Сущность процесса кислородной резки. Технология кислородной резки В чем сущность процесса резки металла

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.

Тема 3.3.1 Кислородная и кислородно-флюсовая резка, сущность процессов, применяемое оборудование

Вопросы:

1. Сущность кислородной резки, ее применение, усло­вия резки.

2. Конструкция и принцип работы резака для ручной термической резки. Оборудование для машин­ной резки.

3. Резка разделительная, поверхностная, кисло­родным копьем.

1. Кислородная резка металлов основана на свойстве нагретого металла интенсивно сгорать в струе кисло­рода. Металл в месте разреза нагревают газовым пла­менем до температуры его воспламенения в кислороде и на нагретую поверхность направляют струю режущего кислорода. Воспламенившийся металл сгорает, а обра­зующиеся окислы сдуваются струей кислорода.

Для осуществления процесса кислородной резки не­обходимы следующие условия: температура горения ме­талла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления; образующиеся в процессе резки окислы ме­талла должны плавиться при температуре более низкой; чем температура горения металла; теплопроводность металла должна быть низкой; количество тепла, выде­ляющегося при сгорании металла, должно быть доста­точно большим, чтобы обеспечить непрерывность про­цесса резки; консистенция окислов металла должна быть жидкой. Наиболее точно перечисленным выше ус­ловиям отвечают стали.

Процесс резки (рис.82) начинается с нагрева метал­ла 1 в начальной точке реза до температуры воспламене­ния данного металла в кислороде. Нагрев осуществляет­ся подогревающим пламенем 3, которое образуется при сгорании горючего газа в кислороде. Когда температура нагрева металла достигает требуемой величины, пуска­ется струя режущего кислорода 2.

Режущий кислород попадает на нагретый металл и зажигает его. При горении металла выделяется теплота, которая вместе с подогревающим пламенем разогревает нижележащие слои, и горение распространяется на всю толщину металла. Образующиеся при сгорании металла окислы 5, будучи в расплавленном состоянии, увлекают­ся струей режущего кислорода и выдуваются из зоны реза 4. Если перемещать резак по заданной линии с над­лежащей скоростью, то форма реза будет соответство­вать заданной конфигурации. Рис.82

Газокислородная резка находит широкое применение почти во всех областях металлургической и металлообрабатывающей промыш­ленности. Ее применяют при раскрое листовой стали, при резке профильного металла, при вырезке косынок, кру­гов фланцев и других фасонных заготовок.

Для подогрева стали до температуры 600…700°С применяют горючие газы: ацетилен, природные газы, па­ры бензина и керосина.

Газопламенная кислородная резка позволяет резать металл толщиной до 300 ммпростейшей аппаратурой, проводить резку на монтаже, и полевых условиях. Этим способом режутся малоуглеродистые и низколегированные стали.

2. Резка может быть ручной и машинной. Для ручной резки применяют универсальный резак типа УР (рис.6), имеющий сменные мундштуки.

Универ­сальный резак, подобно инжекторной горелке, состоит из двух частей: корпуса и наконечника. Резак имеет инжек­торное устройство, обеспечивающее нормальную работу при любом давлении газа. Рис.83

В резаке есть дополнительный канал 2 (рис. 83) для подачи режущего кислорода. Го­ловка резака 1 состоит из внутреннего мундштука, по которому выходит режущий кислород, и наружного мунд­штука. По кольцевому зазору между внутренним и на­ружным мундштуками подается ацетилено – кислородная смесь, которая при сгорании нагревает металл в месте резки.

Универсальный инжекторный резак укомплектовав двумя наружными и пятью внутренними мундштуками. Этим резаком можно резать низкоуглеродистые стали толщиной от 3 до 300 мм. Номера сменных мундштуков выбирают в зависимости от толщины разрезаемого металла. Например, для резки стали толщиной 3...5 мм ис­пользуют наружный и внутренний мундштуки № 1, тол­щиной 200...300 мм – наружный мундштук №2, а внут­ренний – №5. Давление кислорода при газовой резке устанавливают в пределах 0,2...1,4 МПа, в зависимости от толщины разрезаемого металла, а ацетилена – не ниже 0,001 МПа.

Машинную резку выполняют наавтоматах и полуав­томатах, имеющих один или несколько резаков, позволя­ющих проводить резку по сложному контуру.

В качестве аппаратуры для газовой резки используют кислородные и ацетиленовые баллоны. Вместо ацетиленового баллона может применяться ацетиленовый генератор.

3. По характеру и направлению кислородной струи различают 3 вида резки:

Разделительная (делают сплошные разрезы);

Поверхностная (снимает поверхностный слой);

Кислородным копьем (прожигают в металле отверстия).

