соответствуют входному техническому заданию, однако после запуска лазерного станка происходит падение давления азота на входе в станок, и, как следствие, падение концентрации продуктового азота на выходе из азотной установки, что непременно ведет к ухудшению реза.
Чтобы такой ситуации не происходило, необходимо изначально учитывать, что каждому дожимному компрессору необходим буферный объем. Простыми словами, после дожимного компрессора необходимо установить несколько азотных ресиверов, объемом 0.25 нм3, рабочим давлением 40 бар (соответствующие ресиверы не попадают под регистрацию в Ростехнадзоре), либо подключить несколько газовых баллонов высокого давления (в конкретном случае необходимо установить 4 ресивера, либо моноблок из 16-20 баллонов). Таким образом решается несколько проблем, связанных с постоянной работой дожимного компрессора (любое оборудование, работающее на износ, требует повышенных затрат на обслуживание), а также появляется запасной объем продуктового азота, который будет выполнять роль буфера во время работы всей системы.
Преимущество лазерной резки с использованием азота — в отсутствии окислительных и экзотермических реакций (выделении большого количества тепла). Скорость реза при этом невелика, а также требуется более высокое давление сопутствующего газа. Металл не испарятся, а только плавится, что позволяет делать более качественный продукт.
Лазерная резка с использованием кислорода
Кислород, в отличии от азота, более химически активный газ. В ходе резки с использованием кислорода образуется около 97% FeO и 3% Fe2O3, а также выделяется большое количество тепла. Это позволяет существенно увеличить скорость процесса резки, а также позволяет обрабатывать более толстый металл.
| Толщина разрезаемого листа, мм | Мощность лазера, Вт | Фокусное расстояние, дюймы | Диаметр сопла, мм | Давление кислорода (избыточное), бар | Скорость резки, м/мин |
| 2 | 800-1000 | 2.50 | 0.50-1.20 | 2.50-5.00 | 7 |
| 8 | 1200-1500 | 5.00 | 1.10-1.60 | 0.50-1.00 | 5 |
| 20 | 2200-2600 | 7.50 | 2.10-2.50 | 0.40-0.60 | 0.7 |
Чем толще металл, тем ниже давление кислорода необходимо подавать на лазерный станок. Однако, чем больше в кислороде примесей (чем ниже концентрация), тем медленнее происходит процесс резки и хуже результат.
Если в кислороде резать алюминий, то получаемые детали имеют неровные срезы с множеством заусениц, поэтому алюминий режется только в азоте. Низкосплавные стали тоже желательно подвергать лазерной резке с использованием азота, иначе детали, подлежащие окраске, будут плохо удерживать слой красящего вещества.
Адсорбционные азотные и кислородные станции позволяют отказаться от использования баллонного газа и от емкостей с жидкой азотом и кислородом. Оборудование работает в автоматическом режиме без присутствия оператора. Станция запускается от сигнала датчика давления в накопительном ресивере, который сообщает, что начался процесс отбора азота/кислорода станком. Контроль за технологическим процессом ведется на панели оператора Siemens, на которую выводятся все основные параметры.
Мы часто встречаемся с ситуацией, когда на производстве Клиента присутствует действующее высокобарное компрессорное оборудование (дожимные бустеры до 400 бар), которое можно использовать в технологическом процессе получения газообразного азота для лазерного станка. Соответственно, имеются и ресиверы высокого давления. Таким образом можно установить только адсорбционную азотную станцию, подключив ее к существующей сети. Азот будет закачиваться в имеющийся ресиверный парк, а из него через редуктор поступать на лазерный станок.
Такая система позволяет иметь большое количество запасного газообразного азота, который может потребоваться в случае внезапного отключения электроэнергии или на время технического обслуживания компрессорного оборудования или дсорбционного генератора азота
Заключение
В заключении хочется сказать, что за последнее время спрос на адсорбционные азотные станции с дожимным компрессором для производств, занимающихся лазерной резкой, значительно вырос. Этому способствует постепенный переход Клиентов на современные иностранные лазерные станки и осведомленность о современных методах получения азота. Баллонный газ остается востребованным только в тех случаях, где требуются небольшие объемы (5-30 нм3/сутки).
За последние годы нашей компанией было поставлено десятки азотных станций, отвечающих за бесперебойную работу лазерных станков на производствах России, производительностью от 30 до 400 нм3/ч при концентрации азота от 99.9995% и выше.
ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
| РАМНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ | РАЗДЕЛЬНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ | БЛОЧНО-МОДУЛЬНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ |
| Оборудование изготавливается и монтируется на общую раму, на которой выполнена вся необходимая технологическая обвязка. На объекте достаточно разместить общую раму в помещении и подключить ее к электричеству. | Все оборудование доставляется на площадку Заказчика и размещается в помещении, согласно плана размещения. Далее оборудование обвязывается, подключается к электричеству и запускается в работу | Блок-контейнер доставляется на площадку Заказчика в полной заводской готовности, размещается на заранее подготовленный фундамент, подключается к питанию и запускается в работу. |
Техника безопасности при газовой резке металла
Техникой безопасности при газовой резке металла определено, что работать лучше на воздухе или в помещение с идеальной системой вентиляции, земляным или бетонным полом. Половое покрытие в радиусе 5-и метров нужно очистить от предметов, которые легко воспламеняются: стружки, ветоши, бумаги, листьев и растений. Заготовку лучше всего уложить на металлический стол удобной высоты. Ни на полу, ни на столе не должно быть пятен, оставленных легковоспламеняющимися веществами.
