Газовые резаки и горелки

Газовый резак относится к одному из видов ручного оборудования для резки металла, которая производится с помощью его накаливания до высоких температур. Резак служит для смешения горючего газа с кислородом, образования подогревающего пламени и подачи режущего кислорода к разрезаемому металлу. В обиходе резак называют автогеном или газовой горелкой. Но газовый резак и горелка все-таки не одно и то же. Резак отличается от горелки наличием трубки со специальным вентилем, предназначенной для подачи кислорода и наличием мундштука.

Использование рассматриваемого оборудования дает возможность разделять металлические листы на отдельные части. Газовые резаки можно разделить  на несколько типов по различным параметрам.

По разновидности горючего газа:

• работающие на жидкостях (бензол, керосин или бензин);
• ацетиленовые;
• метановые, пропан-бутановые и др.

По основному принципу смешения кислорода с горючим газом:

• безинжекторные;
• инжекторные.

По назначению:

• для подводной резки;
• для резки материала, имеющего большую толщину;
• для прорези отверстий;
• универсальные.

По виду резки:

• копьевые;
• кислородно-флюсовые;
• поверхностные;
• разделительные.

Инжекторные резаки

Инжекторным резаком называется такой, который имеет отдельный канал для подачи режущего кислорода и специальную головку, которая включает в себя два сменных мундштука — внутренний и наружный. Кислород из баллона проходит через редуктор и рукав с ниппелями попадает в резак, а в корпусе разветвляется по двум каналам. Часть газа, проходя через вентиль, направляется в инжектор. Струя кислорода выходит из инжектора с большой скоростью, тем самым создавая разрежение, и подсасывает горючий газ, который образовывает в смесительной камере вместе с кислородом горючую смесь. Эта смесь во время прохождения между наружным и внутренним мундштуками сгорает, в результате чего образуется подогревающее пламя. Другая часть кислорода поступает в трубку режущего кислорода, и, выходя через центральный канал внутреннего мундштука, образует струю режущего кислорода.

Основными деталями резака являются мундштук и сопло, которые в процессе резки быстро изнашиваются. Чтобы получить качественный рез, необходимо правильно подбирать размеры сопла, мундштука, точное соотношение давления подачи газа с соответствующей толщиной метала. 
 

Рис. Принципиальная схема инжекторного резака.

1. Головка резака с внутренним и наружным мундштуками; 2. Трубка режущего кислорода; 3. Вентиль; 4. Регулировочный кислородный вентиль; 5-6. Ниппель; 7. Рукоятка ствола; 8. Корпус; 9. Регулировочный вентиль горючего газа; 10. Инжектор; 11. Накидная гайка; 12. Смесительная камера; 13. Трубка; 14. Внутренний мундштук; 15. Наружный мундштук.

Универсальные резаки

На данный момент наиболее популярными являются газовые резаки универсального типа. Они весьма устойчивы, хорошо выдерживают обратные удары, имеют небольшой вес, достаточно просты в эксплуатации, имеют возможность резки в любом направлении при толщине материала минимально 3 мм, максимально – 300 мм. В универсальных резаках смешение газов происходит внутри сопла.

Обратным ударом называется воспламенение горючей смеси в каналах горелки или резака и распространение пламени навстречу потоку горючей смеси. Обратный удар характеризуется резким хлопком и гашением пламени. Горящая смесь газов устремляется по каналу горючего газа резака в шланг, а при отсутствии предохранительного затвора - в генератор или трубопровод, что может привести к его взрыву и вызвать серьезные разрушения и травмы. Чтобы предотвратить возможные последствия обратных ударов, необходимо использовать предохранительные затворы, которые защищают генераторы и газопроводы от попадания в них взрывной волны от обратных ударов.

Основным преимуществом резаков с внутрисопловым смешением газов является стабильное горение пламени без хлопков и обратных ударов, что делает их применение наиболее перспективным и при ручной и при автоматизированной резке металлов. Все это способствует увеличению производительности, срока службы газовых коммуникаций, упрощению обслуживания резаков. Одним газовым резаком можно работать на различных горючих газах, для этого достаточно установить соответствующий мундштук.

Также важным преимуществом является то, что резаки с внутрисопловым смешением газов имеют более широкие пределы регулировки рабочей мощности от момента затухания пламени до полного его отрыва от мундштука.

Высокая надежность и безопасность работы на оборудовании с внутрисопловым смешением газов достигается за счет того, что газы проходят раздельно по каналам до самого мундштука, в котором происходит смешение. Взрывы горючей смеси не развиваются, так как она образуется на сравнительно коротких участках в мундштуке и имеет малый объем.

Рис. Резак с внутрисопловым смешением газов KRASS 1000.