При выполнении разделительной кислородной резки необходимо учитывать, какие требования предъявляются к точности резки и качеству поверхности вырезаемой детали. Чем ниже эти требования, тем меньше расходуется кислорода и горючего и тем большей может быть скорость резки.

Например, при разделочной резке (резка в лом) качество поверхности и точность резки не имеют значения. Поэтому резка ведется вручную при наибольшей возможной скорости.

При заготовительной резке (вырезается заготовка, из которой механической обработкой изготавливается деталь) качество реза также не имеет значения, но должен быть выдержан определенный размер заготовки при наименьших припусках на механическую обработку. Резка производится вручную. При этом часто применяются простейшие приспособления (опорные ролики, циркуль, направляющие тележки и т. п.), с помощью которых легче выдержать задаваемые припуски.

Резка под сварку должна осуществляться так, чтобы была чистая поверхность реза и были соблюдены заданные размеры детали. Требования повышаются, когда детали подготавливаются под автоматическую сварку. В этом случае применяется обычно механизированная резка.

Чистовая вырезка круглых и фасонных деталей, которые будут использованы без последующей механической обработки, производится только автоматами.

Таким образом, в зависимости от вида кислородной разделительной резки необходимо добиваться определенного качества реза.

Поверхностной кислородной резкой называется процесс снятия слоя металла с поверхности обрабатываемой детали, выполняемый посредством кислородной струи.

В отличие от разделительной резки, при которой кислородная струя направляется перпендикулярно поверхности обрабатываемого металла или углом вперед с углом атаки φ = 45° и более, при поверхностной резке угол атаки меньше и составляет обычно 10…30°. В результате наклонного направления струи и малой скорости ее истечения в связи с применением относительно небольших давлений кислорода (редко выше 4…5 кгс/см 2) и больших сечений выходных каналов для кислорода, струя, врезаясь в подготовленный в тепловом отношении металл, деформируется и выбрасывается в сторону той же поверхности, с которой она и была введена. На эту же Рис.84

поверхность выбрасывается и сожженный металл в виде расплавленного шлака. Если резак перемещать вперед с определенной для конкретных условий скоростью, то кислородная струя будет сжигать следующие объемы уже подогретого металла. При этом шлак в значительной

степени облегчает тепловую подготовку металла, подлежащего резке кислородной струей, позволяя применять значительную линейную скорость резки и сжигать в единицу времени большее количество металла поверхностного слоя.

Шлак, получающийся при поверхностной кислородной резке, отличается от шлака при разделительной резке большим количеством несожженного железа, а его влияние на тепловую подготовку металла при установившемся процессе резки значительно сильнее, чем при разделительной. Общий вид процесса поверхностной кислородной резки представлен на рис. 84.

Кислородное копье – стальная трубка, по которой пропускается кислород. Будучи предварительно нагретым до температуры 1350…1400°С, рабочий конец копья после пуска кислорода начинает интенсивно окисляться (гореть), развивая температуру до 2000° С. Для увеличения тепловой мощности копья внутрь трубки обычно закладывают стальной пруток.

Для начального нагрева копья пользуются обычно посторонними источниками нагрева сварочной дугой, пламенем сварочной горелки, Рис.85

подогревающим пламенем резака и др. В начальный момент, при зажигании копья, давление кислорода устанавливают небольшим, после же воспламенения трубки и установления устойчивого процесса давление кислорода поднимают до рабочего.

В процессе горения копье непрерывно укорачивается, причем в зависимости от толщины прожигаемого материала длина сгоревшей части трубки копья может быть в 5-25 раз больше длины прожигаемого отверстия. Обычно процесс прожигания кислородным копьем отверстий производят без применения подогревающего пламени.

Процесс прожигания кислородным копьем отверстий начинается с воспламенения рабочего конца копья в кислороде. После воспламенения его прижимают к поверхности прожигаемого металла, и, заглубив его в металл, увеличивают давление кислорода до требуемой рабочей величины, совершая копьем периодически возвратно-поступательные и вращательные движения. В процессе прожигания отверстия торец копья все время необходимо прижимать к обрабатываемому металлу, отрывая его лишь на короткое время при возвратно-поступательном движении. Образуемые в процессе прожигания отверстия шлаки давлением кислорода и газов, продуктов реакции окисления металла, выносятся в зазор между трубкой копья и стенкой прожигаемого отверстия.

Кислородным копьем можно прожигать отверстия во всех пространственных положениях. В качестве копья при прожигании отверстий в стали может служить стальная водогазопроводная трубка с диаметром проходного сечения 10 и 15 мм и заложенная внутрь нее низкоуглеродистая проволока диаметром 4 и 5 мм.

