Кислородная резка. Часть 1

Сущность кислородной резки металла - это химический процесс сгорания металла в струе чистого кислорода с выделением большого количества тепла.

На сжигание 1 г железа расходуется 0,27 л кислорода, а на 1 см³ железа - 2,15 л.

Количество тепла от сгорания железа при резке в 6-7 раз превышает количество тепла, даваемое подогревательным пламенем резака.

Для начала горения металла в кислороде нужно подогреть металл до 1100-1300ºС. Температура начала горения зависит от содержания углерода, и чем больше углерода в стали, тем выше должна быть температура подогрева.

При содержании в стали углерода более 0,7% температура горения повышается настолько, что горение металла начинается при частичном расплавлении стали, а при более высоком содержании углерода - лишь при полном расплавлении, и, конечно, никакой резки в нормальном понимании не происходит. Качественная резка стали возможна лишь тогда, когда металл горит в струе кислорода (после его подогрева) в твердом состоянии.

Процесс кислородной резки заключается в следующем: смесь горючего газа с кислородом выходит из мундштука резака, горит и образует подогревательное пламя. По осевому каналу режущего мундштука (в центре подогревательного пламени) подается в нужный момент технически чистый кислород по отдельному, автономному каналу. И подогретый металл начинает в этой кислородной (режущей) струе гореть, прогревая и нижние слои стали. Горение быстро распространяется на всю толщину, прожигая сталь с выходом струя режущего кислорода наружу. После прожога идет процесс медленного перемещения резака вручную или механизмом с нужной скоростью - происходит процесс резки с выдуванием струей кислорода окислов, шлаков. Для нормального сдувания расплава из зоны реза скорость кислородной струи должны быть очень высокой (500-700 м/с - т. е. сверхзвуковая). Скорость кислородной струи влияет и на скорость сжигания металла. Для лучшего обеспечения этого требования большое значение имеют конструктивная форма и размеры канала прохода и выхода режущего кислорода во внутреннем (режущем) мундштуке. К сожалению, до сих пор решение этого вопроса далеко от совершенства, поэтому и сейчас применяются два довольно простых способа изготовления отверстий для режущего кислорода, ступенчатое и цилиндрическое.

Струя режущего кислорода должна быть соосна (по центру) подогревательному пламени.

Кислородная резка. Часть 2

Для осуществления кислородной резки металла необходимо, чтобы выполнялись основные условия резки:

1. Температура воспламенения металла в струе чистого кислорода должна быть ниже температуры его плавления, т. е. металл должен гореть в твердом состоянии.
2. Температура плавления окислов металла, образующихся прирезке, должна быть ниже температуры плавления самого металла, т. е. окислы не должны быть тугоплавкими, иначе они не будут выдуваться зоны реза. Окислы, шлаки должны быть жидкотекучими. Окислы алюминия (А1203) имеют температуру плавления более 2000ºС, а сам же алюминий плавится при 657ºС, поэтому он расплавляется, а окислы препятствуют горению его в твердом состоянии. Окислы хрома имеют температуру более 2200ºС, никеля - около 2000ºС, меди- 1200ºС. Окислы эти тугоплавки и не жидкотекучи, поэтому удалять их из зоны реза затруднительно.
3. Металл не должен иметь высокую теплопроводность, ибо она усиливает охлаждение зоны реза и затрудняет быстрый местный подогрев металла. Невозможность кислородной резки меди происходит из-за высокой теплопроводности тугоплавких окислов и малой теплоты от сгорания ее в кислороде.

Всем перечисленным выше условиям удовлетворяет лишь сталь с содержанием углерода до 0,6% и с ограничением содержания легирующих примесей. Все другие металлы не удовлетворяют указанным выше условиям и не поддаются кислородной резке. Чугун не режется по причине низкой температуры плавления и высокой температуры начала горения в струе чистого кислорода. Еще одна причина - засорение струи кислорода графитом чугуна. Прежде чем вспыхнуть и гореть в кислороде, чугун сначала оплавится, а это уже не резка.

Практически не режутся высокоуглеродистые стали, высоколегированные хромоникелевые и хромистые. Такие металлы разрезают другими способами термической резки.

Кислородную резку применяют для сталей толщиной от 3 до 300 мм, но имеются специальные кислородные резаки, которыми можно резать сталь толщиной до 2 м.

Обычными универсальными резаками режутся стали толщиной до 70-100 мм.

Для тонколистовых заготовок применяют пакетную резку, когда стопка заготовок укладывается на стол, сжимается, затем выполняется резка. Это позволяет уменьшить деформацию тонких листовых заготовок, а грат (шлак) после резки образуется только на одной нижней заготовке.

Резка заготовок менее 3 мм возможна, но при этом от перегрева появляется большое оплавление кромок и большая деформация.

В процессе резки, чтобы не образовался подпор газов, способный нарушить резку и чтобы шлак свободно вытекал из зоны реза, под заготовкой должно быть свободное пространство не менее 250 мм.

Скорость резки (скорость реакции горения) металла зависит от давления кислорода в зоне реакции.

При повышении давления кислорода (в разумных пределах) режущей струи ускоряется окисление и лучше удаляются шлаки из зоны реза.

Для кислородной резки необходим чистый кислород, чистотой не менее 99%, иначе снижается скорость резки и сильно повышается расход кислорода.

Уменьшение чистоты кислорода на 1 % снижает скорость резки на 20%. При чистоте кислорода менее 92% процесс резки нарушается. Технический кислород выпускается двух сортов: первый - 99,7%, второй - 99,5.

Основные режимы резки - это давление режущего кислорода и скорость резки.

В качестве горючего газа при резке применяют чаще пропан-бутан, природный газ, иногда пары керосина.

Для ускорения врезания на плоскости листа в зону подогрева вводят стальной пруток (лучше обрез металла после ножниц), который начинает гореть и переносит теплоту от своего горения на поверхность врезания, чем очень ускоряет начало резки. Зазор в этом случае между плоскостью детали и мундштуком резака равен 10-15 мм, а обычно - 6-10 мм. Для ускорения врезания в толстом металле (не с края) делают либо засверловку, либо насечку зубилом - для образования острой кромки, которую быстрее можно подогреть и поджечь кислородом.