Кислородная резка основана на свойстве металлов и их сплавов сгорать в струе технически чистого кислорода. Резке поддаются металлы, удовлетворяющие следующим основным требованиям:

1. Температура плавления металла должна быть выше температуры вос­пламенения его в кислороде. Металл, не отвечающий этому требованию, плавится, а не сгорает. Например, низкоуглеродистая сталь имеет температуру плавления около 1500° С, а воспламеняется в кислороде при температуре 1300…1350°С. Увеличение содержания углерода в стали сопровождается понижением температуры плавления и повышением температуры воспламенения в кислороде. Поэтому резка стали с увеличенным содержанием углерода и примесей усложняется.

2. Температура плавления оксидов должна быть ниже температуры плав­ления самого металла, чтобы образующиеся оксиды легко выдувались и не препятствовали дальнейшему окислению и процессу резки. Например, при резке хромистых сталей образуются оксиды хрома с температурой плавления 2000° С, а при резке алюминия - оксиды с температурой плавления около 2050° С. Эти оксиды покрывают поверхность металла и прекращают дальнейший процесс резки.

3. Образующиеся при резке шлаки должны быть достаточно жидко­текучи и легко выдуваться из разреза. Тугоплавкие и вязкие шлаки будут препятствовать процессу резки.

4. Теплопроводность металла должна быть наименьшей, так как при высокой теплопроводности теплота, сообщаемая металлу, интенсивно отводится от участка резки, и подогреть металл до температуры воспламенения будет трудно.

5. Количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла, должно быть, возможно, большим; эта теплота способствует нагреванию при­легающих участков металла и тем самым обеспечивает непрерывность процесса резки. Например, при резке низкоуглеродистой стали 65…70% общего количества теплоты выделяется от сгорания металла в струе кислорода и только 30…35% - составляет теплота от подогревающего пламени резака.

Различают два основных вида кислородной резки: разделительную и поверхностную.

Рисунок -1- Схема кислородной резки

Разделительную резку (рисунок 1) применяют для вырезки различного вида заготовок, раскроя листового металла, разделки кромок под сварку и других работ, связанных с разрезкой металла на части. Сущность процесса заключается в том, что металл вдоль линии разреза нагревают до температуры воспламенения его в кислороде, он сгорает в струе кислорода, а образующиеся оксиды вы­дуваются этой струей из места разреза.

Поверхностную резку (рисунок 2,а, б, в) применяют для снятия поверхностного слоя металла, разделки канавок, удаления поверхностных дефектов и других работ.

К атегория:

Технология кислородной резки

Основные условия резки металлов окислением

Не все металлы и сплавы поддаются резке окислением. Окислительная резка требует выполнения следующих условий:

1. Температура воспламенения металла (температура начала горения) должна быть ниже температуры его плавления. В этом случае металл горит в твердом состоянии; поверхность реза получается гладкой, верхние края кромки реза не подплавляются, продукты горения в виде шлака легко удаляются из полости реза кислородной струей и форма реза остается постоянной.

Этому условию отвечает железо и углеродистые стали. Техническое железо горит в кислороде при температуре 1050-1360 °С в зависимости от его состояния (прокат, порошок и др.), в то время как температура плавления железа равна 1539 °С.

Не поддаются резке окислением алюминий и его сплавы. Температура воспламенения и плавления алюминия соответственно равна 900 и 660 °С. Следовательно, алюминий может гореть только в жидком состоянии, поэтому получить постоянную форму реза невозможно.

2. Температура плавления образующихся при резке окислов и шлаков должна быть ниже температуры плавления металла. В этом случае они становятся жидкотекучими и беспрепятственно удаляются из области реза кислородной струей.

Окислы в виде FeO и Fe304, образующиеся при окислении железа в процессе резки, имеют температуру плавления 1350 и 1400 °С, т. е. ниже температуры плавления железа. Поэтому низкоуглеродистые стали поддаются резке окислением. Стали, содержащие более 0,65% углерода, имеют температуру плавления ниже температуры плавления окислов железа, и резка их окислением в обычных условиях затруднительна.

Некоторые металлы образуют окислы с высокими температурами плавления, например окислы алюминия - 2050 °С, хрома - около 2000 °С, никеля - 1985 °С, меди - 1230 °С.

Эти окислы при резке хромистых и хромоникелевых сталей, меди и ее сплавов, чугунов и других по сравнению с разрезаемым металлом являются тугоплавкими. Они при обычной окислительной резке не могут быть удалены из области реза, так как закрывают место окисления подогретого до температуры воспламенения металла от струи кислорода, и резка становится невозможной.

3. Металлы должны обладать небольшой теплопроводностью, чтобы не было сильного теплоотвода от места резки, иначе процесс резки прервется.

