Газовая резка считается одним из наиболее технологичных способов разделительного раскроя металлопроката. Газорезка металлических заготовок проводится на специальных сварочных станках с автоматизированным управлением (машинная газовая резка) либо с использованием переносного оборудования для ручной резки металла. Основным элементом комплекта для ручного способа раскроя является газовый резак, нередко называемый в обиходе автогеном.
На рис. показан рабочий момент газосварочного процесса резки трубы, в котором сварщик использует резак газовый пропановый.
Содержание
Принцип работы
Методика газовой резки относится к технологии газопламенной обработки металлов, в которой пламя горящей газовоздушной смеси нагревает заготовку до высокой температуры для выполнения резки, поверхностной закалки, наплавки или другой технологической операции.
Базовым принципом газовой резки является способность металла к возгоранию в среде химически чистого кислорода. Для технической реализации этого сложного физико-химического процесса применяют специальный резак по металлу, выполняющий следующие функции:
- смешивание в определенной пропорции горючего газа (ацетилена, пропана, природного газа) с кислородом для образования подогревающей газокислородной смеси;
- воспламенение подогревающей смеси и нагрев ее пламенем металла вдоль линии реза;
- раздельную подачу потока подогревающей смеси и струи кислорода к месту реза.
Операция газорезки, которую обеспечивает резак горящим газом, состоит из двух технологических этапов:
- Подготовка к резке, заключающаяся в разогреве локальной зоны заготовки до температуры воспламенения металла. Разогрев осуществляется факелом пламени горящей подогревающей смеси. В месте начатого разреза металл греют до белого каления, что соответствует нагреву до температуры в пределах 1100 град. Ц.
[stextbox id=’alert’]Режим предварительного локального разогрева необходим для того, чтобы металл обрабатываемой детали воспламенился в струе кислорода по линии реза без использования постороннего инициатора возгорания. [/stextbox]
- Непосредственно газовая резка заготовки, заключающаяся в сгорании металла в струе поданного под давлением кислорода и выдувании из рабочей зоны образовавшихся продуктов горения в виде раскаленных частиц. Процесс резки протекает в следующей последовательности:
- в разогретую зону подается кислородная струя под давлением 5-12 атм.;
- при соприкосновении с нагретой поверхностью кислород воспламеняется;
- под воздействием кислородной струи металл в зоне реза сгорает;
- продукты горения – оксиды – струей выдуваются из зоны резки, оставляя после себя узкий паз.
[stextbox id=’warning’]Окисление материала разрезаемой заготовки происходит лишь на участке действия кислородной струи, поэтому попадание оксидов внутрь металла исключено.[/stextbox]
Разновидности
Резак сварочный, применяемый для газовой резки металлов, представлен на рынке сварочного оборудования десятками модификаций различных брендов, однако практически все предлагаемые модели конструктивно идентичны и внешне незначительно отличаются друг от друга.
Устройство ручных автогенов предполагает наличие на корпусе двух-трех вентилей регулировки подачи горючего газа, кислорода и подогревающей смеси к линии реза, а также сопла (дюзы), формирующего пламя сгорания металла. В отличие от газовой сварочной горелки ручной резак для железа оснащен трубкой подачи кислородной режущей струи с соответствующей запорно-регулирующей арматурой.
Многочисленные модификации автогенов классифицируются по следующим основным признакам.
По типу горючего газа:
- резак ацетиленовый;
- пропановый;
- метановый.
По назначению:
- универсальные, способные разрезать заготовки по всем направлениям, включая криволинейные разрезы, толщиной до 300 мм;
- специальные агрегаты, разработанные для отдельных специфичных работ (резка деталей толщиной до 700 мм, подводная резка, профилирование и т.п.).
По способу смешивания кислорода и горючего газа:
- инжекторные;
- безынжекторные.
По давлению кислородной подачи – низкого, среднего и высокого давления.
По мощности – в соответствии с ГОСТ 5191-79 «Резаки инжекторные для ручной кислородной резки…» резаки подразделяются на три типа:
- Тип Р1 – для разрезания изделий толщиной не более 100 мм;
- Тип Р2 – для работы с изделиями толщиной не выше 200 мм;
- Тип Р3 – для раскроя заготовок толщиной до 300 мм.