Перед началом работы необходимо убедиться, что под рукой имеется:
- защитные средства (кожаные перчатки, защитные очки, крепкая обувь);
- огнестойкая одежда (не допускается синтетика, рваные края, свободный крой);
- инструменты (специальный карандаш, угольник, линейка);
- специальная зажигалка (спички не подходят).
Самый большой вред работнику причиняется, если взрывается смесь из-за неправильного обращения с баллонами или горелкой. Самыми опасными считаются взрывы баллонов, наполненных кислородом. Если неправильно обращаться с горелкой, можно получить ожоги. На глаза отрицательно влияют видимые и инфракрасные лучи, искры, брызги шлака. Если не пользоваться защитными очками, существует вероятность на какое-то время потерять зрение.
Особенности технологии
Выбор газа для резки зависит от свойств металлической заготовки. Кроме технического кислорода может быть использован ацетилен, коксовый и нефтяной газ, метан, пропан, бутан и смеси из них.
Кислород используется при резке металла газом, если материал обладает определенными характеристиками:
- высокой теплопроводностью;
- температурой плавления выше температуры воспламенения в кислороде;
- температурой плавления тугоплавких окислов ниже температуры плавления металла;
- образованием жидких шлаков в процессе резки;
- выделением большого объема тепла.
Чтобы резать металлическую заготовку, ее сначала необходимо подогреть. Потом материал сжигается, продукты сгорания удаляются струей газа.
- поверхностная – образование шлицев и каналов;
- копьевая – образование отверстий или проемов;
- разделительная – в виде сквозного реза.
Для разных работ выбираются разные горелки. Существует несколько видов, которые предназначены для выполнения разных работ.
- рукоятки;
- вентиля;
- клапана (не во всех моделях);
- наконечника (удлинительной трубки);
- мундштука (насадки).
Смешение газа с воздухом может происходить в наконечнике или мундштуке. В моделях с клапаном газ с кислородом смешивается в головке, что повышает уровень безопасности. Использование моделей без клапана позволяет применять в работе газ с различным давлением. Газовые резаки для резки толстого металла комплектуется несколькими мундштуками.
Технология состоит из четырех шагов:
- разогрева заготовки;
- введения в область обработки газовой смеси;
- воспламенения материала;
- процесса горения.
Струя должна быть равномерной, чтобы пламя не погасло. В процессе горения образуются окислы, которые удаляются газовой струей.
Расчёт расхода газа, Расход газа при сварке и резке метала
представляет собой процесс соединения деталей плавлением соединяемых поверхностей, нагрев которых производится теплом пламени, образующегося в момент сгорания смеси газов, выходящих из горелки.
состоит в соблюдении определенной последовательности процессов обработки металлов газовым племенем, имеющим высокую температуру. При этом необходимо соблюдение определенного состава горючей смеси, которая оказывает влияние на свойства пламени сварки. Путем изменения соотношений кислорода с такими газами как ацетилен , пропан или МАФ, получают различные виды сварочного пламени. Они находятся в зависимости от состава соединяемых изделий и происходящим при этом процессов окисления и восстановления.
Газосварочные комплекты и посты
Сварка в среде защитных газов обеспечивает сварочной ванне и зоне дуги защиту от окисления. Применяется сварка в среде газов для соединения отдельных деталей в летательных аппаратах, трубопроводах, при сварке тугоплавких и цветных металлов. Сварка в газовой среде позволяет исключить появление на поверхности сварочного шва оксидов и шлаковых включений
Насколько мне хватит полного баллона, чтобы резать или варить метал!?
Отвечаем; Точного расчёта при расходе газа не существует и по определению быть не может, так как всё зависит в первую очередь от опытности сварщика, от целостности и качества комплектующего оборудования и, конечно же от толщины и марки металла с которым предстоит работать.
Но для того что бы максимально приблизить Вас к подсчётам, читайте созданные для Вас таблицы и покупайте наши учебные материалы по газосварке.
Расчет расхода газа кислород с ацетиленом в таблице
Расход газа кислород с пропаном в таблице
Газовая сварка и резка металлов находит свое применение для соединения стальных изделий, имеющих небольшую толщину, а также для сварки цветных металлов, изделий из чугуна. Газовая сварка и резка широко используется при проведении монтажных и ремонтных работ, поскольку сварка газовой горелкой не требует больших затрат на установку оборудования.
Сварка газовых труб производится путем нагрева пламенем кромок труб до их расплавления. В созданном потоке пламени расплавляется присадка, которая заполняет зазор, образованный между торцами соединяемых труб. Сварку производят главным образом кислородом и с такими газами как ацетилен , пропан и газ МАФ .
При изготовлении изделий машин и сооружений применяется газовая сварка металлов, которая дает возможность получить неразъемные соединения, обеспечивающие высокую прочность и надежность в эксплуатации в условиях высоких температуры и давления.
