Расход кислорода при резке металла: нормы расхода пропана

Лазерная резка в азоте

Азот используют в процессе лазерной резки тогда, когда окисление размераземого металла нежелательно. Например, если нержавеющую сталь разрезать лазером с подачей кислорода, ее сопротивляемость коррозии значительно понизится (кстати отметим, что для резки нержавеющей стали пригоден только очень чистый азот — даже самые малые количества кислорода приводят к потере свойств нержавейки — это можно сразу определить по любой, даже самой небольшой, потере цвета металла на срезах).

При лазерной резке в азоте, отсутствует не только окисление металла, но и связанные с ним мощные экзотермические реакции, в случае кислорода намного увеличивающие температуру резки — при резке в азоте, металл только плавится, но не горит и, тем более, не испаряется.

Из-за более низкой температуры, при прочих равных, уменьшается и скорость резки. Давление газа и его потребление при азотной резке лазером выше, чем при использовании кислорода; также, что в данном случае очевидно, с увеличением толщины разрезаемого листа увеличивается и требующееся для выдувания расплавленного металла давление азота.

Сноски к таблице выше: [*] Указанные в таблице данные являются ориентировочными. [1] При использовании более мощного лазера скорость резки, скорее всего, удастся увеличить. [2] Давление азота указывается на режущей головке. [3] Подразумевается относительно медленная, качественная резка.

Методика расчета расхода материалов при термической резке

Рассмотрим три способа термической резки металла: газокислородная, плазменная и лазерная как наиболее распространенные. Кислородно-разделительная резка

применяется для раскроя сортового и листового углеродистого и низколегированного метал-лопроката, обрезки прибылей стального литья, обработки кромок под сварку и др. Не применяется для резки нержавеющих и высоколегированных сталей, чугуна и цветных металлов.

Плазменно-дуговая резкаприменяется для раскроя проката как низкоуглеродистых, так и высоколегированных сталей, а также алюминия, меди и их сплавов.Лазерная резказначительно расширяет область применения термической резки и является эффективным способом резки тонколистового проката, тонкостенных труб и специального профильного проката из металлических и неметаллических материалов.

При упомянутых выше способах резки нормируются расходные газы, используемые для подогрева металла, собственно резки или плазмообразования. К таким газам относятся: кислород, ацетилен или его заменители (пропан-бутан, природный газ) и азот. Применение водорода и аргона при резке весьма ограничено и в статье не рассматривается.

При плазменно-дуговой резке необходимо планировать расход специальных сменных электродов (катодов) с гафниевыми или циркониевыми вставками. Нормы расхода таких электродов зависят от интенсивности их эксплуатации и составляют 1-4 шт./смену. Для более точного нормирования их расхода необходимо исходить из требований руководства по эксплуатации соответствующего оборудования. В общем случае норма расхода газа на рез или вырезку детали (Рдет) определяется по формуле:

где Н

— норматив расхода газа в процессе резки, м3 на 1 м ре-за;L— длина реза (вырезаемого контура), м;Кн— коэффициент, учитывающий расход газов на начальных этапах резки, на подогрев, зажигание плазменной дуги, продувки и регулировки, может быть принят равным 1,1 при единичном производстве и 1,05 — при серийном.

Норматив расхода газа (H, м3 на 1 м реза) в процессе резки в зависимости от характеристик оборудования и режимов резки определяется по формуле:

где Р

— номинальный расход газов согласно техническим характеристикам применяемого оборудования, м3/ч;V— скорость резки, м/ч. Значения номинальных расходов газов в диапазоне скоростей резки для некоторых видов оборудования, которые можно использовать для укрупненных расчетов, приведены в таблице ниже.

Использование того или иного газа обуславливается требованиями технологического процесса и применяемым оборудованием. Зависимость номинального расхода газа от толщины и скорости резки практически линейная пропорциональная и необходимое значение легко определяется интерполированием.

Необходимое оборудование

Самым первым резаком было устройство Р1-01, его сконструировали еще в СССР, затем появились более модернизированные модели – Р2 и Р3. Отличаются аппараты размерами сопел и мощностью редуктора. Более современные ручные установки:

• Смена;
• Quicky;
• Орбита;
• Secator.

