В Yonglihao Machinery мы являемся поставщик услуг прототипирования. Хотя лазерная резка является нашим основным методом для большинства работ с листовым и листовым металлом, для некоторых задач мы по-прежнему используем кислородно-топливную резку. Этот метод, также известный как газовая резка или резка горелкой, остается ценным в нашем рабочем процессе.
Для сварки толстостенной углеродистой стали мы используем кислородно-топливную сварку. Этот метод особенно эффективен, когда необходимо подготовить детали к сварке. Портативность — еще одно ключевое преимущество, делающее кислородно-топливную сварку нашим выбором для работы на объекте. Управление сроками поставки толстостенных листов становится проще благодаря этому процессу. В то же время, для более тонких металлов, где точность имеет решающее значение, лазерная резка остается нашим лучшим вариантом.
В этой статье вы найдете понятное объяснение процесса кислородно-топливной сварки. Вы узнаете о его практическом применении, ограничениях и о том, как определить, когда он является оптимальным выбором для вашего проекта.
Что такое кислородно-топливная резка?
Кислородно-топливная резка — это термический процесс, при котором пламя, состоящее из топлива и кислорода, используется для предварительного нагрева стали. После достижения необходимой температуры струя чистого кислорода окисляет металл, вытесняя его из зоны резания в виде шлака. Это сочетание нагрева и окисления лежит в основе кислородно-топливной резки.
Этот процесс лучше всего подходит для низкоуглеродистой стали и многих низколегированных сталей, поскольку при их обработке образуются оксиды, которые легко удаляются. Он применим для широкого диапазона толщин, от 0,5 мм до 250 мм. С помощью специальных систем можно резать металл гораздо большей толщины.
Мы часто рекомендуем кислородно-топливную резку для стали, слишком толстой для эффективной работы лазеров. Создание скошенных кромок для сварки — еще один пример применения этого метода. Кроме того, если срезанная кромка будет впоследствии обработана механически, использование кислородно-топливной резки остается разумным выбором.
Как работает кислородно-топливная резка?
Кислородно-топливная резка — это форма контролируемого быстрого окисления. Сначала сталь нагревают до температуры воспламенения. Обычно это 700–900 °C, что соответствует ярко-красному цвету ниже точки плавления.
Затем поток режущего кислорода запускает химическую реакцию. Эта реакция выделяет тепло, образует оксид железа и выталкивает его из реза. Струя кислорода не просто расплавляет канавку. Вместо этого она поддерживает окисление и отталкивает расплавленный оксид.
Аккуратный срез основан на четырех ключевых принципах.
- Во-первых, температура воспламенения материала должна быть ниже его точки плавления. В противном случае он просто расплавится и растечется, вместо того чтобы чисто разрезать материал.
- Во-вторых, температура плавления оксида должна быть ниже, чем у основного металла. Это позволяет выдувать его в виде жидкого шлака.
- Во-третьих, реакция должна выделять достаточно тепла, чтобы поддерживать фронт разреза при температуре воспламенения.
- Во-четвертых, в результате реакции должно образовываться мало газов. Газы будут разбавлять кислород, участвующий в реакции.
Именно поэтому кислородно-топливная резка хорошо подходит для низкоуглеродистой и низколегированной стали. Она менее эффективна для металлов, образующих стойкие оксиды. Нержавеющая сталь, чугун и цветные металлы образуют оксиды, которые нелегко удалить. Специальные методы, такие как порошковая резка, могут помочь, но мы считаем их исключениями.
Основные компоненты и назначение каждого из них
Хотя система кислородно-топливной резки может показаться простой на первый взгляд, каждый её компонент выполняет определённую и важную функцию. Эти детали работают вместе, определяя скорость резки, качество кромки и общую стабильность. Поэтому крайне важно начинать поиск и устранение неисправностей с этих ключевых областей, чтобы добиться наилучших результатов.