4. Сущность процесса кислородно-флюсовой резки состоит в том, что в зону реза, подогретую газовым пламенем, вместе со струей режущего кислорода вводят порошок флюса, который сгорает в кислороде, выделяя теплоту, повышающую температуру в зоне реза, – это термическое воздействие флюса. Продукты сгорания флюса образуют с тугоплавкими окислами разрезаемого материала жидкотекучие шлаки, которые удаляются из реза струей режущего кислорода - это химическое действие флюса. И, наконец, частицы порошка флюса сгорают не сразу и, перемещаясь в процессе горения в глубину реза, ударным трением стирают с поверхности кромок тугоплавкие окислы, способствуя их удалению из реза, - это абразивное действие флюса.

Увеличение количества выделяющейся при этом процессе теплоты позволяет применять его для резки материалов, окисление которых связано с образованием тугоплавких и вязких соединений. Расчет состава флюса для резки конкретных металлов производят по диаграммам состояния из условий получения шлакового состава с минимальной температурой плавления и вязкостью.

Аппараты для кислородно-флюсовой резки состоят из резака, флюсопитателя и устройства для подачи флюса в резак. Резаки для кислородно-флюсовой резки отличаются от резаков для кислородной резки только тем, что каналы для подачи режущего кислорода сделаны большим диаметром.

Применяют три схемы подачи флюса: внешнюю, однопроводную под высоким давлением и механическую (рис. 86). По первой схеме в верхнюю и нижнюю часть бачка 1 с флюсом подают кислород 2. В верхней части создается давление, а в нижней – кислород вдувается в шланг 3, засасывая (инжектируя) флюс. Газофлюсовая смесь подается по шлангу 3 в надетую на резак 4 головку 5, выходя из отверстий которой, засасывается струей режущего кислорода и поступает в зону реза. При этой схеме может использоваться любой кислородный резак, на него надо только надеть головку для подачи флюса. При однопроводной схеме флюс 3 инжектируется из бачка непосредственно струей режущего кислорода 6. Флюсокислородная смесь поступает по шлангу 3 через центральный канал резака 4. При механической подаче в нижней части флюсового бачка 1 установлен шнек 7 с электромеханическим приводом 8. При вращении шнека 7 флюс захватывается им и по шлангу 3 проталкивается в головку резака 4, где подхватывается струей режущего кислорода 6.

Рис. 86 Схемы подачи флюса при кислородно-флюсовой резке:

а – внешняя; б – однопроводная под давлением; в – механическая; 1 – бачок с флюсом; 2 – кислород; 3 – шланг; 4 – резак; 5 – головка; 6 – струя режущего кислорода; 7 – шнек; 8 – электромеханический привод

Техника кислородно-флюсовой резки в основном такая же, как и при кислородной резке. При кислородно-флюсовой резке мощность подогревающего пламени должна быть на 15...20 % больше, чтобы частицы флюса равномерно нагревались до воспламенения. Расстояние между торцом мундштука и поверхностью разрезаемого листа увеличивают до 25 мм, а при резке металла толщиной более 100 мм – до 40...60 мм. Это уменьшает возможность засорения выходных каналов мундштука. Скорость резки должна быть согласована с количеством флюса, подаваемого в единицу времени. Правильный выбор расхода флюса можно оценить по наличию небольшого валика расплавленного железа на верхних кромках реза. При толщине разрезаемого металла 10...200 мм скорость резки выбирают в пределах 0,76...0,23 м/мин, а расход флюса – 0,25...0,8 кг/ч. Вентиль подачи флюса открывают после зажигания подогревающего пламени. Продолжительность подогрева металла в начале процесса значительно меньше, чем при кислородной резке: для листов толщиной 10...80 мм на подогрев требуется от 15 до 120 с. Давление режущего кислорода, например, при резке стали Х18Н10Т толщиной 10...100 мм составляет 0,5...07 МПа.

Кислородно-флюсовая резка применяется не только для металлов, но и для резки бетона и железобетона. Отличие состоит в том, что поскольку бетон в кислороде не горит, при резке должны применяться флюсы с большей тепловой эффективностью, чем для металлов. Хороший результат дает флюс, состоящий из 75...85 % железного и 15...25 % алюминиевого порошков. Флюс к резаку подают по внешней схеме сжатым воздухом или азотом, вдувая газофлюсовую смесь в струю режущего кислорода. Можно резать бетон толщиной 90...300 мм со скоростью 0,15...0,04 м/мин при расходе флюса 20...42 кг/ч.

