При сварке листов или труб с толщиной стенки более 6 мм, ГОСТ 16037-80 требует производить разделку кромок.
Кромки могут иметь прямолинейную* или ломаную, а также криволинейную разделку, одностороннюю или двустороннюю.
Пример односторонней прямолинейной разделки выглядит так:
Двусторонняя разделка выглядит следующим образом:
Соответственно, криволинейная разделка будет примерно такой:
А одна из форм ломаной фаски соответствует этому эскизу:
Как предписывает ГОСТ, двусторонняя и ломаная разделка применяются на заготовках толщиной более 15 мм.
Существует несколько способов формирования кромки под сварку. У каждого из них есть свои преимущества, недостатки и ограничения. По порядку рассмотрим наиболее распространенные. Для начала классифицируем все способы на два типа: огневые и безогневые.
Огневые типы - это газовая, плазменная и лазерная резка. При текущем уровне развития технологий, лазерная резка под углом к поверхности металла - это экзотика. Но, безусловно, это производительный способ, хотя и требующий значительных капиталовложений. Кроме того, есть ограничение - формирование ломаной фаски затруднено, то есть теоретически возможно, но на практике пока едва ли достижимо, а криволинейной не возможно в принципе. В качестве минуса, кроме начальных затрат на оборудование, потребуется еще и организация мощной вентиляции. Ведь все эти лазерные комплексы достаточно громоздки и устанавливаются только в помещениях. Отсутствие полевых установок - это еще один минус. На момент написания статьи, промышленность предлагает трехосевые лазерные установки, способные резать под прямым углом металл толщиной до 25 мм, а под углом - до 15 мм. При этом максимальный угол наклона резака к поверхности достигает 45 градусов.
Подведем итоги с лазерной резкой:
- производительно
- точно и довольно ровно
- только прямолинейные фаски
- только стационарное исполнение
- выделяется значительное количество вредных газов при работе
- большие капитальные затраты
Плазменная резка по своим характеристикам уступает лазерной в точности и степени шероховатости. Невозможно делать ломаные фаски, а криволинейные получаются иногда сами собой, из-за неправильно выбранных режимов, дефекта оборудования или ошибок. Капитальные вложения, требующиеся для приобретения плазменной резки значительно меньше, чем для лазера. Большинство вредных факторов, сопутствующих лазерной резке, присущи и плазменной: вредное для глаз ультрафиолетовое излучение, токсичные газы и тонкодисперсная пыль от окалины. На текущий момент, промышленность освоила выпуск источников тока для плазменной резки, способых обеспечить боковое врезание в стальной лист толщиной 100 мм, при этом возможна резка материала толщиной до 50 мм под углом до 45 градусов По своей массе оборудование легче и теоретически может быть использовано для мобильных установок, хотя источник тока и компрессор остаются все еще очень тяжелыми и громоздкими компонентами.
Достоинства, ограничения и недостатки плазменной резки:
- производительность
- только прямолинейные фаски
- преимущественно стационарное исполнение
- выделяется значительное количество вредных газов при работе
- низкая точность реза, неровности и наплывы
- термическое изменение металла в зоне реза
Наконец, газовая резка, которая среди огневых способов, является самой недорогой. Как правило, газовую резку применяют для раскроя толстого металла, от 30-40 мм. Резка под углом к поверхности, для формирования фаски, имеет смысл на еще более толстых материалах, потому что неровности, возникающие на краю отрезанного газом металла, достигают высоты 4-5 мм. Для газовой резки создано большое количество стационарного и мобильного оборудования, поэтому, эта технология может быть с легкостью применена в полевых условиях. Максимальные же возможности, достижимые на текущем уровне развития техники, достигают, для установок способных резать металл толщиной до 150 мм, при максимальном угле скоса 60 градусов, восьмидесяти миллиметров. При этом, двумя последовательными резаками нетрудно снимать Х-образные фаски за один проход. Но это на плоском листе. Для трубы такая технология потребует использовать две независимые поворотные головки с цифровым управлением. Что касается полевых установок, то они, как правило, имеют ручные настройки.
Резюмируем характеристики газовой резки:
- производительность
- дешевизна
- возможность работать в условиях цеха или в полевых условиях
- только прямолинейные фаски
- в основном годится для толстого металла
- выделяется значительное количество вредных газов при работе
- низкая точность реза, неровности и наплывы
- термическое изменение металла в зоне реза
Теперь рассмотрим имеющиеся варианты безогневой резки кромки. Сюда входят технологии точения, шлифования, фрезерования и скалывания.
Одним из самых популярных у нефтяников и газовщиков типов оборудование для резки фаски на трубах является орбитальный разъемный труборез. Это довольно точный прибор, имеющий сравнительно большую массу, а значит и высокую цену. Относительно его производительности можно сказать, что она уступает огневым способам и даже ручной шлифовке болгарками, но не это главное. Главное, что орбитальный труборез позволяет получить практически идеальную кромку, почти любой формы. Обточка резцами, по токарному принципу, дает край, полностью соответствующий требованиям ГОСТа и совпадающий по уровню шероховатости заводской отделке. Однако, у этого оборудования есть свои недостатки - идеально круглая форма направляющих не всегда совпадает со слегка овальным сечением реальных труб, а зазубренная кромка, остающаяся после газовой резки в полевых условиях, быстро выводит резцы из строя. Кроме этого, разъемные труборезы, при их нескромной цене, имеют очень ограниченный диапазон диаметров отрезаемых труб. Например, модельный ряд разъемных труборезов включает типоразмеры, способные резать трубы отличающиеся в диаметре не более, чем на 200-250 мм. Довольно ограниченная универсальность, согласитесь.