Медь, алюминий и их сплавы обладают высокой теплопроводностью по сравнению с железом и сталью; практически не удается сконцентрировать нагрев этих металлов до температуры воспламенения подогревающим пламенем по всей толщине листа. Поэтому указанные металлы не поддаются обычной кислородной резке.

Сущность процесса кислородной резки состоит в сгорании раз­резаемого металла в струе технически чистого кислорода и удале­нии образующихся при этом жидких шлаков из разреза. Применяет­ся разделительная кислородная резка и поверхностная. Углеро­дистые и низколегированные стали режутся с применением только чистого кислорода. Высоколегированные стали, чугун и медные сплавы режутся кислородом с применением специальных флюсов.

Процесс резки осуществляется или ручным способом, или меха­низированным с использованием специальных режущих перенос­ных приборов легкого типа, а также стационарных машин для авто­матизированной резки по шаблонам и разметке. Машинная резка широко применяется в машиностроении, особенно для предвари­тельной обрезки и скашивания кромок под сварку. Методы кисло­родной машинной резки продолжают широко развиваться и внед­ряться в промышленности путем создания новых конструкций спе­циализированных и универсальных машин.

Для осуществления процесса кислородной резки необходимо соблюдение следующих условий:

1. Температура плавления металла должна быть выше темпера­туры его воспламенения в кислороде. Не удовлетворяющий этому условию металл будет плавиться и переходить в жидкое состояние еще до начала его горения в струе кислорода. Малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали полностью удовлетворяют этому ус­ловию, так как они плавятся при температуре примерно 1500°, а их горение в кислороде может начинаться уже при 1300-1350°.

2. Температура плавления шлаков должна быть ниже температу­ры горения металла в кислороде, а образующиеся при резке шлаки должны быть жвдкотекучими и легко удаляться под действием дав­ления режущей струи.

3. При сгорании металла должно выделяться тепло, достаточ­ное для поддержания горения металла в кислороде.

4. Теплопроводность металла не должна быть слишком высокой и не препятствовать сохранению высокой температуры на поверх­ности кромки разреза.

Всем указанным выше условиям наиболее полно удовлетворяют стали с содержанием углерода до 0,5%, хрома до 5%, марганца до 4%. Остальное примеси в тех количествах, в которых они обычно содержатся в стали, не влияют заметно на процесс резки.

Перед началом резки сталь необходимо нагреть до температуры ее воспламенения в кислороде. Примерно 33% тепла от всего ко­личества, требующегося для этого, подводится за счет подогрева­ющего пламени, а 67% поступает от реакции сгорания стали в кис­лороде.* От общего количества тепла, расходуемого на резку, на нагрев стали до температуры воспламенения идет 54%; на нагрев шлаков - 22% и на покрытие потерь в окружающую среду-24%.

Сварка – технологический процесс, используемый на многих производствах, для соединения деталей путем их нагрева и установления межатомных связей. Существует более ста видов сварки, которые классифицируются по различным признакам. Классификация по …

Такая технология гравировки, резки и раскроя материала использует лазер высокого уровня мощности. Лазерный луч, который сфокусирован, двигается в графической программе по траектории отрисованного эскиза. Используются разные материалы: двухслойный пластик, органическое …

Как правильно выбрать сварочный кабель? На обеспечение бесперебойной работы сварочного оборудования, а также длительность его эксплуатационного срока зависит то, как правильно выбрать сварочный кабель. Необходимо, чтобы это было приспособление высокого …

К атегория:

Резание металла

Сущность процесса кислородной резки

Из этого уравнения следует, что на сжигание 1 г железа расходуется 0,38 г или 0,27 л кислорода, или на 1 см3 железа расходуется 2,1 л кислорода. Действительный расход кислорода на 1 см3 железа в процессе резки может быть как выше, так и ниже указанного теоретического значения, ввиду того что часть металла выдувается из полости реза в неокисленном виде и вытекающий шлак содержит не только окислы, но и металлическое железо. Выделяемое при горении железа довольно значительное количество тепла оплавляет поверхность металла, и получающийся жидкий металл увлекается в шлак вместе с расплавленными окислами.

Железо или сталь не загораются, как известно, в кислороде при низких температурах; кислород, например, хранят и перевозят в стальных баллонах. Для начала горения металла в кислороде нужно подогреть металл; температура начала горения зависит от состава металла и находится в пределах 1000-1200 °С. Температура начала горения повышается с увеличением содержания углерода в металле при одновременном понижении температуры плавления металла. Настоящая высококачественная кислородная резка металла возможна лишь в том случае, если металл горит в твердом состоянии. Если же металл загорается лишь при расплавлении, то в процессе резки происходит значительное пасплавление и вытекание металла из полости реза и рез получается широким и неровным, как при тепловых методах резки.