Они отличаются набором дополнительных функций и производительностью.

Quicky-Е может осуществлять фигурную резку, по заданным чертежам, скорость работы достигает 1000 мм в минуту, максимально допустимая толщина металла до 100 мм. Устройство имеет набор съемных сопел для обеспечения обработки металлических листов или труб различной толщины.

Этот аппарат может работать, используя различные виды горючего газа, в отличие от прототипа Р1-01,который работает только на ацетилене.

Ручной резак Secator имеет более улучшенные характеристики по сравнению с аналогами.

С его помощью можно обрабатывать металл толщиной до 300 мм, это обеспечивают дополнительные насадки, входящие в комплект, они съемные и их можно приобрести дополнительно, по мере износа. Secator может производить следующие виды резки:

• фигурную;
• прямую;
• кольцевую;
• под скосом.

Скорость может регулироваться в диапазоне от 100 1200 мм в минуту, а с помощью встроенной муфты свободного хода обеспечивается плавное перемещение машины по листу металла. Редуктор с воздушным охлаждением обеспечивает более чистую работу и сокращает расход горючего вещества.

Вышеперечисленные модели относятся к ручным, то есть они компактные, управляются с помощью рук мастера. Но для больших объемов обрабатываемого металла работать с такими

установками неудобно и не эффективно. Для промышленного производства применяются стационарные режущие установки — это, по сути, та же технология.

Они представляют собой станок со столешницей, в которую встроен режущий механизм. Работу его обеспечивает электрический

компрессор, для которого необходима электросеть с не менее 380 В и трехфазными розетками. Технология работы моделей стационарных режущих установок ничем, но отличается от ручных. Разница лишь в производительности, максимальной температуре нагрева, и способности обрабатывать металл, толщиной более 300 мм.

О выборе системы кислородоснабжения для кислородной резки

Для кислородной резки углеродистых сталей применяются горючие газы и пары горючих жидкостей, дающие температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом не менее 1800 градусов. При этом важную роль при резке имеет чистота кислорода. Для резки необходимо применять кислород чистотой 98,5 — 99,5%.

С понижением чистоты кислорода весьма сильно снижается производительность резки и увеличивается расход кислорода. Так, при снижении чистоты кислорода с 99,5 до- 97.5% (т.е. на 2%) производительность снижается на 31%, а расход кислорода увеличивается на 68.1%.

Применять для заготовительной резки кислород чистотой ниже 98,5% не следует, т.к. поверхность реза получается недостаточно чистой, с глубокими рисами и трудноудаляемыми от кромок реза шлаками- гратами (сплав шлака с металлом). При выборе системы кислородоснабжения цехов и производств, занимающихся заготовительной резкой углеродистых сталей возможно несколько вариантов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Рассмотрим их. 1. Баллонная система кислородоснабжения. Основана на применении кислородных баллонов высокого давления различной вместимости (40, 50, 420 л.) в зависимости от темпов потребления. На предприятии должна быть рампа, одна или несколько или моноблоки, которые пополняются по мере потребления либо привозным кислородом в баллонах, либо заправкой их на месте потребления из автомобильной газификационной установки.

Основное преимущество этой системы — простота её создания и эксплуатации, а также гарантированная чистота кислорода (99,5 — 99,7%), поскольку «баллонный» кислород получают из жидкого кислорода путём его газификации. Изменение давления поставляемого кислорода к газорезательным машинам достигается простой регулировкой редуктора и не требует перестройки работы всей системы. Недостаток: предприятие должно иметь обменный фонд баллонов и склад для их хранения, который, впрочем, не требует сколько-нибудь квалифицированного труда обслуживающего персонала.

Существенным преимуществом системы является отсутствие необходимости регистрации такой баллонной системы кислородоснабжения в органах Ростехнадзора и необходимости получения специальной лицензии на право её эксплуатации. При этом важным фактором является выбор надёжного поставщика «баллонного» кислорода в регионе.

https://www.youtube.com/watch?v=2fkK-Vs_3_I

При создании такой системы потребителю кислорода требуются минимальные капитальные затраты и минимальный штат сотрудников для её обслуживания. 2. Система снабжения кислородом на базе применения холодного криогенного газификатора типа ГХК. Предполагает установку на предприятии стационарного резервуара с жидким кислородом, который газифицируется в атмосферных (или паровых) испарителях и направляется при выбранном давлении в кислородную сеть предприятия.