Преимущества и недостатки
К основным достоинствам газовых резаков относят следующие обстоятельства:
- возможность разрезания заготовок в диапазоне толщин от 3 до 700 мм (в зависимости от типа оборудования) и выполнения реза криволинейной конфигурации;
- компактные габариты автогена и минимальная комплектация обеспечивают высокую мобильность комплекта газорежущего оборудования в сборе и позволяют его доставку к месту применения на обычном автотранспорте;
- независимость от электропитания, что создает возможность работы в полевых условиях;
- при соответствующей настройке автоген с успехом заменяет гильотину и болгарку при раскрое листового профиля небольших толщин, особенно при выполнении отрезов криволинейных очертаний;
- невысокие затраты на приобретение оборудования и подготовку его к выполнению работы.
Из недостатков отмечают следующие факторы:
- необходимость доработки кромок реза;
- сравнительно большую ширину реза и низкую точность резания;
- возникновение тепловых деформаций;
- невозможность резки чугуна и нержавеющих сталей;
- наличие конусности реза при больших толщинах;
- риск возникновения пожара или взрыва газовоздушной смеси;
- необходимость управления химической реакцией горения.
Особенности обработки деталей автогеном
Операции газопламенной резки с использованием автогена классифицируют по характеру реза:
- при разделительной резке выполняется сквозной рез, делящий заготовку на несколько частей/деталей;
- в ходе поверхностной резки снимается слой поверхности заготовки с образованием каналов, прорезей, шлицов или других конструктивных участков;
- копьевая резка проводится с целью прожигания в деталях глухих или сквозных отверстий.
Разделительному раскрою листового проката, если пользоваться аппаратурой для газокислородной резки, подвергают листы и полосы толщиной более 3,0 мм. Разрезание заготовок меньших толщин сопровождается короблением разрезаемого профиля, искажающем конфигурацию отрезанных частей.
[stextbox id=’info’]Для раскроя тонколистового проката из черных сталей и нержавейки толщиной в пределах 0,5-3,0 мм предпочтительней использовать технологию плазменной резки с применением плазмореза либо лазерную резку, разрезающую тонкие листы при помощи лазера.[/stextbox]
Чтобы процесс сгорания металла в струе кислорода протекал непрерывно, должно соблюдаться условие превышения температуры плавления металла разрезаемой детали над показателем температуры горения этого материала. Если это условие не соблюдено, то металл, не успев воспламениться, уже начнет плавиться и растекаться.
Кислородная струя в этом случае окажется не способной качественно выдувать тугоплавкие окислы. Стали с высоким содержанием углерода и легирующих элементов – хрома, марганца и молибдена – закаливаются, повышая свою твердость, и растрескиваются в зоне резки.
[stextbox id=’alert’]В связи с этим резка автогеном не рекомендуется для легированных сталей, чугуна и цветных металлов.[/stextbox]
Газовой резке поддаются большинство низкоуглеродистых сталей с содержанием углерода не более 0,3%. Уже при содержании углерода в стали свыше 0,7% качественная газовая резка затруднительна.
Типовая конструкция
Конструкция резака должна обеспечивать устойчивое горение металла в струе технического кислорода. Наиболее распространенной конструкцией такого режущего агрегата является двухтрубный газовый резак инжекторного типа (далее по тексту – ИГР).
На рис. ниже показана схема типовой конструкции ацетиленового ИГР, состоящего из двух функциональных модулей:
Ствола (на схеме не обозначен), представленного:
- рукояткой с двумя входами для подсоединения шлангов от кислородного баллона и источника ацетилена – баллона с ацетиленом или ацетиленового генератора;
- регулировочными кислородным (поз. 8) и ацетиленовым (поз. 7) вентилями.
Ствол присоединен к корпусу ИГР накидной гайкой.
Наконечника (на схеме не обозначен),состоящего из следующих элементов:
- инжектора (поз. 6) и смесительной камеры (поз. 5);
- трубок подачи горючей смеси (поз. 4) и кислородной режущей струи (поз. 3);
- регулировочного вентиля кислородной струи (поз. 9);
- головки резака с внутренним (поз. 1) и наружным (поз. 2) мундштуками.
Схема ацетиленового ИГР.
В конструкции ИГР особая роль отведена инжектору (поз. 6 на схеме), в котором происходит процесс непрерывного смешивания потоков кислорода высокого давления и горючего газа (в данном случае ацетилена) с целью создания на выходе из смесительной камеры (поз. 5) потока газовой смеси, имеющей скорость ниже, чем у потока кислорода, но превосходящей этот показатель у ацетилена.
