Общие сведения. Кислородная резка является одним из наиболее распространённых процессов газопламенной обработки металлов. Она широко используется в металлообработке и металлургии при резке листов, заготовок профильного проката, труб и т.д.

Различают два вида кислородной резки: разделительную и поверхностную.

При разделительной резке образуются сквозные разрезы, а при поверхностной – канавки круглого очертания.

Разделительная резка производится без и со скосом кромок под сварку, а поверхностная бывает либо сплошной, когда обрабатывается вся поверхность заготовки за один проход, либо выборочной с удалением поверхностного слоя металла.

В отличие от сварки кислородная резка на вертикальной плоскости или в потолочном положении не представляет трудностей и может производиться в любом пространственном положении.

В процессе резки металл расплавляется и вытекает из полости реза. Однако железо легко окисляется, а в чистом кислороде горит и превращается в оксиды и шлаки.

К термическому и химическому действию может присоединяться механическое действие струи газа, выталкивающее жидкие и размягчённые продукты из полости реза.

При кислородной резке происходит химическая реакция сгорания железа в кислороде.

Железо и сталь не загораются, как известно в кислороде при низких температурах, поэтому кислород хранят в стальных баллонах. Температура начала горения металла зависти от его химического состава и равна 1000-1200 о С. Температура начала горения повышается с увеличением содержания углерода в металле при одновременном понижении температуры его плавлении. Высококачественная кислородная резка металла возможна лишь в том случае, если он горит в твёрдом состоянии. Если же металл загорается лишь при расплавлении, то в процессе резки он вытекает из полости реза и рез получается широким и неравномерным.

Сущность процесса кислородной резки. Смесь кислорода с горючим газом выходит из подогревательного мундштука резака и сгорает, образуя пламя, которое называют подогревающим . Когда металл нагревается до температуры начала горения, пор осевому каналу режущего мундштука подаётся технически чистый кислород. Он попадает на нагретый металл и зажигает его. В процессе горения выделяется значительное количество кислоты. Нижележащие слои металла нагреваются, и горение быстро распространяется в глубину, прожигая сквозное отверстие, через которое режущая струя кислорода выходит, наружу пробивая металл. Если перемещать резак с определённой скоростью, то металл будет разрезаться.

Таким образом, кислородная резка состоит из нескольких процессов: подогрева металла, сжигания металла струёй кислорода, выдувания расплавленного шлака из полости реза. Подогревательное пламя обычно не тушат, и оно горит в течении всего процесса резки, так как теплоты, выделяющейся при сжигании железа в кислороде, недостаточно для возмещения всех потерь теплоты в зоне резки. Если подогревательное пламя потушить, то процесс резки быстро прекращается, металл охлаждается настолько, что кислород перестанет на него действовать, и реакция горения металла в кислороде останавливается.

Условия резки. Кислородной резке подвергаются только те металлы и сплавы, которые удовлетворяют определённым условиям.

Температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления. Этому требованию соответствуют низкоуглеродистые стали, температура воспламенения которых в кислороде около 1300 о С, а температура плавления около 1500 о С. Увеличение содержания углерода в стали сопровождается повышением температуры воспламенения в кислороде и понижением температуры плавления. Поэтому с ростом содержания углерода кислородная резка сталей ухудшается.

Температура плавления оксидов металлов, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла. В противном случае тугоплавкие оксиды не будут выдуваться струёй режущего кислорода, что нарушит нормальный процесс резки. Этому условию не удовлетворяют высокохромистые стали и алюминий. При резке высокохромистых сталей образуются тугоплавкие оксиды с температурой плавления 2000 о С, а при резке алюминия – оксид, температура плавления которого около 2050 о С. Кислородная резка их невозможна без применения специальных флюсов.

Теплоты, которая выделяется при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно для поддержания непрерывного процесса резки. При резке стали около 70% теплоты выделяется в результате сгорания металла в кислороде и только 30% её поступает от подогревающего пламени резака.

Образующиеся при резке шлаки должны быть жидкотекучими и легко выдуваться из места реза.

Теплопроводность металлов и сплавов не должна быть слишком высокой, иначе теплота от подогревающего пламени и нагретого шлака интенсивно отводится от места реза, процесс резки становится неустойчивым и в любой момент может прерваться. При резке стали сгорание железа в кислороде происходит в соответствии со следующими реакциями:

Fe + 0,5O 2 = FeO + 269 МДж/кмоль,

2Fe + 1,5O 2 = Fe 2 O 3 + 272 МДж/кмоль,

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 +276 МДж/кмоль.