Процесс газокислородной резки можно представить следующим образом. Смесь кислорода с горючим газом выходит из подогревательного мундштука резака и сгорает, образуя подогревательное пламя. Подогревательным пламенем металл нагревается до температуры начала горения, тогда по осевому каналу режущего мундштука подается технически чистый кислород. Режущий кислород попадает на нагретый металл и зажигает его. Начинается горение металла; при этом выделяется значительное количество тепла, которое совместно с подогревательным пламенем разогревает нижележащие слои металла, и горение быстро распространяется в глубину на всю толщину металла, прожигая сквозное отверстие, через которое режущая струя кислорода выходит наружу, пробивая металл. Если перемещать далее резак по прямой или кривой линии с надлежащей скоростью, то сжигание металла будет происходить по этой линии и металл будет разрезаться.

Таким образом, кислородная резка складывается из нескольких процессов: подогрева металла, сжигания металла в струе кислорода, выдувания расплавленного шлака из полости реза. Подогревательное пламя обычно не тушат, и оно горит в течение всего процесса резки, так как количество тепла, выделяемого при сжигании железа в кислороде, недостаточно для возмещения всех потерь тепла зоны резки; если подогревательное пламя потушить, то процесс резки быстро прекращается, металл охлаждается настолько, что кислород перестает на него действовать, и реакция горения металла в кислороде прекращается.

Для возможности успешного проведения- кислородной резки разрезаемый металл должен удовлетворять определенным требованиям. Температура начала горения металла должна быть ниже температуры его плавления, т. е. металл должен гореть в твердом, нерасплавленном состоянии. Температура плавления окислов металла, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла. В этом случае окислы легко выдуваются из полости реза и режущий кислород получает беспрепятственный доступ к нижележащим слоям металла. Теплота сгорания металла должна быть достаточно большой, иначе требуется слишком мощное подогревательное пламя. Теплопроводность усиливает охлаждение зоны резки и затрудняет необходимый подогрев металла. Практически указанным условиям удовлетворяет лишь железо и его технические сплавы - стали. Большинство других металлов, применяемых в технике, не удовлетворяет указанным условиям и не поддается кислородной резке.

Рис. 1. Схема процесса газокислородной резки: 1 - режущий мундштук; 2 - режущий кислород; 3 - разрезаемый металл; 4 - подогревательный мундштук; 5 - подогревательное пламя; в - шлаки

Чугун не режется вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры начала горения; он горит в кислороде в расплавленном состоянии, что исключает возможность получения качественного реза. Медь не режется вследствие высокой теплопроводности и малой теплоты сгорания. Алюминий не режется вследствие чрезмерной тугоплавкости образующегося окисла и т. д. Стали высокоуглеродистые, высоколегированные аустенитные, высокохромистые и т. д., не поддающиеся нормальному процессу газокислородной резки, могут быть разрезаны кислородом с использованием специальных приемов, рассмотренных ниже.

Для резки необходим возможно более чистый кислород; даже незначительное количество примесей заметно снижает скорость резки и сильно повышает расход кислорода. В качестве горючего для подогревательного пламени при кислородной резке с успехом может быть использован любой промышленный горючий газ, а также жидкие горючие - бензин, бензол, керосин и т. д.

В промышленности применяются следующие виды кислородной резки: разделительная (лист разрезается на две или большее число частей); поверхностная (удаляется поверхностный слой металла в виде канавок) и копьевая (в металле прожигается глубокое отверстие) .

Сущность процесса и основные условия кислородной резки

Процесс кислородной резки основан на способности металла сгорать в струе технически чистого кислорода и состоит из подогрева металла до температуры воспламенения его в струе технически чистого кислорода, горения металла и выдувания струей кислорода окислов и частиц расплавившегося металла.

Температура нагрева участка металла, расположенного в начале намечаемой линии реза, зависит от массы (толщины) и главным образом от состава разрезаемого металла.

Чем больше масса и чем больше легирующих примесей, тем выше температура нагрева, а именно: для углеродистой стали-1200° С, а для легированной-1300° С.

Горение металла заключается в том, что на нагретое место направляется струя режущего кислорода. Кислород энергично окисляет верхние слои металла, которые при сгорании выделяют значительное количество тепла и нагревают до воспламенения в кислороде нижележащие слои металла. Интенсивность окисления увеличивается с увеличением чистоты кислорода и с повышением температуры.