При кислородно-флюсовой резке, чтобы флюс не воспламенился в резаке, шланге или в бачке, нельзя применять порошки, содержащие более 96 % чистого железа или чистого алюминия. При резке меди, сплавов с высоким содержанием марганца и при наличии во флюсе песка необходимо пользоваться респиратором. При подаче флюса через режущее сопло резака нельзя применять мелкие легковоспламеняющиеся железные порошки. Обязательна регулярная проверка исправности резака. При резке кислородным или порошковым копьем источник опасности - интенсивный поток раскаленных частиц шлаков, разбрасываемых на расстояние нескольких метров. Это пожароопасно и может вызвать ожоги рабочих.

Кислородно-флюсовой резке подвергают высоколегированную сталь, чугун, сплавы меди и алюминия, зашлакованый металл, а также не металлические материалы – огнеупоры и железобетон.

Кислородно-флюсовую резку применяют широко в тяжелом машиностроении и металлургии для обрезки прибылей литья, резки блюмов в холодном состоянии, отрезки от горячего слитка мерных заготовок.

Сущность процесса кислородной резки состоит в сгорании раз­резаемого металла в струе технически чистого кислорода и удале­нии образующихся при этом жидких шлаков из разреза. Применяет­ся разделительная кислородная резка и поверхностная. Углеро­дистые и низколегированные стали режутся с применением только чистого кислорода. Высоколегированные стали, чугун и медные сплавы режутся кислородом с применением специальных флюсов.

Процесс резки осуществляется или ручным способом, или меха­низированным с использованием специальных режущих перенос­ных приборов легкого типа, а также стационарных машин для авто­матизированной резки по шаблонам и разметке. Машинная резка широко применяется в машиностроении, особенно для предвари­тельной обрезки и скашивания кромок под сварку. Методы кисло­родной машинной резки продолжают широко развиваться и внед­ряться в промышленности путем создания новых конструкций спе­циализированных и универсальных машин.

Для осуществления процесса кислородной резки необходимо соблюдение следующих условий:

1. Температура плавления металла должна быть выше темпера­туры его воспламенения в кислороде. Не удовлетворяющий этому условию металл будет плавиться и переходить в жидкое состояние еще до начала его горения в струе кислорода. Малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали полностью удовлетворяют этому ус­ловию, так как они плавятся при температуре примерно 1500°, а их горение в кислороде может начинаться уже при 1300-1350°.

2. Температура плавления шлаков должна быть ниже температу­ры горения металла в кислороде, а образующиеся при резке шлаки должны быть жвдкотекучими и легко удаляться под действием дав­ления режущей струи.

3. При сгорании металла должно выделяться тепло, достаточ­ное для поддержания горения металла в кислороде.

4. Теплопроводность металла не должна быть слишком высокой и не препятствовать сохранению высокой температуры на поверх­ности кромки разреза.

Всем указанным выше условиям наиболее полно удовлетворяют стали с содержанием углерода до 0,5%, хрома до 5%, марганца до 4%. Остальное примеси в тех количествах, в которых они обычно содержатся в стали, не влияют заметно на процесс резки.

Перед началом резки сталь необходимо нагреть до температуры ее воспламенения в кислороде. Примерно 33% тепла от всего ко­личества, требующегося для этого, подводится за счет подогрева­ющего пламени, а 67% поступает от реакции сгорания стали в кис­лороде.* От общего количества тепла, расходуемого на резку, на нагрев стали до температуры воспламенения идет 54%; на нагрев шлаков - 22% и на покрытие потерь в окружающую среду-24%.

Для кислородной резки с применением ацетилена используют оборудование для ацетиленовой сварки, но вместо сварочной горелки применяют газовый резак, обычно инжекторного тапа.

Кислород и ацетилен по рукавам, надетым на ниппели, поступает в резак. Резак - это основной рабочий инструмент при газокислородной резке металла, предназначенный для смешивания горючего газа и кислорода, создания подогревающего пламени и подачи к разрезаемому металлу струи кислорода.

Резаки классифицируются по степени механизации - для ручной, машинной и специальной резки; по виду горючего - для ацетилена, газов-заменителей и жидких горючих; по назначению - универсальные и специальные; по способу смешивания газов - инжекторные и безинжекторные; по мощности пламени - малой, средней и большой мощности (толщина разрезаемой стали соответственно составляет 3…100 мм, 3.. .200 мм, 3... 300 мм).

Инжекторный резак для ручной резки состоит из рукоятки и корпуса, в который по рукаву (шлангу) через ниппель и штуцер с правой резьбой подается кислород, а по другому рукаву через ниппель и штуцер с левой резьбой подается ацетилен или его заменители. Часть кислорода через вентиль поступает в инжектор. Выходя из инжектора с большой скоростью, струя кислорода создает разрежение и подсасывает горючий газ. Сгорая на выходе из мундштука, струя создает подогревающее пламя. Другая часть кислорода через ниппель и головку поступает в сопло внутреннего мундштука, образуя при этом струю режущего кислорода. Мощность подогревающего пламени регулируется вентилями кислорода и горючего газа, а давление и расход режущего кислорода - самостоятельным вентилем.

