Основные условия кислородной резки. Техника кислородной резки

Газовая резка металлов основана на способности железа (открытой в 1776 г. Лавуазье), нагретого до определенной температуры, вступать в реакцию с кислородом. Началом практического освоения этого открытия послужило полученное в 1895 г. французским ученым Ле Шателье высокотемпературное пламя при горении смеси ацетилена с кислородом.

Газовая резка предназначена для разделительной и поверхностной обработки металлов. При разделительной обработке, когда режущая струя кислорода напра:влана приблизительно перпендикулярно к.разрезаемой поверхности, металл прорезается «а всю толщину до отделения одной части от другой. Разделительная газовая резка получила наибольшее распространение в промышленности и позволяет успешно резать стали толщиной от 3 до 2000 мм.

Поверхностная обработка представляет собой процесс, при котором снимается только поверхностная часть металла. Резка происходит посредством большого наклона резака к поверхности металла, при этом струя режущего кислорода выжигает на его поверхности канавку овального сечения.

Наибольшее применение поверхностная резка получила в металлургии для удаления дефектов с поверхности литья и проката черных металлов. В некоторых случаях поверхностная резка с успехом может заменять черновую механическую обработку -- строжку, обточку, расточку и т. д.

В последнее время газовую резку принято называть кислородной, так как все ее процессы связаны с применением кислорода. Кроме газовой резки различают: кислородно-флюсовую, плазменную, дуговую, воздушно-дуговую, кислородно-дуговую, лазерную, копьевую и др.

Все указанные способы резки выполняются путем нагрева металла, поэтому их объединяет общее название -- термическая резка металла.

Сущность газовой (кислородной) резки заключается в том, что на предварительно нагретый участок разрезаемого металла до температуры воспламенения подается струя режущего кислорода. При этом происходит интенсивное окисление поверхности металла с выделением большого количества тепла. Верхние слои металла, сгорая, подогревают до воспламенения в струе кислорода нижележащие слои до тех пор, пока кислородная струя полностью не прорежет металл по всей толщине. Образующиеся в процессе резки продукты окисления металла (окислы, шлаки) выдуваются кинетической энергией струи из полости реза.

Таким образом, кислородная резка представляет собой совокупность трех одновременно происходящих процессов: подогрев металла до температуры воспламенения, сгорание металла в струе кислорода, удаление расплавленного шлака из полости реза. При отсутствии хотя бы одного из указанных процессов резка становится невозможной.

При кислородной резке необходимо, чтобы свойства разрезаемого металла удовлетворяли следующим условиям:

Температура воспламенения разрезаемого металла в среде кислорода должна быть ниже температуры его плавления;

Температура плавления окислов -- не превышать температуру плавления разрезаемого металла. В противном случае образующиеся тугоплавкие окислы будут препятствовать дальнейшему окислению металла;

Количество тепла, выделяющегося в процессе кислородной резки, должно быть достаточным для нагрева прилегающих участков металла до температуры его воспламенения и непрерывного поддержания процесса резки. При этом металл должен хорошо проводить тепло, чтобы не препятствовать своему нагреву;

Образующиеся при резке окислы должны быть жидкотекучими и легко выдуваться кислородной струей из полости реза;

Ручная и механизированная резка

Кислородная резка может быть ручная или механизированная (автоматическая, машинная). Ручная резка производится с помощью ручных резаков (Р2А-01, РЗП-01 и др.). Резак перемещается во всех положениях вручную.

Механизированная кислородная резка отличается тем, что резак или несколько резаков перемещаются по линии реза с помощью механических устройств. Для этой цели разработаны различные стационарные машины (ПКЦ 3,5-6-10УХЛ4, ПкК-2-4Ф-2, «Днепр 2,5-К2», АСШ-70 и др.) с механическим, магнитным, фотоэлектронным и программным управлением, а также переносные машины «Микрон-2», «Спутник-3», «Орбита-2».

Ручная кислородная резка, несмотря на свою простоту и универсальность, не обеспечивает высокой чистоты и точности вырезаемых заготовок, поэтому запрещается в качестве последней операции (требуется механическая обработка). При ручной резке используется только один резак. Применение двух и более резаков невозможно.

Механизированная кислородная резка по сравнению с ручной обладает следующими преимуществами:

Чистота реза и точность вырезаемых деталей во многих случаях не требуют последующей механической обработки;

Возможность одновременного использования двух и более резаков, что значительно повышает производительность резки;

Не требуется предварительной разметки или наметки по шаблону разрезаемого металла;

Обеспечивается более рациональное использование кислорода;

Возможность осуществления пакетной резки.

