Газокислородная резка стали

По способу выполнения кислородную резку делят на разделительную и поверхностную. Разделительная резка предназначена для вырезки заготовок, раскроя листов и выполнения демонтажных работ, связанных с разделением металла на несколько частей; металл прорезается на всю толщину.

Поверхностная резка предназначена для разделки канавок на металле, удаления поверхностных дефектов на отливках, прокате и сварных швах, для удаления головок заклепок, снятия поверхностных слоев металла.

Копьевая резка применяется при прожигании отверстий в металле большой толщины и при обработке неметаллических материалов, например, бетона.

Суть процесса кислородной резки заключается в сгорании металла в струе кислорода с последующим удалением этой струей продуктов окисления из зоны реза. Металл предварительно нагрёвают пламенем, которое образуется при сгорании в кислороде ацетилена или паров керосина» бензина, затем подают режущий кислород, сжигающий нагретый металл. Касаясь нагретого металла режущая струя кислорода интенсивно окисляет и сжигает его верхние слои. Процесс окисления верхних слоев металла сопровождается выделением большого количества тепла, которое расходуется на прогрев нижних слоев металла. Процесс сгорания расплавленного металла распространяется на всю толщину, образующиеся окислы выдуваются из места реза струей режущего кислорода.

Газокислородной резкой режут металлы толщиной от 3 до 2000 мм. При поверхностной резке слои металла снимаются на ограниченную глубину в результате большого мундштука резака. Кислородом режутся не все металлы, а только те, которые удовлетворяют следующим требованиям:

1. Температура плавления металла должна быть ВЫШЕ температуры его воспламенения в кислороде. В противном случае металл будет плавиться, а не гореть и плохо прогревать нижние слои, привариваться к кромкам, края будут рванные. Углерод существенно снижает температуру, поэтому высокоуглеродистые стали и чугуны резать кислородом практически невозможно.

2. Температура плавления металла должна быть ВЫШЕ температуры плавления его окислов. В противном случае пленка окисла будет препятствовать доступу кислорода к металлу и го рения металла (его резки) не произойдет.

3. Количество теплоты, выделяющееся при окислении - сгорании металла, должно быть достаточно большим, чтобы автоматически продолжался процесс резки без необходимости сообщения теплоты извне. Так, тепловой эффект образования окислов меди, никеля, олова очень низкий и резать такие металлы кислородом практически невозможно.

4. Окислы, образующиеся при резке, должны быть жидкотекучие. В противном случае при резке плохо выдувается шлак, Так, окислы кремния, хрома и некоторых других элементов обладают малой жидкотекучестью, они очень вязкие. Поэтому они не стекают, а налипают на кромки реза и удалить их очень трудно. К таким сплавам относятся, например, чугун, хромистые стали.

5. Теплопроводность металла должна быть низкой, чтобы начально сообщаемая теплота для подогрева металла до нужной температуры воспламенения в кислороде, не перераспределялась на большую площадь за счет теплопередачи. Вследствие высокой теплопроводности меди, алюминия и их сплавов, их невозможно резать кислородной струей.

6. Сплав должен содержать минимальное количество примесей, повышающих его прокаливаемость. Так, при резке сталей с высоким содержанием углерода, кремния, хрома, никеля, молибдена, вольфрама кромки реза закаливаются, повышается их твердость и хрупкость, что приводит к образованию трещин.

Наиболее полно перечисленным требованиям удовлетворяет сталь с содержанием углерода менее 0,7%. Не отвечают этим требованиям и не поддаются кислородной резке стали с большим содержанием углерода, высоколегированная сталь нержавеющие стали, цветные металлы (медь, алюминий, титан) и их сплавы.

К основным технико-экономическим показателям газокислородной резки, определяющим ее качество, производительность и экономичность, относятся: расход и чистота кислорода, мощность подогреваемого пламени, скорость резки, расстояние от ядра пламени до разрезаемого металла.

