На обрубных участках литейных цехов с поверхностей отли­вок удаляют остатки литниковой системы, приливы, заусенцы, заливы, перекосы, разные неровности, пригары формовочной и стержневой смесей. Часто приходится удалять пороки на отлив­ках для исправления их заваркой. Причем все эти элементы рас­положены на отливках в самых различных местах: на наружных поверхностях, внутри отливок, в окнах, в легко - и труднодоступ­ных полостях, на обрабатываемых и необрабатываемых поверх­ностях. Отливки в зависимости от назначения могут проходить и не проходить термообработку.

Все это обусловливает специфику применения воздушно-ду­говой резки на обрубных операциях. Воздушно-дуговую резку при обрубке отливок можно применять как поверхностную, так и разделительную. В первом случае — для срезки заливов, вы­равнивания перекосов, электрострожки различных неровностей на поверхности отливок, удаления металлоземляиых пригаров, разделки дефектов под заварку; во втором — для вырезки зали­тых окон, надрезки прибылей и пр. Указанные работы наиболее трудоемки при обрубке крупных и тяжелых отливок. Воздушно­дуговая резка позволяет значительно сократить долю физиче­ского труда обрубщиков.

Воздушно-дуговую резку можно осуществлять на том же месте, где обрубку. Подготовка деталей к обработке воздушно-дуговой резкой заключается в промыве отливок в гидрокамере. Если в местах, подлежащих воздушно-дуговой резке, наблюдаются остатки земли и земляных пригаров, их также следует удалить. Отливку устанавливают на пол участка, армированного рель­сами, выполняющими роль сварочного заземления. При необхо­димости отливки обдувают сжатым воздухом.

Требования, предъявляемые к качеству резки, высокие, так как поверхность реза по чистоте должна соответствовать чистоте поверхности отливки.

Круглые электроды для применения на обрубных операциях не приемлемы, так как они оставляют канавку цилиндрической формы. При обработке поверхности отливки параллельными про­ходами с помощью круглых электродов остаются гребешки, кото­рые приходится удалять механическим путем. Ровную поверхность можно получить только при применении электродов прямоуголь - ного сечения. Большую сторону поперечного сечения располагают перпендикулярно направлению поверхностной воздушно-дуговой резки (строжки), выполняемой углом вперед при подаче струи сжатого воздуха параллельно боковой поверхности электрода.

В процессе удаления излишков металла с поверхности отливок необходимо стремиться к получению минимальной зоны струк­турных изменений, что особенно важно, если поверхность, под­вергнутая воздушно-дуговой резке, в последующем обрабаты­вается механическими способами. Отсюда вытекает требование четко выдерживать режимы и правильно осуществлять техниче­ские приемы резки.

Процесс резки следует начинать с проверки режимов, для чего перед началом зажигания дуги необходимо включить воздух, легким прикосновением электрода к детали зажечь дугу и сделать пробный рез с целью регулировки тока и контроля качества реза. Расплавленный металл должен полностью удаляться из зоны дуги. Наличие застывшего расплава на поверхности реза сви­детельствует о недостаточной интенсивности воздушного дутья, что ни в коем случае не допустимо, так как при этом значительно увеличивается глубина зоны повышенной твердости, препятствую­щей последующей механической обработке. Угол наклона элек­трода относительно детали следует выдерживать в пределах 30—60°. В этом случае наблюдается наиболее полное удаление продуктов расплава из зоны реза.

При снятии тонких слоев (3—5 мм) удобнее работать при угле наклона 15—30° без ущерба интенсивности удаления рас­плавленного металла. Толщина срезаемого за один проход ме­талла определяется характером срезаемого литейного элемента. Однако максимальный слой металла, срезаемого за один проход, не должен превышать по величине толщину применяемого элек­трода. Очень часто при удалении литейных элементов, особенно заливов, резку приходится начинать с кромки или выступающих частей. В этих случаях резаку следует придавать положение, при котором струя воздуха не отсекалась бы кромкой, попадала в зону дуги.

Необходимо следить за давлением воздуха в сети, полное уда­ление расплава из полости реза обеспечивается при р 4 кгс/см2. При удалении литников и выпоров на чугунных отливках их необходимо подрезать по контуру в месте сопряжения с деталью. Тем самым предупреждаются сколы при последующем их отбива­нии. Весьма распространена операция срезки различных наростов, выравнивание перекосов, когда приходится удалять металл со значительной площади. Выравнивать такие поверхности сле­дует последовательно, слоями, для чего параллельно первому проходу делать второй, третий и т. д., до полного выравнивания поверхности.

Не менее трудоемкая операция — удаление пригаров (нарос­тов). Чем больше смеси в составе пригара, тем труднее его 180 удалять. Удовлетворительно удаляются наросты, содержащие,30% металла и больше. Их удается срезать заподлицо с поверх­ностью отливки. Резку следует проводить послойно.

В местах скопления смеси, затрудняющей воздушно-дугоиой процесс, необходимо периодическое обстукивание зубилом с целью удаления смеси и шлака. При срезе приливов с малым содер­жанием металла нужно непрерывно выполнять поступательные и боковые движения электродом с целью отыскания островков металлической основы.