Созданная смесь подается по трубке (поз. 4) в сопло и проходит в пространстве между внешним и внутренним мундштуками для воспламенения факела разогревающего пламени. Для регулирования процесса инжекции каналы подачи кислорода и ацетилена оснащены регулировочными вентилями (поз. 7 и 8).
Более сложной конструкцией газорежущей аппаратуры является трехтрубная модификация, называемая безинжекторным резаком. В безинжекторных моделях отсутствует смесительная камера, а кислород подается по двум отдельным трубкам в головку резака, внутри которой и происходит смешивание кислорода с горючим газом. Отсутствие смесительной камеры обеспечивает достаточно хороший показатель безопасности, поскольку нет условий для возникновения обратного удара.
Весовые показатели и размеры
Газовые резаки относятся к категории ручного инструмента профессионального класса, поэтому производители газорежущего оборудования учитывают санитарно-гигиенические требования, ограничивающие вес и размеры сварочных горелок и резаков. Согласно СанПиН 2.2.2.540-96 «Гигиенические требования к ручным инструментам…», ГОСТ 5191-79 «Резаки инжекторные …» и многочисленных ведомственных инструкций по охране труда для газосварочных работ вес ИГР не должен превышать 0,8 -1,3 кг (ГОСТ 5191-79, табл. 1).
[stextbox id=’alert’]Необходимость соблюдения ограничений весовых и габаритных показателей ИГР введена с целью снижения статической нагрузки на руки работника и недопущения перенапряжений нервно-мышечного аппарата плечевого пояса при длительной непрерывной работе.[/stextbox]
В ГОСТ 5191-79 указаны пределы рабочей массы и длины ИГР в зависимости от его мощности и применяемого горючего газа (р. 1, табл. 1):
- Для ИГР типа Р1, работающих на любом виде горючего газа – ацетилене, пропан-бутане или природном газе, длина резака не должна превышать 500 мм, масса – 1,0 кг.
- Длина ИГР типа Р2 и Р3 длина ограничена размером 580 мм, масса – не более 1,3 кг.
Отдельной категорией ИГР в стандарте определены вставные резаки, маркируемые РВ1 и РВ2. Конструктивно они представляют собой наконечники к сварочной горелке, предназначенные для газорежущих работ. В их комплектацию входят:
- ствол без рукоятки;
- один или два запорно-регулирующих вентиля для кислорода;
- смесительное устройство;
- устройство для соединения со сварочной горелкой;
- комплект сменных мундштуков.
Вставные резаки весят меньше, чем полностью укомплектованный ИГР. Масса РВ1 не превышает 0,6 кг, РВ2 – 0,7 кг. Однако после сборки наконечника с корпусом горелки вес и габариты собранного изделия не будут отличаться от стандартных ИГР.
Весовые ограничения соблюдаются и в конструкциях трехтрубных изделий. Безинжекторные резаки ведущих производителей имеют идентичные с ИГР характеристики, например:
- у трехтрубной модели KOIKE SilverCut-250 (Япония) длина агрегата составляет 495 мм при весе 1,0 кг;
- модель «НОРД-100 П» (Воронеж, Россия) имеет длину 535 мм при весе 1,1 кг.
Портативные и ультрапортативные
Размеры типовых газовых инжекторных и безинжекторных резаков небольшие, однако пара тяжелых 40-литровых баллонов с кислородом и горючим газом, входящие в комплект оборудования газокислородной резки, существенно ограничивают мобильность газорезчика.Даже для выполнения единственного небольшого реза сварщик вынужден катить громоздкую тележку с газовыми баллонами.
Выход из положения – портативный пропановый резак переносного типа, оснащенный пятилитровым кислородным баллоном и пропановым баллоном емкостью 2, 3 или 5 литров. Комплект, состоящий из резака, коротких (до 5 метров) шлангов и двух баллонов умещается в пластиковом чемодане контейнерного типа либо в специальной сумке, упрочненной металлическими вставками. Такой мини резак по металлу газовый популярен у специалистов, занимающихся ремонтов холодильников и кондиционеров.
Если продолжать обзор газорежущей аппаратуры по степени ее миниатюризации, то следующей группой газовых устройств будут цанговые газовые резаки, состоящие из газового баллончика емкостью до 0,5 литра и горелки с соплом, прикрепленной к баллончику через цанговое соединение.