По мере расходования кислорода газификатор пополняется жидким техническим кислородом чистотой 99,6%, который закупается на специализированных кислородных заводах. Выбор ГХК по объёму резервуара напрямую зависит от темпов его потребления. Обычно выбирают газификатор таким образом, чтобы заправлять его жидким кислородом один раз в месяц.

Так, например, если месячное потребление на предприятии в пересчёте на баллоны составляет порядка 400 баллонов, то надо выбирать ГХК на 3 тонны жидкого кислорода, а если месячное потребление составляет около 1000 баллонов, то выбирают ГХК на 8 тонн жидкого кислорода. Преимущество: широкий диапазон производительности по кислороду (от 0 до 1000 кубометров в час); возможность иметь на предприятии месячный (а иногда и больше) запас кислорода. Недостаток: поскольку кислород в газификаторе храниться в жидком виде, то неизбежны потери от его самоиспарения, которые составляют до 1% от объёма криогенного резервура; при заправке газификатора жидкостью также теряется кислород:

для ГХК на 3 тонны жидкого кислорода безвозвратно теряется 300 кг; в случае необходимости изменения давления подаваемого в сеть кислорода требуется перестройка работы газификатора. ГХК — это надзорный опасный производственный объект, требующий надлежащей его регистрации в местных органах Ростехнадзора; кроме того для его эксплуатации необходимо получение специализированной Лицензии и специально обученного персонала из ИТР (минимум 5 чел. при полуторасменной работе).

ГХК — это сложный технический объект, требующий проведения систематических регламентных работ, которые связаны с возможной остановкой ГХК и выводом его из эксплуатации на достаточно продолжительное время. Поэтому на предприятии в обязательном порядке необходимо иметь резервную баллонную систему подобную той, которая описана в п.1.

Кроме того газификатор жидкого кислорода требует постоянного надзора не только за работой собственно ГХК, но, учитывая наличие в одном сосредоточенном месте больших количеств жидкого кислорода в криогенном резервуаре, требуется осуществление антивандальных мероприятий.

Стоимость газообразного кислорода, поставляемого из криогенного газификатора, напрямую зависит от стоимости жидкого кислорода закупаемого на кислородных заводах, плюс зарплата персонала и запасных частей для обслуживания, плюс транспортные расходы на перевозку жидкого кислорода в специальных криогенных автоцистернах для очередной заправки ГХК.

Газификатор — дорогостоящее оборудование. Для примера: стоимость нового ГХК на 8 тонн составляет 2млн 500тыс рублей (ОАО «Сибкриотехника», Омск). Система кислородоснабжения с применением установок, производящих кислород непосредственно на предприятии-потребителе.

В этом случае предполагается размещение на предприятии кислородных установок, производящих кислород либо криогенным, либо адсорбционным способом. Криогенные воздухоразделительные установки позволяют производить кислород как в жидком так и в газообразном состоянии любой чистоты вплоть до 99,9%.

Однако эти установки представляют собой технологически сложные изделия, поэтому в настоящее время такие установки используются на специализированных кислородных заводах. Предприятия машиностроения, металлообработки и строительной индустрии из экономических соображений не используют криогенные воздухоразделительные установки для обеспечения своих технологий кислородом, применяя либо баллонную систему, либо холодные криогенные газификаторы.

Существует другой, альтернативный криогенному способ производства газообразного кислорода — метод короткоцикловой адсорбции КЦА. Он основан на применении адсорбирующих материалов (синтетических цеолитов), которые обладают свойством селективного поглощения молекул азота и других газов, входящих в состав атмосферного воздуха, пропуская при этом молекулы кислорода.

