Povrchové řezání je druh tepelného zpracování kovů. Na opracovávaný povrch kovu působí zdroj ohřevu – elektrický nebo plazmový oblouk, v důsledku čehož se kov taví a je odváděn usměrněným proudem plynu. Na povrchu obrobku je vytvořena drážka. Z povrchu součásti mohou být odstraněny výstupky, výztuhy svarů nebo jakékoli jiné nepravidelnosti.

Existují různé metody povrchového řezání (dlabání), např.: kyslík, plyn-flux, plazma, vzduch-oblouk. Tyto metody plošného řezání jsou založeny na stejných principech ohřevu a procesu jako podobné metody separačního řezání.

Použití povrchového dlabání může výrazně zlepšit pracovní podmínky pracovníků. Tento proces by měl nahradit pneumatické broušení a broušení ručními pneumatickými stroji v podnicích vyrábějících svařované konstrukce a ve slévárnách. Je známo, že jedním z nejnáročnějších a zdraví škodlivých je pneumatické řezání, které tvoří asi 50-60 % čisticích prací v řezných prostorách sléváren [34]. Avšak spolu s pozitivními vlastnostmi mají tyto procesy povrchového drážkování značné nevýhody. Znečišťují atmosféru dílny. Při povrchovém dlabání se ve velkém množství uvolňuje kouř, oxidy dusíku, ozón a aerosoly. Pro bezpečnost pracovníků je nutné větrání. Tam, kde je to možné, jsou vytvořeny specializované kabiny s přívodem a odvodem větrání nebo se používají přenosné větrací jednotky.

Nejpoužívanějšími metodami v průmyslu jsou řezání vzduchovým a plazmovým obloukem. V prvním případě se tavení kovu provádí uhlíkovou (grafitovou) elektrodou a její odstranění se provádí koncentrovaným proudem vzduchu. Někdy se pro drážkování vzduchovým obloukem používají speciální potažené ocelové elektrody.

Řezání vzduchovým obloukem je nejjednodušší a nejčastěji používaný způsob povrchového zpracování. V rohových spojích a místech obtížně dosažitelných jinými způsoby zpracování je možné vybrat vady pro svařování. V závislosti na podmínkách a účelu povrchové úpravy se pro řezání vzduchovým obloukem používají kulaté nebo ploché uhlíkové elektrody. Proces řezání vzduchovým obloukem je obtížné mechanizovat, protože spotřební uhlíkové elektrody se často musí vyměňovat a náklady na tyto elektrody jsou velmi významné a dosahují 50–80 % celkových nákladů na proces [8].

Zpočátku byl proces řezání vzduchovým obloukem prováděn pomocí stejnosměrného proudu s obrácenou polaritou. Na střídavém proudu bylo obtížné zajistit stabilitu procesu. Studie elektrických a tepelných parametrů procesu ukázaly, že při střídavém proudu s konstantním střídáním kontaktů a silnými obloukovými výboji je uvolňování tepla v oblouku šestkrát až osmkrát vyšší než teplo Joule v kontaktu [51]. určuje obloukovou povahu tavení kovu.V tomto ohledu ne
Bylo nutné najít racionální způsoby, jak zvýšit stabilitu obloukového výboje.

READ
Co je to deštník ve ventilaci?

Studie [51] prokázaly, že při nízkých proudech se voltampérová charakteristika oblouku C – He ve vzduchu zmenšuje a u výkonných oblouků se zvyšuje.. Se zvětšením průřezu elektrody při vysokých hodnotách proudu se voltampérová charakteristika také klesá. To se vysvětluje tím, že elektroda se při zvýšené hodnotě proudu více zahřívá. Velikost aktivního bodu se zvětšuje a velikost průřezu elektrody omezuje další nárůst aktivního bodu. V tomto ohledu se napětí na omezeném průřezu elektrody a se vzrůstajícím proudem zvyšuje.V tomto případě se elektroda zahřeje na teplotu překračující přípustnou hodnotu.

Proces řezání vzduchovým obloukem probíhá za podmínek, kdy ionizovaná mezera obloukového výboje je nepřetržitě narušována proudem stlačeného vzduchu. Vyznačuje se střídavými zkraty a obloukovými výboji.

Bylo zjištěno, že zvýšení rychlosti naprázdno transformátoru z 32 na 50-70 V zkracuje dobu trvání kontaktního procesu (periodu zkratu elektrody). Prodloužení časového intervalu mezi kontakty, emisemi roztaveného kovu a výměnou tepla se základním kovem přispívá k tvorbě tvrdých vrstev v zóně řezání a koncentraci napětí v zóně distribuce tepla. Teplota ohřevu elektrody a základního kovu klesá. V tomto případě je roztavený kov lázně vystaven oscilačním pohybům, které prudce zvyšují pohyblivost kovu. V tomto ohledu střídavý proud zvyšuje drsnost povrchu řezu, která stále není příliš velká a je přiměřená čistotě povrchu odlitků.