Рис. 52. Пригар:] а — до резки; б — после резки

Удаление пригаров возможно только при высокой стабиль­ности процесса воздушно-дуговой резки, т. е. при повышенных токовых режимах (1300—1500 А) и достаточном напряжении хо­лостого хода. Поэтому пригары особенно трудно удалять при использовании трансформаторов ТСД-1000, СТН, ТС и др. Удов­летворительно удаляются пригары при использовании трансфор­маторов ТСД-2000, которые обеспечивают необходимые параметры процесса как по току, так и по напряжению (рис. 52). Поверх­ностные пригары смеси приходится удалять вместе с тонким слоем основного металла толщиной 2—3 мм.

Весьма распространенный элемент, удаляемый воздушно-ду­говой резкой, — заливы, разнообразные по форме, месту распо­ложения, содержанию включений стержневой или формовочной смесей.

При срезке литников, приливов, выпоров на обрабатываемых поверхностях воздушно-дуговую резку следует выполнять при первоначальном вылете электрода не более 120 мм. Для умень­шения глубины зоны повышенной твердости последним проходом

необходимо снимать слой не более 5 мм. При применении воздуш­но-дуговой резки на обрабатываемых поверхностях необходим контроль твердости или проверка на обрабатываемость подруб­кой зубилом. При внедрении процесса воздушно-дуговой резки на обрубно-очистных операциях объем резки на обрабатываемых поверхностях следует ограничивать и занимать поверхность реза на 0,3—0,5 мм абразивными кругами.

Нарушение технологии резки может привести к поломке ин­струмента.

Иногда из-за смещения модели, модельной плиты, стержней или каким-то другим причинам наблюдается значительный сдвиг

Рис. 53. Залитые окна круглой и прямо­угольной формы:

а — до резки; б — после резки

в отливке, неправильное размещение так называемых карманов и т. п. В связи с этим необходимо удалить большое количество металла в тупиковой полости. Если смещение велико, то обычно глубоким сверлением выпол­няют ряд отверстий по кон­туру удаляемого участка, затем разделительной воз­душно-дуговой резкой раз­резают оставшиеся пере­мычки, подрезают металл с донной части и удаляют вырезанный кусок металла. После этого выравнивают стенку (или стенки) полости поверхностной воздушно-дуговой резкой. Таким образом, резко уменьшается объем механической обработки, так как вместо фрезерования используют воздушно-дуговую резку.

Также снижается объем механической обработки за счет вы­резки воздушно-дуговой резкой полностью залитых окон (рис. 53). Значительный объем работ при производстве отливок представляет разделка дефектов под заварку. Обычно дефекты в чугунных отливках вырубают с помощью пневмозубила, либо удаляют на станках (высверливанием, фрезерованием и т. д.). Эти процессы трудоемки, зачастую связаны с транспортировкой деталей. Применение воздушно-дуговой резки для разделки де­фектов под заварку способствует повышению производительности труда и разгружает станочный парк.

Обычные угольные электроды, применяемые для воздушно­дуговой резки металла, нестойки и быстро сгорают. Например, электроды, выпускаемые по ГОСТ 10720—75 (при длине электрода 250 мм, диаметре 8 мм и рабочем токе 400 А), сгорают в течение 50—60 с. Недостатки этих электродов: повышенный расход элек­троэнергии вследствие значительного падения электрической мощ - 182
ности на стержне электрода и изменение размеров рабочего торц& электродов в процессе резки вследствие эрозионного износа стержня воздушной струей. Это приводит к изменению размеров выплавляемых канавок, которые становятся более узкими'и менее глубокими.

Предложена рецептура и технология изготовления омеднен­ных электродов для воздушно-дуговой резки. В. И. Рыбаков и П. С. Карпеченко утверждают, что омеднение угольных электро­дов повышает их стойкость всего на 20%. Более стойки графити - рованные электроды марок А, Н8,

355, 180. Их стойкость при по - ^72/смг^мин верхностной воздушно-дуговой резке низкоуглеродистой стали Ю'2 в 2 раза выше, чем у стандартных угольных электродов.

Киёкана Садаити, Сирасэ Кэй - го, Нида Рикио предложили электроды для дуговой резки. с покрытием из смеси меди и алю­миния, которое наносят путем одновременной металлизации меди и алюминия на поверхность эле­ктрода. Это покрытие снижает электросопротивление и предох­раняет В определенной мере ОТ JQ-S повреждения поверхности эле - 600 700 800 900ТУ°С

ктродов в результате взаимодей-

СТВИЯ С ВОЗДУХОМ Рис* 54. Зависимость окислсния

Гтпимпгть олмггпогтгш гпгтяя - графитовых материалов различных

стоимость электродов состав марок от температуры (на воздухе):

ЛЯЄТ -50% Общей СТОИМОСТИ / — АРВ; 2 — ЭГО (ГМЗ); 3 — ВПП;

процесса. Некоторые зарубеж - 4 — ПГ (пирографит)

ные исследователи указывают на

более высокое значение этой цифры. Так, по мнению Гнездила, на стоимость электродов приходится около 80% общей стоимости процесса. Кроме того, изменение сечения электрода не только увеличивает расход электродов, который составляет свыше поло­вины всех затрат при использовании воздушно-дуговой резки, но и нарушает режим протекания процесса, что сказывается на качестве реза. Отсюда важность создания электродов повышенной стойкости.