Сущность процесса кислородной резки

Кислородная резка основана на свойстве металлов и их сплавов сгорать в струе технически чистого кислорода. Резке поддаются металлы, удовлетворяющие следующим ос­новным требованиям:

1. Температура плавления металла должна быть выше температуры вос­пламенения его в кислороде. Металл, не отвечающий этому требованию, плавится, а не сгорает. Например, низкоуглеродистая сталь имеет темпе­ратуру плавления около 1500° С, а воспламеняется в кислороде при темпера­туре 1300…1350°С. Увеличение содер­жания углерода в стали сопровож­дается понижением температуры плавления и повышением температуры воспламенения в кислороде. Поэтому резка стали с увеличенным содержа­нием углерода и примесей услож­няется.
2. Температура плавления оксидов должна быть ниже температуры плав­ления самого металла, чтобы образую­щиеся оксиды легко выдувались и не препятствовали дальнейшему окисле­нию и процессу резки. Например, при резке хромистых сталей образуются оксиды хрома с температурой плав­ления 2000° С, а при резке алюми­ния - оксиды с температурой плавле­ния около 2050° С. Эти оксиды покрывают поверхность металла и прекращают дальнейший процесс рез­ки.
3. Образующиеся при резке шла­ки должны быть достаточно жидко­текучи и легко выдуваться из разре­за. Тугоплавкие и вязкие шлаки будут препятствовать процессу резки.
4. Теплопроводность металла дол­жна быть наименьшей, так как при высокой теплопроводности теплота, сообщаемая металлу, интенсивно от­водится от участка резки и подо­греть металл до температуры воспла­менения будет трудно.
5. Количество теплоты, выделяю­щейся при сгорании металла, дол­жно быть возможно большим; эта теплота способствует нагреванию при­легающих участков металла и тем самым обеспечивает непрерывность процесса резки. Например, при резке низкоуглеродистой стали 65…70% общего количества теплоты выделяет­ся от сгорания металла в струе кисло­рода и только 30…35% - составляет теплота от подогревающего пламени резака.

Различают два основных вида кис­лородной резки: разделительную и поверхностную.

Рис. 1

Разделительную резку (рис. 1) применяют для вырезки различного вида заготовок, раскроя листового металла, разделки кромок под сварку и других работ, связанных с разрез­кой металла на части. Сущность про­цесса заключается в том, что металл вдоль линии разреза нагревают до температуры воспламенения его в кис­лороде, он сгорает в струе кислорода, а образующиеся оксиды вы­дуваются этой струей из места раз­реза.

Поверхностную резку (рис. 95, а, б, в) применяют для снятия поверхностного слоя металла, разделки канавок, удаления поверхностных дефектов и других работ.

Рис. 2

Применяют два вида поверхност­ной резки - строжку и обточку . При строжке резак совершает возвратно- поступательное движение как строгальный резец. При обточке резак работает как токарный peзец.

Оборудование для кислородной резки

Резаки цля кислородной резки служат для правильного решения горю­чих газов или паров жидкости с кислородом, образования подогревающего пламени и подачи в зону резки струи чистого кислорода. Резаки классифи­цируют по назначению (универсаль­ные и специальные ), по принципу смешения газов (инжекторные , и безынжекторные ), по виду реprи (для разделительной и поверхностной рез­ки), по применению (для ручной и машинной резки). Наибольшее применение получили универсальные инжек­торные ручные резаки для разделительной резки (рис. 3).

Рис. 3

Они отли­чаются от сварочных горелок нали­чием отдельной трубки для подачи кислорода и особым устройством го­ловки, состоящим из двyx сменных мундштуков (наружного — для подо­гревающего пламени и внутреннего — для струи чистого кислорода). Аце­тилен подается по шлангу к ниппелю 1 , а кислород - к ниппелю 2 . От нип­пеля 2 кислород идет по двум направ­лениям. Одна часть кислорода, как в обычных сварочных горелках, посту­пает в инжектор и затем в смеси­тельную камеру. Здесь образуется горючая смесь кислорода с ацети­леном, засасываемым через ниппель 1 . Горючая смесь проходит по трубке, выходит через кольцевой зазор между внутренним и наружным мундштуком 5 и создает подогревательное пламя. Другая часть кислорода через трубки 3 и 4 поступает в центральное отверстие внутреннего мундштука 5 и образует струю режущего кислорода, сжигающую металл выдуваю­щую образующиеся оксиды из зоны реза.

