Главная → Статьи

Кислородная резка

Нужно сразу заметить, что данной резке поддаются только те металлы, которые удовлетворяют следующим главным требованиям.

Температура плавления металла должна быть больше температуры воспламенения его в кислороде. В противном случае металл будет только плавиться, но не будет сгорать. Например, низкоуглеродистая сталь имеет температуру воспламенения в кислороде 1300-1350 °С, а температуру плавления — около 1500 °С.

Однако повышение количества углерода в стали будет сопровождаться увеличением температуры воспламенения в кислороде и уменьшением температуры плавления. В связи с этим резка стали с повышенным содержанием углерода и примесей становится проблематичной.

Температура плавления металла должна быть выше температуры плавления оксидов. Данное требование необходимо для того, чтобы образующиеся при резке оксиды легко выдувались кислородом и не мешали дальнейшему окислению и резке. Например, при резке алюминия образуются оксиды с температурой плавления приблизительно 2050 °С, а при резке хромистых сталей — оксиды с температурой плавления около 2000 °С. Совершенно очевидно, что эти оксиды покрывают поверхность металла и прекращают тем самым дальнейший процесс резки.

Теплопроводность металла должна быть как можно меньшей, ибо при большой теплопроводности сообщаемая металлу теплота быстро уходит из зоны резки и подогреть такой металл до температуры воспламенения будет трудно.

Количество выделяющейся при сгорании металла теплоты должно быть достаточно большим, так как эта теплота нагревает пограничные с зоной резки участки металла и тем самым обеспечивает непрерывность процесса резки. Так, например, при резке низкоуглеродистой стали 65-70% суммарного количества теплоты выделяется от сгорания металла в струе кислорода, остальные 30-35% составляет теплота от подогревающего пламени резака.

Возникшие при резке шлаки должны быть достаточно текучими и без труда выдуваться из разреза. Вязкие и тугоплавкие шлаки будут серьезно затруднять процесс резки.

Перед началом резки нужно тщательно очистить поверхность разрезаемого металла от ржавчины, окалины, грязи и краски. Для их удаления необходимо медленно провести пламенем резака по поверхности металла вдоль предполагаемой линии разреза. При этом окалина отстает от металла, а краска и масло выгорают. После этого следует зачистить металлическую поверхность щеткой.

Необходимо заметить, что разные металлы в разной степени подвергаются кислородной резке. Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,3% режутся очень хорошо, тогда как среднеуглеродистые стали (с количеством углерода не выше 0,7%) режутся несколько хуже. Высокоуглеродистые стали режутся с большим трудом, а при содержании углерода свыше 1% резка неосуществима без добавки специальных флюсов. Высоколегированные стали газокислородной сварке не поддаются, для их резки нужно использовать плазменно-дуговую или кислородно-флюсовую резку, которой можно разрезать еще медь, латунь, бронзу. Для разделки алюминия и его сплавов применима плазменно-дуговая резка. Таким образом, после характеристики разрезаемости следует изучить особенности технологии резки разных металлов в зависимости от их толщины, вида разрезаемого профиля, химического состава и деформируемости в результате высокотемпературного воздействия.

Если толщина металла не достигает 300 мм, то достаточно нормального пламени. При толщине металла свыше 400 мм длину факела подогревающего пламени нужно увеличить за счет избытка притока ацетилена. Это позволит глубоко прогреть металл. Скорость резки играет большую роль в эффективности выполняемой работы. Скорость перемещения резака должна соответствовать скорости горения металла. Самым простым способом определения скорости будет являться характер выброса искр и шлака (рис. 128).

Рис. 128. Определение скорости резки по выбросу искр:
а —медленная скорость резания; б — нормальная скорость резания; в — быстрая скорость резания

Если скорость движения резака правильная, то поток искр и шлака вырывается из разреза прямо вниз, а кромки получаются чистыми, без натеков и подплавлений. При малой скорости поток искр опережает резак, а кромки разреза оплавляются и покрываются натеками. При большой скорости сноп искр отстает от резака, а металл в нижней кромке не успевает сгорать, поэтому сквозное прорезание прекращается.

