Сущность и основные условия кислородной резки металлов

КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сущность и основные условия кислородной резки металлов

Сущность процесса резки, Кислородная рез­ка стали 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 даже поддерживаться за счет теплоты сгорания железа.

Начально реакцией при резке стали будет

 
Кислородная резка входит в группу процессов так называемой термической резки металла, объединяемых общим названием «газовая рез­ка металлов». В эту группу, кроме кислородной резки, входят: кисло­родно-флюсовая, кислородно-дуговая, воздушно-дуговая, плазменно-дуговая к плазменная резка металлов.

Как показал анализ шлака, 30—40% удаленного из реза металла составляет не сгоревшее, а только расплавившееся железо; 90—95% окислов состоит из FcO, которая после удаления из реза реагирует по уравнению

Для реакции образования Fe0,947О на 1 дм2 кислорода требуется 0,57 см3 Fe, Фактический расход режущего кислорода составляет примерно 1,75 дм3 О2 на 1 см Fe. Окисел Fe0.947O имеет температуру плавления 1370° С, т. е. значительно ниже температуры плавления железа.

Скорость реакции Fe+O = FeО пропорциональна корню квадратному из Рреакции, где Рреакции — 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 потерн 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 tiee 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.

При резке под водой применяются — пары бензина.

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 рас-ход кислорода на 1 м шва на 25—35%, а время резки — яа 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 трудновыделяемымн шлаками (гратом),

Скорость резки толщина металла, расход ацетилена в подогревающем пламени и эффективная мощность пламени связаны между собой зависимостью (рис. 75).

Производительность резки зависит также от распреде­ления подогрева. Применение нескольких подогревающие пламени 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 (рис. 76).

Рис. 75. Зависимость эффективной мощности пламени от расхода ацетилена, скорости резки и толщины металла (по данным В. С. Головниченко)

Рис. 76. Влияние предва­рительного подогрева ме­талла на скорость резки

Основные условия резки. Для процесса резки металла кислородом необходимы следующие условия:

температура горения металла в кислороде должна быть ниже температуры плавления, иначе металл будет плавить-сп 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 нз места разреза;

количество тепла, выделяющееся при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно большим, чтобы

обеспечить поддержание процесса резки {см. баланс тепла резки, приведенный выше);

теплопроводность металла не должна быть слишком вы­сокой, так как иначе, вследствие интенсивного теплоотвода, процесс резки может прерываться.

Влияние состава стали на резку. Перечис­ленным выше условиям наиболее полно отвечают стали с небольшим содержанием углерода и легирующих примесей. Низко- и среднеуглеродистые, а также низколегированные стали при содержании углерода до 0,3% хорошо режутся кислородом, достаточно легко поддаются резке.

Способность стали подвергаться резке можно оценить по ее химическому составу, пользуясь формулой эквивален­та углерода

В табл. 25 приведена классификация сталей по их спо­собности разрезаться кислородом.

 

Таблица 25 Классификация сталей по разрезаемое их кислородом

Кислородная резка почти не оказывает влияния на свой­ства низко углеродистой стали вблизи места реза. Только при резке сталей с повышенным содержанием углерода кромки разреза становятся более твердыми, так как такая сталь частично закаливается в месте pазреза. Глубина зоны влияния при резке указана в табл. 26

 
Таблица 26 Глубина зоны влиянии при резке стали

При резке высоколегированных хромистых, хромомарганцовистых и хромоннкелевых сталей происходит обедне­ние кромок хромом, кремнием, марганцем н титаном, а со­держание никеля возрастает. В структуре такой стали меж­ду кристаллами около кромки появляются включения легкоплавких сульфидов и силицидов железа, что способ­ствует возникновению горячих трещин в момент остывания кромок. Возможна межкристаллитная коррозия после рез­ки. Поэтому при резке этих сталей кислородом, кромки после резки в случае необходимости, фрезеруются или строгаются для удаления металла на толщину зоны влия­ния резки.

* Сульфиды — соединения с серой, силициды — с кремнием.

Для некоторых марок высоколегированных хромистых сталей применяют термическую обработку для восстанов­ления структуры кромок после резки кислородом (табл. 27).

 Таблица 27 Виды термической обработки высоколегированных хромистых сталей после резки кислородом