Большое применение получил руч­ной универсальный резак «Факел» (улучшенная конструкция резака «Пламя» ). Он имеет пять внутренних и два наружных мундштука, позволяющих резать металл толщиной до 300 мм со скоростью (в зависимо­сти от металла и его толщины) 80…560 мм/мин . Для работы на газах-заменителях ацетилена используются резаки РЗР . Они отличаются боль­шими размерами сечении инжекторов и мундштуков. Промышленность се­рийно выпускает вставные сменные резаки, предназначенные для присоединения к стволам универсальных сварочных горелок (например, резак РГС-70 к горелкам «Звезда» и ГС-3 , резак РГМ-70 - к горелкам «Звез­дочка» и ГС-2 ). Это создает большие удобства в строительно-монтажных условиях при частых переходах от сварки к резке и наоборот.

Рис. 4

Для машинной резки применяют стационарные шарнирные машины АСШ-2 (рис. 4) и АСШ-70 , отли­чающийся от АСШ-2 более совер­шенным приводом и наличием панто­графа, позволяющего производить вырезку одновременно трех деталей. Толщина разрезаемого металла 5… 100 мм . Переносные машины пред­ставляют собой самоходные тележки, оснащенные резаком и перемещающиеся по разрезаемому металлу. Приводом служит электродвигатель, пружинный механизм или газовая тур­бина. Например, машина «Радуга» предназначена для резки стальных листов толщиной 5… 160 мм со ско­ростью 90… 1600 мм/мин . Масса машины 16 кг . Переносные машины «Спутник-3» предназначены для резки стальных труб диаметром 194…1620 мм при толщине стенки 5…75 мм со скоростью 100…900 мм/мин . Масса машины - 18 кг .

Технология кислородной резки

Поверхность разрезаемого метал­ла должна быть хорошо очищена от грязи, краски, окалины и ржавчины. Для удаления окалины, краски и мас­ла следует медленно провести пламе­нем горелки или резака по поверх­ности металла вдоль намеченной ли­нии разреза. При этом краска и масло выгорают, а окалина отстает от ме­талла. Затем поверхность металла окончательно зачищают металличе­ской щеткой.

Процесс резки начинают с нагре­вания металла. Подогревающее пламя резака направляют на край разрезаемого металла и нагревают до температуры воспламенения его в кислороде (практически почти до температуры плавления). Затем пускают струю режущего кислорода и переме­щают резак вдоль линии разреза. Кислород сжигает верхние нагретые слои металла. Теплота, выделяющаяся при сгорании, нагревает нижележащие слои металла до темпера­туры воспламенения и поддерживает непрерывность процесса резки.

При резке листового материала толщиной 20…30 мм мундштук резака устанавливают вначале под углом 0…5° к поверхности, а затем — под углом 20…30° в сторону, обратную движению резака. Это ускоряет процесс разогрева металла и повышает производительность.

Рис. 5

Резку металла большой толщины выполняют следующим образом. Мундштук резака вначале устанавливают перпендикулярно поверхности разрезаемого металла, так чтобы струя подогревающего пламени, а за­тем и режущего кислорода распола­галась вдоль вертикальной грани разрезаемого металла. После прогре­ва металла до температуры воспла­менения пускают струю режущего кислорода. Перемещение резака вдоль линии резания начинают после того, как в начале этой линии ме­талл будет прорезан на всю его толщину. Чтобы не допустить отста­вания резки в нижних слоях металла, в конце процесса следует постепенно замедлить скорость перемещения резака и увеличить его наклон до 10…15° в сторону, обратную движению. Рекомендуется начинать процесс резки с нижней кромки, как пока­зано на рис. 5. Предварительный подогрев до 300…400°С позволяет производить резку с повышенной ско­ростью. Скорость перемещения реза­ка должна соответствовать скорости горения металла. Если скорость перемещения резака установлена правиль­но, то поток искр и шлака вылетает из разреза прямо вниз, а кромки получаются чистыми, без натеков и подплавлений. При большой скоро­сти перемещения резака поток искр отстает от него, металл в нижней кромке не успевает сгорать и поэтому сквозное прорезание прекращается. При малой скорости сноп искр опережает резак, кромки разреза оплав­ляются и покрываются натеками.