Расход и чистота режущего кислорода должны быть вполне определенными для проведения процесса. Недостаток кислорода в зоне реза приводит к неполному окислению металла и недостаточно интенсивному удалению окислов; избыток кислорода - к охлаждению металла и выносу теплоты из зоны реза. При большом избытке кислорода процесс резки может прекратиться. Согласно ГОСТ 5191-79 при ручной резке расход кислорода зависит от толщины металла следующим образом:

Толщина стали, мм	3…5	5…25	25…50	50…100	100…200	200…300
Расход кислорода, м3/ч

При выходе из сопла резака струя режущего кислорода должна иметь ярко-голубой цвет и на возможно большей длине сохранять цилиндрическую форму, чтобы обеспечить равномерную ширину реза по всей толщине металла. На форму струи, расход и скорость истечения кислорода влияет форма канала сопла мундштука. Применяют сопла с выходными каналами цилиндрической, ступенчато-цилиндрической и расширяющейся формами. При выходе из цилиндрического канала сопла струя режущего кислорода на некотором расстоянии от него имеет вид усеченного конуса. Частички кислорода при этом теряют свою скорость и направление, что снижает скорость и качество резки. Такие сопла применяются для резки металла небольшой толщины - до 20 мм. Сопла со ступенчато-цилиндрическими каналами широко применяются при резке металла толщиной 15…200 мм. Максимальную скорость истечения кислорода в длину цилиндрической части струи обеспечивают сопла с расширяющимся каналом, однако они сложены в изготовлении и применяются для резки металла большой толщины. Чем ниже чистота кислорода, тем больше налипает трудноотделимого грата (шлака с несгоревшим металлом) на нижней кромке реза, препятствуя движению струи и выходу продуктов реза. Минимальная чистота кислорода, при которой можно получить рез без грата, равна 99,2%, но при этом скорость резки малая, а расход кислорода большой. Наиболее эффективный безгратовый процесс резки стали толщиной до 100 мм достигается кислородом чистотой 98,0%, скорость резки снижается на 29%.

Мощность подогревающего пламени выбирается в зависимости от толщины разрезаемого металла. Мощность определяется и давлением горючего газа и кислорода. При резке стали толщиной 3...8 мм используют окислительное пламя, при толщине 10...100 мм - нормальное пламя. При избыточной мощности подогревающего пламени кромки реза могут вплавляться. Оплавляющийся металл налипает на нижнюю кромку, образуя трудноудалимый грат.

Время нагрева стали для пробивки отверстий с использованием различных газов, горящих в кислороде, в секундах:

Толщина металла, мм	Ацетилен	Пропан-бутан	Природный
5…15	5…10	10…15	15…20
16…30	10…15	15…20	20…25
31…50	15…20	20…25	25…30

Из этих данных видно, что время на прогрев металла до температуры воспламенения у газов-заменителей в 1,5...2 раза больше, чем у ацетилена.

Скорость резки стали зависит от толщины металла, степени механизации процесса резки (ручная, машинная), формы линии реза (фигурная или прямолинейная), точности резки (заготовительная, чистовая, с припуском и т.д.) и чистоты кислорода. При малой скорости движения резака пучок искр и шлака из зоны реза выходит направленным вперед - в направлении движения резака, кромки металла оплавляются. При большой скорости движения резака искры и шлак вылетают в сторону, противоположную его движению, металл не полностью разрезается. При нормальной скорости движения резака, согласованной с толщиной металла, чистотой и интенсивностью кислородной струи, искры и шлак вылетают вниз.

Расстояние от ядра подогревающего пламени до разрезаемого металла должно поддерживаться постоянным, мм;

где: l_я длина ядра пламени, мм; К -коэффициент учитывающий толщину металла.

Толщина металла, мм	6…50	50…100	Более 100
К	1,5…2	3…5	5…10

Состояние поверхности обрабатываемого металла, например, наличие окалины, ржавчины, масел, грунтов и других загрязнений снижает эффективность процесса газокислородной резки. В начальный момент они изолируют металл от пламени, а в процессе резки загрязнения образуют газообразные продукты, которые засасываются в зону реза и ухудшают условия горения металла. Загрязнения на нижней (обратной) стороне металла при разогреве способствуют налипанию шлака на металл.

Уровень механизации процесса резки определяет не только ее производительность, но и качество кромок разрезанного металла.