Из уравнений следует, что на сгорание 1 кг железа расходуется 0,38 кг (0,27 л) кислорода, или на 1 см 3 железа требуется 2,1 л кислорода. На практике же расход кислорода в процессе резки может быть выше или ниже теоретического значения, так как часть металла выдувается из полости реза в неокислённом виде и вытекающий шлак содержит не только оксиды, но и металлическое железо. Выделяемое при горении железа значительное количество теплоты оплавляет поверхность металла. Этот жидкий металл увлекается в шлак вместе с расплавленными оксидами. Количество теплоты, образующееся в результате сгорания железа при резке, в 6-8 раз превышает количество теплоты, выделяемой подогревающим пламенем резака.

Указанным условиям удовлетворяет лишь железо и его технические сплавы – стали. Большинство других металлов не поддаются кислородной резке.

Разрезаемость металла. Ниже приведены характеристики разрезаемости углеродистых сталей.

Разрезаемость кислородом конструкционных сталей оценивают по содержанию в них эквивалентного углерода:

C э = C + 0,16Mn + 0,3 (Si + Mo) + 0,4Cr + 0,2V + 0,04 (Ni + Cu).

Цифры, стоящие перед обозначением элементов, указывают их содержание в сталях (в процентах по массе).

Характеристика разрезаемости конструкционных сталей.

		Разрезаемость стали		Марка стали
углерода	эквивалентного углерода
		Возможна резка в любых условиях без ограничений и без подогрева до и после резки.	15Г,20Г,10Г2,15М, 15НМ и др.
		В летнее время - хорошая без подогрева. В зимнее время необходим подогрев до150 о С	30Г, 40Г, 30Г2, 15Х, 20Х, 15ХФ, 10ХФ, 15ХГ, 20М, 12ХНЗА, 20ХНЗА и др.
		Резка затруднена в связи с возможностью образования закалочных трещин. Необходим предварительный подогрев до 500 о С	50Г - 70Г, 35Г2 - 50Г2, 30Х - 50Х и др. 12ХМ - 35ХМ, 20ХГ - 40ХГ, 40ХН - 50ХП, 12Х2Н4А - 20Х2Н4А, 40ХФА, 5ХНМ, ШХ10, 25ХМФА и др.
		Резка затруднена в связи с возможностью образования трещин после резки. Необходим предварительный подогрев до 300-400 о С и замедленное охлаждение металла после резки.	25ХГС - 50ХГС, 33ХГС - 40ХС, 20ХЗ, 35ХЮА, 37ХНЗА, 35Х2МА, 25НВА, 38ХМЮА, 40ХГМ, 45ХНМФА, 50ХГА, 50ХТФА, 5ХНМ, 12Х2НЗМА, ШХ15, ШХ15СГ и др.

Влияние легирующих элементов на разрезаемость стали при кислородной резке.

Предварительный подогрев необходим в первую очередь для предупреждения образования трещин и выполняется в газовых печах, нагревательных колодцах или пламенем многопламенной горелки.

Высоколегированные стали кислородной резке не поддаются из-за образования в процессе резки тугоплавких оксидов, которые с трудом удаляются из полости реза (разреза). Высокоуглеродистые, высоколегированные аустенистные, высокохромистые стали не поддаются газокислородной резке. В этом случае применяют кислородно-флюсовую или плазменно-дуговую резку.

Для резки необходим чистый кислород; даже небольшое количество примесей заметно снижает ей скорость и значительно повышает расход кислорода. В качестве горючего дл подогревающего пламени при кислородной резке можно использовать любой промышленный горючий газ, а также бензин, бензол, керосин и т.д.

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.

Цветные металлы также не поддаются процессу резки из-за высокой температуры плавления их оксидов и значительной теплопроводности.

Медь не режется вследствие высокой теплопроводности и незначительного количества теплоты, выделяющейся при её сгорании. Медь и её сплавы можно обрабатывать кислородно-флюсовой резкой.

Алюминий не режется по причине чрезмерной тугоплавкости образующегося оксида. Для алюминия и его сплавов применяют плазменную дуговую резку.

Показатели режима резки. Основными показателями режима резки являются: мощность пламени, давление режущего кислорода и скорость резки. От их выбора во многом зависят производительность и качество резки.

Мощность пламени определяется толщиной разрезаемого металла, составом и состоянием стали (прокат или поковка). При ручной резке из-за неравномерности перемещения резака обычно приходится в 1,2-2 раза увеличивать мощность пламени по сравнению с машинной. При резке литья следует повышать мощность пламени в 3-4 раза, так как поверхность отливок, как правило, покрыта песком и пригаром.

Для резки стали толщиной до 300 мм применяют нормальное пламя, а толщиной свыше 400 мм – подогревающее пламя с избытком ацетилена (науглероживающее) для увеличения длины факела и прогрева нижней части реза.

Давление режущего кислорода зависит от толщины разрезаемого металла, формы режущего сопла и чистоты кислорода. При повышении давления сверх нормативного скорость резки уменьшается, и качество поверхности реза ухудшается. Соответственно увеличивается расход кислорода.