Je třeba si uvědomit, že při použití stejnosměrného proudu vede prodloužení doby kontaktu taveniny se základním kovem, obohaceným uhlíkem díky materiálu elektrody, k nauhličování povrchu řezu, což je v některých případech nepřijatelné (např. , při vzorkování vad (trhlin) v procesu obnovy zápustek z vysokopevnostních tepelně zpracovaných ocelí, při vzorkování vad a jejich následném svařování, za nízkých teplot apod.). Navíc u stejnosměrného proudu je hloubka HAZ větší a produktivita procesu je nižší než u střídavého proudu. V tomto případě není zajištěna požadovaná kvalita řezu, protože elektroda je hlubší a nelze z dutiny řezu odstranit veškerý roztavený kov; povrch se stává hrudkovitým a vyžaduje další zpracování – čištění [33].

Jako zdroje energie pro řezání vzduchovým obloukem na stejnosměrný i střídavý proud se používají konvenční elektrická svářecí zařízení a řezačky typu RDV-1. Pro řezání vzduchovým obloukem ve slévárenských podmínkách bylo vyvinuto speciální zařízení. Byl vytvořen například transformátor TDR-1601, řezačky RVDl-1000 a Razdan-1200 a deskové grafitové elektrody E-UPK-1, EG a GMZ [34], což umožnilo implementovat proces v řadě podniků. .

READ
Jak určit velikost ocelového radiátoru?

Praktická aplikace řezání vzduchovým obloukem střídavým proudem (1100–1500 A) ve slévárnách a podnicích na výrobu obráběcích strojů potvrdila stabilitu procesu a jeho vysokou účinnost při zpracování odlitků [33, 34, 74].

Tabulka 4.18. Hloubka HAZ v závislosti na režimu drážkování vzduchovým obloukem

Povrchové řezání kyslíkem je proces odstraňování vrstvy kovu pomocí kyslíkového paprsku. Toto řezání se od separačního řezání liší tím, že místo průchozího řezu se na povrchu zpracovávaného kovu vytvoří drážka. Jeho profil závisí na tvaru a velikosti výstupního kanálu náustku pro řezání kyslíku, jakož i na režimech řezání a umístění (úhlu sklonu) řezačky vzhledem k plechu.

Podstata procesů separace a povrchového řezání je stejná. Avšak v druhém případě je proud kyslíku nasměrován pod ostrým úhlem ke kovovému povrchu a pohybuje se rychle. Zdrojem ohřevu kovu je nejen ohřívací plamen řezačky, ale i roztavená struska, která se rozprostírající se po povrchu plechu podél linie řezu ohřívá spodní vrstvy kovu. Plošné řezání tedy využívá teplo uvolněné v důsledku oxidace železa efektivněji než separační řezání. Díky tomu dosahuje rychlost řezání povrchu 2-4 m/min a odpovídajícím způsobem se zvyšuje produktivita práce. Ruční řezačka odstraňuje až 40 kg/h kovu, zatímco při pneumatickém řezání – ne více než 2-3 kg/h.

Plošné řezání je široce používáno v metalurgickém průmyslu a svařování. Ve svářečském průmyslu se plošné řezání používá k vyříznutí vadných oblastí švů a k opravám.

Ruční řezání se provádí řezačkami typu RPK a RPA a strojní řezání pomocí požárních čistících strojů (MOZ). Odstraňují vrstvy kovu o tloušťce 0,5 až 3,5 mm současně ze čtyř stran desky nebo bloku. Produktivita kontinuálního odizolování válcovaných výrobků je vysoká a činí 600-1000 kg/h, v závislosti na rozsahu zpracovávané oceli. Rychlost pohybu kovu při odizolování dosahuje 45-50 m/min.

Ruční odizolování začíná zahřátím počáteční části na zápalnou teplotu kovu. Při zapnutí řezacího kyslíku se vytvoří zdroj hoření kovu a díky rovnoměrnému pohybu řezačky podél linie řezu je zajištěn stabilní proces odizolování. Při zahřátí je fréza obvykle umístěna pod úhlem 70-80° k povrchu. V okamžiku přívodu řezacího kyslíku je nakloněn o 15-45o.

READ
Jak vyrobit falešná okna?

Jsou-li všechny ostatní věci stejné, hloubka a šířka drážky závisí na řezné rychlosti a s jejím nárůstem klesá. Hloubka drážky se zvyšuje se zvyšujícím se úhlem špičky hořáku, zvyšuje se tlak řezného kyslíku a snižuje se řezná rychlost. Šířka drážky je určena průměrem kanálu řezacího kyslíkového paprsku. Aby se zabránilo výskytu západů slunce na povrchu obrobku, měla by být šířka drážky 5-7krát větší než její hloubka.

Je-li potřeba vyčistit defekty na velké ploše, obvykle se provádí řez rybí kostí v jednom nebo několika průchodech, čímž se fréze dostane oscilační pohyb. Vzdálenost mezi náustkem a odizolovaným kovem musí být konstantní.