Газовая сварка оборудование, которое для нее требуется, не отличается большими габаритами. В него входят водяные затворы, баллоны для хранения сжатых газов, вентили и редукторы к ним, сварочные горелки.
Фото часто применяемых редукторов
Редуктор кислородный БКО-50 Редуктор для горючего газа пропан БПО-5
Проведение работ требует неукоснительного соблюдения правил безопасности. В их число входит запрещение пользования открытым огнем в аппаратном помещении, установка вентиляции в помещении, наличие у каждого баллона поверочного клейма с актуальными датами поверки и регулярная их проверка на предмет устарения. Обязательная проверка редукторов, обеспечение надежного крепления рукавов к редукторам и горелкам, соблюдение строгой последовательности зажигания пламени горелки и резака.Редуктор для баллона выбрать
Сетевой огнепреградительный клапан
Как рассчитать количество газа в баллоне!?
С такими вопросами сталкивается каждый в момент заправки и использования газа. Во первых некто не хочет чувствовать себя обманутым или хочет рассчитать примерное количество расхода средств при выполнении определённого типа работ.
Особенно трудно приходится с метчикам которые пишут смету по расходам при строительстве или производстве.
Параметры и размеры баллонов из углеродистых и легированных сталей можно посмотреть по ГОСТу 949-73 «Баллоны стальные малых и средних объёмов для газов с рабочим давлением в баллоне не более на Рр ≤ 19,7МПа». Самыми популярными баллонами всегда были с объемами 5, 10 и 40 литров.
Vб – вместимость баллона, дм3;
K1 — коэффициент для определения объема кислорода в баллоне при нормальных условиях, вычисляемый по формуле
Формула расчета газа в баллоне
Р — давление газа в баллоне, измеренное манометром, кгс/см2;
0,968 — коэффициент для пересчета технических атмосфер (кгс/см2) в физические;
t — температура газа в баллоне, °С;
Z — коэффициент сжигаемости кислорода при температуре t.
Значения коэффициента К1 приведены в таблице 4, ГОСТ 5583-78.
Посчитаем объем кислорода в самом распространенном баллоне в строительстве: объемом 40л с рабочим давлением 14,7МПа (150кгс/см2). Коэффициент К1 определяем по таблице 4, ГОСТ 5583-78 при температуре 15°С:
Необходимо отметить, что комплектующие, необходимые для проведения газовой сварки, должны быть высокого качества, что обеспечит надежность создаваемого соединения.
При возникновении вопроса газовая сварка купить , необходимо обращаться в специализированные магазины.
§ 12. Ручная газовая резка труб. Расход пропана и кислорода на 1 м реза
Расход кислорода при резке металла: нормы расхода пропана
Себестоимость процесса резки металла определяет расход кислорода и пропана, суммируемый с оплатой труда резчика. Причем расход окислителя и топлива зависит от технологии термического разделения металлов.
Поэтому мы начнем нашу статью с описания способов резки.
Определение норматива расхода газов
Определение значения допустимого расхода и скорости резания
Словом, в таких расчетах все относительно: чем больше скорость, тем меньше глубина и чем больше расход, тем меньше скорость.
Гильотина
В основе данного способа резки лежит использование механических средств, а в частности специальных лезвий по металлу. По сути гильотина – это станок, который предназначен для резки листовой стали и стальных пластин (не путать с пресс-ножницами для резки труб и арматуры).
Преимущество гильотины в том, что она позволяет получить идеально ровный край среза без зазубрин, заусенцев и лишних кромок.
Однако и у данного метода есть свои недостатки:
- Толщина разрезаемого материала не должна превышать 6мм для гидравлических машин;
- Существует ограниченность по типу материала;
- Максимальная длинна резки до 3000мм;
- Невысокая точность получаемых полос при резке (качество зависит от квалификации оператора);
- Нет возможности выполнять фигурную резку.
§ 12. Ручная газовая резка труб
Нормы на 1 м реза Таблица 036
| Толщина стенки, мм | Расход материалов по видам резки, л, с использованием | Код строки | |||||
| Ацетилена | пропан-бутановой смеси | природного газа | |||||
| Ацетилен | Кислород | Пропан-бутан | Кислород | Природный газ | Кислород | ||
| 3 | 11,98 | 53,92 | 8,72 | 69,08 | 19,49 | 69,08 | 01 |
| 4 | 15,93 | 71,85 | 11,57 | 92,04 | 25,94 | 92,04 | 02 |
| 5 | 19,96 | 89,84 | 14,49 | 115,05 | 32,43 | 115,05 | 03 |
| 6 | 23,95 | 107,81 | 17,39 | 138,03 | 38,93 | 138,03 | 04 |
| 8 | 27,92 | 143,69 | 22,26 | 184 | 49,68 | 184 | 05 |
| 10 | 28,07 | 180,77 | 23 | 230,08 | 50,62 | 230,08 | 06 |
| 12 | 33,62 | 215,55 | 25,66 | 275,98 | 55,95 | 275,98 | 07 |
| 15 | 45,94 | 294,66 | 35,08 | 377,29 | 79,23 | 377,29 | 08 |
| 18 | 46,37 | 335,33 | 36 | 413,99 | 79,69 | 413,99 | 09 |
| 20 | 51,52 | 372,6 | 36,1 | 460 | 81,88 | 460 | 10 |
| 25 | 64,39 | 465,75 | 44,85 | 575 | 102,35 | 575 | 11 |
| Код графы | 01 | 02 | 03 | 04 | 05 | 06 | |
Нормы на 1 перерез Таблица 037
При резке со скосом кромок под углом 50° и 30° нормы необходимо увеличивать соответственно в 1,55 и 1,16 раза.