Расход электродов при воздушно-дуговой резке обусловлен двумя основными факторами: выделением теплоты на торцовой поверхности электрода и окислением и эрозионным износом боко­вой поверхности стержня воздушной струей.

В результате воздействия теплоты дуги происходит сублима­ция материала электрода с торца и электрод укорачивается (сго­рает по длине). Окисление и воздушная эрозия приводят к зао­стрению конца электрода. Так как сублимация материала элек­
трода происходит практически за счет теплоты, выделяемой в ак­тивном пятне на торне электрода, то интенсивность сгорания элек­трода определяется в основном плотностью тока в электроде. Разновидность углеродистого материала, его плотность, зерни­стость также сказываются на сгорании электрода, но в меньшей мере. Это подтверждается экспериментальными данными В. И. Ры­бакова и П. С. Карпеченко, приведенными ниже:

Марка электрода	Расход электродов при токе 360 А на сгорание с торцовой части электрода, г/А-ч	Марка электрода	Расход электродов при токе 360 А на сгорание с торцовой части электрода, г/А-ч
Угли сварочные....	1,73	355 ....................................	1,30
Угли сварочные омеднен­		А.......................................	1,22
ные....................................	1,70	И8 (1000) ..........................	1,18
И8 (500) ............................	1,34

При применении более плотных и мелкозернистых графитиро - ванных материалов интенсивность сгорания снижается по сравне­нию с углями сварочными до 47%, но для самих же графитиро - ванных электродов колебания менее значительны (1,18— 1,34 г/А • ч). Окисление с боковой поверхности и эрозионный износ воздушной струей зависят от температуры нагрева электрода — в основном за счет прохождения тока по его вылету из электрододержателя и теплопередачи из активного пятна.

При воздушно-дуговой резке заливов, приливов и других элементов отливок принято оптимальным считать применение графитированных электродов сечением 15x25 мм при рабочих токах 1000—1300 А. Как показали замеры вольфраморениевой термопарой, такой электрод накаляется до температур 1000— 1200° С. Скорости окисления графитированных материалов с раз­личной плотностью имеют тенденцию с повышением температуры сближаться и при температуре 900° С практически скорость окис­ления не зависит от плотности графита и изменяется по общему закону (рис. 54). Исключение составляет пирографит. Следова­тельно, применение для воздушно-дуговой резки плотных мелко­зернистых графитов нецелесообразно.

Защита боковой поверхности электрода от окисления и эрозион­ного износа — более рациональный путь по сравнению с совер­шенствованием самого материала электрода. Защитные покрытия должны удовлетворять определенным требованиям.

Медное покрытие эффективно только при работе на малых токах, когда электрод нагревается до температуры 400—600° С не более. Подобный нагрев не вызывает отслаивания покрытия и не приводит к его расплавлению. При работе на больших токах, свыше 1000 А, когда электрод накаляется до температуры 1200° С, медное покрытие начинает плавиться и стекает в зону реза. Рез получается омедненным золотистого цвета. В этом случае медное покрытие не выполняет никаких защитных функций, а вызывает засорение медью основного металла. Следовательно, медное по­крытие непригодно из-за низкой температуры плавления, которая не превышает температуру нагрева электрода. По этой же причине непригодно медно-алюминиевое покрытие.

Покрытие из стали имеет температуру выше, чем температура нагрева электрода, однако оно недостаточно стойко против окис­ления при высокой температуре, поэтому интенсивно окисляется потоком воздуха и быстро сгорает.

Пирографитовое покрытие не плавится и достаточно стойко против окисления на воздухе при высокой температуре, но оно растрескивается, в трещины попадает воздух и окисляет мате­риал электрода.

Защитные обмазки (циркониевая, магнезитовая, корундовая) также не дали положительных результатов. При нагреве до вы­соких температур они начинают отслаиваться и отваливаются кусками, т. е. нарушается их механическая прочность и сцепляе - мость с материалом электрода. Они имеют низкую электропро­водность, в результате чего не обеспечивается надежный контакт в губках и последние подгорают, а при непрерыв­ной работе в течение нескольких минут губки вообще расплав­ляются.

Немаловажную роль играет газовая проницаемость покрытия. При недостаточной газовой плотности покрытия воздух прони­кает через покрытие и окисляет материал электрода под покры­тием, что снижает срок службы электрода.