На этом принципе созданы воздухоразделительные установки, в основу работы которых положен метод КЦА ( иногда их называют просто адсорбционные установки, иногда кислородные генераторы, иногда кислородные концентраторы). До настоящего времени промышленность различных стран, в том числе России, серийно производят такие установки. Недостатки: чистота производимого кислорода не превышает 95%; несмотря на то, что по сравнению с криогенными установками они менее сложные, однако всё-таки адсорбционные установки остаются технически сложными устройствами.

Они содержат в своём составе; воздушный компрессор, блок осушки с холодильной системой, систему фильтрации воздуха, воздушные ресиверы, попеременно работающие адсорбера, кислородный ресивер, кислородный компрессор для заполнения баллонов. Аппараты, входящие в состав адсорбционных установок — это сосуды работающие под давлением и они подведомственны Ростехнадзору.

Адсорбционные установки — дорогостоящее оборудование, требует надзора за работой и проведения регламентных работ. Нам не известны производители серийных адсорбционных установок для получения кислорода концентрацией 99%. Имеется информация от компании ГТровита о том, что они разработали генераторы кислорода «Ультра» для получения кислорода чистотой 99%, , применяя ноу-хау метод изменения расхода продукционного * кислорода. При этом по сообщению сотрудников компании расход энергии на получение кислорода 99% возрастает в два раза.

Общая информация

Прежде чем приступить к расчетам, определимся, что влияет на расход электродов для дуговой сварки.

Прежде всего, это тип сварочного оборудования, толщина металла и самого электрода, выбранный режим сварки, опыт сварщика и некоторые косвенные причины (например, физическая усталость мастера), влияющие на конечный результат.

При сварке электродами крайне важно выбрать размер электрода, соответствующий типу и толщине свариваемого металла. Только после того, как вы правильно настроите аппарат и подберете комплектующие, можно выполнять расчет расхода сварочных электродов на 1 т металлоконструкции.

Переде тем, как сделать расчеты, нам понадобится выяснить следующие особенности:

• Отдельно рассчитайте массу металла, который наплавится на шов. Этот показатель не должен быть больше 2% от общей массы всей металлоконструкции или детали. Расчет производится с помощью отдельной формулы, о которой мы поговорим позже.
• Измерьте длину шва. Помимо длины учтите еще и его глубину. Для особо ответственных конструкций допустимо накладывание нескольких швов для надежности.
• Выясните нормы расхода. Это, по сути, общая масса наплавленного металла на 1м шва.

Нормы расхода — это справочная информация, она прописана в нормативных документах. От марки электрода зависит норма расхода. Дополнительные данные вы можете изучить в документах Всесоюзных норм №452-84. Зачастую используют два метода расчета, так называемый теоретический и физический. Полученные цифры сравнивают и определяют погрешность, но об этом мы поговорим далее.

Также учтите, что при сварке могут использоваться разные виды сварных швов. От этого тоже зависит расход электродов на 1 тонну металлоконструкций, поскольку для каждого типа соединения характерна своя масса металла. Ниже вы можете видеть основные параметры, на которые нужно обратить внимание.

Поверхностная и фигурная резка

Схема поверхностной кислородной резки.

Иногда возникает необходимость прорезать металл не насквозь, а лишь создать на поверхности рельеф, прорезая на листе канавки. При этом методе резки металл будет нагреваться не только за счет пламени резака. Расплавленный шлак так же послужит источником тепла. Растекаясь, он будет подогревать нижние слои металла.

Поверхностная резка, как и обычная, начинается с того, что нужный участок прогревается до температуры воспламенения. Включив режущий кислород, вы создадите очаг горения металла, а равномерно перемещая резак, обеспечите процесс зачистки вдоль заданной линии разреза.

Размеры канавки (ее глубину и ширину) регулируйте скоростью резки: увеличив скорость, уменьшаете размеры углубления и наоборот. Глубина выреза увеличится, если возрастет угол наклона мундштука, если уменьшится скорость резки и повысится давление кислорода (конечно же, режущего).

Вырезать фигурное отверстие в металле можно следующим образом. Сначала намечаем на листе контур (при разметке окружности или фланцев следует отметить еще и центр окружности). До начала самой резки следует сделать пробивку отверстий. Начинать резку всегда необходимо с прямой линии, это поможет получить на закруглениях чистый рез.