Мини-резак

Мини-резак является зажигалкой, имеющей дюзу газового резака, которая располагается сверху аппарата.

Мини-аппарат имеет хороший напор пламени и достаточный размер резервуара для газа.

Но длительное горение может сильно нагреть верхнюю часть мини-резака, и комплектующие, сделанные из пластмассы, могут просто расплавиться, а ремонту или замене зачастую они не подлежат.

Мини-горелка имеет тот же принцип работы, что и агрегат стандартных размеров. Но так как объем баллона небольшой, его необходимо часто заправлять. Такие мини-резаки отлично подойдут для небольших работ, но не для производства. 

 

Рис. мини-резак
Резаки по виду горючего газа

Кислородный резак представляет собой установку, в которой горящую струю формирует поступающий под давлением кислород. Кислородный автоген считается одним из самых бюджетных аппаратов и вполне подходит для резки своими руками.

Керосиновый резак, как понятно из названия, работает при помощи паров керосина. Его используют при разрезании углеродистой стали, толщина которой составляет не более 20 см. Он отличается сложным устройством и применяется в основном в промышленных работах (характеристики горелки позволяют использовать ее в угольной или горнодобывающей промышленности, под землей, в то время как пропановый или ацетиленовый резак там использовать нежелательно).

Пропановый резак применяется для резки изделий, в составе которых есть цветные и черные металлы разного состава (чаще всего  пропановые резаки используют при резке чугуна). Профессионалы отмечают такие качества как безопасность и надежность у пропановых аппаратов по сравнению с использованием других агрегатов. 

Ацетиленовые резаки применяют, чтобы обрабатывать детали и листы, имеющие большую толщину. На всех таких горелках установлены отдельные вентили, с помощью которых можно устанавливать большую скорость и мощность подачи газа при работе. Существуют даже портативные резаки (мини-резаки), для работы которых нужна ацетиленовая смесь. 

Газы для резки металлов

Ацетилен самый распространенный горючий газ, используемый в процессах газопламенной обработки. При использовании ацетилена важно учитывать его взрывоопасные свойства. К месту сварки ацетилен поставляется в специальных стальных баллонах, заполненных пористой пропитанной ацетоном массой, под давлением 19 бар.

Пропан технический - бесцветный газ с резким запахом. Пропан имеет самую низкую стоимость по сравнению с другими газами, поэтому часто используется для резки металлов с большим объемом работ. Но резку пропаном можно применять только для средне- и низкоуглеродистых сталей, а также для резки ковкого чугуна.

Также широко применяются пропан-бутановые смеси для резки сталей, сварке и пайке легкоплавких цветных металлов, закалке, газовой сварке пластмасс.

Табл. Основные свойства горючих газов для сварки и резки металлов.

Табл. Сравнительные характеристики резаков пропановых Р1П

Преимущества газового резака GCE-KRASS:

• Улучшенная вентильная конструкция, плавная регулировка вентилей
• Безопасная смесительная камера;
• Плавная регулировка пламени с помощью вентилей отличного качества: 

-  металлические  маховики  вентилей  с  цветовой  индикацией  по  типу  газа, - минимизируют возможность ошибки при регулировке; 

-  латунные  самоцентрирующиеся  шпиндели  вентилей  подогревающего  кислорода  и  горючего  газа  с  конусными  клапанами  из  нержавеющей  стали,  с  ресурсом  единичного  вентильного  узла  не  менее    10 000    циклов  открывания  - закрывания вентиля, что гарантирует герметичность запирания, препятствует утечке  газов и повышает надежность и безопасность резака; 

- открытие вентиля режущего кислорода в один поворот;  

-  латунный  шпиндель  вентиля  режущего  кислорода  с  плоским  клапаном  и  уплотнителем PTFE. Такая конструкция не изнашивает седло вентиля и увеличивает срок эксплуатации резака;

• Дополнительные сетчатые фильтры встроенные в штуцера резака;
• Удобная, эргономичная и безопасная металлическая рукоятка;
• Подводящие трубки из нержавеющей стали более устойчивые к обратному удару и внешнему воздействию: 

- предотвращают окислительный процесс и контакт окислов с газами; 

- снижают риск механического деформирования наконечника резака;

• Российские стандарты мундштуков, единые для всех серий наших резаков 
• В  комплекте:  универсальные  ниппели  Ø  6,3/9,0  мм,  с  гайками;  наружный  и  4-ре 

внутренних мундштука.

Горелки газопламенные

Сварочная горелка является основным инструментом, который используется при сварке либо наплавке металла. Данное устройство служит для смешивания горючего газа или же паров горючей жидкости с кислородом и образования сварочного пламени.

В составе всех горелок есть устройство, с помощью которого можно регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени.