Производительность резки зависит и от правильного положения резака. Резка листовой стали толщиной до 50 мм выполняется следующим образом. В самом начале резки на край разрезаемого металла нужно направить подогревающее пламя для нагрева кромки до температуры оплавления. Потом мундштук резака нужно установить перпендикулярно к поверхности разрезаемого металла так, чтобы струя подогревающего пламени, а затем и режущего кислорода располагалась вдоль вертикальной грани металла. После прогрева металла до температуры воспламенения следует пустить струю режущего кислорода. Перемещать резак нужно лишь после того, как металл будет прорезан на всю его толщину в самом начале линии резания.

Чтобы не допустить отставания резки в нижних слоях металла, в конце процесса нужно сделать угол наклона реза в 20-30° в сторону, обратную его движению, а скорость дв жения инструмента уменьшить.

При работе с металлом большей толщины (100-200 м угол наклона следует уменьшить до 10-15°. Предварительны, подогрев до 300-400 °С позволит провести резку с повышенной скоростью. Положение резака в процессе работы показано на рисунке 129. Ширина и чистота разреза зависят от способа резки и толщины металла. Машинная резка дает меньшую ширину разреза и более чистые кромки, чем ручная резка. Чем толще разрезаемый металл, тем больше ширина разреза.

Если происходит разрезание заготовок круглого сечения, то в начале резки угол наклона резака нужно сделать большим, а затем постепенно уменьшать его в процесс работы вплоть до перпендикулярного положения резака (рис. 130).

Рис. 129. Положение резака при работе с листовой сталью: а — начало резки; б — процесс резки

Следует заметить, что при вырезке фигурных деталей положение резака по отношению к поверхности металла должно быть строго перпендикулярно. При резке нескольких листов металла их необходимо закрепить в пакет, чтобы сделать процесс производительным. Кромки листов в месте начала резки нужно сложить так, как это продемонстрировано на рисунке 131.

Рис. 130. Положение резака при работе с круглыми заготовками

Рис. 131. Пакетирование листов металла

Прожигание отверстий имеет ряд особенностей. При тол щине металла до 20 мм сначала нужно выполнить подогрева ние до требуемой температуры, затем подогревающее плам необходимо выключить, а режущий кислород пустить плавны открытием вентиля на резаке. От горячего металла кисло род самовоспламеняется. Такой порядок действий позволяе предотвратить обратные удары пламени.

При толщине металла 20-50 мм лист или деталь нужн установить в вертикальном или наклонном положении дл того, чтобы сток шлаковых образований происходил незамед лительно. При этом первоначальное отверстие высверливает ся на небольшую глубину. Далее ход работы такой же, ка~ и в предыдущем случае.

Мундштук при работе следует держать от поверхност-металла на определенном расстоянии. Для этого можно исполь зовать тележку или другие приспособления, которые крепят ся к головке резака.

При резке металла толщиной до 100 мм расстояние меж ду поверхностью металла и торцом мундштука должно быть на 2-3 мм больше длины ядра пламени.

При разрезании металла толщиной свыше 100 мм и при резке, выполняемой на газах-заменителях ацетилена, расстояние следует увеличить на 30-40% для предотвращения перегрева мундштука.

Номера мундштуков (внутренних и наружных) необходимо выбирать в зависимости от толщины металла.

Таким образом, ручная резка может быть успешной только тогда, когда работающий соблюдает рекомендуемый угол наклона резака, точно определил место начала резки, тщательно выбрал номера мундштуков и горючий газ.

Резку труб можно производить с использованием ацетилена и его заменителей. При осуществлении резки трубу можно вращать роликами, как это показано на рисунке 132.