- Подача кислорода (отключение кислорода):Скорость резания и качество кромки в основном зависят от чистоты кислорода. Для достижения наилучших результатов кислород для резки должен быть не менее 99,51 TP5T чистоты. Даже незначительное снижение чистоты может иметь большое значение: оно ослабляет интенсивность реакции и препятствует удалению шлака. Например, если чистота кислорода снизится всего на 11 TP5T, скорость резания может упасть примерно на 151 TP5T, а расход газа может увеличиться примерно на 251 TP5T.
- Подача топливного газа (предварительный подогрев): Топливный газ обеспечивает тепло, необходимое для воспламенения стали. Он также поддерживает высокую температуру в зоне реза. Различные виды топливного газа влияют на скорость начала реза, а также на распределение тепла. Более горячее, сфокусированное пламя, как правило, быстрее пробивает режущий край и создает меньшую зону термического воздействия.
- Горелка и сопло/наконечник:Горелка смешивает топливо и кислород для предварительного нагрева пламени, а также формирует центральную струю режущего кислорода через наконечник. Конструкция сопла имеет особое значение, поскольку она защищает струю кислорода от смешивания с воздухом, что влияет на качество кромки. Кроме того, состояние наконечника часто становится распространенной причиной проблем — износ, разбрызгивание или засорение могут быстро превратить качественный процесс в некачественный.
- Регуляторы, шланги и предохранительное оборудование: Они играют жизненно важную роль как в безопасной, так и в стабильной работе. Регуляторы контролируют давление и поток к горелке, помогая предотвратить такие проблемы, как образование шлака, некачественные фаски или нестабильность пламени, а шланги, обратные клапаны и пламегасители также необходимы для надежной работы. Поскольку кислородно-топливная резка использует горючие газы и высокоэнергетическое пламя, всегда необходимо тщательно проверять эти детали. При возникновении нестабильности качества резки первым делом проверяем давление и тщательно осматриваем соответствующее оборудование.
- Выбор топлива:В процессе сгорания топливный газ образует две зоны нагрева: внутренний конус (первичное сгорание) и внешнее пламя (вторичное сгорание с использованием воздуха). Поэтому при сравнении топливных газов следует учитывать не только температуру пламени, но и соотношение топлива, а также способ распределения тепла.
|
Топливный газ |
Максимальная температура пламени (°C) |
Соотношение кислорода и топлива (по объему) |
Распределение тепла (кДж/м³) Первичное |
Распределение тепла (кДж/м³) Вторичное |
|---|---|---|---|---|
|
Ацетилен |
3160 | 1.2:1 | 18,890 | 35,882 |
|
Пропан |
2828 | 4.3:1 | 10,433 | 85,325 |
|
MAPP |
2976 | 3.3:1 | 15,445 | 56,431 |
|
Пропилен |
2896 | 3.7:1 | 16,000 | 72,000 |
|
Природный газ |
2770 | 1.8:1 | 1,490 | 35,770 |
Ацетилен обычно прокалывает быстрее всего. У него очень горячее и интенсивное первичное пламя. Пропан и природный газ прокалывают медленнее, но могут быть дешевле. Они горят чисто при использовании подходящих наконечников. MAPP и пропилен — это промежуточные варианты. Их выбор зависит от доступности или потребности в нагреве.
Основные виды кислородно-топливной резки
Ручная резка горелкой
Ручная резка с помощью горелки — это процесс, выполняемый вручную. В нем используются баллоны, регуляторы и горелка без управления движением. Он лучше всего подходит для работ, требующих мобильности. К ним относятся полевые работы, ремонт и демонтаж. Он хорошо работает в местах без надежного электроснабжения. Он не подходит для высокоточных работ, повторяющихся деталей или сверления точных отверстий.
Успех зависит от навыков оператора. Угол наклона горелки, расстояние до режущей кромки и скорость перемещения должны быть постоянными. Это позволяет удерживать струю кислорода в соответствии с направлением резки. Для прототипов мы используем ручную резку как быстрый инструмент, а не для точной работы.
Механизированная прямая резка
Механизированная резка осуществляется с помощью каретки или станка с ЧПУ. Он контролирует высоту, траекторию и скорость горелки. Это обеспечивает стабильные и равномерные разрезы на листовом металле. Этот метод хорошо подходит для производственных работ, где важна повторяемость результатов. Это особенно актуально для толстых листов. Он менее подходит для тонких листов, где лазерная резка быстрее и точнее.
