Интенсивный нагрев металла электрической дугой успешно используется в технике не только для сварки, но и для резки металла (рис. 10). Нашли применение следующие способы дуговой резки:
ручная дуговая резка неплавящимся и плавящимся покрытыми электродами, используемыми при сварке;
воздушно-дуговая резка;
кислородно-дуговая резка;
резка сжатой дугой.
Ручную дуговую резку неплавящимся и плавящимся электродами используют как вспомогательную операцию. При дуговой резке неплавящимся электродом применяют угольные и графитовые электроды. Резка обеспечивается за счет выплавления металла из зоны реза, а не за счет его сгорания в струе кислорода, как при газовой резке. Благодаря высокой температуре нагрева могут резаться материалы, не подвергающиеся кислородной резке (чугун, высоколегированные стали, цветные металлы). Применяют постоянный и переменный ток максимальной мощности. Для этого способа характерна очень малая точность и чистота реза.
При дуговой резке плавящимся электродом рез получается более чистый и узкий, чем при резке неплавящимся электродом. Резку выполняют методом опирания. Наличие покрытия приводит при резке к повышению устойчивости дуги, замедлению плавления стержня электрода, изоляции его от стенок реза и ускорению резки благодаря окислению расплавленного металла компонентами покрытия. Ток при резке на 20—30% выше, чем при сварке.
При воздушно-дуговой резке металл расплавляется теплотой электрической дуги, а затем выдувается сжатым воздухом из зоны реза. При этом небольшая часть металла сгорает в кислороде, содержащемся в воздухе. Этот способ применяют для удаления дефектных мест под заварку и разделительной резки листов из нержавеющей стали толщиной до 20 мм. Резку проводят на постоянном токе угольным (графитовым) электродом с помощью специальных резаков обычно с боковой подачей сжатого воздуха под давлением 0,4—0,5 МПа.
Кислородно-дуговая резка заключается в том, что разрезаемый металл разогревается с помощью электрической дуги, а затем сжигается струей кислорода подаваемой к месту реза параллельно электроду. Окислы, получаемые при сгорании металла, выдуваются из места реза этой же струей кислорода. Применяют угольные и графитовые электроды, а также специальные плавящиеся трубчатые электроды с подачей кислорода через внутреннее отверстие. Способ используется ограниченно.
Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия — плазменной дуге (рис. 11). Благодаря высокой температуре и большой кинетической энергии плазменной струи резке подвергаются практически все металлы.
В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азотно-водородные смеси. Использование для резки двухатомных газов (Н2, N2) энергетически более выгодно. Двухатомный газ поглощает при диссоциации в плазмотроне теплоту, которая переносится и выделяется на поверхности реза, где происходит объединение свободных атомов в молекулы. При использовании электродов из циркониевых и гафниевых сплавов в качестве плазмообразующего газа при резке можно использовать воздух.
Алюминий и его сплавы толщиной от 5 до 20 мм режут в азоте, толщиной от 20 до 150 мм — в азотно-водородных смесях (65—68% азота, 35—38% водорода). Нержавеющие стали толщиной до 20 мм, разрезают с применением чистого азота, а при толщине от 20 до 50 мм — смеси 50% азота и 50% водорода. В качестве плазмообразующих газов при резке низкоуглеродистых сталей толщиной до 40—50 мм применяют сжатый воздух.
При резке меди и ее сплавов в качестве плазмообразующих газов применяют азотно-водородную смесь, азот или атмосферный воздух. В табл. 8 приведены режимы плазменно-дуговой резки нержавеющих сталей. ГОСТ 12221 устанавливает для плазменно-дуговой резки четыре типа аппаратуры: ПЛР — для ручной резки, ПЛРМ — для ручной и машинной резки, ПЛМ — для машинной резки, ПЛМТ — для машинной точной резки.
Рис. 11. Схема плазменно-дуговой резки: а - плазменной дугой; 1 - дуга, 2 - газ, 3 - плазма, 4 - разрезаемый металл; 5 - электрод, 6- резак; б - плазменной струей; 1 - плазма, 2 - сопло, 3 -источник постоянного тока, 4 - электрод, 5 - мундштук, 6 - дуга, 7 - разрезаемый металл.
Резка лазерным лучом. Высокая концентрация энергии позволяет использовать лазерный луч для прецизионной (точной) резки металлов и неметаллов. Лазером можно резать стекла, керамику, алмазы и другие материалы. Сущность лазерной резки заключается в локальном плавлении и испарении металла под воздействием сфокусированного луча. При резке, как правило, используют лазеры непрерывного действия, обладающие большими энергиями излучения в инфракрасном диапазоне. Основная область применения лазерной резки— микроэлектроника.