На данном рисунке приведено и правильное положение резака, при котором участок взаимодейсвия металла с кислородом резко увеличивается, а образующийся в процессе

Рис. 132. Разрезание труб: а — скоростная резка; б — резка на роликах

работы шлак нагревает пограничные зоны трубы. Это, в свою очередь, очень улучшает условия резки металла. Вместе с тем такое положение резака удлиняет сроки предварительного подогрева металла до температуры воспламенения до 60-70 с.

Чтобы сократить время нагрева, нужно сразу же ввести в участок разрезания стальной пруток или железный порошок. Тогда скорость резки труб с толщиной стенки до 12 мм и диаметром 300-1020 мм составит 1,5-2 м/мин.

При резке отливок и поковок толщиной 300-800 мм можно воспользоваться ручным резаком типа РЗР-2, которому в начале резки нужно придать перпендикулярное по отношению к разрезаемой поверхности положение (или под углом в 5° в сторону, противоположную движению). Затем следует насквозь прорезать металл в месте начала линии разреза после предварительного подогрева. Далее надо начать перемещение инструмента под тем же углом, а к концу реза нужно сделать угол наклона инструмента в 10-15° в сторону, обратную Движению, и уменьшить скорость движения. Это необходимо Для окончательного прорезания конечного участка.

Деформация при резке и борьба с ней. Неравномерный нагрев и охлаждение деталей или заготовок в процессе резки приводит к возникновению остаточных напряжений в металле и деформации.

Чтобы этого не произошло, нужно выполнять при работе нижеперечисленные практические рекомендации:
— перед началом работы следует провести отпуск;
— резку начинать всегда с наибольшей по длине кромки, а заканчивать на короткой кромке;
— сначала вырезать мелкие детали, а потом крупные;
— скорость резки должна быть предельно высокой, чтобы кромки металла сильно не разогревались;
— вырезка отверстий должна проводиться раньше других работ;
— в процессе работы осуществлять охлаждение метал ла водой;
— прежде нужно выполнять зигзагообразные разреза потом прямые;
— перед работой листы металла нужно надежно закрелять для предупреждения их смещения под влиянием остаточ ных напряжений;
— при наличии перемычек их ликвидируют после OKOII чания работ по резке.

Инструмент в начал; резки должен иметь наклон в сторону движения в 2-3° по отношению к плоскости торца, а в конце процесса — 2-3° в сторону, противоположную направлению движения.

—

Кислородная резка основана на свойстве металла сгорать в струе кислорода и удалении этой струей образующихся продуктов горения. Резка начинается с нагрева металла в начале реза подогревающим пламенем резака до температуры воспламенения металла в струе кислорода. Затем подают режущий кислород, что приводит к непрерывному окислению металла по всей толщине, и перемещают резак по линии реза. Кислородной резке подвергают только те металлы и сплавы, температура воспламенения которых в кислороде ниже, чем температура их плавления; температура плавления окислов металлов, образующихся при резке, ниже температуры плавления самого металла; количество тепла, которое выделяется при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно большим, чтобы поддерживать непрерывный процесс резки; появившиеся при резке шлаки должны быть жидкотекучими и легко выдуваться из места резки; теплопроводность металлов и сплавов не должна быть слишком высокой, так как сообщаемое подогревающим пламенем и нагретым шлаком тепло будет интенсивно отводиться от места реза.

Существует разделительная кислородная резка, когда металл разрезается на части, поверхностная — срезается поверхностный слой металла и копьевая — в металле прожигается глубокое отверстие.