Количество тепла, выделяющегося при резке от сгорания железа в кислороде, иногда в 3-5 раз превышает количество тепла, сообщаемого подогревательным пламенем резака. Однако выключать подогревательное пламя нельзя, так как при отсутствии подогревательного пламени струя кислорода встречает холодную поверхность металла и не воспламеняет ее, в результате чего резка прекращается.

Выдувание получаемых окислов (шлаков) начинается одновременно с окислением металла. Если шлаки не будут удаляться, то процесс резки прекратится, так как шлаки изолируют нижележащие слои металла от контакта с кислородом.

При установившемся процессе резки все три стадии протекают одновременно.

Газовой резке могут подвергаться не все металлы, а только те из них, которые удовлетворяют следующим основным требованиям.

1. Температура воспламенения металла должна быть ниже температуры его плавления. Если температура плавления ниже температуры воспламенения, то металл будет выплавляться, а не сгорать. Так, например, у меди, латуни, алюминия и его сплавов и чугуна температура воспламенения выше температуры плавления и поэтому эти металлы не могут резаться кислородом обычным способом. При пуске режущей струи кислорода расплавленные частицы этих металлов будут выдуваться из места реза, не сгорая в кислороде, а кромки разрезаемого изделия покроются слоем тугоплавких окислов этих металлов.

2. Температура плавления окислов металла, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла и температуры, которая развивается в процессе резки металла. При этом условии окислы будут легко выдуваться из места реза в жидком виде. Если металл не удовлетворяет этому требованию, то кислородная резка его без применения специальных флюсов невозможна, потому что образующиеся окислы не будут находиться в жидком состоянии и не смогут быть удалены из места реза.

3. Образующиеся окислы должны быть жидкотекучими, так как в (противном случае шлак при резке будет плохо выдуваться.

Резка затрудняется, если образуется значительное количество газообразных продуктов сгорания, поскольку при этом уменьшается чистота режущей струи кислорода и снижается тем самым интенсивность окисления металла.

4. Количество тепла, развивающегося в процессе сгорания металла, должно быть возможно большим, чтобы легко осуществлялся подогрев металла до температуры воспламенения.

5. Теплопроводность металла должна быть возможно меньшей, так как в противном случае трудно подогреть металл до температуры воспламенения.

6. В металле не должно быть примесей, ухудшающих процесс резки.

Из всех металлов, применяемых в технике, перечисленным требованиям больше всего удовлетворяет сталь.

Влияние примесей в стали на резку ее кислородом. В зависимости от химического состава стали режутся по-разному. Хорошо режутся стали с содержанием углерода до 0,3%. При содержании углерода выше 0,3% резка не ухудшается, но сталь приобретает склонность к закалке и образованию трещин при резке, а поэтому требует предварительного подогрева. При содержании углерода свыше 0,7% процесс резки ухудшается и при содержании его 1-1,2% делается невозможным, так как при увеличении содержания углерода встали температура воспламенения ее повышается, а температура плавления падает.

Марганец при содержании его в стали до 4%на процесс резки заметного влияния не оказывает. При большем содержании марганца процесс резки затрудняется. При резке сталей с содержанием марганца более 0,8% и углерода более 0,3%, во избежание получения закалочных трещин, разрезаемый металл перед резкой рекомендуется подогревать.

Никель при содержании его в стали до 3-4% и одновременном содержании углерода в стали до 0,5% резки не затрудняет. При более высоком содержании углерода в никелевых сталях резка сильно затрудняется.

Хром затрудняет резку, так как образует тугоплавкие окислы, Кислородной резке поддаются стали, содержащие не более 1,5% хрома. При содержании хрома от 1,5 до 5% возможна резка с предварительным подогревом. Высоколегированные хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали можно -резать только с помощью кислородно-флюсовой резки.

Молибден при содержании в стали до 0,5% на процесс резки не влияет.

Сера и фосфор в тех количествах, в которых они содержатся в стали, на процесс резки не влияют.

Кислородная резка почти не оказывает влияния на свойства малоуглеродистых сталей вблизи места реза. При резке сталей с повышенным содержанием углерода, марганца, хрома и молибдена кромки реза подвергаются закалке, становятся более твердыми, возможно появление трещин, особенно если сталь при этом имеет значительную толщину и резка ведется по сложному замкнутому контуру.

Закалка может быть уменьшена применением горючих газов, не содержащих углерод (например, водорода), или подогревательного пламени с избытком кислорода.

Углеродистые стали с содержанием углерода более 0,35% и низколегированные с содержанием углерода более 0,2% могут закаливаться и и зоне термического воздействия резки. При резке таких сталей необходимо применять предварительный подогрев металла либо снижать скорость охлаждения посредством дополнительного источника нагрева, перемещаемого позади основного резака. Качество реза при этом получается удовлетворительным.