Давление режущего кислорода устанавливают в зависимости от тол­щины разрезаемого металла и чисто­ты кислорода. Чем выше чистота кислорода, тем меньше давление и расход кислорода. Зависимость дав­ления кислорода от толщины металла при ручной резке следующая:

Ширина и чистота разреза зави­сят от способа резки и толщины разрезаемого металла. Машинная резка дает более чистые кромки и меньшую ширину разреза, чем руч­ная резка. Чем больше толщина ме­талла, тем больше ширина разреза. Это видно из следующих данных:

ГОСТ 14792-80 «Детали и заго­товки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза» предусматривает предельные отклонения номинальных размеров деталей (заго­товок) в зависимости от способа резки, размеров деталей (заготовок) и тол­щины металла; установлено три класса точности:

Предусмотрены также показатели качества поверхности реза:

Эти показатели относятся к ма­шинной кислородной резке низко­углеродистой стали кислородом 1-го и 2-го сортов.

Процесс резки вызывает измене­ние структуры, химического состава и механических свойств металла. При резке низкоуглеродистой стали тепло­вое влияние процесса на ее струк­туру незначительно. Наряду с участками перлита появляется неравно­весная составляющая сорбита, что да­же несколько улучшает механические свойства металла. При резке стали, имеющей повышенное содержание уг­лерода, а также легирующие примеси, кроме сорбита, образуются троостит и даже мартенсит. При этом сильно повышатся твердость и хрупкость стали и ухудшается обрабатываемость кромок разреза. Возможно образова­ние холодных трещин. Изменение химического состава стали проявля­ется в образовании обезуглероженного слоя металла непосредственно на поверхности резания в результате выгорания углерода под воздействием струи режущего кислорода. Несколь­ко глубже находится участок с боль­шим содержанием углерода, чем у исходного металла. Затем по мере удаления от разреза содержание уг­лерода уменьшается до исходного. Так же происходит выгорание леги­рующих элементов стали.

Механические свойства низкоугле­родистой стали при резке почти не изменяются. Стали с повышенным содержанием углерода, марганца, хрома и молибдена закаливаются, становят­ся более твердыми и дают трещины в зоне резания.

Нержавеющие хромистые и хромо­никелевые стали, чугуны, цветные ме­таллы и их сплавы не поддаются обычной газокислородной резке, так как не удовлетворяют указанным вы­ше условиям.

Для этих металлов применяют кислородно-флюсовую резку, сущ­ность которой заключается в следующем. В зону резания с помощью специальной аппаратуры непрерывно подается порошкообразный флюс, при сгорании которого выделяется дополнительная теплота и повыша­ется температура места разреза. Кроме того, продукты сгорания флюса реагируют с тугоплавкими оксидами и дают жидкотекучие шлаки, легко вытекающие из места разреза.

В качестве флюса используется мелкогранулировянный железный по­рошок марки ПЖ5М (ГОСТ 9849 — 74) . При резке хромистых и хромо­никелевых сталей во флюс добавляют 25…50% окалины. При резке чугуна добавляют ~30…35% доменного фер­рофосфора. При резке меди и ее спла­вов применяют флюс, состоящий из смеси железного порошка с алюминиевым порошком (15…20% ) и ферро­фосфором (10… 15% ).

Резку производят установкой УРХС-5 состоящей из флюсопитателя и резака. Установка ис­пользуется для ручной и машин­ной кислородно-флюсовой резки высоколегированных хромистых и хромоникелевых сталей толщиной 10… 200 мм при скорости резания 230…760 мм/мин . На 1 м разреза расхо­дуется кислорода 0,20…2,75 м 3 , аце­тилена — 0,017…0,130 м 3 и флюса — 0,20…1,3 кг .

При кислородно-флюсовой резке некоторая часть теплоты подогре­вающего пламени уходит на нагре­вание флюса. Поэтому мощность пла­мени берется на 15…25% выше, чем при обычной газовой резке. Пламя должно быть нормальным или с не­которым избытком ацетилена. Рас­стояние от торца мундштука резака до поверхности разрезаемого металла устанавливается 15…25 мм . При ма­лом расстоянии частицы флюса отражаются от поверхности металла и, попадая в сопло резака, вызывают хлопки и обратные удары. Кроме того, наблюдается перегрев мундшту­ка, приводящий к нарушению про­цесса резки. Угол наклона мундштука должен составлять 0…10 0 в сторону, обратную направлению резки. Хоро­шие результаты дает предварительный подогрев. Хромистые и хромоникелевые стали требуют подогрева до 300…400°С , а сплавы меди - до 200…350°С .

Скорость резки зависит от свойств металла и его толщины. Чугун тол­щиной 50 мм режут со скоростью 70…100 мм/мин . При этом на 1 м разреза расходуется 2…4 м 3 кислоро­да, 0,16…0,25 м 3 ацетилена и 3,5…6 кг флюса. Примерно такие же данные получают при резке сплавов меди. При резке хромистых и хромоникелевых сталей расход всех материалов снижается почти в 3 раза .

Общие сведения . Газовая (кислородная) резка представляет собой процесс интенсивного окисления металла в определенном объеме с последующим удалением жидкого оксида струей кислорода.

Процесс резки начинают с подогрева верхней кромки металла подогревающим пламенем до температуры воспламенения металла в кислороде, которая в зависимости от химического состава стали составляет 1 050... 1 200 °С.

При достижении температуры воспламенения на верхней кромке металла на нее из режущего сопла подается струя кислорода, при этом сталь начинает гореть в струе кислорода с образованием оксидов и выделением значительного количества теплоты, обеспечивающей разогрев стали, у верхней кромки до температуры плавления.

Образовавшийся на верхней части кромки расплав жидких оксидов перемещается по боковой кромке реза струей кислорода и осуществляет нагрев нижних слоев металла, которые последовательно окисляются до тех пор, пока весь металл не будет прорезан на всю глубину. Одновременно с этим начинают перемещать резак с определенной скоростью в направлении резки. На лобовой поверхности реза по всей толщине образуется непрерывный слой горячего металла.

Окисление металла в каждый момент времени начинается сверху и последовательно передается нижним слоям.

Условия протекания кислородной резки . Для протекания процесса кислородной резки необходимо обеспечение следующих условий:

• контакт между струей кислорода и жидким металлом;
• подогрев неокисленного металла до температуры воспламенения;
• выделение продуктами горения определенного количества теплоты, достаточного для создания на поверхности реза слоя расплавленного металла;
• достаточная вязкость жидкого расплава для создания возможности перемешивания жидкого металла струей кислорода.

Приведенные условия определяют требования к металлу, обрабатываемому кислородной резкой. Прежде всего, температура плавления оксидов должна быть ниже температуры плавления самого металла. В противном случае струя кислорода не сможет окислить расплавленный металл.

Если температура воспламенения металла будет выше температуры плавления, то металл начнет плавиться и выдуваться струей кислорода без последующего его окисления (плавильный процесс). Этот процесс требует значительных энергетических затрат. При низкой теплоте образования оксида лобовая поверхность реза не прогревается до температуры плавления, процесс резки прерывается. По тем же самым причинам отрицательно сказывается на способности металла подвергаться кислородной резке их высокая теплопроводность.

Высокая вязкость расплава не обеспечивает его перемещения в поверхностных слоях, в результате чего снижается выделение теплоты на кромке реза.

Из чистых металлов кислородной резкой хорошо обрабатываются железо и титан. Нельзя разрезать обычным кислородным способом никель, медь, алюминий, магний, хром и цинк.

В технике обычно применяют сплавы металлов, из них наиболее широко используют сплавы железа и углерода - сталь и чугун. Наличие примесей в стали влияет на способность стали обрабатываться кислородной резкой из-за образования в слое жидкого расплава, выдуваемого из реза кислородной струей, тугоплавких оксидов.

Влияние легирующих примесей на резку стали . Остановимся подробнее на влиянии легирующих примесей на способность стали обрабатываться кислородной резкой.

Углерод, содержащийся в стали, приводит, с одной стороны, к повышению температуры ее воспламенения в струе кислорода, с другой к снижению температуры плавления. Стали, содержащие до 1 % углерода, разрезаются кислородной резкой без затруднений. Кроме того, повышение содержания углерода в стали снижает ее вязкость. Именно этим обстоятельством можно объяснить более низкие скорости резки железа, содержащего в составе сотые доли процента углерода.

Марганец и медь в количествах, встречающихся обычно в сталях, практически не влияют на технологические параметры кислородной резки. Кислородной резкой могут разрезаться стали, содержащие до 18 % марганца.

Кремний, хром, алюминий, никель с увеличением их содержания в стали ухудшают процесс резки.

Кремний содержится обычно в небольшом количестве (до 2 %) в низколегированных сталях, что практически не сказывается на скорости резки.

При содержании в сталях до 2 % хрома их также разрезают с использованием режимов, принятых для низкоуглеродистых сталей. Увеличение содержания хрома до 6 % приводит к снижению скорости резки. Хромистые стали с содержанием хрома более 6 % из-за образования тугоплавких оксидов не могут быть обработаны обычной кислородной резкой. Для резки этих сталей в разрез вводят специальные флюсующие материалы.

Стали с высоким содержанием никеля (до 30 %) можно разрезать кислородным способом, если содержание углерода в них не превышает 0,35 %, в противном случае резка затрудняется, требуется предварительный подогрев.

Кислородная резка стали с содержанием до 10 % вольфрама осуществляется без затруднений. При более высоком содержании вольфрама в разрезе образуется большое количество вязких тугоплавких оксидов вольфрама, препятствующих удалению расплава из реза.