Резка металла
Сколько баллонов кислорода нужно на резку данного объема металла? Данный вопрос является основополагающим, как при вычислении общих затрат в течение трудового процесса, так и при вычислении себестоимости изготовления детали и производства определённых видов работ. Так как кислород является топливом для резки детали, то норма расхода кислорода на резку металла приобретает ключевое значение, наряду с расходом электроэнергии. Существует несколько способов термического разделения металлов, которые подразделяются в зависимости от способа и вида используемого топлива. Поэтому наряду с кислородной резкой металлов мы в данной статье обратим внимание и на другие способы резки металлических конструкций. Итак, приступим.
Разновидности термической резки металла.
Рассмотрим три основных способа терморезки. Первый по распространению тип – это кислородно-автогенная резка. Область применения – раскрой листового и сортового углеродистого, низколегированного металлопроката, обрезка лишних выступов и кромок, которые образовались во время литья, подготовка деталей под сварку, разделка металлолома и прочее. Данный способ не применяется для разделения нержавеющих высоколегированных сталей, цветных металлов и чугуна.
Следующий тип – это плазменно-дуговая резка. Область применения – это также раскрой, но в данном случае низко- и высоколегированных сталей, а также алюминия, меди и их сплавов.
И последний тип, который мы рассмотрим в данной статье – это лазерная резка, которая является одним из инновационных методов резки металлов. Этот способ значительно расширяет область применения газовой резки и, благодаря этому, можно эффективно разделять тонколистный прокат, специальный профильный прокат, тонкостенные трубы, как из металлических, так и не из металлических деталей. Расход газового топлива в различных способах (кислород, ацетилен, пропан) на разделение определяется по специализированным таблицам в зависимости от режима резки, а также от толщины разрезаемого металла.
При вышеупомянутых типах резки по видам топлива номинируется расход газов, которые используются для разогрева разрезаемой конструкции, для резки, а также для образования плазмы. Повторим, что к таким относятся: кислород, газы-заменители (пропан- бутан, природный газ и др.), ацетилен, а также азот. Кроме этих газов, используются водород и аргон, но их область и популярность применения не значительна, поэтому включать в содержание статьи мы их не будем.
Во время работы с плазменно-дуговым прибором важно заранее планировать количество сменных специальных электродов (катодов), с циркониевыми или гафниевыми вставками. Нормы расхода данных электродов меняются в зависимости от интенсивности рабочего процесса и в общем, не превышают 4 стержней за одну смену. Более точное нормирование расхода стержней будет указано в инструкции по эксплуатации данного агрегата.
Расход газов на резку металла: нормы.
Расхода кислорода на резку металла, как и расход других газов, рассчитывается по специальной формуле:
И в этом уравнении Н – это нормативы расхода во время рабочего процесса, кубический метр газа на метр реза. L – величина разреза или вырезаемой детали, метр. Kh – это коэффициент, который учитывает множество особенностей рабочего процесса: расход газа на начальном этапе резке, продувка и регулировка, зажигание плазменной дуги, на прогрев металла, и, как правило, он равняется 1.1 при единичном производстве, или 1.05 — при промышленном производстве.
Норма расхода кислорода на резку металла и прочих газов (Н, кубический метр на один метр разреза) во время разделения в зависимости от мощностей оборудования и режима резки, высчитывается по следующей формуле:
Где Р – это допустимый расход газов, который указан в технических характеристиках используемого оборудования, метр кубический на час, а V – это скорость разделения метр на час.
Основные значения газового расхода по различным диапазонам скорости резки для некоторых типов оборудования, которые можно применять для расчётов крупного масштаба в промышленном производстве, приведены в следующей таблице.
| Таблица. Номинальный расход газов в диапазоне скоростей резки для некоторых видов оборудования. | |||||||
| Виды оборудования | Оптимальный диапазон разрешенных толщин мм | Диапазон скоростей резки м/ч | Номинальный расход газа, м3/ч | ||||
| Кислород | Ацетилен | Азот | Природный газ | Воздух | |||
| Ручной кислородный резак | 4-60 | 30-6 | 5,0-10,0 | 0,12-0,45 | — | 0,21-0,75 | — |
| Машинный кислородный резак | 5-300 | 40-5 | 2,5-25,0 | 0,2-1,2 | — | 0,32-2,04 | — |
| Плазменный резак | 1-60 | 200-6 | — | — | 2,5-5,0 | — | 3,0-9,0 |
| Лазерная режущая головка | 1-20* | 420-50 | 0,6-3,0 | — | 2,1-12,6 | — | — |
| Для низкоуглеродистых, легированных сталей и цветных металлов диапазон 1-10 мм. | |||||||
Применение различных газов в качестве топлива для разделительных машин по металлу обусловлено требованиями к применяемому оборудованию и в зависимости от технологического процесса. Зависимость толщины и скорости резки от допустимого расхода газа является прямо пропорциональной и данное значение можно легко и просто определить интерполированием. И поэтому можно укрупнено, оценочно совершить вычисление расхода различных газов независимо от вида термической резки металлов, исходя из размеров разреза, толщины металла, а также мощности оборудования.