Введение

Газовая резка предназначена для разделительной и поверхностной обработки металлов. При разделительной обработке, когда режущая струя кислорода направлена приблизительно перпендикулярно к.разрезаемой поверхности, металл прорезается «а всю толщину до отделения одной части от другой. Разделительная газовая резка получила наибольшее распространение в промышленности и позволяет успешно резать стали толщиной от 3 до 2000 мм.

Наибольшее применение поверхностная резка получила в металлургии для удаления дефектов с поверхности литья и проката черных металлов. В некоторых случаях поверхностная резка с успехом может заменять черновую механическую обработку - строжку, обточку, расточку и т. д.

Все указанные способы резки выполняются путем нагрева металла, поэтому их объединяет общее название - термическая резка металла.

сущность газовой (кислородной) резки заключается в том, что на предварительно нагретый участок разрезаемого металла до температуры воспламенения подается струя режущего кислорода. При этом происходит интенсивное окисление поверхности металла с выделением большого количества тепла. Верхние слои металла, сгорая, подогревают до воспламенения в струе кислорода нижележащие слои до тех пор, пока кислородная струя полностью не прорежет металл по всей толщине. Образующиеся в процессе резки продукты окисления металла (окислы, шлаки) выдуваются кинетической энергией струи из полости реза.

При кислородной резке необходимо, чтобы свойства разрезаемого металла удовлетворяли следующим условиям:

– температура воспламенения разрезаемого металла в среде кислорода должна быть ниже температуры его плавления;

– температура плавления окислов - не превышать температуру плавления разрезаемого металла. В противном случае образующиеся тугоплавкие окислы будут препятствовать дальнейшему окислению металла;

– количество тепла, выделяющегося в процессе кислородной резки, должно быть достаточным для нагрева прилегающих участков металла до температуры его воспламенения и непрерывного поддержания процесса резки. При этом металл должен хорошо проводить тепло, чтобы не препятствовать своему нагреву;

– образующиеся при резке окислы должны быть жидкотекучими и легко выдуваться кислородной струей из полости реза;

Основана на свойстве железа гореть в струе чистого кислорода, будучи нагретым, до температуры, близкой к температуре плавления.

Температура загорания железа в кислороде зависит от состояния, в котором оно находится. Так, например, железный порошок загорается при 315° С, тонкое листовое или полосовое железо - при 930° С, а поверхность крупного куска стали - при 1200-1300° С. Горение железа происходит с выделением значительного количества тепла и может поддерживаться за счет теплоты сгорания железа.

Как показал анализ шлака, 30-40% удаленного из реза металла составляет не сгоревшее, а только расплавившееся железо; 90-95% окислов состоят из FeO.

Скорость реакции Fе + О = FеО пропорциональна, где - давление кислорода в месте реакции. При повышении давления кислорода в струе процесс резки ускоряется за счет повышения скорости реакции окисления и за счет более быстрого удаления окислов из места разреза.

Нагревание металла при резке производят газокислородным пламенем. В качестве горючих при резке могут применяться ацетилен, пропан-бутан, пиролизный, природный, коксовый и городской газы, пары керосина Кроме подогрева металла до температуры горения в кислороде, подогревающее пламя выполняет еще следующие дополнительные функции:

подогревает переднюю (в направлении резки) верхнюю кромку реза впереди струи режущего кислорода до температуры воспламенения, что обеспечивает непрерывность процесса резки;
вводит в зону реакции окисления дополнительное тепло, покрывающее его потери за счет теплопроводности металла и в окружающую среду; это имеет особенно важное значение при резке металла малой толщины;
создает защитную оболочку вокруг режущей струи кислорода, предохраняющую от подсоса в нее азота из окружающего воздуха;
подогревает дополнительно нижнюю кромку реза, что важно при резке больших толщин.

Мощность подогревающего пламени зависит от толщины и состава разрезаемой стали и температуры металла перед резкой.

Металл нагревают на узком участке в начале реза, а затем на нагретое место направляют струю режущего кислорода, одновременно передвигая резак по намеченной линии реза. Металл сгорает по всей толщине листа, в котором образуется узкая щель. Интенсивное горение железа в кислороде происходит только в слоях, пограничных с поверхностью режущей струи кислорода, который проникает (диффундирует) в металл на очень малую глубину.

С момента начала резки дальнейший подогрев металла до температуры воспламенения происходит, в основном, за счет тепла реакции горения железа. При чистой, свободной от ржавчины и окалины поверхности, резка может продолжаться и без дополнительного подогрева. Однако лучше продолжать резать с подогревом, так как это ускоряет процесс.

Для заготовительной резки стали применяют кислород чистотой не ниже 98,5-99,5%. С понижением чистоты кислорода резка идет медленнее и требует большего расхода кислорода. Например, в пределах чистоты кислорода от 99,5 до 97,5% понижение чистоты на 1 % увеличивает расход кислорода на 1 м шва на 25-35%, а время резки - на 10-15%. Это особенно заметно при резке стали больших толщин. Применять для заготовительной резки кислород чистотой ниже 98,5% не следует, так как поверхность реза получается недостаточно чистой, с глубокими рисками и трудноотделяемыми шлаками (гратом).