Температура верхушки факела пламени, сформированного узким конусом, может достигать 1300 град. Ц, что позволяет резку тонких листов металла. Если факел будет сравнительно широким, то с его помощью можно разжечь огонь в походных условиях для приготовления пищи либо отогреть замерзшие трубы.
Ультрапортативными можно считать миниатюрные резаки, которые подсоединяются к цанговому баллончику посредством гибкого шланга. Так называемый карманный резак, называемый в обиходе микрогорелкой и горелкой-паяльником, применяется для пайки электродеталей, ювелирных изделий, небольших медных трубок.
Какие нюансы учесть при выборе ИГР?
На обоснование выбора модели газового резака влияют множество факторов, начиная от того, какой тип резки предполагается выполнять, и заканчивая уточнениями, сколько резак стоит. В части технической необходимо учитывать следующие моменты:
- материалами корпуса и газовых трубок должны служить медные или латунные сплавы, нержавеющая сталь;
- алюминиевая рукоятка более долговечна, чем пластмассовая;
- латунные ниппели на входе предпочтительнее, чем алюминиевые;
- материал внутреннего и внешнего мундштука ацетиленового резака – медь, для кислородно-пропанового ИГР допускается изготовление внутреннего мундштука из латуни;
- вращение вентилей должно происходить с небольшим усилием, но без заеданий;
- рекомендуется выбирать разборные конструкции, поскольку у них выше ремонтопригодность, проще чистить инжектор и трубки наконечника.
На рис. ниже отмечены некоторые внешние факторы, на которые следует обратить внимание при осмотре и выборе ИГР
Настройка
Чтобы настроить инжекторный резак на выполнение газорежущей операции, необходимо выполнить регламентированные инструкциями по эксплуатации ИГР процедуры:
Провести проверку инжекции в следующей последовательности:
- подсоединить шланг от кислородного баллона к соответствующему ниппелю, при этом ниппель для подсоединения газового шланга остается свободным либо просто выкручивается;
- открыть подачу кислорода на редукторе;
- открыть вентили кислорода и горючего газа на ИГР;
- проверить инжекционную способность, прислонив палец к штуцеру с газом – палец должен слегка притягиваться (опытные сварщики не гнушаются вместо пальца попробовать наличие втягивания языком). Наличие втягивания указывает о хорошей инжекции.
После проверки инжекции подсоединить шланг с горючим газом.
Разжечь пламя для резки металла. Длину факела и цвет пламени регулируют открытием соответствующих вентилей кислорода, горючего газа и смеси вплоть до полной стабилизации пламени и приобретения им формы конуса.
Самодельный для бытовых нужд
При необходимости проведения небольшого объема работ, связанных с раскроем тонких листов металла (толщиной в пределах 1,0 мм) или расплавления медных проводов, домашние мастера в состоянии изготовить своими руками компактный переносной газовый резак несложной конструкции. Схема резака показана на рис. ниже
Схема самодельного газового резака.
Для изготовления столь нехитрого изделия необходимы:
- капельница;
- игла для накачивания ниппельных футбольных мячей;
- баллончик для газа, используемый в зажигалках;
- воздушный аквариумный компрессор или пластиковая бутылка.
Последовательность изготовления мини-резака следующая:
- На игле для ниппельных мячей делается надрез.
- Иглу от капельницы загибают под углом 45 град. И вставляют в надрез иглы для мяча.
- Обе иглы стягиваются проволокой, затем проволочная стяжка фиксируется припоем.
- Трубки капельницы надеваются на концы иголок, выполняя роль газовых шлангов.
- Торчащий конец иглы капельницы выполняет роль сопла.
- Подачу воздуха будет осуществлять аквариумный компрессор либо пластиковая бутылка, слегка подработанная под внешний источник воздуха (камера, шина и т.п.).
- Подача газа будет осуществляться от газового баллончика.
- Для регулировки выходящего газа и настройки пламени используются ограничители от капельницы, выполняя функции вентилей.
При правильной регулировке пламени температура может превысить 1200-1300 град. Ц. Пользователи такого мини-резака уверяют, что он способен успешно прослужить несколько лет.
Заключение
Применение ручных газовых резаков технически и экономически оправдано при использовании в подготовительных работах в металлообработке любого статуса – от тяжелого машиностроения до ювелирной промышленности. В ремонте жилья и автомобилей, демонтаже или возведении строительных металлоконструкций не обойтись без газовых резаков. На рис. ниже показан рабочий момент раскроя пучка стальной арматуры на заготовительном участке предприятия.
