Cięcie termiczne metali (z wykresem)

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o procesie cięcia termicznego metali za pomocą odpowiednich schematów.

Cięcie termiczne jest rodziną procesów, w których ciepło łuku elektrycznego, energia promieniowania lub reakcja egzotermiczna są wykorzystywane do stopienia lub utlenienia metalu w przyspieszonym tempie w celu uzyskania cięcia. Istnieje wiele procesów wykorzystujących ciepło łuku do cięcia metali i obejmują one ekranowany łuk metalowy, łuk węglowy, łuk plazmowy, łuk gazowo-wolframowy i łuk gazowy.

Wiązka elektronowa i wiązka laserowa wykorzystują energię promieniowania do osiągnięcia cięcia metali. Ogień gazowy tlenowo-paliwowy w połączeniu z strumieniem tlenu jest wykorzystywany do inicjowania i podtrzymywania egzotermicznej reakcji utleniania, która generuje wystarczającą ilość ciepła i wpływa na rozdzielanie metali, zwłaszcza niskoemisyjnych stopów żelaza. Spośród tych procesów oksy-acetylen, łuk powietrzny i łuk plazmowy są trzema głównymi procesami cięcia termicznego stosowanymi w przemyśle.

Proces cięcia płomieniowo-acetylenowego, wynaleziony w 1887 roku, jest najczęściej stosowanym procesem do ekonomicznego i szybkiego cięcia stali niskowęglowych. W tym procesie stosuje się palnik do cięcia gazowego, pokazany na fig. 2.58, mający pewne podobieństwo do palnika do spawania gazowego.

Palnik do cięcia gazem nie tylko zapewnia środek do uzyskania płomienia tlenowo-acetylenowego, ale także ma oddzielne przejście sterowane dźwignią, aby zapewnić wysokociśnieniowy strumień czystego tlenu, który uderza w rozgrzany metal, powodując utlenianie i wytwarzanie ciepła przez następującą reakcję. .

3Fe + 20 2 → Fe 3 O 4 + ciepło (1120 KJ / mol)

Jednakże inicjacja reakcji jest możliwa tylko wtedy, gdy metal przeznaczony do cięcia osiąga temperaturę zapłonu 870 ° C lub wyższą dla stali. Po zainicjowaniu reakcji płomień jest potrzebny tylko do podtrzymania go, dlatego stosuje się neutralny płomień o niskiej energii. Utleniony metal (Fe 3 O 4 ) ma niższą temperaturę topnienia niż punkt zerowy stali, a zatem cięcie osiąga się szybciej niż przy topieniu.

Strumień tlenu pomaga również w wydmuchiwaniu utlenionego metalu lub żużlu z cięcia lub szczeliny.

Z technicznego punktu widzenia, proces cięcia tlenowo-acetylenowego jest szeroko stosowany do cięcia stali miękkich i niskostopowych do cięcia prostego lub profilowanego, jak również do przygotowania krawędzi spoiny do spawania. Znajduje również ograniczone zastosowanie w cięciu stali żeliwa i stali nierdzewnych, np. W odlewniach, w celu usuwania bram i taśm betonowych itp. Z odlewów.

Proces łuku elektrycznego z wykorzystaniem węgla wykorzystuje ciepło wytwarzane przez łuk elektryczny pomiędzy grafitowym prętem a przedmiotem obrabianym, aby stopić metal i wydmuchać go z cięcia za pomocą sprężonego powietrza, które może również częściowo utlenić materiał, a tym samym pomóc w obniżeniu jego temperatury topnienia. Strumień sprężonego powietrza zwykle podąża za łukiem, aby wydmuchać stopiony metal, jak pokazano na rys. 2.59.

Proces ten służy do cięcia lub rozcinania i żłobienia metali. Większość standardowych źródeł prądu spawania łukowego, zarówno ac jak i dc, z napięciem obwodu otwartego 60 woltów mogą być używane do cięcia łukiem węglowym powietrzem. Elektrody o długości od 150 do 300 mm mają średnicę od 4 do 25 mm. Stosuje się elektrodę zarówno nieosłoniętą, jak i miedzianą, jednak ten drugi typ znajduje szersze zastosowanie z powodu lepszej jednolitości rowków. Stosowane ciśnienie powietrza wynosi od 55 do 70 N / cm2 przy szybkości przepływu powietrza od 85 do 1415 litrów na minutę.

Proces powietrzno-węglowy jest szeroko stosowany do żłobienia, przygotowywania krawędzi spoin i usuwania wadliwego metalu spoiny. Służy również do skrobania metalowych przedmiotów.

Przy cięciu łukiem plazmowym metal rozdziela się za pomocą topienia strumieniem zjonizowanego gorącego gazu o wysokiej prędkości. Zastosowane urządzenie jest podobne do stosowanego do spawania plazmowego, jednak ciśnienie gazu jest wyższe niż w spawaniu.

Palnik do cięcia łukiem plazmowym jest typu przeniesionego plazmy z elementem obrabianym połączonym z anodą źródła prądu stałego, jak pokazano na rys. 2.60. Jako źródło zasilania stosuje się charakterystyczny charakterystyczny obwód woltamperowy o napięciu otwartego obwodu od 120 do 400 woltów. Wyższy OCV służy do cięcia grubszych części. Wymagany zakres prądu wyjściowego wynosi zwykle 70 do 1000 amperów.

Gaz używany do wytwarzania strumienia plazmy zależy od ciętego metalu, na przykład stal węglowa może być cięta sprężonym powietrzem, podczas gdy większość metali nieżelaznych może być cięta przy użyciu azotu, wodoru, argonu lub ich mieszanin.

Niemal wszystkie metale można ciąć za pomocą cięcia plazmowego, ale szczególnie nadaje się do cięcia stali aluminiowych i nierdzewnych. Może być również stosowany do cięcia stosu, cięcia kształtów i ukosowania płyt.

Oprócz trzech metod cięcia opisanych powyżej, inne sposoby cięcia termicznego są również stosowane okazjonalnie do konkretnych zastosowań, na przykład, zamiast łuku węglowego do skrobania można zastosować ekranowany łuk metalowy. To jednak wymaga użycia wyższego prądu niż do spawania, chociaż stosowany sprzęt pozostaje zasadniczo taki sam zarówno dla spawania jak i cięcia.

Promień wiązki elektronów i wiązkę laserową można również stosować do cięcia metali, ale ich stosowanie jest ograniczone z powodu wysokich początkowych kosztów sprzętu.