Скорость резки должна соответствовать скорости окисления металла по толщине разрезаемого листа. Судить о правильном выборе скорости резки можно по следующим признакам. При замедленной скорости происходит оплавление верхних кромок разрезаемого листа и расплавленные шлаки (оксиды) вылетают из разреза в виде потока искр в направлении резки.

Слишком большая скорость характеризуется слабым вылетом пучка искр из разреза в сторону, обратную направлению резки, и значительным «отставанием» линий реза от вертикали. Возможно непрорезаение металла. При нормальной скорости резки поток искр и шлака с обратной стороны разрезаемого листа сравнительно небольшой и направлен почти параллельно кислородной струе.

Подготовка поверхности. Перед резкой поверхность разрезаемого металла должна быть тщательно очищена от окалины, ржавчины, краски и грязи. Для ручной резки достаточно очистить пламенем резака место реза в виде узкой полосы (30-50 мм) с последующей зачисткой металлической щеткой. Перед механизированной резкой на стационарных машинах листы обычно правят на листоправильных вальцах и очищают всю поверхность либо химическим, либо механическим (дробеструйной обработкой) путем.

Листы укладываются горизонтально на опоры. Свободное пространство под листом должно составлять половину толщины разрезаемого металла плюс 100мм.

Положение и перемещение резака в процессе резки. Перед началом резки подогревающим пламенем нагревают кромку разрезаемого металла до температуры оплавления и затем включают режущий кислород.

Положение резака в начале резки зависит от толщины разрезаемой стали. При прямолинейной резке листовой стали толщиной до 50 мм резак устанавливается вертикально, а при большой толщине листа – под углом 5 о к поверхности торца листа. Затем его наклоняют на 20-30 о в сторону, обратную движению резака. Такое положение резака способствует лучшему прогреву металла по толщине и повышению производительности резки. При вырезке фигурных деталей резак должен быть строго перпендикулярен к поверхности разрезаемого металла.

Дляоблегчения резки и ускорения прогрева металла целесообразно делать зарубку зубилом в начальной точке реза.

Пробивка отверстий . Техника пробивки отверстий в листовой стали имеет особенности. При небольшой толщине металла (до 20 мм) и выполнении резки вручную пробивка отверстий внутри контура листа производится резаком. После предварительного нагрева металла до температуры оплавления подогревающее пламя выключается и на время пробивки отверстия с помощью вентиля на резаке включается подача режущего кислорода, после чего пламя вновь зажигается в раскаленном металле. Такая техника пробивки отверстий исключает возможность возникновения хлопков и обратных ударов.

При пробивке отверстий в металле толщиной от 20 до 50 мм лист следует устанавливать в наклонном положении или вертикально для облегчения стекания образующегося шлака.

При пробивке отверстий в металле толщиной более 50мм вначале сверлением выполняется небольшое отверстие.

Машинная резка допускает возможность пробивки отверстий резаками в металле толщиной до 100мм. Для этого после нагрева места пробивки до температуры оплавления медленно увеличивают давление режущего кислорода до требуемого значения с одновременным включением резака (машины), скорость которого должна составлять 150-600 мм/мин. Благодаря такому приёму брызги металла не попадают на торец резака, уменьшается вероятность хлопков и обратных ударов. Отверстия можно пробивать как с контура, так и вблизи его.

В процессе резки расстояние от торца мундштука до металла следует поддерживать постоянным. При ручной резке это достигается использованием специальных тележек, прикрепляемых к головке резака, а при машинной – укладкой листа в строго горизонтальное положение и применением суппортов с плавающей кареткой (обработка листов, не подвергавшихся правке).

В случае резки листов толщиной до 100 мм расстояние от торца мундштука до поверхности разрезаемого металла должно быть на 2 мм больше длины ядра пламени. Прирезке стали толщиной более 100 мм и работе на газах-заменителях ацетилена указанное расстояние увеличивают на 30-40% во избежание перегрева мундштука.

Ручная разделительная кислородная резка.

Резка листов . Ручная разделительная резка применяется для резки листов, поковок профильного проката и скрапа. При резке в качестве горючего газа используется как ацетилен, так и газы-заменители ацетилена (пропан-бутан, природный газ и др.). В последнем случае увеличивается время предварительного подогрева металла до начала процесса резки, поэтому предпочтительнее использовать ацетилен (где это возможно). Резка скрапа преимущественно производится с применением жидкого горючего (керосин, бензин и их смеси).

Для резки листов толщиной от 3 до 300 мм используются универсальные ручные резаки Р2А-01,РЗП-01, а до 800 мм – специализированные резаки типа РЗР-2.

Резка стали малой толщины сопровождается значительным перегревом, оплавлением кромок и короблением разрезаемого металла. При этом на резаках устанавливается внутренний мундштук №0 с минимальным отверстием для режущего кислорода и наружный мундштук №1. Лучшие результаты даёт резка с последовательным расположением подогревающего пламени и режущего кислорода. Резку ведут с максимальной скоростью и минимальной мощностью подогревающего пламени. Мундштук резака наклоняют под углом 15-40 о к поверхности реза в сторону, обратную направлению резки.