На основании изложенного можно сформулировать основные требования к покрытиям электродов: температура плавления по­крытия должна значительно превышать температуру нагрева электрода (1000—1200° С); покрытие должно обладать достаточной стойкостью против окисления на воздухе при высокой темпера­туре; технология нанесения покрытия должна обеспечивать хоро­шую сцепляемость с поверхностью электрода; покрытие не должно растрескиваться и отслаиваться при высоких температурах; по­крытие не должно пропускать воздух в течение всего времени работы электрода; электропроводимость покрытия должна быть не ниже электропроводимости материала электрода.

Разработанные для воздушно-дуговой резки электроды с по­крытием из смесей окиси алюминия с чистым алюминием обеспе­чивают устойчивую работу на токах свыше 1000 А. Защитное по­крытие из указанной смеси наносят методом плазменной металли­зации. Плазмообразующим газом служит смесь аргона с водоро­дом. Для напыления используют порошки, перемешанные в шаро­вой мельнице в течение 6—10 ч. Режим напыления, обеспечиваю­щий наилучшее проплавление частиц в плазме: сила тока 250—

300 А; напряжение дуги 80—95 В; расход аргона 2,5—3 м3/ч, ко­личество водорода в плазмообразующем газе 10—-12%; расстоя­ние то торца сопла до напыляемой поверхности 100—130 мм.

Схема испытаний

1 Z 3 4 5 6 1

Рис. 55. Диаграмма зависимости газопроницаемости образцов из гра­фита марки ГМЗ от состава покры­тия: 1 — без покрытия; 2 — из окиси алю­миния; 3 — из меди; 4 — из стали СтЗ; 5 — из алюминия; 6 — из смеси 90% А1203 -(- 10% А1; 7 — из смеси 70% А1203 30% А1; 8 — из смеси 50% А1203 + 50% А1

Наименьшая газопроницае­мость обеспечивается при напы­лении окиси алюминия с добав­ками алюминия, а также чистого алюминия (рис. 55). Газопрони­цаемость графитированного эле­ктрода 3,1 л/см2 мин; с покрытием из окиси алюминия 0,7—0,8 л/см2 мин; с покрытием из смеси 90% А1203+Ю% А1 — 0,002 л/см2-мин; 50% А1203 + 50% А1 —

0,005 л/см2-мин; из чистого алюминия — 0,01 л/см2-мин.

С данными по газопроницае­мости защитных покрытий удо­влетворительно согласуются ре­зультаты исследований окисли­тельной стойкости покрытий (рис. 56).

Окислительную стойкость по­крытий определяли методом окис­ления на воздухе в муфельной печи при температуре 950° С и оце­нивали изменением массы образца, отнесенной к единице поверх­ности. При окислении в течение 12 ч графитовый образец В-1

имеет угар 0,445 г/см2, при более длительных выдержках (до 18 ч) образец рассыпается в порошок. Графитовые образцы марки ГМЗ сгорали полностью после 4 ч испытаний. Защита графита 186

покрытием из Окиси алюминия существенно снижает угар (после 12-часовой выдержки угар 0,06 г/см2).

Защитные свойства металлических покрытий (стальное, мед­ное, алюминиевое) неудовлетворительны. Защитные свойства покрытия зависят от способа нанесения покрытия. Так, для алю­миниевого покрытия, полученного методом электродуговой метал­лизации, при выдержке 12 ч угар составил 0,042 г/см2, при нане­сении этого же покрытия плазменным напылением — 0,009 г/см2. Плазменный метод обеспечил наиболее плотное покрытие, при электродуговой металлизации наблюдается повышенная пори­стость.

Наилучшими защитными свойствами при условии работы на повышенных токах обладает покрытие, имеющее одновременно низкую газопроницаемость, низкую окисляемость и высокую тер­мостойкость. С этой точки зрения принято покрытие из смеси окиси алюминия с алюминием. Окись алюминия обладает высокой термостойкостью, но одновременно характеризуется и значитель­ной газопроницаемостью. Добавка алюминия снижает газопро­ницаемость и повышает соответственно окислительную стойкость покрытия. При добавлении в покрытие 10% А1 газопроницаемость уменьшается в 35—40 раз, окислительная стойкость увеличивается в 15 раз.

Добавка алюминия резко снижает электросопротивление по­крытия. Если удельное электросопротивление покрытия из окиси алюминия составляет 1012—1013 Ом-см, то для покрытия из смеси 90% А1203 + 10% А1 оно равно 10—20 Ом-см и для смеси 70% А1203 + 30% А1 — 4—6 Ом-см. Вследствие относительно малого времени работы электрода (менее 20 мин непрерывного горе­ния дуги) снижение термостойкости покрытия из окиси алюминия при увеличении содержания в нем до 50% А1 не сказывается на работоспособности изделия.

При воздушно-дуговой резке графитированными электродами диаметром 20 мм с различными покрытиями, нанесенными мето­дом плазменного напыления (рис. 57), графитированный электрод интенсивно окисляется струей сжатого воздуха и приобретает заостренный вид (У); аналогично поведение электрода с покры­тием из стали (2). Покрытие сохраняется только в месте зажима электрода губками держателя.

Медное покрытие (5) при первоначальном вылете 105 мм более устойчиво чем стальное, но с течением времени также нарушается и не защищает электрод от окисления.