В конце важно отметить, что нормирование расхода газов – это одна из важных особенностей, от которых зависит эффективность и скорость рабочего процесса, поэтому не стоит забывать про нормативы расхода, особенно во время разделения металла в огромных масштабах.
РЕЗКА МЕТАЛЛА
Газовая резка металла — классический метод термической резки. Разделение металла осуществляется режущим газом. Это недорогая и экономичная технология, возможна резка листового материала довольно большой толщины, но газовая резка тонких листов весьма проблематична. Следует также учитывать, что воздействие тепла режущим газом очень велико, и охватывает большую зону, что может вызвать термическую усадку. Еще один существенный недостаток газовой резки — у изделий остаются оплавленные края, что не всегда допустимо при монтаже изделий. Чтобы устранить этот дефект с помощью шлифовальной машинки производят дополнительную обработку — удаление наплывов и заусениц, выравнивание поверхности кромки. Поэтому потери материала при газовой резке могут быть около 2 см.
Резка металла газом используется для стали с массовым содержанием углерода до 0,7 % и некоторых сортов низколегированной стали. Алюминий и алюминиевые сплавы, чугун, медь, высоколегированные стали газовой резке не поддаются.
Абразивная резка металла осуществляется на стационарном оборудовании — углошлифовальной машине, которую также называют болгаркой. Применяется, как правило, при обработке небольших партий тонкостенного металлопроката, прутков небольших диаметров, арматуры.
Преимущества этого метода: кромка без наплывов и смятия, отсутствие механической и термической деформации металла, при резке не происходит нагревание материала, точность реза достигает ± 2 мм. Кроме того, технология абразивной резки является достаточно экологичной за счет применяемого абразива и отсутствия пыли в процессе резки.
Высокоточная ленточнопильная резка применяется для изделий из цветных металлов, легированной и нержавеющей стали, чугуна. Ленточнопильные станки обеспечивают непрерывную резку труб и сортового металлопроката на заготовки заданного размера. Главный инструмент в станках для резки металла — ленточная пила, которая изготавливается из очень прочной быстрорежущей стали, армированная кобальтом или твердым сплавом. Ленточная пила представляет собой замкнутую ленту, на которой расположены режущие зубья. Чаще всего резка металлопроката на ленточнопильных станках происходит перпендикулярно оси оборудования, но есть возможность резать металл и под заранее заданным углом (отличным от 90º), для этого станки оснащены поворотной рамой.
Ленточнопильная резка обеспечивает точность реза ± 1-1,5 мм, поверхность реза получается ровная, без заусенцев. С помощью ленточнопильного оборудования можно разрезать большие в сечении заготовки. Поперечная резка сортового проката увеличенного сечения — операция как раз для ленточнопильного станка. При необходимости на этом оборудовании выполнима поперечная резка труб. Прямолинейность реза при этом просто великолепная (ленточная пила не «скашивает» рез).
Сварка, резка и пайка металлов
При ремонте сельскохозяйственной техники широко применяются газовая сварка и резка.
Накопленный производственный опыт показал, что пропан и бутан являются хорошими заменителями ацетилена и керосина для газопламенной обработки металла. Сжиженный газ дешевле ацетилена, а качество резки пропан-бутан-кислородным пламенем выше, чем ацетилено-кислородным. При работах в зимних условиях получение газа из баллона с пропан-бутановой смесью не вызывает обычно затруднений. Ведение работ с применением сжиженных газов значительно более безопасно, чем при использовании карбида кальция и ацетилена.
Газовая сварка производится сварочным пламенем, образующимся при сгорании смеси кислорода с горючим газом, который может являться сжиженным газом (пропан или пропан-бутановая смесь). Сварочное пламя в зависимости от соотношения кислорода и пропан-бутана бывает нормальным, окислительным и науглероживающим.
Для сварки большинства металлов используют нормальное пламя с небольшим избытком кислорода. Сварка малоуглеродистой стали пропан-бутан-кислородной смесью производится при соотношении газа и кислорода 1 : 3.
Уменьшением содержания пропан-бутана или увеличением количества кислорода получают окислительное пламя, а при увеличении количества пропан-бутана науглероживающее пламя.
Газокислородная сварка и резка металла может производиться как в условиях мастерских, так и в полевых условиях, для чего обычно используются одиночные баллоны.
Питание передвижного поста от баллона ввиду небольшого количества отбираемого газа может осуществляться без испарителя при температуре воздуха до минус 25—30 °С. При питании нескольких постов от газовой сети, т. е. при белое значительном расходе газа, может быть применена групповая баллонная установка.
Газы доставляются на рабочее место или по трубопроводу от стационарных емкостей, или в стальных баллонах.
Для снижения давления сжиженного газа могут быть использованы обычные редукторы типа РДК, РДГ-6 и другие.