Механизированные системы также упрощают настройку стандартных параметров. Это важно, поскольку кислородно-топливная смесь чувствительна к скорости и качеству кислорода. Механизация снижает вероятность ошибок, связанных с различиями в квалификации операторов.
Косая кислородно-топливная резка
Скошенная резка создает угловые кромки для сварки. Это могут быть V-, Y-, X- или K-образные фаски. Это отличный вариант для толстых деталей, требующих подготовки к сварке. Однако это не лучший выбор для работ, требующих минимального теплового воздействия. Также это не идеально для декоративных кромок или деталей окончательной обработки.
Резка под углом добавляет больше переменных, которые необходимо контролировать. К ним относятся угол наклона, геометрия реза и перпендикулярность кромки. По этим причинам механизированная настройка и надлежащий уход за наконечником оказываются полезными. При прототипировании резка под углом часто экономит время на последующей подготовке к сварке.
Многогорелочная кислородно-топливная резка
Многогорелочная резка позволяет использовать несколько горелок одновременно. Это увеличивает производительность при резке повторяющихся деталей на одной пластине. Этот метод полезен, когда геометрия детали повторяется, а пластина имеет большую толщину. Он менее гибок для работ с большим разнообразием различных деталей, так как в этом случае время на переналадку может увеличить затраты.
Для таких установок также требуется очень стабильная подача газа. Неравномерный поток может привести к неравномерному качеству кромок по всей длине горелок. Если одна из горелок работает плохо, сначала проверьте ее наконечник, выравнивание и поток кислорода.
|
Тип |
Наилучшее применение |
Типичное ограничение |
|---|---|---|
|
Ручной фонарик |
Ремонт на месте, экспресс-резка. |
Точность зависит от оператора |
|
Механизированный прямой |
Стабильная резка пластин |
Менее привлекательно выглядит на тонком листе. |
|
Резка под углом |
Подготовка кромок под сварку на толстостенной стали |
Чем больше подвод тепла, тем больше переменных. |
|
Многофакельная установка |
Высокая пропускная способность при повторных измерениях. |
Сложность настройки для смешанных заданий |
Как мы выбираем между кислородно-топливной и лазерной резкой?
Выбор между кислородно-топливной и лазерной резкой осуществляется на основе четырех факторов: толщины, геометрии, качества кромки и последующих технологических процессов.
Лазерная резка обычно является нашим первым выбором. Она отлично подходит для резки с высокой точностью и сложных форм на тонких материалах. Кислородно-топливная резка становится лучшим вариантом по мере увеличения толщины. Она также предпочтительна, когда необходимы фаски для сварки. Мы также используем ее, если кромка будет шлифоваться или обрабатываться механически.
Вот простая логика, которую мы используем при изготовлении прототипов. Если деталь изготовлена из толстой низкоуглеродистой или низколегированной стали, кислородно-топливная резка — быстрый и экономичный вариант. В отрасли принято считать, что кислородно-топливная резка лучше всего подходит для стали толщиной более 2 дюймов (50 мм). Это хороший выбор, если качества плазменной резки недостаточно. Если вам нужны детализированные внутренние формы или чистые, небольшие отверстия, лазерная резка — лучший вариант.
Используйте кислородно-топливную заправку в следующих случаях:
- Материал — низкоуглеродистая сталь или низколегированная сталь.
- Толщина пласта большая, а экономические показатели благоприятные.
- Кромка будет приварена, скошена или обработана механическим способом.
- Важны портативность или низкие требования к настройке.
Используйте лазер в следующих случаях:
- Геометрия включает в себя крутые изгибы, тонкие пазы или небольшие отверстия.
- Требуется минимальная финишная обработка и строгий контроль размеров.
- Материал имеет тонкую или среднюю толщину.