Покрытия из алюминия (6) и смеси алюминия с окисью алю­миния (4 и 5) при оптимальных вылетах электрода (100—120 мм) оказываются устойчивыми и надежно защищают электрод от оки­сления. В результате резко снижается интенсивность сгорания электрода, характеризуемая коэффициентом сгорания &сг, и повышается эффективность использования материала эле­ктрода £эф.

Большинство применяемых в промышленности конструкций электродержателей для воздушно-дуговой резки не обеспечивает регулирвоку вылета электрода, поэтому важна оценка стойкости электродов при максимальном вылете (порядка 250 мм). В табл. 49 приведены данные по электродам с покрытием из алюминия, а также окиси алюминия с добавкой алюминия, показавшим удовлетво­рительные результаты при работе на оптимальных вылетах элек­трода. Покрытие из алюминия при значительном вылете электрода (свыше 200 мм) нагревается до температуры плавления, плавится

Рис. 57. Внешний вид огарков круглых электродов: 1 — без покрытия; 2 — с покрытием из СтЗ; 3 — с покрытием из меди; 4 — с покрытием из смеси 70% AijjOa - f 30% Лі; 5 — с покрытием из смеси 50% А1г03 - f - 50% АІ; 6 — с покрытием из алюминия

и стекает тонкой струйкой в зону реза. Электрод обнажается и начинает окисляться аналогично непокрытому графитированному электроду. Расход электродов без покрытия снижается, что объ­ясняется более жесткими условиями работы электрода при боль­шом вылете.

Покрытие из окиси алюминия с добавкой алюминия сохраня­ется до конца работы электрода с первоначальным вылетом свыше 200 мм без видимых нарушений целостности покрытия и надежно защищает электрод от окисления струей сжатого воздуха. Зафик­сированы положительные результаты по расходу электродов. Нанесение покрытия состава 50% А1203 + 50% А1 на круглые графитированные электроды повышает их стойкость и эффектив­ность использования примерно в 3 раза.

На обрубных участках в литейных цехах требуется применение плоских электродов. Электроды марки ЭГ-0 прямоугольного се-

Таблица 49. Результаты испытаний графитированных электродов диаметром 20 мм с защитным покрытием, нанесенным методом плазменного напыления Покрытие Электроды Вылет до начала резки, мм Масса образцов, Время резки, с Коэффи­циент сгора­ния *, г/А - ч Эффек­тивный коэффи­циент исполь­зования элек­трода **, г/г Толщина покры­тия, мм Масса, г до резки после резки до резки после резки Без покрытия 65 40 95 3795 3680 132 0,54 24,8 СтЗ 0,60 76 45 110 3880 3410 179 0,52 20,0 Медь 0,50 98 70 105 3820 3235 108 0,78 21,0 Алюминий: 0,80 75 60 112 3875 3700 152 0,30 52,0 70% А1303 + 30% А1 0,25 70 50 105 3790 3610 217 0,28 50,8 50% А1203 + 50% А1 0,25 70 60 110 3875 3390 154 0,20 66,0 Без покрытия _ 147 35 240 6425 5195 365 0,92 11,0 Алюминий 0,80 170 105 253 6505 5235 305 0,64 19,4 50% А1203 + 50% А1 0,25 146 117 237 6300 4755 304 0,25 52,3 * Коэффициент, учитывающий количество материала электрода (в граммах), сгоревшего в течение I ч при прохождении через электрод тока в 1А. ** Коэффициент, учитывающий количество металла (в граммах), выплавленное I г электрода.^

оо

чения 15x25 мм испытывали при силе тока 1100—1200 А. Покры­тие из окиси алюминия с добавкой алюминия начинает нарушаться после первых четырех минут горения дуги. Разрушение покрытия наблюдается на острых углах электрода. Вначале возникают тре­щины на углах. Воздух, попадая в эти трещины, окисляет мате­риал электрода и как бы вымывает графит из-под покрытия, покры­тие постепенно с углов отслаивается и теряет свои защитные свой­ства. Избежать это явление удается путем снятия острых углов как концентраторов напряжения, вызывающих растрескивание покрытия. Покрытие, напыленное на электроды со скругленными углами, в процессе работы не нарушается и не ослаивается.

Выбор оптимальной толщины покрытия электрода важен с экономической точки зрения. Чем меньше толщина покрытия, тем меньше расход напыляемых материалов и меньше затраты времени на нанесение покрытия на электрод, а следовательно, и дешевле сам электрод. В то же время покрытие должно иметь толщину, обеспечивающую необходимую его плотность, и надеж­но защищать боковую поверхность электрода от воздействия воздушной струи. Надежную защиту электрода обеспечивает по­крытие толщиной 0,1 мм и выше. Удовлетворительные защитные свойства относительно тонкого покрытия (0,1—0,2 мм) объясня­ются сравнительно малым временем работы электрода (15—20 мин). В этих условиях окислительная и термическая стойкость покрытия сохраняется (табл. 50).