Применяя ацетиленовый редуктор, надо притяжной хомут заменить переходным штуцером с накидной гайкой.
Корпус водородного, кислородного или ацетиленового редуктора, используемого для снижения давления сжиженного газа, и корпус манометра окрашиваются в красный цвет. На циферблате манометра надписи «Водород», «Кислород», «Ацетилен» заменяются надписью «Пропан».
Правила обращения с редукторами для сжиженного газа такие же, как и с кислородными редукторами. Применение кислородного и водородного редукторов для кислорода, после использования их для сжиженного газа, во избежание взрыва категорически запрещается.
Отбор газа из баллона без редуктора запрещается.
При испытании поста газовой резки от газовой сети с давлением газа от 1 до 5 кГ/см 2 установка редуктора также совершенно обязательна.
При работе с пропан-бутановыми смесями необходимо тщательно следить за резиновыми мембранами, так как при выходе из баллона газа в жидком виде и проникновении его в редуктор резиновая мембрана постепенно разъедается и приходит в негодность.
Пропускная способность редукторов по сжиженному газу составляет для РДК-00 — 1,3; для РД-1-0,25 — 5 м 3 /ч.
Для присоединения горелки (резака) к редуктору, установленному на баллоне, применяют резино-тканевые шланги по ГОСТ 8318—57, рассчитанные на рабочее давление 10 кГ/см 2 .
Конструкция газосварочной горелки проста и изготовить ее можно в условиях любых мастерских.
Для сварки малоуглеродистых сталей толщиной от 0,5 до 5 мм и других видов газопламенной обработки металлов (пайка, подогрев и др.) с применением в качестве горючего газа пропана или пропан-бутана можно использовать сварочную горелку «Уфа», схема которой показана на рис. 40.
Наконечник горелки «Уфа» отличается от существующих ацетилено-кислородных наконечников наличием камер предварительного и окончательного подогрева горючего газа перед инжектором.
При отборе газа из газовых сетей с давлением от 70 мм вод. ст. до 10 тыс. мм вод. ст. (1 кГ/см 2 ) редуктор может не устанавливаться, а устанавливается предохранительный водяной затвор.
При давлении газа в газовых сетях от 70 до 200 мм вод. ст. на спуске к рабочему посту устанавливается водяной затвор ЗГГ-3 конструкции ВНИИавтоген. При давлении от 200 до 1000 мм вод. ст. устанавливаются водяные затвори открытого типа ВЗНД-3 с предельной пропускной способностью 3 м 3 /ч. При давлении газа от 1000 до 7000 мм вод. ап. устанавливаются водяные затворы закрытого типа (среднего давления ЗСД-З-07 и высокого ВЭС-10) на 1,5 кГ/см 2 и с пропускной способностью в 3 и 10 м 3 /ч. Поминальная пропускная способность водяного затвора должна соответствовать наибольшему возможному отбору газа.
Собранная горелка вставляется в гнездо ствола и крепится гайкой, причем предварительно между венчиком сместителя и уплотнительной шайбой следует подмотать асбестовый шнур.
Выполнив эту операцию, можно открыть вентили на баллонах с кислородом и сжиженным газом, затем открыть вентили сжиженного газа и кислорода на стволе, зажечь смесь на наконечнике. После 2—3 мин горения горелки производится регулировка необходимого пламени кислородным и газовым вентилями на стволе. Подбор пламени производится в течение нескольких секунд.
Кислород и пропан-бутан, проходя через ствол, вентили, попадает в камеру смешения. Часть смеси попадает в горелку для подогрева камеры, а основная масса смеси идет в камеру подогрева, заполненную катализатором (никелевая лента толщиной 0,2 мм, свернутая в виде пружины), где подогревается до 270° С. После этого смесь попадает в конус и к мундштуку. При сгорании получается пламя с температурой до 3100° С, достаточной для сварки малоуглеродистой стали.
Сварка в зависимости от толщины свариваемого материала ведется при давлении кислорода 3,5 —5 кГ/см 2 и давлении газа 0,8—1,3 кГ/см 2 . При удлинении шлангов давление несколько увеличивается.
Длина пламени горелки должна быть в пределах 12—23 мм. Его цвет должен быть бледно-голубым.
Сварщику необходимо следить за процессом в сварочной ванночке и вести более интенсивное перемешивание расплавленного металла. Пламя следует держать под углом 60—80° относительно поверхности металла, ведя сварку слева направо, выдувая возможный шлак из ванночки (незачищенные торцы). При зачищенных торцах шлаковые отложения незначительные.
При необходимости замены большего номера мундштука на меньший размер в комплект горелки должен входить переходник.
В зависимости от номера мундштука заменяется и наконечник. При большем номере мундштука ставится больший номер наконечника, и наоборот. Соответственно изменяется и кислородный инжектор.
Необходимо упомянуть, что при освоении сварщиком сварки стали пропан-бутан-кислородной смесью в первое время возможны трудности и недостатки в сварке, но когда сварщик освоит регулировку пламени, в зависимости от толщины свариваемого металла, сварка проходит нормально и швы получаются хорошими.
Из практики сварки пропан-бутан-кислородной смесью известно, что для более интенсивного парообразования желательно баллон ставить в отапливаемое помещение.
