Procesy cięcia łukowego metali: 6 procesów

Ten artykuł rzuca światło na sześć procesów cięcia łukowego metali. Procesy te są następujące: 1. Cięcie węglem 2. Cięcie węglem powietrznym 3. Cięcie za pomocą łuku metalowego 4. Cięcie za pomocą gazu ziemnego (GMA) 5. Cięcie gazowe z łukiem wolframowym (GTA) 6. Cięcie łukiem plazmowym.

Proces cięcia łukiem # 1. Cięcie węglem:

Przy cięciu łukiem węglowym stosuje się elektrodę węglową lub grafitową do stopienia metalu, aby uzyskać cięcie, jak pokazano na rys. 19.11. Elektrody grafitowe pozwalają na większą gęstość prądu, pozostają ostre przez dłuższy czas i dają lepsze cięcie niż elektrody węglowe. Źródło prądu stałego jest używane z elektrodą podłączoną do ujemnej strony obwodu. Tabela 19.3 podaje przybliżone oszacowanie szybkości cięcia stalowej płyty za pomocą elektrod grafitowych.

Najlepiej nadaje się do cięcia łukowego w dół lub w pionie, aby umożliwić swobodny przepływ stopionego metalu z cięcia. Powstała szczelina jest zwykle szorstka z zespolonymi krawędziami. Chropowatość rzazu przypisywana jest skokowi łuku z jednej strony na drugą. Innymi wadami cięcia łukiem węglowym są szerokie cięcia do szerokości 25 mm, mała szybkość cięcia na ciężkich odcinkach, znaczne wychwytywanie węgla przez szczelinę, co powoduje zwiększoną twardość, a zatem kolejne trudności obróbki i wysokie zapotrzebowanie na prąd.

Wycinanie łukiem węglowym może być stosowane do cięcia produktów z żeliwa, stali stopowych i metali nieżelaznych; jednak ten proces nie ma dużego znaczenia przemysłowego.

Proces cięcia łukiem # 2. Cięcie strumieniem powietrza:

Metoda cięcia węglem powietrznym polega na topieniu metalu za pomocą łuku elektrycznego i usuwaniu go podmuchami powietrza. Wysokoobrotowy strumień poruszający się równolegle do elektrody węglowej uderza w roztopiony metal tuż za łukiem i wydmuchuje roztopiony metal. Rys. 19.12 pokazuje podstawowe cechy procesu. Elektroda węglowa jest trzymana w specjalnie zaprojektowanym uchwycie zawierającym otwory, przez które strumienie sprężonego powietrza przedmuchują wzdłuż i za elektrodę.

Proces cięcia łukiem # 3. Cięcie za pomocą łuku metalowego:

W procesie cięcia łukiem metalowym cięcie jest osiągane poprzez topienie łuku między elektrodą a obrabianym przedmiotem; stopiony materiał jest usuwany siłą grawitacji. Kiedy do cięcia używa się elektrod otulonych, proces nazywa się cięcie ekranowanym łukiem metalowym (SMA).

Wymagane wyposażenie to standardowe, ekranowane urządzenie do spawania łukowego. W cięciu SMA materiałem rdzenia może być dowolna stal niskowęglowa, nawet ta nieodpowiednia do spawania, ponieważ zanieczyszczenia w rdzeniu metalowym mają niewielki wpływ. Pierwszeństwo należy przyznać powłokom głęboko penetrującym, takim jak powłoka celulozowa. Stosować elektrodę o względnie małej średnicy z ujemną elektrodą prądu stałego.

Powłoka spowalnia topnienie elektrody, stabilizuje łuk elektryczny i działa jako izolator zapobiegający zrywaniu się łuku ze ścianą boczną, gdy elektroda jest wprowadzana do cięcia. Jeśli powłoka elektrody zostanie zmoczona przez zanurzenie w wodzie, szybkość zużycia elektrod spadnie, tak że można wyciąć więcej długości na elektrodę.

W SMA uboju prąd jest ustawiony znacznie wyżej niż zwykle używany do spawania. Powoduje to duży roztopiony basen, który odpada, powodując cięcie. Na grubym materiale wymagane jest cięcie w celu wykonania cięcia i umożliwienia odpłynięcia stopionego metalu, jak pokazano na Rys. 19.14.

Cięcie wytworzone przez cięcie SMA jest szorstkie, ale lepsze niż cięcie łukiem węglowym; cięcie jest wąskie o szerokości w przybliżeniu równej średnicy elektrody. Stosuje się go głównie do ciężkich prac, takich jak cięcie złomu, cięcie nitu i przebijanie otworów.