Передовые методы и распространенные проблемы при резке
Качественная кислородно-топливная резка зависит от контроля нескольких параметров. К ним относятся чистота кислорода, состояние сопла, баланс предварительного нагрева, скорость перемещения и высота горелки. Изменение любого из этих параметров приведет к ухудшению качества резки. Могут появиться шлаки, неровные линии скольжения или ошибки при снятии фаски.
Вот контрольные точки, которые мы используем для получения стабильных результатов.
Контрольные точки передового опыта
- Начнём с качества кислорода и кислородной струи: Если поток кислорода слабый или турбулентный, резка не удастся. Это проявляется в виде образования толстого слоя шлака, шероховатости поверхности резания или потери качества резки на толстых листах.
- Подберите размер наконечника и настройки в соответствии с толщиной: Таблицы параметров насадок существуют не просто так. Они помогают координировать поток предварительного нагрева, количество кислорода, необходимого для резки, и скорость. Неправильный выбор насадки часто приводит к некрасивой, но качественной резке.
- Предварительный нагрев следует рассматривать как контролируемый этап, а не как попытку угадать: Предварительный нагрев должен довести линию разреза до температуры воспламенения. При этом верхний край не должен слишком сильно расплавиться. Слишком слабый предварительный нагрев замедляет пробивку. Слишком сильный предварительный нагрев закругляет верхний край и расширяет разрез.
- Поддерживайте постоянную скорость движения: Процесс чувствителен к скорости. Фронт окисления должен оставаться в нужном месте. Слишком высокая скорость приведет к задержке резки и образованию шлака. Слишком низкая скорость приведет к перегреву верхней кромки.
- Проверьте состояние поверхности пластины: Окалина, ржавчина или покрытия могут нарушить процесс. При изготовлении прототипов быстрая подготовка поверхности часто экономит время.
Критерии качества
Качественная кислородно-топливная резка характеризуется стабильной шириной и равномерными линиями трения. Кроме того, на режущей кромке остается очень мало шлака. Кромка должна быть перпендикулярна выбранному наконечнику.
Следы от трения — это небольшие полосы на срезанной поверхности. Они должны выглядеть равномерными, а не хаотичными. Слишком сильное расплавление на верхнем крае означает слишком высокую температуру или медленное движение. Тяжелый, твердый шлак на нижнем крае указывает на слишком высокую скорость или слабую подачу кислорода.
Также помните о металлургии. Кислородно-топливная сварка создает зону термического воздействия (ЗТВ). В зависимости от стали, вблизи кромки среза может происходить закалка. Если деталь будет свариваться, спланируйте подготовку сварного шва и обработку кромки.
Поиск неисправностей
|
Симптом |
Вероятная причина |
Первая проверка |
Уточните направление |
|---|---|---|---|
|
К нижнему краю прилип густой шлак. |
Слишком высокая скорость, слабая подача кислорода, неправильный наконечник |
Состояние наконечника + чистота кислорода |
Слегка замедлите, очистите/замените наконечник, подтвердите ≥99,5% O₂ |
|
Срез выполнен под углом / не под прямым углом |
Факел направлен не перпендикулярно, несоответствие скоростей. |
выравнивание факела |
Выровняйте горелку, отрегулируйте скорость, проверьте выбор наконечника. |
|
Медленное или сильное пронзительное извержение (“гейзер”) |
Недостаточный предварительный нагрев, неправильный газ/насадка |
Предварительно нагрейте пламя и определите размер наконечника. |
Правильно увеличьте предварительный нагрев, используйте соответствующую таблицу рекомендаций, стабилизируйте уровень кислорода. |
|
Закругление/выравнивание верхнего края |
Слишком сильный предварительный нагрев или слишком низкая скорость движения |
Предварительный нагрев |
Уменьшите предварительный нагрев, немного увеличьте скорость движения. |
|
Ширина пропила оказалась больше, чем ожидалось. |
Слишком большой наконечник, слишком медленное движение, перегрев |
Размер кончика |
Выберите подходящую насадку, увеличьте скорость, уменьшите чрезмерный предварительный нагрев. |
|
Шероховатые, неровные тяговые линии |
Турбулентность кислородной струи, захват воздуха |
Чистота сопла/наконечника |
Очистите/замените наконечник, проверьте герметичность сопла, избегайте утечек воздуха. |
|
При резке происходит потеря толщины по всей толщине. |
Недостаточное давление/поток кислорода, пластина слишком холодная. |
Настройки регулятора |
Проверьте давление/расход, подтвердите предварительный нагрев до диапазона воспламенения. |
|
Частые обратные вспышки/вспышки |
Неправильное давление, поврежденный наконечник, проблемы со шлангом. |
Проверка безопасности оборудования |
Немедленно остановите, проверьте предохранительные устройства, отрегулируйте давление, замените поврежденные детали. |
Заключение
В Yonglihao Machinery наши услуги лазерной резки Кислородно-топливная резка — основной процесс, на который мы полагаемся для высокоточных профилей и тонких заготовок. Но для толстой углеродистой стали, подготовки фасок под сварку и резки на месте кислородно-топливная резка остается одним из самых надежных и экономически эффективных решений. Если вы не уверены, какой метод подходит для вашей детали, мы можем помочь. Обычно мы начинаем с проверки материала, толщины, требований к качеству кромки и любых последующих планов сварки или механической обработки.