По данным ВНИИавтогена хорошие результаты при сварке малоуглеродистой стали можно получить, применяя и присадочную проволоку марок СВ-08ГС и СВ-082ГС.
Можно еще отметить, что с повышением содержания пропана в пропан-бутан-кислородной смеси качество сварки улучшается.
Практически пропан-бутан-кислородная смесь в сельской местности может быть использована для сварки водогазопроводных труб диаметром до 4", листовой малоуглеродистой стали толщиной до 5—6 мм, сварки емкостей и бидонов для молока, деталей сельскохозяйственных машин, крыльев и капотов автомашин и для пайки цветных металлов.
Невысокая температура плавления алюминия позволяет в условиях сельскохозяйственных мастерских использовать для их сварки пропан-бутановые смеси.
Челябинским межотраслевым научно-исследовательским и проектно-технологическим институтом автоматизации и механизации машиностроения была проведена серия опытов по сварке и резке пропаном в совхозе «Степной» Челябинской области. Эти опыты показали, что применение пропана вместо ацетилена дает положительные результаты.
Для резки использовались ацетиленовые резаки РР-53 с переделкой (увеличивались отверстия в инжекторе и смесительной камере соответственно до 1 и 3 мм, увеличивался кольцевой зазор между внутренним и наружным мундштуком). Аналогичные изменения в инжекторе и смесительной камере делались и у ацетиленовой горелки ГС-53 (для наконечника № 5). После этих переделок и с применением пропана можно было производить сварку цветных металлов и чугуна.
Пропан-кислородным пламенем производилась приварка алюминиевых фланцев всасывающего коллектора трактора «Белорусь», ремонт алюминиевых емкостей, трубопроводов и бидонов для молока на маслозаводе. Производительность при сварке алюминиевых листов толщиной 3—4 мм пропан-кислородным пламенем выше, чем ацетилен-кислородным: за 6 ч работы сваривается 46 пог. м шва.
Основная трудность сварки алюминия, как известно, заключается в образовании пленки тугоплавких окислов алюминия на поверхности металла, препятствующей сплавлению. Эти окислы не восстанавливаются пропан-кислородным пламенем; они тяжелее алюминия и тонут в нем. Для достижения высокого качества кромки детали перед сваркой очищают стальной щеткой; пламя горелки должно быть нормальным. На присадочный пруток марки АД или АК наносится флюс АФ-4а.
При сварке алюминия толщиной до 3 мм горелке дают только поступательное движение, а прутком совершают колебательные движения, чем удаляются пленка и шлак и облегчается всплывание газовых пузырей на поверхность. Пламя горелки направляют на присадочный стержень под углом 40—60° и одновременно охватывают свариваемые кромки.
При сварке ядро пламени должно находиться на расстоянии не более 3 мм от поверхности ванны. При выполнении этих требований качество сварки высокое, пористости нет, кристаллизационные трещины не образуются. Прочность алюминиевых швов, полученных при сварке с использованием пропана и ацетилена, практически одинакова. Хотя теплопроводность алюминия почти в 5 раз, а теплоемкость в 2 раза больше, чем стали, пропан-кислородной горелкой № 5 можно сваривать алюминиевые шины толщиной до 10—12 мм, не применяя предварительного подогрева.
Сварка свинца. Сварка свинца ведется нейтральным пламенем с минимально возможным углом наклона пламени к поверхности детали. При толщине металла свыше 2 мм шов накладывается в несколько слоев (отдельные участки перекрывают друг друга).
Практика показала, что сварку свинца пропан-кислородным пламенем можно с успехом производить горелкой ГСМ без ее переделки. Сварные швы обладают достаточно высоким качеством. Такой метод успешно применен для сварки свинцовых клемм кислотных аккумуляторных батарей.
Сварка меди. В связи с большой теплопроводностью меди при ее сварке требуется большой подвод тепла, поэтому пламя горелки следует держать перпендикулярно к поверхности сварочной ванны; горелку выбирают на два номера большую, чем для сварки стали такой же толщины, а в ряде случаев сварку производят двумя горелками.
Сварка производится нейтральным пламенем, по возможности без перерывов. Кромки и проволоку необходимо расплавлять одновременно. Не следует доводить ванну до очень подвижного состояния. В качестве флюса применяется бура или смесь буры и борной кислоты. В качестве присадочного прутка хорошие результаты дает медная проволока, раскисленная фосфором (содержание фосфора 0,03—0,08%), а также кремнием (содержание кремния 0,5—1,0%). Для лучшего качества шва при толщине изделия до 5 мм производится проковка. Проковку ведут в холодном состоянии, а при больших толщинах — при температуре 400—500° С. Для уменьшения хрупкости после остывания сваренной детали до 500° С изделие быстро охлаждают погружением в воду. Скорость сварки пропан-кислородным пламенем медных листов толщиной 4— 5 мм одинакова со скоростью сварки ацетиленом.
Сварка латуни. Бронза и латунь также легко свариваются пропан-кислородным пламенем. Главное затруднение при сварке латуни газо-кислородным пламенем состоят в испарении цинка (до 20%), вследствие чего шов получается пористым. Угар цинка при пропан-кислород ном пламени менее 1 %, благодаря чему шов получается плотным. Присадочная проволока берется такого же состава, как основной металл. В качестве флюса рекомендуется плавленая бура. При применении присадочной проволоки ЛК-02-05 при известном навыке возможна сварка в любых пространственных положениях.