Перед началом резки нужно положить лист на опоры, очистить место реза и установить на резаке мундштуки в зависимости от толщины разрезаемой стали. Мощность пламени и давления газов (кислорода и горючего) регулируют при открытом вентиле режущего кислорода. Подогрев листа начинается с кромки и длится обычно 3-10 с. Если резку начинают с середины листа, продолжительность подогрева увеличивается в 3-4 раза.

Точность и качество ручной резки зависят от правильного выбора режимов и квалификации резчика. Чтобы повысить точность, резку выполняют по разметке и направляющим (при прямолинейной резке). Качество резки в значительной степени зависит от своевременного пуска режущего кислорода, равномерного перемещения резака и поддержания постоянного расстояния между резаком и поверхностью листа. Для этого используют простейшие приспособления: циркуль для вырезки фланцев и отверстий, тележку для поддержания постоянного расстояния между резаком и поверхностью листа; направляющую линейку или уголок для прямолинейных резов и т. д.

Существуют особые технологические приемы повышения качества ручной резки. К ним относятся, например, безгратовая и пакетная резка.

Безгратовая резка применяется для получения поверхности реза без грата на нижних кромках. При этом используют кислород чистотой не ниже 99.5 и сопло режущего кислорода с расширением на выходе (для резки металла толщиной более 12 мм).

Пакетная резка позволяет получать качественный рез тонких листов (толщиной 1,5-2 мм). Листы складываются в пакет и стягиваются струбцинами. Максимальная толщина каждого листа 8-10 мм, а общая толщина пакета – не более 100 мм. Режимы резки устанавливаются по суммарной толщине пакета, однако скорость ей должна быть несколько ниже, чем для однослойной стали той же толщины.

Пакетную резку можно производить без плотного прилегания листов (с зазорами между ними до 3-4 мм). В этом случае пакет закрепляют с одной стороны и выполняют резку кислородом низкого давления (0,3-0,5 МПа) с рассверливанием горлового канала мундштука на 0,3-04 мм. Облегчает начало процесса резки сборка листов с небольшим сдвигом. Пакетную резку используют и при машинной резке.

Резка поковок и отливов. Производится ручным резаком типа РЗР-2, работающим на пропан-бутане в смеси с кислородом. Этот резак режет поковки и отливки толщиной от 300 до 800 мм. Для обеспечения качественной резки заготовок такой толщины важное значение имеют положение резака и скорость его перемещения. В начале резки резак располагают под прямым углом к разрезаемой поверхности или под углом 5 о в сторону, обратную движению. После предварительного подогрева места начала резки и пуска режущего кислорода необходимо убедиться в полном прорезании металла по всей толщине и затем начать перемещение резака. К концу реза следует немного снизить скорость резки и увеличить угол наклона резака в сторону, обратную движению, до 10-15 о для обеспечения полного прорезания конечного участка и уменьшения отставания линий реза.

Резка труб. Ручная кислородная резка используется для обрезки торцов труб под сварку, вырезки дефектных участков и отверстий в трубопроводах и т.д. Резка выполняется с использованием в качестве горючего газа ацетилена или газов-заменителей. Трубы можно резать в любых пространственных положениях. Резка труб небольшого диаметра выполняется без их поворота. При резке неповоротных труб большого диаметра резак перемещается по направляющему угольнику, а при резке поворотных труб используются специальные каретки и роликовые стенды.

Скорость резки труб с толщиной стенок 6-12 мм не превышает 800мм/мин. Для повышения скорости резки резак устанавливают под углом 15-25 о к касательной в точке пересечения оси резака с поверхностью трубы. При этом увеличивается зона взаимодействия кислорода с металлом и образующийся в процессе резки шлак нагревает лежащий впереди участок трубы, благодаря чему улучшается окисление металла. Однако время предварительного подогрева поверхности трубы до температуры воспламенения увеличивается до 60-70с. Чтобы избежать этого, необходимо ввести в зону реакции стальной пруток (или железный порошок). В этом случае средняя скорость резки труб диаметром 300-1020 мм с толщиной стенки до 12 мм составляет 1,5-2,5 м/мин, т.е. повышается в 2-3 раза по сравнению с резкой при перпендикулярном расположении резака.

Резка производится универсальными или вставными резаками. Режимы её устанавливаются в зависимости от толщины металла согласно паспортным характеристикам резаков.

Резка профильного проката. Последовательность операций резки зависит от профиля разрезаемого металла. Резку уголка начинают с кромки полки. Резку двутавровых балок начинают с резки полок, а затем прорезают стойку.