Сварочные горелки, так же как и газовые резаки подразделяются на несколько видов:

- по способу подачи горючего газа и кислорода в смесительную камеру - инжекторные и безинжекторные;

- по роду применяемого горючего газа - ацетиленовые, для жидких горючих и водородные.

- по назначению: универсальные (сварка, резка, наплавка и пайка), и специализированные.

Рис. Схема инжекторной горелки.

1. Мундштук; 2. Сменные наконечники; 3. Смесительная камера; 4. Инжектор; 5. Вентиль кислородный; 6. Ниппель; 7. Вентиль для горючего газа.

Важно помнить, что при нагреве наконечника уменьшается инжекция кислорода и снижается разрежение в камере инжектора, что уменьшает в свою очередь поступление горючего газа в горелку. При этом поступление кислорода в горелку не уменьшается, что приводит к усилению окисления сварочного пламени. Чтобы восстановить нормальный состав сварочного пламени по мере нагрев наконечника сварщику необходимо увеличивать поступление горючего газа в горелку.

Рис. Горелка газопламенная GCE KRASS Г2С-Мини.

Недостатком инжекторной сварочной горелки является непостоянство состава горючей смеси. 

Преимущество - работает на горючем газе как среднего так и низкого давления.

Также существуют безинжекторные горелки, в которых горючий газ и кислород подаются примерно под одним и тем же давлением. Вместо инжектора в состав горелки входит простое смесительное сопло, которое ввертывается в трубку наконечника горелки. 

Сварочные посты с безинжекторными горелками снабжают газовыми регуляторами, которые обеспечивают равенство рабочих давлений кислорода и горючего газа. Безинжекторная горелка используется для сварки металла толщиной от 0,05 до 0,6 мм.

Горелки газовоздушные

Газовоздушные горелки предназначены для нагрева изделий, заготовок из черных и цветных металлов, а также для их пайки, обжига старой краски, ремонта кабельных линий и других работ. Газовоздушные горелки широко применяются при кровельных, строительных, ремонтных работах, связанных с использованием пропанового пламени.

Газовоздушная горелка состоит из ствола, наконечника и мундштука. На стволе расположен вентиль подачи горючего газа. 

Горючий газ под давлением через ниппель поступает в канал горючего газа горелки и через регулирующий вентиль (а для варианта с рычагом - через клапан) поступает в наконечник. После чего он проходит через сопло и попадает в мундштук горелки, где происходит его смешивание с инжектируемым из атмосферы воздухом и при горении образует факел пламени.

Рис. Горелка газовоздушная для кабельных работ KRASS ГВ-100-Р.

Оборудование для газовой сварки, резки металла

Кроме комплекта газового резака с набором мундштуков, Вам также понадобятся:

- Вентили баллонные – запорные вентили, которые устанавливаются на баллон.

- Затворы предохранительные - устанавливаются на редукционных вентилях баллонов и в местах выхода (потребления) газовых распределений. Данный тип оборудования предохраняет газопроводы, баллоны от попадания в них взрывной волны при обратных ударах пламени из резака или горелки. Обратным ударом называется воспламенение горючей смеси в каналах резака и распространение пламени навстречу потоку горючей смеси. 
 

- Редуктор баллонный. Регуляторы давления и редукторы баллонные одноступенчатые предназначены для понижения и регулирования давления газа, поступающего из баллона, и автоматического поддержания на постоянном уровне рабочего давления газа при питании постов и установок газовой сварки, резки, пайки, нагрева и других процессов газопламенной обработки.

- Рукав – резиновая трубка, по которой газ из баллона поступает через ниппель в газовый резак. 

- Газовая рампа. В случае, если работы выполняются при большом расходе горючего газа, питание налаживают с помощью газораспределительной рампы.

- Газификатор. Это комплексный агрегат, который состоит из криогенного сосуда и продукционного испарителя, предназначен для хранения, а также преобразования сжиженного газа в газовую фракцию и выдачи его в линию потребления.

- Инструменты для разметки и измерений 

- Защитная одежда (очки, перчатки)

Инструкция по использованию газового резака

1. Когда подобрано оборудование, необходимо позаботиться о безопасных условиях рабочего процесса. Работы рекомендуется производить на голой земле либо на бетонной плите или брусчатке, так как искры с места резки могут разлетаться на несколько метров. Сухие материалы, находящиеся поблизости могут загореться (сухая трава, бумага, стружка). 

2. Стальной лист, который будет подвергаться обработке, следует положить на опору на удобной для резчика высоте. Отлично для этих целей подойдет стальной стол, на котором резчик может подготовить оборудование. Никогда в качестве опоры не используйте легковоспламеняющуюся поверхность. 

3. На стальной лист перед началом резки необходимо нанести разметку линии реза.