В одном совхозе таким способом наплавлялись бронзой изношенные бронзовые вкладыши подшипников и различные детали из латуни. Качество сварки и наплавки во всех случаях было хорошее.
Пропан-бутановые смеси являются также полноценными заменителями ацетилена и при пайке твердыми припоями ПМЦ-54 и Л-02.
Сварка чугуна. Серый чугун широко используется в деталях тракторов и сельскохозяйственных машин. Все сложные детали: блоки цилиндров, головки блоков, картеры, коробки передач и сцепления, выпускные и впускные трубы, шкивы, звездочки цепные и рад других деталей, отливаются из чугуна.
Как известно, в случае ремонта чугунных деталей сложной геометрической формы, например головок блоков, требуется предварительный нагрев детали. Однако многие детали сельскохозяйственных машин — кронштейны, рычаги, ценные звездочки — могут быть отремонтированы без предварительного подогрева.
При сварке чугуна имеет место большое выгорание углерода и кремния. Поэтому сварочные прутики должны иметь повышенное содержание этих элементов. Хорошие результаты получены при использовании в качестве присадочного материала изношенных чугунных поршневых колец двигателей.
При заварке дефектов сложных чугунных деталей целесообразно производить пайку чугуна латунью. Графит с поверхности удаляют выжиганием, сварочной горелкой с окислительным пламенем, причем деталь нагревается до температуры 750—900° C. Затем ремонтируемое место посыпают флюсом и покрывают слоем латуни. После пайки деталь покрывают листом асбеста и медленно охлаждают. В этом случае в детали не возникает больших напряжений и шов хорошо обрабатывается.
Как показала практика, для ремонта чугунных деталей, в основном для заварки трещин, может быть с успехом применен пропан.
Резка металла. Для разделительной резки сжиженным газом металлов применяются резаки типов РЗР-01-55, УРЗ и РЗП, а также резаки бензиновые и керосиновые.
При отсутствии этих резаков можно использовать обыкновенный резак УР, увеличив диаметр отверстия инжектора до 0,3—0,9 мм.
Наружный мундштук № 2, имеющий диаметр 5,5 мм, следует применять вместо мундштука № 1, а мундштук № 1 с отверстием 0,5 мм — вместо мундштука № 2. Для резки листа большой толщины диаметр сопла инжектора увеличивается до 0,95 мм, а диаметр отверстия наружного мундштука — до 7 мм. Диаметр канала смесительной камеры при резке больших толщин можно увеличить до 3 мм.
Уход за резаками, работающими на пропан-бутановой смеси, аналогичен уходу за ацетилено-кислородными резаками.
Подготовка рабочего места к работе, редукторов, шлангов, резака и горелки, продувка баллонов, установка редуктора, заливка водяного затвора водой, крепление шлангов резака и горелки, проверка наличия подачи в резаке, зажигание и тушение резака и горелки производятся в той же последовательности, как и при ацетилено-кислородной резке и сварке.
Правильно отрегулированное пламя при горении пропан-бутановой смеси в струе кислорода имеет ярко очерченное ядро, горит спокойно и устойчиво. Длина пламени пропан-бутановой смеси больше длины пламени ацетилено-кислородной смеси.
Подогревательное пламя регулируется в резаке на максимальную температуру (с небольшим избытком кислорода) по пламени на мундштуке.
Применение пропан-бутановой смеси вполне возможно для резки углеродистых и конструкционных (низколегированных) сталей, а также чугуна, хромо-никелевых сталей и цветных металлов.
Величина давления кислорода устанавливается в зависимости от толщины разрезаемого металла в пределах от 2 до 15 кГ/см 2 . Давление пропан-бутановой смеси может быть в пределах от 0,007 до 0,5 кГ/см 2 , при длинных шлангах и в стационарных сетях — до 1 кГ/см 2 .
Резку обычно начинают с кромки, предварительно очищенной от грязи и окалины. Если надо начать резку с середины (при большой толщине металла), то необходимо просверливать или прожигать отверстие диаметром 5—10 мм.
Для увеличения скорости нагрева металла в начальный период (при круглых сечениях металла) необходимо сделать надрубы зубилом или подставить в месте начала реза металлический пруток. Подогревательным пламенем вначале нагревают металл в том месте, откуда начинается резка, до температуры его воспламенения (для стали 100—1200° С, светло-красное каление), потом пускают режущую струю кислорода и перемещают резак по линии разреза. Расстояния резака от линии разреза должны быть по возможности равномерными. Для выполнения этого условия необходимо применять приспособления (направляющую линейку и др.). При очень большой скорости перемещения резака резка может прекратиться, а при малой скорости — верхние кромки разрезаемого металла оплавляются.
При резке труб на фаску угол опережения резака должен составлять 5—10°, а при резке труб без фаски — 10—15°.
В остальном технология резки стали пропан-бутановой смесью не отличается от технологии резки ацетилено-кислородным пламенем.
При сварке и резке металла необходимо соблюдать мероприятия по технике безопасности.
Читайте также: