Газокисневі різаки (пальники для кисневого різання) - Різання металу
Обробка дерева та металу
У газокисневому різаку конструктивно об'єднані підігрівальна та власне ріжуча частини. Підігрівальна частина газокисневого різака за принципом пристрою, конструкції та методами розрахунку аналогічна зварювальним пальникам. Залежно від тиску палива підігрівальна частина може бути інжекторною або безінжекторною. Інжектор необхідний для користування ацетиленом низького тиску. При ацетилені середнього тиску або горючих газах, що подаються під достатнім тиском, можна використовувати різаки з безінжекторним підігрівним пристроєм. У промисловості зазвичай користуються різаками з інжекторним підігрівним пристроєм, незалежно від тиску палива, що застосовується.
Відносне розташування каналів для ріжучого кисню та підігрівального полум'я показано на рис. 1. Послідовне розташування отворів для ріжучого кисню та підігрівального полум'я в даний час застосовується рідко, воно придатне лише для різання в одному напрямку; попереду має знаходитися підігрівальне полум'я, а за ним слідує струмінь ріжучого кисню. При зміні напрямку різання на протилежне кисень ріжучий потрапляє на недостатньо підігрітий метал і процес різання припиняється. Значно зручніше концентричне розташування вихідних отворів для суміші підігрівального полум'я та для ріжучого струменя кисню.
У різаках з концентричним розташуванням вихідних отворів підігрівальне полум'я отримує форму вогненної трубки, по осі якої розташовується ріжучий струмінь кисню. Пристрій з кільцевою щілиною найбільш поширений у кисневих різаках малої та середньої потужності, що виготовляються нашою промисловістю. Для потужних різаків кільцева щілина не дає полум'я достатньогопотужності, збільшення ширини щілини робить полум'я нестійким і призводить до зворотних ударів. Тому для різаків середньої та великої потужності рекомендується подавати підігрівальну суміш через отвори круглого перерізу, розташовані концентрично навколо отвору для ріжучого кисню в один або два ряди.
Різаки з вихідними отворами, розташованими концентрично, дозволяють вести різання в будь-якому напрямку: струмінь ріжучого кисню завжди потрапляє на досить підігрітий метал, що дуже зручно, а для фігурного різання, коли напрямок різання значно змінюється, необхідно. Тому в даний час застосовують майже виключно різаки з концентричним розташуванням отворів, а різаки з послідовним розташуванням отворів майже вийшли із вживання.
Потужність підігрівального полум'я вибирають відповідно до товщини металу, що розрізається. Зазвичай для розрахунків приймають, що 85% необхідного тепла для процесу різання утворюється в результаті реакції згоряння заліза в кисні, а решта 15% дає підігрівне полум'я. При конструюванні різака слід забезпечити необхідну довжину підігрівального полум'я, щоб воно могло підігрівати шари металу, що нижчележать. У потужних різаках для різання сталі великих товщин доводиться застосовувати підігрівне полум'я довжиною понад метр. Довжина полум'я залежить від палива, що застосовується, а саме від швидкості його згоряння. Швидко-згоряючі гази, наприклад, ацетилен, дають коротке полум'я. Гази, що горять повільніше, дають полум'я довше; особливо довге полум'я дає водень, який тому іноді й застосовується у різанні металу великих товщин. Досить довге полум'я дають метан, природний газ. Полум'я регулюється на максимальну температуру, а тому має зазвичай надлишок кисню попорівняно з полум'ям, що застосовується для зварювання.
Важливе значення має пристрій внутрішнього каналу різального мундштука або сопла для кисню. Зазвичай у нашій промисловості застосовують сопла циліндричні або ступінчасто-циліндричні (рис. 244). При цих соплах доводиться користуватися киснем досить високого тиску, причому необхідний тиск швидко зростає з товщиною металу, що розрізається.
Для різання сталі необхідний досить потужний струмінь кисню, що забезпечує потрібну швидкість спалювання металу. Струмінь на всю товщину металу, що розрізається, повинна бути по можливості циліндричної, з мінімальним розширенням, для забезпечення постійної ширини різу по всій товщині металу. Для успішного здування розплавленого шлаку і доступу до поверхні металу швидкість кисню в струмені повинна бути високою, як показує досвід, близько 500-700 м/сек, тобто швидкість повинна бути надзвуковою.