Кислородная (газовая) резка основана на свойстве неко­торых металлов в нагретом состоянии сгорать в струе кис­лорода. При этом нагрев металла до температуры его восп­ламенения, т.е. начала активного сгорания, обеспечивается газокислородным пламенем. В качестве горючих газов мо­гут применяться - как и при газовой сварке - ацетилен, пропан, бутан, пропан-бутановые смеси, природный газ, а также пары жидких горючих веществ - керосина и бензи­на (максимальная температура пламени паров керосина в смеси с кислородом 2400-2450°С, то же для бензина 2500-2600°С).

На рис. 15.1 показана схема кислородной резки. Резка начинается с нагрева металла в начале реза подогреваю­щим газокислородным пламенем до температуры воспламе­нения (температура воспламенения стали в кислороде со­ставляет 1100-1300°С). Затем подают струю режущего кислорода, и нагретый металл начинает гореть по всей тол­щине реза с выделением большого количества теплоты. Эта теплота идет на разогрев нижележащих слоев металла. Об­разующиеся оксиды, а также частично расплавленный ме­талл выдуваются из места реза струей кислорода.

Кислородная резка выполняется с использованием того же оборудования, что и газовая сварка. Основной отличи­тельной особенностью является применение вместо свароч­ных горелок специализированного инструмента - реза­ков. Резаки служат для смешивания горючего газа с кис­лородом, образования подогревающего пламени и подачи к разрезаемому металлу струи режущего кислорода.

Условия резки и разрезаемость. Кислородной резкой можно обработать металлы, обладающие следующими свой­ствами:

1. Температура горения (интенсивного окисления) ме­талла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления, иначе металл будет переходить в жидкое состо­яние до того, как начнется его горение.

2. Температура плавления образующихся при горении металла оксидов должна быть более низкой, чем темпера­тура плавления металла. При этом оксиды металла должны быть достаточно жидкотекучими и легко удаляться из поло­сти реза струей режущего кислорода.

3. Металл должен обладать невысокой теплопроводно­стью, в противном случае из-за высокого теплоотвода про­цесс резки может прерваться.

Разделительная кислородная резка. Резка может выполняться ручным или механизированным способом с применением соответственно ручных резаков или машин для кислородной резки. Меха­низация процесса кислородной резки позволяет повысить производительность, качество реза и значительно улучшить условия труда резчиков. Технология разделительной кисло­родной резки определяется подготовкой металла, техникой и режимами резки.

Поверхностная кислородная резка. Струя режущего кислорода при этом.спосо­бе резки направлена к поверхности обработки под углом 15-40°. Как и при разделительной резке, металл в начале и в процессе поверхностной резки нагревается подогреваю­щим газокислородным пламенем и теплотой горения метал­ла. Но, в отличие от первой, металл, расположенный впе­реди резака, нагревается также перемещающимся нагретым шлаком.

§ 1. Сущность и условия кислородной резки. Основные параметры реза при разделительной кислородной резке. Влияние примесей в стали на процесс кислородной резки. .

Сущность процесса кислородной резки основана на сгорании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся жидких окислов. Резке предшествует нагрев места начала реза до температуры примерно 1300-1350° С (для стали). После этого включается подача режущего кислорода, который окисляет металл и разрезает его. Сгоревший (окисленный) металл выдувается струей кислорода. В процессе горения (окисления) металла выделяется большое количество теплоты, которая нагревает близлежащие (впереди лежащие) слои металла до температуры воспламенения. Таким образом, процесс горения металла в кислороде распространяется по всей толщине разрезаемого металла.

Обычной кислородной резке поддаются только те металлы, которые удовлетворяют следующим условиям:

1. Температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления. Низкоуглеродистая сталь плавится при температуре примерно 1500° С, а воспламеняется в кислороде при температуре 1300-1350° С; она хорошо поддается кислородной резке.

2. Температура плавления образующихся окислов должна быть ниже температуры плавления основного металла, так как в противном случае тугоплавкие окислы не будут выдуваться струей кислорода и процесс резки может прекратиться. Хромистые стали образуют тугоплавкие окислы хрома с температурой плавления около 2000° С. Они поддаются только кислородно-флюсовой резке.

3. Количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла в струе кислорода, должно быть достаточным для подогревания последующих нижележащих (впереди лежащих) слоев, т. е. для поддержания непрерывного процесса резки.

4. Теплопроводность металла не должна быть высокой, так как интенсивный отвод теплоты от места реза приведет к тому, что процесс резки будет прерываться или вообще не начнется. По этой причине медь, алюминий и их сплавы поддаются только кислородно-флюсовой резке.

5. Образующиеся при сгорании металла шлаки должны быть жидкотекучими, так как тугоплавкие и вязкие шлаки не будут выдуваться кислородной струей из полости реза. Поэтому чугуны, образующие тугоплавкие окислы кремния, резке не поддаются: для них возможна только кислородно-флюсовая резка.

С увеличением содержания в стали углерода, а также различных примесей процесс резки усложняется. Влияние их на процесс резки приведено в табл. 52.

52. Влияние примесей в стали на процесс резки

Приближенно на способность подвергаться резке различных сталей указывает эквивалентное содержание углерода в ней, которое определяется по формуле

С эк =С+0,155 (Cr+Mo)+0,14 (Mn+V)+0,11Si+0,045 (Ni+Cu)

B этой формуле цифры при символах элементов означают содержание их в стали в весовых процентах.

При резке сталей с повышенным эквивалентным содержанием углерода необходим предварительный подогрев (табл. 53).

53. Температура предварительного подогрева стали при резке

По направленности струи режущего кислорода и характеру образуемых резов различают два основных вида кислородной резки: 1. Разделительную, образующую сквозные разрезы (вырезка деталей из листа, резка металла на части, скос кромок под сварку и др.).

2. Поверхностную, дающую на поверхности металла углубления (канавки) овальных очертаний (удаление дефектных швов, строжка поверхности, выплавка канавок и др.).

Основные параметры реза при разделительной кислородной резке показаны на рис. 127.

Рис. 127. Основные параметры реза :

B В - ширина реза вверху, B Н -ширина реза внизу, f - неперпендикулярность реза, l - глубина бороздок (шероховатость), Δ - отставание, r - радиус оплавления верхней кромки

На скорость резки большое влияние оказывает чистота кислорода (табл. 54). С уменьшением чистоты кислорода значительно снижается скорость резки. Наиболее целесообразно применять кислород чистотой 99,5% и более. Применять кислород чистотой 95% нецелесообразно, так как кроме малой скорости резки поверхность реза получается нечистой, с глубокими рисками и трудно отделимым гратом.

54. Зависимость скорости резки от чистоты кислорода

* За 100% принята скорость резки для кислорода чистотой 99,5%.

Введение

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 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.

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;

Сущность кислородной резки. Кислородной резкой на­зывают способ разделения металла, основанный на использовании для его нагрева до температуры воспламенения-теплоты газового пламени и экзотермической (с выделением теплоты) реакции окисления металла, а для удаления окис­лов - кинетической энергии режущего кислорода.

По характеру и направленности кислородной струи раз­личают три основных вида резки: разделительная, при которой образуются сквозные разрезы; поверхностная, при которой снимается поверхностный слой металла; кислород­ным копьем, заключающаяся в прожигании в металле глу­боких отверстий.

На рис. 6 показана схема разделительной резки. Металл 3 нагревается в начальной точке реза до температуры вос­пламенения (в кислороде для стали до 1000-1200°С) подо­гревающим ацетиленокислородным пламенем 2, затем направляется струя режущего кислорода 1, и нагретый металл начинает гореть с выделением значительного количества теплоты по реакции 2Fe+2O 2 =Fe 3 O 4 +Q.

Теплота от горения железа Q вместе с подогревающим пламенем разогревает лежащие ниже слои и распространя­ется на всю толщину металла. Чем меньше толщина разрезаемого металла, тем больше роль подогревающего пламени (при толщине 5 мм - до 80% общего количества теплоты, выделяемой при резке, при толщине более 50 мм - только 10%). Образующиеся окислы 5, а также ча­стично расплавленный металл удаля­ются из зоны реза 4 под действием кинетической энергии струи кислоро­да. Непрерывный подвод теплоты и режущего кислорода обеспечивают не­прерывность процесса.

Условия резки и разрезаемость . Для обеспечения нормального процес­са резки должны быть выполнены следующие условия:

1. Источник теплоты должен иметь необходимую мощность, чтобы обеспечить нагрев металла до требуемой температуры сгорания металла, а количество теплоты, выделяющейся при сгора­нии металла в кислородной струе, должно быть достаточным для поддержания непрерывного процесса резки,

2. Температура плавления металла должна быть выше температуры его окисления (горения) в кислороде, иначе металл при нагреве будет плавиться и принудительно уда­ляться из разреза без характерного для процесса резки оки­сления, являющегося главным источником теплоты.

3. Температура плавления металла должна быть выше температуры плавления образующихся в процессе резки окислов, иначе тугоплавкие окислы изолируют металл от контакта с кислородом и затруднят процесс резки.

4. Образующиеся окислы и шлак должны быть жидкотекучими и легко выдуваться струей режущего кислорода, иначе контакт кислорода с жидким металлом будет замед­лен или вовсе невозможен.

Всем перечисленным условиям удовлетворяет углеродис­тая сталь, поэтому ее можно резать кислородом.

Первому условию при газовой резке не удовлетворяет медь в связи с ее высокой теплопроводностью, сильно за­трудняющей начало процесса резки, и низким тепловыделе­нием при окислении. Поэтому мощности газовых резаков недостаточно для резки меди, и медь можно резать, приме­няя более мощный тепловой источник - электрическую дугу.

