ОПАСНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ РАБОТЕ С УСТАНОВКАМИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

Листовые детали могут быть довольно сложной геометрической формы. В детали, имеющие отверстия, могут устанавливаться патрубки, закрепление которых происходит посредством сварки. Чтобы избежать несплавления, провала сварочной ванны, периметр патрубка должен точно соприкасаться с внутренней поверхностью отверстия. Поэтому требуется высокая геометрическая точность кромок, чистота их поверхности, а также точность позиционирования отверстий.

На настоящий момент существует множество способов изготовления листовых деталей, сравнительные характеристики которых, указаны в таблице 1 [2]. Основное преимущество, если говорить о качестве результата, определенно на стороне лазерного метода резки.

Таблица 1.

Сравнительные характеристики различных методов резки сталей

Лазерная резка основана на тепловом воздействии лазерного излучения и происходит при действии источника тепла, сформированного в пятно с высокой плотностью мощности при помощи специальной оптической системы. Резка материалов непрерывным излучением особенно эффективно осуществляется, когда в зону обработки совместно с лазерным лучом подается струя газа, способствующая удалению продуктов из зоны разрушения, а в некоторых случаях и инициирующая химическую реакцию в месте воздействия излучения на металлы [1].

Самый дешевый способ лазерной резки нержавеющей стали - резка обычным воздухом. При этом происходит неравномерное горение металла в среде кислорода, а мощный поток газа выдувает расплав из зоны реза. Но такой способ резки, хоть и является самым дешевым, в большинстве случаев неприемлем. Дело в том, что при этом получается неровная, неаккуратная кромка. Снизу на линии реза формируется неровный и острый налет так называемого облоя. Можно утверждать, что такой рез приемлем лишь в случае чернового раскроя. Лазерная резка нержавеющей стали   в струе кислорода похожа на описанное выше. Но если в воздухе высокое содержание азота и других примесей, то в данном случае резка происходит в автогенном режиме. Это означает, что металл локально горит именно там, где воздействует луч лазера. Режим резки в кислороде характеризуется более чистым резом. При лазерной резке нержавеющих сталей с подачей в зону резки струи кислорода легирующие элементы, в особенности хром, образуя тугоплавкие окислы и карбиды, затрудняют процесс окисления, нагрева и удаления расплава из зоны резки, вследствие низкой жидкотекучести расплавленных оксидов, свойственная для нержавеющих хромоникелевых и высокохромистых сталей. Устранить это можно путем подбора оптимального режима резки [2].

Самый качественный и технологичный способ лазерной резки нержавеющей стали - резка в струе сверхчистого азота. Так как газ довольно дорогостоящий и улетает его довольно много, стоимость реза существенно возрастает. Но на сталях, получается, достичь очень качественного реза.

С экономической точки зрения применение кислорода более выгодно, т.к. при резке толщин, не превышающих 8 мм, рез получается качественным и ровным, при резке толщин (8-20 мм) предпочтительней использовать в качестве рабочего газа азот.

Понятие качества при газолазерной резке (ГЛР) металлов имеет достаточно много общих характеристик с другими термическими способами резки. Качество определяют следующие показатели: точность, шероховатость Rz, протяженность зоны термического влияния h_зтв, ширина реза на верхней кромке B_в, ширина реза на нижней кромке B_н, количество грата (наплывы на нижней кромке разрезаемого металла). Параметры реза изображены на рис. 1.

Немаловажным фактором, характеризующим качество реза, является его шероховатость. При ГЛР металлов на поверхности реза образуются углубления (бороздки), располагающиеся равномерно одно за другим.

Бороздки характеризуются тремя показателями: глубиной, частотой и формой (искривлением, или так называемым отставанием линии реза), которые в своей совокупности определяют микрогеометрию (шероховатость)  поверхности реза.

Рисунок 1. Параметры реза

Эти бороздки играют роль концентраторов напряжения, влияющих на усталостную прочность металлов.  Для конкретного металла шероховатость зависит от тепловых характеристик источника теплоты, параметров струи режущего газа.

Наличие зоны I, представленная на рисунке 2, на поверхности реза характеризует разрушение, периодически протекающее от верхней кромки вглубь металла. Некоторый наклон борозд в направлении обработки зависит, от перемещения передней части лазерного источника со скоростью V_р в процессе резки в пределах ширины, образованной у верхней кромки заготовки борозды, с одновременным ее углублением внутрь металла со скоростью разрушения V₀.

Рисунок 2. Схема расположения борозд на поверхности реза

Расположенная ниже зона II хотя и формируется непрерывно, но также имеет бороздчатую структуру (однако менее выраженную) вследствие периодического удаления продуктов разрушения под действием струи газа из зоны I. Наклон борозд зоны II в направлении, противоположном направлению резки, определяется наклоном поверхности непрерывно протекающего разрушения. Следует отметить, что при снижении скорости резки наклон борозд уменьшается как для зоны I, так и для зоны II. Наличие зоны III на поверхности реза указывает на продолжение процесса резки, но без участия лазерной энергии, а только лишь за счет струи газа и выдуваемого ею из зоны обработки перегретого расплавленного металла. При этом скорость прорезания металла резко снижается (о чем свидетельствует значительный наклон борозд, к кромкам металла) и соответственно понижается качество кромки реза. Уменьшения бороздообразования на поверхности реза можно достигнуть регулированием режима газолазерной резки.

Список литературы:

1. Материаловедение и технология металлов: учеб. для студентов машиностроит. спец. Вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высш. шк., 2005  862 с.
2. Малоотходные процессы резки лучом лазера / Коваленко В.С., Романенко В.В., Олещук Л.М. – К: Техника 1987.-112с.