Циліндричні сопла мають низький к. п. д., і для отримання необхідної швидкості закінчення кисню і потрібної довжини циліндричної частини струменя доводиться вдаватися до досить високого тиску кисню, що надходить в різак, причому цей тиск швидко зростає зі збільшенням товщини металу, що розрізається. Сопла з криволінійними утворюючими дають значно кращі результати, як показали дослідження, проведені М. М. Бортом. Поліпшення роботи сопла перш за все проявляється в зниженні робочого тиску кисню ріжучого на вході в різак. Єдиним обгрунтуванням застосування циліндричних сопел в даний час може лише простота їх виготовлення. Недосконалість циліндричних сопел особливо позначається при різанні сталі великих товщин. Необхідний тиск ріжучого кисню вже для товщини 200 мм сягає 10 am, а товщини 400—500 мм.сягає 20—25 am.
Для подачі кисню високого тиску потрібні спеціальні броньовані шланги; кисень виходить із сопла при тиску вище атмосферного і, розширюючись, утворює струмінь конічної форми. Значне зменшення тиску охолоджує кисень внаслідок дроселюючого ефекту і сповільнює різання. Тому товщина 400-500 мм для циліндричних сопел може вважатися граничною.
У потужних кисневих різаках кисень ріжучий і кисень для підігрівального полум'я підводять по окремих шлангах, тому до різаку підводять три шланги: два кисневих і один ацетиленовий. Малі та середні різаки зазвичай виготовляють двошланговими, кисень підводиться одним загальним шлангом і вже в самому різаку розподіляється на ріжуче сопло та на живлення підігрівального полум'я. Наша промисловість виготовляє кілька типів кисневих різаків для ручного різання різного призначення, а також спеціальні різаки для установки на газорізальних машинах.
Ручний різак УР складається з двох основних частин - стовбура та наконечника. Стовбур складається з рукоятки з ніпелями та трубками для ацетилену та кисню та корпусу з регулювальними вентилями – ацитиленовим та кисневим. Наконечник включає інжектор, змішувальну камеру, трубку горючої суміші, трубку ріжучого кисню з вентилем, наконечник різака з мундштуками - внутрішнім і зовнішнім. Дія підігрівальної частини різака аналогічна дії інжекторного зварювального пальника. Відкриттям вентиля 16 подається ріжучий кисень, що спалює метал і різання.
Зовнішній вигляд різака УР подано на рис. 2. Для різання сталі товщиною 5-300 мм різак комплектований п'ятьма внутрішніми та двома зовнішніми мундштуками. Для зручності переміщення та підтримки постійної відстані відзрізу мундштука до поверхні металу, що розрізається, різак забезпечений візком з двома роликами.
Застосування ацетилену для газокисневого різання не обов'язково; у багатьох випадках як можливо, а й бажано замінювати ацетилен іншими, дешевшими і менш дефіцитними горючими газами. Ацетилен дає надто високу температуру полум'я, що часто веде до оплавлення кромок; крім того, ацетилен при неточному регулюванні підігрівального полум'я навуглерожує кромки різу, що робить їх здатними до загартування і ускладнює подальшу механічну обробку.
Заміна ацетилену іншим горючим газом не вимагає великої обробки різака, розрахованого для роботи на ацетилені. У більшості випадків потрібно лише деяке збільшення подачі підігрівальної суміші, для чого змінюється або дещо розточується зовнішній мундштук. З широким розвитком газифікації дуже доцільним є переведення різання на природний газ, що є зазвичай майже чистим метаном, що добре задовольняє вимогам різання.
Різання можна успішно виробляти і на рідких горючих. Бензорез або гас, що виготовляється нашою промисловістю, включає спеціальний різак і бак для пального. Різак інжекторного типу складається з вентиля для підігрівального кисню, маховичка для регулювання подачі пального, випарника, інжектора, головки зі змінними мундштуками, підігрівального мундштука для випаровування пального, ніпелю для кисню та ніпеля для пального. Кисень, що надійшов у різак, розгалужується на дві частини. Підігрівальний кисень надходить у трубку, що знаходиться всередині трубки. Трубка обмотана азбестом, що заповнює трубку і вбирає пальне; до кінця трубки припаяний інжектор. Пальне надходить у трубку, далі в трубку і поазбестового обплетення - у випарник, де випаровується полум'ям підігрівача. Ріжучий кисень через вентиль і трубку надходить до різального мундштука.
Бак для пального (рис. 6) складається з резервуара, ручного повітряного нагнітального насоса, запобіжного клапана, відвідної трубки, запірного вентиля, ніпеля для приєднання шланга.
Головною особливістю бензореза є наявність випарної камери, в якій пальне перетворюється на пари, що надходять в камеру змішування, де вони утворюють горючу суміш з підігрівальним киснем для живлення полум'я, що підігріває. Також виготовляють спеціальні різаки для різних призначень, наприклад, для зрізання заклепувальних головок, для вирізки жарових труб у парових котлах, для вирізки круглих отворів малого діаметра, наприклад під складальні болти та заклепки, для стругання та поверхневої обробки металу і т.д.