Второму и четвертому условию не удовлетворяет чугун. По мере повышения содержания углерода в железе процесс резки значительно ухудшается из-за снижения температуры плавления и повышения температуры воспламенения. Чугун, содержащий более 1,7% углерода, кислородной резкой не обрабатывается. Кроме того, вязкость шлака значительно возрастает при увеличении содержания кремния, который обязательно содержится в чугуне, что также является одной из причин невозможности вести кислородную резку чугуна. Третье условие не удовлетворяется при резке алюминия, магния и их сплавов, а также сталей с большим содержани­ем хрома и никеля. При нагревании этих сплавов в процес­се резки на их поверхности образуется пленка тугоплавкого окисла, препятствующая поступлению кислорода к неокис­ленному металлу.

Основные параметры кислородной раздели­тельной резки :

характеристики подогревающего пламени - мощность, горючий газ, соотношение смеси горючего газа и кислорода;

характеристики струи режущего кислорода - давление, расход, форма, чистота, скорость резки.

Подогревающее пламя имеет при резке нейтральный ха­рактер (β=1,1 для ацетилена, β=3,5 для пропанобутановой смеси). Мощность подогревающего пламени увеличивают с увеличением толщины разрезаемого металла.

Качество кислородной резки. Качество резки характери­зуется точностью траектории и качеством поверхности реза. Наименьшие отклонения траектории (линии) реза от задан­ной получаются при резке на машинах с программным, фотоэлектронным и электромагнитным управлением, наи­большие - при ручной резке без направляющих приспособ­лений. Величина отклонений зависит от длины, толщины, состояния поверхности листа, формы вырезаемой заготовки, квалификации резчика.

Качество реза характеризуется неперпендикулярностью и шероховатостью его поверхности, равномерностью шири­ны реза, наличием подплавления верхней кромки и грата на нижней кромке (рис. 7, а).

Неперпендикулярность поверхности реза образуется при изменении угла наклона резака к поверхности листа, а также от расширения режущей струи кислорода при вы­ходе ее из реза. Шероховатость поверхности реза опреде­ляется количеством и глубиной бороздок, оставляемых ре­жущей струей кислорода (рис. 7, в). Бороздки имеют обыч­но криволинейное очертание из-за отставания Δ от оси мунд­штука режущей струи кислорода (рис. 7, б). Чем больше толщина металла, меньше чистота кислорода, тем больше отставание. Обычно отставание составляет от 1 до 15 мм при прямолинейной резке листов толщины от 5 до 200 мм. Глубина бороздок зависит от давления кислорода, скорости резки, равномерности перемещения резака и состава горю­чего. Величина оплавления кромок находится в прямой за­висимости от мощности подогревающего пламени к в обрат­ной - от скорости резки. ГОСТ 14792 устанавливает три класса качества при машинной резке: 1-й класс- выс­ший, 2-й класс - повышенный, 3-й класс - обычный. Для каждого класса установлены предельные допуски на не­перпендикулярность поверхности, на шероховатость и отклонения от линии реза.

Для повышения производительности и качества реза применяют ряд разновидностей кислородной разделитель­ной резки.

Скоростная кислородная резка достигается за счет на­клона резака на 45° в сторону, обратную направлению пере­мещения. Скорость резки листовой стали толщиной 3-20 мм повышается в 2-3 раза, но ухудшается качество реза.

Высококачественная скоростная кислородная резка (смыв-процесс) позволяет увеличить и скорость (в 1,5-2,5 ра­за) и качество резки. Первое достигается за счет острого угла наклона резака - 25°, второе - применением специ­альных мундштуков, имеющих три отверстия для режущего кислорода, расположенных по углам равнобедренного тре­угольника. Впереди перемещается основная режущая струя, которая осуществляет резку металла на всю толщину. Две другие струи, расположенные по бокам и сзади основной, «защищают» горячие кромки, образованные основной стру­ей, Недостатком способа с острым углом является невозмож­ность фигурных резов и большая ширина реза.

Резка кислородом высокого давления до 5 МПа обеспе­чивает увеличение скорости резки металла толщиной до 60 мм на 30-50%.

Стали толщиной до 300 мм, разрезают обычными универ­сальными резаками. Сварка сталей большой толщины связана с дополнительными трудностями: необходимостью при­менения высоких давлений кислорода, трудностью прогрева нижних слоев металла и удаления шлака на большом рас­стоянии от резака. Поэтому стали большой толщины (свы­ше 300 мм) режут специальными резаками, мундштуки которых имеют увеличенные по сравнению с универсальными резаками "проходные сечения для режущего кислорода. Применяют науглероживающее подогревающее пламя, так как в этом случае оно будет более длинным.

Поверхностная кислородная резка металла. Поверхно­стной кислородной резкой называется процесс снятия кис­лородной струей слоя металла, В этом случае струя кислоро­да направлена к поверхности обработки под острым углом 15-40°, но в отличие от разделительной резки направление струи совпадает с направлением резки, и металл, расположенный впереди резака, нагревается перемещающимся на­гретым шлаком (рис. 8).

