Сущность процесса плазменно-дуговой резки и области применения

К высоколегированным сталям относятся стали, содержащие более 10% легирующих элементов. Высоколегированные стали кроме обычных примесей углерода С, кремния Si, марганца Мg, серы S и фосфора Р содержат в различных количествах такие примеси, как хром Сr, никель Ni, титан Ti, вольфрам W, молибден Мо, ванадий V, ниобий Nb, медь Сu, алюминий Аl и др. Такие стали не могут подвергаться обычной кислородной резке, так как на поверхности их образуется пленка тугоплавких окислов.

Высоколегированные стали в зависимости от содержания легирующих элементов по структуре подразделяют на основные три группы: аустенитные, ферритные и мартенситные. Легирующие элементы по-разному влияют на процесс резки высоколегированных сталей. Одни из них не влияют на процесс резки, другие вызывают способность кромки реза воспринимать закалку, третьи замедляют процесс резки и образуют карбиды хрома.
Стали аустенитного и ферритного класса перед резкой не подвергают подогреву, а стали мартенситного класса подогревают до 250—300°С. Высоколегированные стали обладают низкой теплопроводностью, а процесс кислородно-флюсовой резки вызывает интенсивное тепловое воздействие на разрезаемый металл, так как одновременно с кислородом вводится железный порошок, который, сгорая, выделяет дополнительную теплоту. В результате низкой теплопроводности и большого выделения теплоты в зоне реза в металле возникают большие внутренние напряжения, которые приводят к образованию деформаций разрезаемых листов, а при жестком закреплении — трещин.

Перед резкой линию реза тщательно очищают от грязи, ржавчины и масла, а флюс просеивают и прокаливают. Резку начинают от края листа или от предварительно сделанного отверстия. Режимы кислородно-флюсовой резки высокохромистых сталей отличаются от режимов резки низкоуглеродистых сталей. Мощность подогревающего пламени берется на 15—25% больше, чем при резке низкоуглеродистых сталей такой же толщины. Расстояние от конца мундштука до поверхности разрезаемого металла также больше, чем при обычной кислородной резке. Делается это для того, чтобы частицы флюса успели нагреться до температуры воспламенения, при этом уменьшается возможность засорения выходных каналов подогревающего пламени.

На процесс кислородно-флюсовой резки влияют правильный выбор давления и расхода режущего кислорода, марка и расход флюса, мощность подогревающего пламени, скорость резки и другие параметры. Техника кислородно-флюсовой резки в основном такая же, как и при обычной кислородной резке. Резку осуществляют как ручными, так и машинными резаками. В качестве горючего газа применяют ацетилен и газы-заменители ацетилена (пропан-бутановая смесь и природные газы).

Правильный выбор расхода флюса устанавливают визуально. На кромках реза остаются небольшие валики расплавленного железного порошка. Большой расход флюса вызывает увеличение размеров валиков и замедляет процесс резки. Малый расход флюса также замедляет процесс резки из-за недостаточного количества выделившейся теплоты. При кислородно-флюсовой резке вентиль подачи флюса на резаке необходимо открывать после зажигания подогревающего пламени. При выключении необходимо сначала закрыть вентили подачи флюса и режущего кислорода, а затем — вентили горючего газа и кислорода. Продолжительность подогрева металла при кислородно-флюсовой резке меньше, чем при обычной кислородной. Резак относительно разрезаемого металла должен перемещаться равномерно, по окончании процесса резак необходимо задержать, чтобы прорезать металл по всей его толщине. При прямолинейной разделительной резке резак устанавливают или перпендикулярно поверхности металла, или углом вперед. При кислородно-флюсовой резке высоколегированных сталей давление кислорода выбирается так же, как и для обычной резки. Расход кислорода складывается из расхода кислорода на окисление разрезаемого металла и флюса и выдувание образующихся в процессе резки оксидов. Расход кислорода и его давление определяются в зависимости от толщины разрезаемого металла и скорости резки. Процесс кислородно-флюсовой резки будет проходить устойчиво только тогда, когда скорость перемещения резака будет согласована с количеством подаваемого в зону реза кислорода и флюса. Ширина реза зависит от диаметра выходного отверстия внутреннего мундштука для режущего кислорода, давления режущего кислорода и скорости резки.

При резке высоколегированных сталей больших толщин необходимо, чтобы происходила равномерная подача режущего кислорода и флюса по всей глубине разреза. Стали больших толщин разрезают при низком давлении кислорода, что увеличивает время соприкосновения кислорода с поверхностью разрезаемого металла.

Для механизированной резки высоколегированных сталей толщиной до 1000 мм применяют разработанную ВНИИАвтогенмашем установку ПМР-1000.

Источником тепловой энергии во всех способах электрической резки служит электрический дуговой разряд, происходящий в газовом промежутке между металлическими или угольными электродами и характеризующийся высокой плотностью тока и относительно низким напряжением. Температура газа, заполняющего столб дуги, составляет 4000— 5000°С. Газ содержит большое количество положительно и отрицательно заряженных частиц, соотношение которых таково, что общий заряд их равен нулю, такой газ принято называть низкотемпературной плазмой. Под действием напряжения, которое подается на электроды от источника тока, заряженные частицы в столбе дуги с большой скоростью устремляются к электродам, электрический заряд которых противоположен по знаку заряду частиц. Наряду с процес-сом ионизации газовых частиц в столбе дуги происходит слияние ионов с электронами — рекомбинация. Столб электрической дуги является мощным источником тепловой энергии. Передача тепловой энергии от столба дуги происходит за счет теплопроводности окружающего газа. Интенсивное плазмообразование достигается продуванием через столб дуги неионизированного газа. Дуговой разряд, используя энергию источника тока, нагревает газ, ионизирует его и превращает в плазму.

Дуговой разряд возбуждается в узких выходных каналах плазменных головок — плазмотронах. В сварочной технике используют две схемы плазмообразования. Первая схема соответствует сварочной дуге прямого действия, возбуждаемой между электродом и обрабатываемым изделием. В этом случае изделие является токоведущим электродом. По второй схеме дуга возбуждается между независимыми электродами (дуга косвенного действия), а обрабатываемое изделие в электрическую цепь не включено. Сжатую дугу, полученную по первой схеме, принято называть плазменной дугой, а по второй схеме — плазменной струей. Плазменно-дуговая резка заключается в проплавлении металла плазменной дугой по линии реза и удаления расплавленного металла струей плазмы, образующейся в дуге.

Плазменную дугу применяют для разделительной и поверхностной резки металлов. При поверхностной резке режущий плазмотрон устанавливают под острым углом к обрабатываемому изделию. Питание плазменной дуги можно осуществлять как постоянным, так и переменным током. Современные режущие плазмотроны работают на постоянном токе прямой полярности. Плазменно-дуговую резку применяют для металлов, которые нельзя разрезать другими способами резки, например для резки высоколегированных сталей, алюминия, меди, латуни, бронзы И их сплавов.