Таблица 50. Результаты испытаний графитированных электродов марки ШЗ прямоугольного сечения 15X25 мм Масса электрода, г Масса электрода, г Сила Время Сила Время тока, А до резки после резки резки, с тока, А до резки после резки резки, с Без покрытия С покрытием состава 50% А1203 + 50% А1 700 147 65 1413 700 140 50 1903 800 138 61 433 900 145 86 1020 900 140 82 247 1100 140 50 1091 1100 145 70 240 1200 140 55 821 1200 136 68 189 1300 137 100 348 1300 142 70 190 1400 143 95 412 1400 140 65 176 1600 138 65 530 1600 137 60 158

Часовой расход электродов с защитным покрытием значительно меньше, чем расход электродов без покрытия (рис. 58). Увеличе­ние расхода покрытых электродов с увеличением силы тока про­исходит менее резко, чем расход непокрытых электродов, т. е. эффективность применения защитного покрытия возрастает при работе на повышенной силе тока. Кривые коэффициента расхода электродов также имеют расходящийся характер, что подтвер­ждает сделанный вывод (рис. 58).

Покрытие состава 50% А1203 + 50% А1 полностью защищает электрод от окисления с боковой поверхности и эрозии, вызы­ваемой потоком воздуха. При применении графитированных элек­тродов без защитного покрытия электрод интенсивно заостряется в результате окисления и воздушной эрозии боковой поверхности (рис. 59), особенно при работе на повышенных силах тока (свыше 1000 А), когда поверхность электрода накаляется до температуры 1000—1200° С. При меньших токах электрод нагревается не до

Рис. 58. Зависимость часового расхода g электродов и коэффи­циента расхода ftcг электродов от величины тока: I — для электродов без покрытия; 2 — для электродов с защитным покрытием

таких высоких температур и поверхностный износ его поэтому не столь интенсивен.

При применении электродов с защитным покрытием разрабо­танного состава заострения электрода на конус не наблюдается

(рис. 60). Износ электрода происходит практически только с его

торцовой поверхности, т. е. за счет сублимации материала элек­трода. Например, для силы тока 1100 А коэффициент сгорания электрода k и часовой расход g для электродов без покрытия и электродов с покрытием соответственно равны 1,02 г/А-ч, 1120 г/ч и 0,27 г/А*ч, 297 г/ч. Тогда износ электрода, вызываемый окисле­нием и воздушной эрозией его боковой поверхности, характери­зуется следующими величинами:

kx — /г2 = 1,02 — 0,27 = 0,75 г/А-ч;

gx — g2 = 1120 — 297 = 823 г/А-ч.

При работе на оптимальных токах окисление и эрозия боковой поверхности электрода оказывают существенное влияние на рас­ход электродов и составляет свыше 70% общего износа электрода,

т. е. превышают износ электрода с торца (сублимация материала электрода) более чем в 2,5 раза. Одновременно решается задача сохранения постоянным в процессе работы поперечного сечения электрода, что гарантирует стабильность режима воздушно-ду­говой резки, т. е. решается не только экономическая задача, но и техническая. Стабильность оптимального технологического ре­жима процесса обеспечивает минимальные структурные измене­ния в металле отливки.

Анализ характера ис­пользования электродов в условиях работы обруб­ных участков показывает, что при работе графитиро - ванными электродами без защитного покрытия длина огарков значительно боль­ше, чем при работе эле­ктродами с защитным покрытием из смеси окиси алюминия с алюминием. Это связано с тем, что

Рис. 59. Электроды Рис. 60. Электроды без защитного по - с защитным пок- крытия после трех - рытием из смеси минутного горения 50% A1203-J - 50% А1 после работы в течение: / — 18 мин; 2 — 5 мин

окисление и воздушная эрозия незащищенной бо­ковой поверхности элект­рода приводят постепенно к незначительному умень­шению его поперечного сечения. Наступает мо­мент, когда рабочий вы­нужден прекратить резку из-за того, что электрод начинает разрушаться, хотя длина электрода достаточная для дальнейшего ведения процесса. Кроме того, нарушение режима резки, вызываемое изменением поперечного сечения электрода, ухудшает качество поверхности реза (табл. 51).

С целью удешевления процесса напыления проводили работы по замене аргона азотом. Положительные результаты получены при применении следующего режима: сила тока 300—340 А; на­пряжение холостого хода 160 В; рабочее напряжение 65—85 В; рабочее давление плазмообразующих газов: азота — 5 кгс/см2, водорода 2 кгс/см2, транспортирующего азота 2 кгс/см2; расход азота 3—3,5 м3/ч, водорода 0,3—0,4 м3/ч, расстояние от торца сопла до напыляемой поверхности 80—120 мм; частота вращения электродов 150—250 об/мин; скорость перемещения плазменной горелки 300—400 мм/мин; расход порошка 2,5—3 кг/ч.

Характер износа электрода и его стойкость такие же, как и при использовании аргона в качестве плазмообразующего газа, поэтому указанный режим напыления с использованием азота 192
в качестве плазмообразующего газа можно рекомендовать для практического применения.