Рис. 8. Схема поверхностной резки:

1 - мундштук, 2 - шлак, 3 - канавка

Рис. 9. Схема прожигания отверс­тия в бетоне кислородным копьем: 1 - держатель копья, 2 - копье, 3 - защитный экран, 4 - бетонное изделии

Резку кислородным копьем (рис. 9) выполняют тонко­стенной стальной трубкой (копьем) с наружным диаметром 20-35 мм. Трубку подсоединяют к рукоятке с вентилем для кислорода и по ней подают кислород к месту реза. До на­чала резки конец трубки нагревают газовой горелкой или электрической дугой до температуры воспламенения. Кис­лородное копье горящим концом прижимают с достаточно большим усилием к изделию (металл, бетон, железобетон) и прожигают, таким образом, отверстие. Образуемые в про­цессе прожигания отверстия шлаки давлением кислорода и газов выносятся наружу в зазор между копьем и стенкой прожигаемого отверстия. Этому процессу способствуют воз­вратно-поступательные и вращательные движения копьем.

Кислородно-флюсовая резка . Для резки хромистых, хромоникелевых нержавеющих сталей, чугуна и цветных ме­таллов, которые не удовлетворяют условиям кислородной резки, применяют способ кислородно-флюсовой резки. Сущность заключается в том, что в зону реза вместе с режущим кислородом вводится специальный порошкооб­разный флюс, при сгорании которого выделяется дополни­тельная теплота и повышается температура в зоне реза. Кроме того, продукты сгорания флюса, взаимодействуя с тугоплавкими окислами, образуют жидкотекучие шлаки, которые легко удаляются из зоны реза, не препятствуя нормальному протеканию процесса.

Основным компонентом порошкообразных флюсов, при­меняемых при резке металлов, является железный поро­шок, который, сгорая, выделяет большое количество тепло­ты (около 1800 ккал/кг). Лучшие результаты при сварке нержавеющих сталей достигаются при добавлении к желез­ному порошку 10-15% алюминиевого порошка. Для по­верхностной и разделительной резки нержавеющих сталей используют в качестве флюса смесь алюминиево-магниевого порошка с ферросилицием или силикокальцием. Алюминиево-магниевый порошок, входящий во флюсовую смесь, сгорая в струе кислорода, повышает температуру пламени, а ферросилиций или силикокальций действует на окислы хрома, как флюсующая добавка.

Основная задача флюса при резке чугуна состоит в раз­бавлении флюса железом в области реза, снижении в сплаве содержания углерода, а также разжижении шлака, в кото­ром содержится много кислорода. В состав флюсов для резки чугуна входят железный и алюминиевый порошки, кварцевый песок и феррофосфор.

Цветные металлы и сплавы подвергаются кислородно-флюсовой резке только с применением флюсов. Установки для кислородно-флюсовой резки состоят из двух основных частей: резака (ручного или машинного) и флюсопитателя, обеспечивающего подачу и регулирование расхода флюса.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Технологические основы сварки плавлением и давлением

Лекция.. введение.. г петров открытие электрической дуги г бенардос н н запантетовал сварку металлов электрической дугой между угольными электродами..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Аппараты подвесного типа
В аппаратах этого типа, как правило, отсутствует механизм для сварочного движения, что делает их достаточно простыми и портативными. Обычно в состав таких аппаратов входит механизм подачи электродо

Сущность газокислородной сварки
Горючие газы.При газопламенной обработке (сварке, резке, поверхностной обработке, пайке) в качестве источни­ка теплоты используется газовое пламя - пламя горючего газа, сжигаемого

Дуговые и лучевые виды резки металлов
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 ре

Оборудование и аппаратура для газовой сварки и резки
Ацетиленовые генераторы. Ацетиленовым генератором называется аппарат, служащий для получения ацетилена при разложении карбида кальция водой.

Требования безопасности труда при газовой сварке, и резке
Основными источниками опасности при газовой сварке и резке являются: взрывы ацетиленовых генераторов от обратных ударов пламени, если не срабатывает водяной затвор; взрывы кислоро

Лучевые способы сварки
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА (ELs-) Этот способ сварки основан на использовании энергии, высво­бождаемой при торможении потока ускоренных электронов в свари­ваемых материалах. Преобразование

Границы применимости
Размеры: микроплазменную сварку рекомендуют для металла толщиной s = 0,01-1 мм; сварку сжатой дугой для s = 0,8-25 мм. Группы материалов: угле­родистые, низко- и высоколегированные стали;

Сущность и основы электроконтактных способов сварки
ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ СВАРКА Точечная сварка Схема точечной сварки показана на рис, 1, 2.

Сварка вращающимся трансформатором
Ток подводится к одной стороне детали роликовыми электродами, несущими вра­щающийся сварочный трансформатор, а сжатие кромок производится боковыми на­жимными роликами. Сварка осуществляется непреры