Кислородная резка металлов

КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сущность кислородной резки

Общие положения. Кислородной резкой называют способ разделения металла, основанный на использовании теплоты газового пламени и реакции окисления - для его нагрева до температуры воспламенения, а для удаления оксидов - кинетической энергии струи режущего кислорода.

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

Рассмотрим схему разделительной резки (рис.1). Металл 1 нагревается в начальной точке реза до температуры воспламенения (в среде кислорода сталь - до 1000-1200 °С) подогревающим ацетиленокислородным пламенем 2, затем направляется струя режущего кислорода 3, и нагретый металл начинает гореть с выделением значительного количества теплоты, т. е. происходит реакция

2Fe + 20 = FeO + Q.

Рис.1. Схема газокислородной резки

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

Условия резки и разрезаемость металлов. Не все металлы и сплавы поддаются резке окислением. Для обеспечения процесса резки должны быть выполнены следующие условия:

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

2. Температура горения (окисления) металла в кислородной струе должна быть ниже температуры его плавления; в этом случае металл горит в твердом состоянии;

3. Температура плавления металла должна быть выше температуры плавления образующихся в процессе резки оксидов, иначе тугоплавкие оксиды изолируют металл от контакта с кислородом и затрудняют процесс резки;

4. Образующиеся оксиды 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.

Третьему условию не удовлетворяют алюминий, магний и их сплавы, а также стали с большим содержанием хрома и никеля. При нагревании этих сплавов в процессе резки на их поверхности образуется пленка тугоплавкого оксида, препятствующая поступлению кислорода к неокисленному металлу.

Резаки для газовой резки

Назначение и классификация резаков. Резаки служат для смешивания горючего газа с кислородом (образования подогревающего пламени) и подачи к разрезаемому металлу струи режущего кислорода.

Резаки классифицируют по следующим признакам:

по роду горючего газа, на котором они работают, - для ацетилена, газов-заменителей, жидких, горючих;

по принципу смешения горючего газа и кислорода - на инжекторные и безынжекторные;

по назначению - на универсальные и специальные;

по виду резки - для разделительной и поверхностной резки;