Подготовка газового резака.

4. Необходимо подключить шланги к соответствующим баллонам с газом.

5. Убедитесь, что на резаке регулировочный вентиль для горючего газа закрыт. После чего нужно открыть газовый вентиль, который находится в верхней части баллона. В случае с применением ацетилена, нельзя допускать повышения его давления выше 1 атм., так как при высоких давлениях ацетилен может стать нестабильным и самопроизвольно воспламениться. 

6. Далее необходимо подключить регулятор подачи кислорода, после настроить давление кислорода:

- Полностью откройте вентиль на баллоне с кислородом. Если открытие будет неполным, то кислород будет выходит вокруг уплотнительного кольца штока, так как давление в баллоне высокое – 150 атм.

- Медленно откройте регулятор на кислородном баллоне, одновременно наблюдая за показаниями манометра, пока давление не установится на нужной отметке (примерно 1,7-2,7 атм.).

- Откройте кислородный вентиль на резаке, чтобы продуть атмосферу из шланга. Так как на резаке два кислородных вентиля (первый – контролирующий поток кислорода со шланга в смесительную камеру, второй – расположенный дальше, контролирующий подачу кислорода в дюзу). Для начала открывается первый вентиль, который расположен ближе к шлангам, после чего немного приоткрывается дальний вентиль, пока шланг не очистится (это может занять несколько секунд). 

- Закройте передний вентиль.

Эксплуатация газового резака.

7. Необходимо поджечь пламя резака. Для этого откройте вентиль для горючего газа на резаке, для того, чтобы кислород, находящийся в смесительной камере вышел в течение нескольких секунд. Далее закрутите вентиль, пока не услышите, что газ еле выходит. Расположите зажигалку так, чтобы мундштук резака касался внутренней части зажигалки. После чего надавите на рычаг. Появится небольшое пламя, от искр, поджигающих горючий газ.

8. Нужно подкрутить вентиль подачи горючего газа, чтобы длина факела пламени достигала прим. 25 см. Пламя должно начинаться прямо от мундштука резака. Если горючего газа подается слишком много, то пламя может отрываться от мундштука.

9. Далее нужно медленно открыть передний кислородный клапан. Цвет пламени поменяется на голубой. Подачу кислорода необходимо увеличивать, пока внутреннее голубое пламя не сожмется сторону мундштука.

10. Откройте кислородный вентиль еще больше, чтобы размер пламени увеличился, пока длина внутреннего пламени не станет чуть больше толщины разрезаемого листа стали.

11. Поднесите кончик внутреннего пламени к поверхности разрезаемого металла. Необходимо нагреть материал этим пламенем, пока не образуется участок расплавленного металла. Например, для листа толщиной 6,35 мм, этот процесс займет 45 секунд, но если лист толще или же металл более низкой температуры, то времени уйдет чуть больше. Конец пламени держите на расстоянии около 10 мм от поверхности разрезаемого металла, чтобы все тепло сконцентрировалось на одном участке.

12. Аккуратно опустите вниз ручку клапана резки, чтобы освободить струю кислорода, которая будет поджигать расплавленный металл. Если бурная реакция началась, значит, сталь загорелась, и вы можете постепенно повышать давление, пока струя кислорода не прорежет лист металла насквозь.

13. Когда струя будет разрезать металл, можете медленно передвигать мундштук резака вдоль линии реза металла. В процессе искры и образованный шлак сдуваются на дно или же к задней стороне отреза.

14. Продолжайте разрезать металл до конца линии реза. 

15. После окончания работ необходимо охладить металл в большом количестве воды или же просто дать ему время остыть. Но не забывайте, что при соприкосновении раскаленного металла с холодной водой, образуется облако очень горячего пара. Закаленную же сталь охлаждать водой не следует, так как это отрицательно повлияет на ее качественные показатели.

16. После охлаждения нужно убрать шлаки с отреза. Также можно зашлифовать отрез.

Факторы, которые влияют на качество резки:

• Длина пламени. Она должна превышать толщину обрабатываемого материала.
• Мощность пламени. Подогревающее пламя может быть науглероживающим (для материалов с толщиной более 100 мм), нормальным (для материалов с толщиной от 10 до 100 мм) и окислым – для материалов, имеющих толщину от 3 до 8 мм.
• Чистота кислорода. При низкой чистоте кислорода происходит налипание шлака, который очень тяжело отделить от нижней кромки реза, что соответственно снижает качество резки.
• Расход кислорода. Если кислорода подается слишком много, то происходит охлаждение зоны резки, а если очень мало – металл не до конца окисляется, соответственно, окислы полностью не удаляются.

Автор статьи:
специалист по работе с корпаративными клиентами
ООО "Крионика"
Кравец Ольга Юрьевна