Разделительная резка широко применяется при рас-крое листов и резке профильного металла. Большое влияние на качество и производительность резки оказывает подготовка разрезаемого металла. Прежде всего с поверхности металла необходимо удалить ржавчину, окалину, краску и другие загрязнения. Зазор между полом и нижней поверхностью реза должен быть не менее 100—1500 мм, что обеспечит беспрепятственное удаление шлаков из зоны реза. Для получения высокого качества реза расстояние между мундштуком и поверхностью разрезаемого металла должно быть постоянным, устанавливается оно в зависимости от толщины разрезаемого металла:

Толщина металла, ммЗ—10 10—25 25—50 50—100 1С0—200 200—ЗСО; Расстояние между мундштуком и разрезаемым металлом, мм 2—3 3—4 3—5 4—6 5—8 7—10

При работе на заменителях ацетилена расстояние необходимо увеличить на 30—40 - На качество и производительность резки, на удельный расход кислорода большое влияние оказывает чистота режущего кислорода. С понижением чистоты кислорода интенсивность окисления железа замедляется и продолжительность резки и расход кислорода возрастают. При понижении чистоты кислорода на 1 % его удельный расход возрастает на 25—30 %, а продолжительность резки — на 10—15- Лучшие результаты можно получать при чистоте кислорода 99,7 %.

Режим кислородной резки в основном определяется мощностью подогревающего пламени, скоростью резки и давлением режущего кислорода. Мощность подогревающего пламени должна обеспечить быстрый подогрев металла в начале резки до температуры воспламенения и необходимый нагрев его в процессе резки. Металл толщиной до 300 мм режут нормальным пламенем, больших толщин — науглероживающим пламенем с избытком горючего. Скорость резки должна соответствовать скорости горения металла и зависит от толщины и свойств разрезаемого металла. При обработке стали толщиной до 20 мм скорость резки зависит от мощности подогревающего пламени. На скорость резки влияет форма линии реза, вид резки (заготовительная или чистовая) (рис. 81). При правильно выбранной скорости резки отставание линий реза не должно превышать 10—15 % толщины разрезаемого металла. Скорость резки считается нормальной, если пучок искр выходит почти параллельно кислородной струе. При завышенной скорости резки отклонение пучка искр происходит в сторону, обратную направлению резки, при малой скорости — в направлении резки. Качество резки определяется наличием шлака и грата на нижней кромке, равномерностью ширины реза по всей толщине разрезаемого металла, степенью оплавления верхней кромки. При резке на природном газе поверхность реза более ровная, без оплавлений; чем мощнее подогревающее пламя и меньше скорость, тем больше оплавляются верхние кромки. Шероховатость поверхности реза характеризуется количеством и глубиной бороздок, оставляемых режущей струей кислорода. Глубина бороздок зависит от скорости перемещения резака, вида горючего и давления кислорода. Вследствие неравномерного нагрева металла и его охлаждения при резке он деформируется. Для устранения этого явления резку необходимо вести на предельно оптимальной скорости, жестко закреплять вырезанные детали, резать отдельные участки контура детали в последовательности, при которой Деформации действовали бы в противоположных направлениях и взаимно уничтожались, резать крупногабаритные детали одновременно несколькими резаками.

Рис. 81. Направление выброса шлака
а — при малой скорости резки; б — при оптимальной скорости резки; в — при большой скорости резки

Резка стали зависит от количества содержащегося в ней углерода и химического состава примесей. Хорошо протекает резка стали с содержанием углерода до 0,3% (низкоуглеродистые стали), свыше 0,3%—поверхность реза закаливается, свыше 0,7 % — резка становится затруднительной. Резке подвергают стали толщиной не менее 3 мм. Кислородная резка стали толщиной 10—100 мм (средние толщины) затруднений не вызывает. Резка стали малых толщин сопровождается оплавлением кромок, короблением и значительным перегревом. Оптимальным вариантом резки стали малых толщин является резка с последовательным расположением подогревающего пламени и режущего кислорода на максимальной скорости и минимальной мощности подогревающего пламени. Мундштук резака наклоняют под углом 15—40° к поверхности реза в сторону, обратную направлению резки. Хорошие результаты дает пакетная резка, при которой листы, подготовленные к резке, складывают в пакет, стягивают приспособлениями и разрезают за один проход. Максимальная толщина одного листа не более 4—6 мм, всего пакета — не более 100 мм. При этом листы должны быть хорошо очищены и плотно прилегать друг к другу. Основные трудности резки стали толщиной 300 мм и более связаны с необходимостью прогрева нижних слоев металла, удаления шлака на большом расстоянии от реза и применения высоких давлений кислорода.