Скорость резки, толщина металла, расход ацетилена в подогревающем пламени и эффективная мощность пламени связаны между собой зависимостью.

Производительность резки зависит также от распределения подогрева. Применение нескольких подогревающих пламен увеличивает скорость резки по сравнению с таковой при одном подогревающем пламени (при равных расходах ацетилена в обоих случаях). Общий предварительный подогрев металла при резке (до любой температуры) позволяет значительно увеличить скорость резки.

Основные условия резки. Для кислородом необходимы следующие условия:

температура горения металла в кислороде должна быть ниже температуры плавления, иначе металл будет плавиться и переходить в жидкое состояние до того, как начнется его горение в кислороде;
образующиеся окислы металла должны плавиться при температуре более низкой, чем температура горения металла, и не быть слишком вязкими; если металл не удовлетворяет этому требованию, то кислородная резка его без применения специальных флюсов невозможна, так как образующиеся окислы не смогут выдуваться из места разреза;
количество тепла, выделяющееся при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить поддержание процесса резки;
теплопроводность металла не должна быть слишком высокой, так как иначе, вследствие интенсивного теплоотвода, процесс резки может прерываться.

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.

Подогревающее пламя нагревает металл до температуры горения и очищает поверхность от ржавчины, окалины и д.р. Продольная струя кислорода сжигает металл. Благодаря перемещению резака образуется щель реза. Жидкотекучие щлаки выдуваются из щели реза.

Для процессакислородной резки необходимо выполнение следующих условий:

Металл будет переходить в жидкое состояниедо начала процесса окисления. То есть металл горит в твердом состоянии, рез получается ровным по ширине, поверхность его гладкая, продукты горения легко удаляются кислородной струей. Металл, не отвечающий этому требованию, будет плавиться, а не сгорать.

Наибольшее влияние на температуру горения оказывает содержание углерода. Чем больше углерода в металле, тем выше температурагоренияи ниже температура плавления. При содержании углерода более 1%процессрезки резко ухудшается. Стали, содержащие более 1,6% углерода, расплавляются до начала горения. Поэтому кислородная резка инструментальных сталей и чугуна, содержащих более 2% углерода невозможна.

Например:

Низкоуглеродистая сталь имеет температуру плавления около 1500ºС, а воспламеняется (горит) в кислороде при температуре 1300 – 1350ºС;

Температура горения Al 900°С, а температура плавления Al 660° С. Алюминий и его сплавы не поддаются газовой резке. Алюминий может гореть только в жидком состоянии, поэтому получить ровную форму реза не удается

2 .

Тогда они при резке жидкотекучие и легко удаляются из реза.

При окислении хромистыхи хромоникелевых сталей образуются окислы хрома, температура плавления которых значительно выше температуры горения стали. При окислении алюминиевых сплавов также образуется окислы алюминия с температурой плавления2050°С. Указанные тугоплавкие окислы, покрывая поверхность реза,препятствуют дальнейшему окислению металла.
Поэтому стали с содержанием хрома более 5% и алюминиевые сплавы обычному процессу газовой резки не поддаются.

Например:

при резке хромистых сталей образуются окислы хрома с температурой плавления 2000°С;
при резке алюминия образуются окислы с температурой плавления около 2050°С

Большое количество хрома и кремния сильно повышают вязкость окислов.Поэтому при резке сталей с большим содержанием хрома и чугуна, содержащего большое количество кремния, образующийся шлак плохо выдувается струей кислорода, затрудняя процесс резки.

В металлах, обладающих высокой теплопроводностью, поступающее тепло интенсивно отводится от места резки и процесс резки или не начнется или будет прерываться. Медь, алюминий и их сплавы обладают высокой теплопроводностью.

Всем перечисленным условиямполностью отвечают нелегированные инизколегированные конструкционные стали.

Металлы, которые неудовлетворяют условиям газовой резки:

Алюминий - 1,2,3,4 условиям;
Высоколегированные стали (нержавеющая сталь) – 2 условию;
Медь – 3 условию;
Серый чугун - 1 условию.

Запомни

Основные условия газовой резки:

1. Температура горения металла в кислороде должна быть ниже температуры плавления .

2 . Температура плавления образующихся при резке окислов должна быть ниже температуры горения металла.

3. Возникающие при резке окислы не должны быть слишком вязкими.

4. Разрезаемый металл не должен обладать слишком высокой теплопроводностью.

Нелегированные и низколегированные стали хорошо поддаются газовой резке, так как выполняются все 4 условия.