Преимущества и недостатки технологии резки металла газом

Резка кислородом имеет большое количество преимуществ перед иными видами. Они делают ее эффективнее экономически. Но существует ряд ситуаций, когда она просто незаменима.

Достоинствами газокислородной резки являются:

• Возможность обрабатывать заготовки большой толщины.
• Высокая сложность выполняемых резов, например, таких как многоступенчатый.
• Удобство выполнения фасонной обработки материалов, т. е. на заданную глубину, а не только сквозного реза.
• Хорошее качество реза при невысокой себестоимости обработки.
• Высокая производительность.
• Автономность и мобильность оборудования позволяет применять ее в труднодоступных местах, в том числе при сборке/разборке корпусов судов, а также сложных производственных конструкций.

Описываемая технология резки газом, помимо достоинств, имеет и недостатки, к примеру:

• Для ее осуществления сварщику требуется достаточный опыт. Специалистам с низкой квалификацией доступны только простые виды реза, например, прямая обработка тонкого листа металла.
• Опасность возникновения пожара или взрыва. Технология требует тщательных подготовительных мероприятий и последующего соблюдения правил техники безопасности при проведении работ.
• Точность реза не слишком высокая, в особенности при ручной обработке. После его выполнения заготовку, как правило, необходимо дополнительно механически доводить до соответствия ее формы и размеров чертежу.
• Термическое воздействие на заготовку иногда приводит к разным формам деформации, таким как кручение, коробление и пр. Это особенно рискованно при раскрое материала и в меньшей степени при демонтаже конструкций.

Эти недостатки способен решить иной метод – плазменная резка с помощью автоматизированных стационарных аппаратов. Однако они не мобильны и не дают возможности выполнять операции в труднодоступных местах.

Расход кислорода на 1 метр реза листа металла. | механикинфо

Расход кислорода на 1 т металла

Таблица толщин реза и расхода газа для мундштуков типа NXВ результате этого получается разрез. Кислород подается под большим давлением, Часто оно достигает 12 атмосфер, такая струя даже без подачи огня может разрезать кожу.

Строение режущего аппарата сконструировано таким образом:

• газовая горелка;
• два баллона;
• смеситель;
• регулятор давления;
• шланги.

Газовая горелка состоит из головки с несколькими соплами, в основном достаточно трех. Через два боковых подается горючее вещество, через третий, который размещается посредине, подается кислород. Баллоны предназначены непосредственно для газа и кислорода, в зависимости от объемов предполагаемой работы подбираются соответствующие по вместительности баллоны.

Газовая горелка

Для обеспечения одного часа непрерывной работы будет расходоваться в среднем 0,7 м3 ацетилена (1 м3 пропана) и 10 м3 кислорода.

В целом необходимое количество исходного сырья будет зависеть от плотности металла и необходимой температуры для его нагрева.

Сократить расход пропана можно за счет специальных насадок на сопла, которые фиксируют подачу газа в определенном направлении, чем ближе будет подача к кислородной струе, тем возрастет расход топлива.

Шланги необходимы для подачи кислорода и горючего вещества из баллонов в смеситель, их еще называют рукавами. Материал, из которого сделаны шланги – двухслойная резина, между слоями каркас, выполненный из хлопчатобумажной нити. Диаметр – до 12 мм, возможность эксплуатации при температуре воздуха не ниже -35 оС.

Регулятор давления необходим для обеспечения разных режимов и скоростей резки. Подавая меньшее количество топлива можно обеспечить низкую температуру, которая необходима для тонкой стали или металла невысокой прочности, а также сократить расход сырья.

Еще одной важной функцией редуктора является поддержание равномерного уровня давления. Если в процессе резки будет прервана подача газа, металл быстро охладеет и дальнейшая обработка станет невозможной.