Proces cięcia łukiem # 4. Cięcie za pomocą cięcia gazowego (GMA):

W tym procesie stosuje się zwykle sprzęt do spawania łukowego z metalem gazowym, a ciepło do cięcia uzyskuje się z łuku elektrycznego utworzonego między drutem elektrody podawanym w sposób ciągły a elementem obrabianym, zwykle z osłoną z gazu obojętnego. Łuk jest wytwarzany pomiędzy przednią krawędzią drutu a krawędzią krawędzi nacięcia. Siła spowodowana przepływem gazu osłonowego i efektami magnetycznymi elektrody wyrzuca stopiony metal z szczeliny. Proces ten może być stosowany we wszystkich pozycjonujących cięciach, ale nie ma prawie żadnego znaczenia przemysłowego.

Proces cięcia łukiem # 5. Cięcie gazowe z wolframem (GTA):

W tym procesie cięcie uzyskuje się za pomocą łuku między elektrodą wolframową a pracą przy użyciu tego samego sprzętu, który jest używany do spawania łukiem elektrodą wolframową (GTAW). Cięcie odbywa się poprzez zwiększenie gęstości prądu powyżej wymaganej dla dobrych warunków spawania i przy zwiększonym natężeniu przepływu gazu osłonowego.

Prędkość strumienia gazu wydmuchuje stopiony metal, tworząc szczelinę. Zazwyczaj stosuje się osłonową mieszaninę gazów o stężeniu 65% argonu i 35% wodoru. Można stosować azot pod warunkiem, że zostaną podjęte odpowiednie środki ostrożności w celu usunięcia toksycznych oparów powstałych podczas operacji.

Typowe prędkości cięcia GTA to 1 do 1, 5 m / min na aluminium o grubości 3 mm i 0-5 do 1 m / min na stali nierdzewnej o grubości 3 mm. Zastosowany prąd to 200 ll 600 A do cięcia stali nierdzewnej i aluminium o grubości do 13 mm.

Jakość cięcia wzdłuż rzazu jest dobra i często nie wymaga późniejszej obróbki końcowej. Ten proces może być stosowany do cięcia stali nierdzewnych o grubości do około 50 mm. Im grubszy metal, który ma być cięty, jest tolerancja, która musi być dopuszczalna na szerokości cięcia.

Chociaż proces cięcia GTA może być stosowany do cięcia dowolnego metalu w cienkich sekcjach, ale został zastąpiony cięciem plazmowym i ma teraz niewielkie znaczenie przemysłowe, z wyjątkiem sytuacji, gdy sprzęt do innych bardziej wydajnych procesów nie jest dostępny.

Proces cięcia łukiem # 6. Cięcie łukiem plazmowym:

W procesie cięcia łukiem plazmowym (PAC) metal jest cięty poprzez topienie zlokalizowanego obszaru za pomocą zwężonego łuku i usuwanie stopionego materiału za pomocą gorącego jonizowanego gazu o wysokiej prędkości zwanego strumieniem plazmy.

Cięcie plazmowe jest podobne do spawania plazmowego, z wyjątkiem tego, że w przeciwieństwie do spawania, dziurka od klucza nie może się zamknąć za łukiem plazmowym. Prędkość strumienia plazmy jest bardzo duża, dlatego wyrzucanie stopionego metalu jest łatwe.

Cięcie plazmowe jest stosowane głównie w trybie przeniesionego łuku, wykorzystując łuk pilota do inicjacji łuku plazmowego.

Istnieją trzy główne warianty procesu PAC: wysokoprądowe cięcie plazmowe, cięcie plazmowe o niskim prądzie i cięcie plazmowe z wtryskiem wody lub ekranowaniem wodnym. Konstrukcja palnika plazmowego zależy od zmienności procesu.

Jakość cięcia plazmowego:

Jakość cięcia plazmy zależy od gładkości powierzchni, szerokości rzazu, równoległości wyciętych powierzchni, prostopadłości cięcia i ostrości górnych krawędzi. O czynnikach tych decyduje rozcięty materiał, projekt i konfiguracja sprzętu oraz zmienne robocze.

Cięcia wysokiej jakości uzyskuje się na ogół przy umiarkowanej mocy i niskich prędkościach cięcia. Utlenianie powierzchni praktycznie nie występuje w przypadku zautomatyzowanego automatycznego sprzętu PAC, który wykorzystuje wtrysk wody lub ekranowanie wody.

Na bardzo grubej stali nierdzewnej (> 180 mm) łuk plazmowy ma niewielką przewagę nad cięciem gazowym tlenem pod względem prędkości i szerokości rzazu, chociaż PAC jest znacznie bardziej czysty. Zasadniczo szerokość cięcia w cięciu plazmowym jest 1, 5 do 2 razy większa niż szerokość szczeliny dla cięcia tlenowo-paliwowego.

Cięcie łukiem plazmowym powoduje zazwyczaj cięcie ukośne, a kąt skosu po obu stronach cięcia ma tendencję do zwiększania się wraz z prędkością skrawania. Zaokrąglenie krawędzi powstaje, gdy odległość odstania palnika jest zbyt duża lub gdy do cięcia danej płyty używana jest nadmierna moc; może również wynikać z szybkiego cięcia materiałów o grubości poniżej 6 mm.