Povrchové řezání kyslíkem lze použít k čištění defektů na povrchu vysoce legovaných ocelí. V tomto případě by mělo být řezání kyslíkem použito v kombinaci s plošným řezáním pomocí fréz typu RPA nebo jiných se zařízením na proudění kyslíku a instalací typu UGPR.

Vlastnosti tepelně ovlivněné zóny při řezání.

Během procesu kyslíko-palivového řezání se do řezaného kovu zavádí značné množství tepla. Zahřívání probíhá nerovnoměrně a je rozloženo podél okraje řezu a relativně úzkého pásu kovu přiléhajícího k řezu. To vytváří napětí v kovu a deformuje jej, přičemž deformuje jeho geometrický tvar. Okraj výbrusu se poněkud zkrátí a v sousední vrstvě vznikají tahová napětí, která lze zcela odstranit pouze žíháním při rovnoměrném ohřevu celého dílu. Při obrábění (hoblování nebo frézování řezné hrany) dochází také ke snížení napětí a deformací. Pás kovu o šířce 2-5 mm přiléhající k řezu se rychle zahřeje nad kritické teploty a poté se rychle ochladí v důsledku odvodu tepla do studené hlavní hmoty kovu. Dochází k tepelnému zpracování kovu, odpovídajícímu kalení.

Stupeň kalení, výsledné struktury a maximální tvrdost řezné hrany jsou dány především chemickým zpracováním. Jednoduché uhlíkové oceli, obsahující méně než 0,3 % uhlíku, se při řezání téměř netvrdí. Legované oceli a oceli s vysokým obsahem uhlíku často výrazně zvyšují tvrdost na břitu. Na nejvyšší teplotu se kov zahřeje na povrchu hran, kde obvykle dochází k úplné austenitické přeměně a jsou pozorovány maximální změny struktury a tvrdosti. V nízkouhlíkových ocelích se vytváří sorbitolová struktura; Jak se v oceli zvyšuje obsah uhlíku a legujících prvků, objevuje se troostit a poté martenzit, což ukazuje na vysokou tvrdost a křehkost kovu. Jak se vzdalujete od hrany, změny ve struktuře jsou postupně méně patrné, tvrdost klesá a ve vzdálenosti pár milimetrů od hrany si základní kov zachovává svou původní strukturu.

READ
Jak rozlišit litý akrylát od vytlačovaného akrylátu?

Šířka tepelně ovlivněné zóny při řezání kyslíkem závisí na chemickém složení a tloušťce řezaného kovu a s tím se zvětšuje. Při řezání nízkouhlíkové oceli o tloušťce 10 mm nepřesahuje šířka zóny vlivu 1 mm; při tloušťce 150-200 mm je šířka této zóny asi 3 mm. Legované a vysoce uhlíkové oceli o tloušťce 100 mm mohou mít tepelně ovlivněnou zónu širokou až 6 mm.

Studie struktury a mechanických vlastností kovu ukázaly, že řezání kyslíkem mění vlastnosti hrany méně než mechanické řezání nůžkami a třecí pilou. U nízkouhlíkové oceli není potřeba odstraňovat povrchovou vrstvu kovu z řezné hrany; Při následném svařování stačí hrany očistit od okují. Po řezání ocelí citlivých na tepelné zpracování je někdy nutné sáhnout k dalším operacím: mechanickému ohoblování břitu, lokálnímu žíhání. Obzvláště nebezpečný je výskyt malých trhlin v postižené zóně, který je někdy pozorován u ocelí, které jsou snadno kalitelné. V takových případech se používá předehřívání kovu. Snižuje deformace, vnitřní pnutí, změny ve struktuře a tvrdost kovu. Ohřev je proto často jediným spolehlivým prostředkem k zajištění kvalitního řezání kyslíkem snadno kalitelných slitin a uhlíkových ocelí. Při strojním řezání kyslíkem se ohřev provádí výkonnými víceplamennými hořáky namontovanými na řezacím stroji a pohybujícími se spolu s kyslíkovým řezačem po povrchu řezaného kovu.

Kromě strukturních přeměn kovu dochází při řezání kyslíkem ke změně jeho chemického složení do hloubky 2-3 mm. Nejvýraznějším nárůstem je obsah uhlíku na povrchu řezu, což lze vysvětlit nauhličovacím účinkem předehřívacího plamene. Ke zvýšení obsahu uhlíku však dochází i při použití vodíkového plamene, který nedokáže kov zuhelnatit. Hlavním důvodem je zřejmě migrace (pohyb) uhlíku při nerovnoměrném ohřevu kovu do více zahřívaných oblastí. Vzhledem k tomu, že povrch řezné hrany se zahřívá nejsilněji, uhlík se pohybuje z vnitřních, méně zahřátých vrstev kovu na povrch hrany.