Резка металла пропаном и кислородом

Расход кислорода при covid-19

Расход сварочных материалов

• Расход горючего газа: при толщине материала s = 1 мм 100 л/ч ацетилена (из 1 кг карбида кальция получают 300 л ацетилена; для полного разложения 1 кг карбида кальция необходимо 10л воды).
• Расход сварочной проволоки при газовой сварке в зависимости от толщины металла (при V-образной разделке кромок с углом раскрытия 50°)
• Максимально допустимый отбор газа из баллона: ацетилена 1000, кислорода 10 000 л/ч из каждого баллона.
• Рабочие давления, регистрируемые манометром редуктора: для ацетилена 0,2, для кислорода 2,5 — 3,5 кг/см².
• Таблица 1.1

Горючие газы для газовой сваркиПараметрАцетилен С2Н2Бытовой газВодород H2Пропан С3Н8Мощность пламени, ккал/(см².

с) Температура пламени при использовании кислорода, °СКонцентрация, обеспечивающая воспламенение, % (объемн.)Минимальная температура воспламенения в кислороде, °СУсловия храненияЦвет маркировки баллона

Гранулометрия зерен карбида (по TGL 11649, лист I):

Гранулометрия зерен карбидаГруппаРазмер зерен карбида, мм

Техника безопасности

Осуществление резки металла с помощью газовой установки лучше доверить опытному специалисту, поскольку при неаккуратном обращении последствия могут быть достаточно печальными.

Техника безопасности предполагает выполнения следующих условий:

• хорошая вентиляция в помещении, где будут осуществляться работы;
• на расстоянии 5 метров не должно быть баллонов с газом и прочими горючими веществами;
• работы должны вестись в защитной маске или специальных очках, а также в огнеупорной одежде;
• направлять пламя необходимо в противоположную сторону от источника газа;
• шланги в процессе эксплуатации прибора нельзя перегибать, наступать на них, зажимать ногами;
• если делается перерыв, то следует полностью погасить пламя у горелки и закрутить газовые вентили баллонов.

Соблюдение этих простых условий обеспечит безопасную и эффективную работу по резке металла газовой установкой.

Условия резки металла газом и кислородом

Рассмотрим обязательные условия успешной обработки материалов методом газокислородной резки:

• Температура горения металла в среде кислорода, которая также обозначается как Твоспл, должна быть ниже Тплав (температуры плавления). Разница температур не должна быть ниже 50 °С. В противном случае возможно вытекание расплава, а также увеличение ширины реза. Например, конструкционные сплавы имеют Твоспл, равную 1 150 °С, в то время как Тплав равна 1 540 °С. Температура плавления снижается с возрастанием количества углерода, что затрудняет обработку высокоуглеродистых сплавов, а также чугуна простым резаком.
• Температура плавления заготовки должна быть выше температуры плавления поверхностных оксидных пленок. Такая пленка является тугоплавкой и не дает кислороду достигнуть поверхности металла, в результате чего его горение не может начаться. Например, температура плавления оксида хрома равна 2 270 °С, а конструкционной стали – 1 540 °С. Специалисты рекомендуют в таком случае использовать порошок флюса. Между ним и поверхностной пленкой начинается реакция, превращающая последнюю в продукт с пониженной температурой плавления.
• Появляющиеся в ходе резки газом оксиды должны иметь высокий показатель жидкотекучести. Иначе расплав будет облеплять края реза, мешая работе и не давая основному материалу гореть. Повысить текучесть оксидов можно с помощью специально подобранных флюсов. Однако такое вмешательство делает резку газом существенно дороже.
• Обрабатываемая заготовка должна иметь невысокую теплопроводность – иначе не будет происходить возгорания материала в зоне реза из-за отведения из него тепла. Работу либо вообще нельзя будет вести, либо она будет постоянно прерываться, из-за чего норма расхода газов при резке металла повысится, а следом снизится качество реза и его точность.

Перед тем как начнется резка металла природным газом, необходимо подготовить следующую аппаратуру:

• Емкости, содержащие газ.
• Шланги для подключения газа.
• Резак.
• Определенного размера мундштук.
• Редукторы, контролирующие объем и регулировку.

Перечисленная аппаратура не зависит от ее производителя и имеет стандартную маркировку вентилей.

До работы допускаются только сварщики, прошедшие инструктаж, о чем произведена запись в специальном журнале, и успешно сдавшие зачеты о знании теории и практики резки.