Typowe zalecenia operacyjne dla uzyskania wysokiej jakości cięć przy cięciu plazmowym stali aluminiowych, ze stali nierdzewnej i niskowęglowych podano odpowiednio w tabelach 19.6, 19.7 i 19.8.

Żużel lub żużel to utleniony lub stopiony materiał, który powstaje podczas cięcia termicznego i przykleja się do dolnej krawędzi płyty. W obecnych zmechanizowanych urządzeniach można wytwarzać bezszelestne cięcia stali aluminiowych i nierdzewnych o grubości do 75 mm i stali niskowęglowych do około 40 mm; jednak w przypadku stali niskowęglowych wybór prędkości i prądu jest bardziej krytyczny. Pokos jest zwykle nieunikniony w przypadku cięć wykonanych z grubszych materiałów.

Bezpieczeństwo:

Ponieważ strumień plazmy działa normalnie przy prędkościach zbliżonych do naddźwiękowych, powoduje to wysoki poziom hałasu podczas cięcia łukiem plazmowym. Dlatego operator musi być chroniony nie tylko przed blaskiem łuku, odpryskami i oparami, ale także przed wysokim poziomem hałasu.

Oprócz zwykłej odzieży ochronnej, rękawiczek i kasku, operator musi używać ochraniaczy uszu, takich jak zatyczki do uszu. Aby zapewnić właściwą wentylację, należy zapewnić miejscowy układ wydechowy. Poza tymi są dwa najpopularniejsze akcesoria bezpieczeństwa używane do PAC; są to stół wodny i wodny tłumik.

Stół wodny to tradycyjny stół do cięcia wypełniony wodą do dolnej powierzchni obrabianego przedmiotu. Zawirowania wytwarzane w wodzie z powodu strumienia plazmy pomagają w wychwytywaniu oparów i materiału usuwanego z szczeliny.

Tłumik wody to urządzenie zmniejszające hałas. Jest to dysza przymocowana do korpusu palnika, która wytwarza zasłonę wody pod dyszą palnika. Jest zawsze używany w połączeniu ze stołem wodnym. Kurtyna wodna nad płytą (element obrabiany) i woda osłaniająca płytę od dołu zamyka łuk plazmowy w osłonie tłumiącej dźwięk.

Aplikacje:

Do cięcia dowolnych materiałów, w tym dielektryków, można zastosować cięcie łukiem plazmowym. Większość zastosowań jest jednak ograniczona do cięcia zwykłych stali węglowych, aluminium i stali nierdzewnych. Może być stosowany do cięcia stosowego, fazowania płyt, cięcia kształtów i przekłuwania. Proces ten może z powodzeniem zajmować się stalą węglową i nierdzewną o grubości do 40 mm, z żeliwa o grubości do 90 mm, z aluminium i jego stopów o grubości do 120 mm i grubości miedzi do 80 mm.

Zalety ekonomiczne PAC w porównaniu z cięciem tlenowo-acetylenowym są bardziej widoczne w długich, ciągłych cięciach wykonanych na większej liczbie kawałków. Takie aplikacje są zwykle spotykane w przemyśle stoczniowym, budowie zbiorników magazynowych, budowie mostów i stalowych centrach zaopatrzenia. PAC może być używany przy dużych prędkościach cięcia bez utraty dokładności cięcia i tolerancji.

Na przykład metale mogą być cięte z prędkością od 2-5 do 3-8 m / min, które można ciąć z maksymalną prędkością 0-5 do 0-63 m / min przez cięcie tlenowo-acetylenowe. Prędkości do 7 m / min można wykorzystać do cięcia cienkich materiałów; takie prędkości są oczywiście możliwe tylko za pomocą środków automatycznych.

Płyta ze zwykłej stali węglowej może być cięta szybciej z procesem cięcia oxy-acetylenem niż PAC, jeśli grubość materiału wynosi około 75 mm. Jednak przy cięciu grubości poniżej 25 mm PAC jest pięciokrotnie szybszy niż proces oxy-acetylenowy. Utylizacja w stosach plazmy jest bardziej wydajna niż cięcie stosów za pomocą procesu acetylenowego.

Cięcie łukiem plazmowym można również zmodyfikować w celu cięcia metali pod wodą.

Niskie natężenie zmian plazmy zyskuje na popularności, ponieważ może być używane ręcznie do cięcia materiałów, w tym stali nierdzewnej i aluminium, do produkcji i konserwacji. Niskoprądowe żłobienie plazmy może być również wykorzystywane do ratowania uszkodzonych odlewów.

Wysokoprądowa plazma może być stosowana do cięcia dowolnego materiału za pomocą automatycznego urządzenia do cięcia kształtów, ale wymaga aparatu o dużej prędkości, aby uzyskać ekonomiczne korzyści procesu.

Cięcie plazmowe z wtryskiem wody zmniejsza nie tylko opary i dym wytwarzany przez proces plazmowy o wysokim natężeniu, ale również poprawia jakość cięcia na większości materiałów.