Таблица 51. Сравнительные данные по графитированным электродам марки ГМЗ без покрытия и с защитным покрытием состава:

50% А1а03+ 50% А1

Тип электродов

Показатель

с покрытием

без покрытия

Род тока Сила тока, А Давление сжатого воз­духа, кгс/см2 Размер электрода, мм Механическая стойкость покрытия в процессе рез­ки

Тепловая стойкость

Эрозионная стойкость электродов

Характер зоны структур­ных изменений Электросопротивление, Ом-см

Постоянство режима рез­ки

Геометрия реза Качество поверхности реза

Подгорание губок элек - трододержат еля Толщина покрытия, мм Эффективный коэффи­циент использования электрода, г/г Коэффициент расхода электрода, г/А-ч

Переменный

1200

5

15Х25Х 220

Электрод активно окис­ляется с боковой поверх­ности и заостряется на конус

Неравномерный 0,7—1,2 мм 9—10

Нарушалось

Нарушалась

Удовлетворительное

Не наблюдалось

24

1,19

Переменный

1200

5

25X25X220 Покрытие не растрески­вается и не отслаивается

Следов расплавления по­крытия не наблюдается Электрод сохраняет ис­ходные размеры попереч­ного сечения, окисления боковой поверхности и заострения электрода на конус не наблюдается Равномерный

0,7—0,8 мм Электрод 9—10, покры­тие 4—6 Не нарушалось

Не нарушалась Хорошее

Не наблюдалось

0,15—0,2

54

0,41

Развитие воздушно-дуговой резки в нашей стране ориентиро­валось на применение в качестве источников питания стандартных сварочных преобразователей. Так как длительное время считалось оптимальным вариантом применение постоянного тока обратной полярности на режимах до 400—500 А, то основными источниками питания для воздушно-дуговой резки служили сварочные генера­торы для ручной дуговой сварки. Работы, выполненные в послед­ние годы, показали целесообразность применения переменного

тока для воздушно-дуговой резки. Качество реза при применении переменного или выпрямленного тока значительной величины (свыше 800), наоборот, выше, чем при резке на постоянном токе той же величины, поэтому наиболее правильное направление — применение сварочных трансформаторов, экономичных и надеж­ных в эксплуатации источников тока. Стабильность процесса воздушно-дуговой резки электродами развитого сечения (свыше 250 мм2) обеспечивается при работе от трансформаторов ТСД-2000, ТДФ-2001, ТДФ-1601. Возможно также применение сварочных выпрямителей (+ - на электроде) марок ВКСМ-1000, ВДМ-1601 и др. Однако указанные трансформаторы не в полной мере отве­чают специфике воздушно-дуговой резки, поэтому в настоящее время организуется централизованное изготовление специальных трансформаторов для воздушно-дуговой резки ТДР-1601, кото­рые будут иметь более жесткое крепление обмоток, их конструк­ция, система охлаждения, кожух и т. д. будут отвечать условиям работы литейных цехов с учетом повышенной запыленности обрубных участков металлической пылью. Основные параметры трансформатора для воздушно-дуговой обработки отливок:

Напряжение питающей сети................................................................... 350 В

Напряжение холостого хода........................................................... 75—80 В

Число ступеней тока................................................................................... 3

1000 А 1300 А 1600 А 40—45 В

Номинальный ток при ПВ = 100%:

I ступень II ступень III ступень

Номинальное напряжение

К технологическому оборудованию для воздушно-дуговой резки на обрубных операциях предъявляются повышенные требования. Существующие резаки РВД-1, РВД-4А-66 и др. не годятся для обработки чугунного литья из-за их маломощности и недостаточ­ной защищенности от случайных замыканий на изделие. Резаки, соответствующие режимам и условиям работы на обрубных уча­стках литейных цехов, должны удовлетворять следующим основ­ным требованиям: обеспечивать возможность работы как на на­ружных поверхностях, так и внутри отливок, в том числе в труд­нодоступных полостях; не перегреваться при работе на токах 1000—1600 А; обеспечивать надежное крепление электрода в губ­ках; иметь надежную изоляцию на случай соприкосновения с из­делием; обеспечивать стабильное воздушное дутье заданной ин­тенсивности; иметь достаточно стойкие зажимные губки и обес­печивать быструю их смену или смену всей головки; обладать ми­нимальными размерами и массой. На литейных заводах нашли применение резаки различных конструкций: рычажного типа, с пневмозажимами и др.

Резаки рычажного пружинного типа (рис. 61) получили доста­точно широкое распространение. Однако эксплуатация этих резаков показала, что их конструкция не всегда удовлетворяет

требованиям производства. Например, применение пружины для обеспечения зажатия электрода — это не оптимальное решение, так как при установке пружин с небольшим усилием, последние быстро выходят из строя и не обеспечивают надежного зажатия электрода; при установке более мощных пружин затрудняется установка электродов. Резак рычажного типа удобен при срезке заливов, приливов и других элементов на наружных поверхно­стях. При выполнении резки внутри полостей отливок рычажный зажим затрудняет манипулирование резаком.