В нашей компании Yonglihao Machinery лазерная резка является предпочтительным методом для обеспечения точности и обработки тонких материалов.
Однако для толстостенной углеродистой стали, подготовки сварных швов под фаску и резки на месте кислородно-топливная сварка является очень надежным и недорогим процессом.
Если вы не уверены, какой метод подходит для вашей детали, мы можем помочь. Обычно мы начинаем с проверки материала, толщины, требуемого качества кромки, а также любых планов дальнейшей сварки или механической обработки.
Часто задаваемые вопросы
Каков типичный диапазон толщины материала при кислородно-топливной резке?
Кислородно-топливная резка обычно используется для стали толщиной от 0,5 мм до 250 мм. Системы для резки толстолистовой стали позволяют обрабатывать гораздо более толстые листы. Некоторые системы могут резать сталь толщиной до 35 дюймов (900 мм). Фактический предел зависит от горелки, подачи газа и наконечника.
Какие виды стали наиболее подходят для кислородно-топливной резки?
Низкоуглеродистая (мягкая) сталь и многие низколегированные стали являются наилучшим вариантом. Они воспламеняются при температуре ниже точки плавления. Их оксиды могут улетучиваться в виде шлака. Высокоуглеродистые стали могут быть более чувствительны к закалке и другим проблемам.
Почему чистота кислорода имеет такое большое значение?
Чистота кислорода определяет интенсивность, скорость и качество краев реакции. Снижение чистоты кислорода на 11 ТТ5Т может уменьшить скорость на 251 ТТ5Т и увеличить расход газа на 251 ТТ5Т. Состояние сопла и наконечника также имеет значение. Они предотвращают смешивание чистого потока кислорода с воздухом.
Какой вид топлива мне следует выбрать: ацетилен, пропан, MAPP, пропилен или природный газ?
Выбирайте газ, исходя из скорости прокалывания, температуры, стоимости и вашего оборудования. Ацетилен — самый горячий газ (около 3160°C) и обеспечивает самое быстрое прокалывание. Пропан (около 2828°C) и природный газ (около 2770°C) обеспечивают более медленное прокалывание, но могут быть дешевле. Всегда подбирайте газ в соответствии с конструкцией наконечника и настройками.
Как быстрее всего улучшить качество необработанного среза?
Сначала проверьте состояние наконечника и чистоту кислорода. Затем проверьте скорость перемещения и баланс предварительного нагрева. Изношенный или забитый наконечник — очень распространенная причина появления шероховатых кромок. После этого проверьте выравнивание горелки и состояние поверхности пластины.
Безопасна ли кислородно-топливная резка в условиях прототипирования?
Да, если вы строго соблюдаете правила техники безопасности. Используйте пламегасители, проверяйте наличие утечек и используйте соответствующие средства индивидуальной защиты. Всегда правильно обращайтесь с регуляторами. Если вы видите или подозреваете обратный выброс, прекратите работу. Осмотрите все оборудование, прежде чем возобновить работу.