Итак, по разъемному труборезу можно собрать следующую информацию:
- высокая точность и маленькая шероховатость
- возможность работать в условиях цеха или в полевых условиях
- нет никаких вредных выбросов, низкий уровень шума
- доступны фаски любого профиля, поднутрения и т.п.
- большой расход резцов на трубах, отрезанных газом
- высокая стоимость оборудования
- средняя производительность
- невозможно точением обрабатывать плоские листы
Вариантом, позволяющим использовать резцы для снятия фаски и на листах, является строгание на продольнострогальных станках. Такие станки не только очень массивные, но и весьма дорогие. Поэтому, к списку, относящемуся к разъемному труборезу добавляем эти два неприятных фактора.
Что касается упомянутого выше способа снимать фаску при помощи УШМ, то это один из самых популярных методов. Связано это, прежде всего с тем, что УШМ - это предельно дешевый и широко доступный инструмент. Болгарка позволяет снимать фаску на тонких и толстых заготовках, но ее производительность можно считать удовлетворительной только на толщинах до 20 мм. При достаточной сноровке можно формировать и ломаную фаску, но профиль ее будет неровным.
Что можно сказать по поводу УШМ:
- исключительная дешевизна и доступность оборудования
- легкость и мобильность
- возможность эффективно снимать фаски среднего размера (толщина листа до 10-12 мм)
- большой расход абразивных кругов
- значительный выброс вредной пыли
- из-за этого частый выход из строя самих УШМ
- низкая производительность на фасках шире 10 мм
- невысокая точность размеров и формы
- быстрая усталость оператора грозит травмами
Другой, более производительный, чистый и практически бесшумный способ - скалывание кромки специальным агрегатом. Работа ведется инструментом из быстрорежущей стали, внешне похожим и на фрезу и на нож для открывания консервных банок. За счет сдвига металла между неподвижной и вращающейся режущими кромками, отрезается край, в сечении имеющий форму треугольника. Из-за качения ножа - фрезы по металлу, этот срезок иногда заворачивается в спираль и периодически, достигнув большого размера, обламывается, иногда стружка падает в лоток раздельно. Благодаря низкой скорости, весь процесс протекает почти бесшумно.
Недостатком такой технологии назовем высокую стоимость ножей - ведь они целиком изготовлены из дорогой быстрорежущей стали, кроме того, срезать можно только плоскую фаску, и, хотя мощные самоходные агрегаты способны скалывать довольно толстый лист, это относится только к низкоуглеродистой стали - при обработки нержавеющей стали, имеющей вчетверо-впятеро большую вязкость и прочность на разрыв, возможности этих машин резко падают.
Итак, кромкоскалывающие машины, их преимущества и недостатки:
- высокая производительность по черному металлу
- мобильность и возможность работать в условиях цеха
- отсутствие шума и пыли при работе
- отсутствует термическое изменение в зоне реза
- дороговизна сменного инструмента
- ограничения по толщине металла и ширине фаски до 20 мм гипотенуза
- сравнительно с кромкофрезерными станками более высокая стоимость
- небольшие возможности по обработке фаски на нержавеющей стали - не шире 10 мм
- невозможность снимать ломаную и криволинейную фаску
В качестве альтернативы этому способу можно привести технологию снятия фаски ручными или самоходными электрическими кромкофрезерами. Эти машины используют для работы сборную твердосплавную, реже монолитную фрезу. В зависимости от конструкции, кромкофрезерные машины могут быть легкими - ручными, или довольно тяжелыми и производительными - автоматическими передвижными или стационарными. Ручные и стационарные кромкорезы могут обрабатывать как листовой металл, так и трубы. Фреза в этих агрегатах может иметь ось вращения параллельно плоскости фаски или листа - обработка образующей, а также перпендикулярно плоскости фаски - обработка ведется торцем. Кроме небольших ручных машин с монолитной фрезой, все остальные машины этого типа используют различные варианты фрез со сменными твердосплавными пластинами. Абсолютное большинство образцов относятся к типу цилиндрических или торцовых фрез для формирования плоских фасок, но есть также фрезы торцового типа, оснащенные пластинами круглой формы, которые могут снимать как плоскую, так и криволинейную фаску, так называемой рюмочной формы. Абсолютно уникальной фрезой является сборная фреза для ломаной фаски.
Подводим итоги для кромкофрезерных машин и станков:
- производительность выше чем у УШМ в 9 раз
- затраты ниже, чем у кромкоскалывающих агрегатов
- возможность работать в условиях цеха или в полевых условиях
- не выделяется пыль или вредные газы
- расходный инструмент недорогой и доступный
- отсутствует термическое изменение в зоне реза
- высокое качество и точность кромки
- возможность изготавливать ломаную кромку и рюмочную фаску
- образующаяся стружка может быть довольно острой
- производительность ниже, чем у газовой резки
- процесс снятия фаски сопровождается шумом
Собрав доступную нам информацию, мы полагаем, что теперь Вам легче будет сделать выбор оборудования и решить, какая технология больше подходит для решения Ваших задач.
* по тексту статьи прямолинейной разделкой или прямолинейной фаской называется профиль поперечном в сечении кромки. Не имеется в виду линия вдоль кромки.