Резаки с пневмозажимами более компактны. Ими удобно ра­ботать не только на наружных, но и внутренних поверхностях отливок. Однако при смене электрода обязательно нужно пере­крывать сжатый воздух, что связано с расположением вентиля сразу же за рукояткой резака. Это дополнительное сопротивление

Рис. 61. Резак с ры­чажно-пружинным за­жимом

на пути сжатого воздуха сказывается на интенсивности дутья. Кроме того, площадь рабочей поверхности плунжера должны быть достаточной для обеспечения усилия, необходимого для надежного зажатия электрода, что связано с увеличением диаметра рукоятки (пневмоцилиндр расположен внутри рукоятки).

Если использовать для работы пневмоцилиндра не технологи­ческий воздух, а подавать воздух отдельным шлангом, то размеры пневмоцилиндра можно предельно уменьшить, но в этом случае добавляется еще один шланг дополнительной подачи воздуха на зажим электрода. Все резаки с пневмозалшмами сравнительно сложны по своему устройству и более трудоемки в изготовлении, чем держатели с рычажным зажимом. Наиболее удачным реше­нием следует считать создание резаков с зажимом клинового типа (рис. 62). Головка состоит из медной скобы 2, внутри которой с помощью тяги4перемещается клиновая губка/. Для подсоедине­ния головки к рукоятке держателя служит штуцер 3, который при­варен к скобе 2. Боковые щеки 5 предохраняют клиновую губку 1 и электрод от бокового перемещения. Кожух 6 с изоляционными прокладками 7 обеспечивает защиту головки при случайных со­прикосновениях с изделием.

Принцип работы головки резака: тягой 4 устанавливают кли­новую губку 1 в крайнее левое положение, электрод вставляется в головку и нажатием руки или упором в деревянную планку заклинивается в скобе 2. Воздух подается по щелевому каналу

в скобе. По окончании резки легким ударом по тяге 4 клиновую губку перемещают влево, освобождают от зажима огарок, и по­следний свободно выпадет из головки резака.

На этом принципе клинового зажима электрода созданы го­ловки резаков различного назначения: прямые — для поверхно­стной воздушно-дуговой резки на наружных поверхностях; угло­вые — для срезки различных элементов внутри отливок, в окнах и т. п. На рукоятку резака можно навернуть в зависимости от конкретных условий работы любую из указанных головок. Такая унификация удобна для резчика, так как нет необходимости ме­нять весь резак: можно снять только головку и заменить ее дру­гой. Все электрододержатели клинового типа рассчитаны на работу при токах до 1500 А. Опыт эксплуатации на ряде заводов показал

Рис. 62. Конструкция головки резака с клино­вым зажимом

высокую надежность и удобство в работе держателей клинового типа.

Определенный интерес представляет конструкция резака, охлаждаемого водой и имеющего возможность регулировать вылет электрода. Наличие водяного охлаждения позволяет увеличить применяемые токи до 1700—2000 А без увеличения веса резака. Положительный фактор — также возможность изменения вылета электрода и применения более длинных электродов, что выгодно с экономической точки зрения, так как уменьшается количество огарков, а расход электрода — это основная статья затрат на осуществление процесса воздушно-дуговой резки. Однако широ­кого применения держатель с рычажным эксцентриком и с регу­лируемым вылетом электрода не нашел. Повреждение водяных каналов приводит к моментальному выходу держателя из строя, сечение токоведущих жил незначительно (порядка 20—25 мм2) и при нарушении водяного охлаждения они быстро перегорают.

Резаки с клиновым зажимом показали наибольшую надежность и удобство в эксплуатации. ГОСТ 10796—74 предусматривает в типаже применяемых резаков специальные резаки для литей­ных цехов, присвоив им индекс Л.

Особенности применения воздушно-дуговой резки на обруб­ных участках требовали решить вопрос рационального подвода тока и воздуха к резаку. Первоначально подвод тока и воздуха осуществляли раздельно. В этом случае при работе на токах 800— 1200 А к резаку подводили электрокабель сечением 180—220 мм2 к воздушный Шланг с внутренним диаметром 13 мм, что утяжеЛяло резак и затрудняло маневренность резчика. Уменьшить сечение токоведущего шланга во много раз можно применением водоохла­ждаемых кабелей. Однако тяжелые условия работы и недостаточ­ный уровень культуры производства на обрубных участках зача­стую не позволяет идти таким путем. Более рациональным ока­залось создание совмещенных токовоздухопроводов. Совмещение в одном канале подвода тока и воздуха не только позволяет сокра­тить количество шлангов, но и резко уменьшить вес, так как воз­дух используется одновременно для охлаждения токоведущих жил. В качестве материала токоведущих жил служат щеточные провода марки ПЩ-2,5. Провода сплетены из проволочек малого диаметра 0,1—0,13 мм, что значительно увеличивает общую по­верхность, охлаждаемую воздухом. В результате улучшаются условия охлаждения токоведущих жил, сечение которых, есте­ственно, можно уменьшить. Одновременно набор жил из проволо­чек малого диаметра делает токовоздухопровод более гибким.