Резка стали различного профиля имеет свои особенности. Двутавровые балки начинают резать с полок, а затем прорезают стенку. Резку уголка начинают с кромки полки, резак устанавливают перпендикулярно полке в начале кромки и перемещают до обушка, затем его плавно разворачивают, размещают перпендикулярно второй полке и прорезают уголок до конца за один проход. Для резки труб применяют специальные каретки и роликовые стенды с приводными колесами для поворота трубы. Мундштук при резке круглых прутков в начальный момент располагают перпендикулярно поверхности металла, после нагрева металла открывают вентиль режущего кислорода и перемещают резак в направлении резки.

Струя режущего кислорода у поверхностной кислородной резки располагается под углом 15—40° к поверхности металла и имеет большую скорость перемещения вдоль обрабатываемой поверхности. Этим она отличается от разделительной резки. При поверхностной резке дополнительным источником нагрева металла является также расплавленный шлак, перемещающийся по поверхности металла и подогревающий последующие его слои. Это ведет к сокращению времени подогрева, а следовательно, к повышению скорости резки и производительности труда. Процесс резки протекает устойчиво только в том случае, когда направление перемещения резака совпадает с направлением кислородной струи. Преимуществом поверхностной резки по сравнению с другими способами является высокая производительность, позволяющая удалять ручным резаком до 5 кг металла в минуту.

—-

На монтаже применяют разделительную и поверхностную кислородную резку. Эти виды резки применяют во всех пространственных положениях.

Кислородная резка обусловливается взаимодействием следующих трех процессов:
1) прогрев разрезанного стального изделия газовым пламенем (физический процесс);
2) сгорание соответственно подогретой стали в струе кислорода (химический процесс);
3) удаление сгоревшей стали из места реза струей кислорода, не участвовавшего в процессе сгорания (физический процесс).

Температура нагрева участка металла зависит от толщины и от состава разрезаемого металла. Чем больше толщина металла, тем больше в нем легирующих добавок, а следовательно, и выше температура нагрева; для углеродистой стали 1200 °С, для легированной стали 1300 °С.

Сущность горения металла заключается в том, что на нагретый участок разрезаемого металла направляется струя режущего кислорода. Кислород интенсивно окисляет поверхность металла. Верхние слои металла, сгорая, выделяют значительное количество тепла, подогревая до воспламенения в струе кислорода низкие слои металла.

Количество тепла, выделяющегося при резке от сгорания железа в кислороде, в несколько раз превышает количество тепла, получаемого от подогревательного пламени. Несмотря на это, гасить подогревательное пламя нельзя, потому что струя режущего кислорода встречает холодную поверхность металла и не воспламеняет ее, в результате чего резка прекращается.

Как только металл начинает окисляться, он тут же выдувается струей режущего кислорода. Если окисленный металл (шлак) не будет выдуваться, резку прекращают, так как шлаки изолируют лежащие ниже слои металла от контакта с кислородом.

Кислородной резке подвергают не все металлы, а только те, которые удовлетворяют следующим требованиям:
– температура горения металла должна быть ниже температуры его плавления, иначе металл будет выплавляться, а не сгорать; таки металлы, как медь, латунь, алюминий и чугун, нельзя резать кислородной резкой, так как их температура воспламенения выше температуры плавления;
– образующиеся окислы металла должны плавиться при температуре, более низкой, чем температура плавления основного металла, тогда окислы будут легко выдуваться из места реза в жидком состоянии;
– если металл не удовлетворяет этому требованию, то кислородная резка его без применения специальных флюсов невозможна, потому что образующиеся окислы не смогут выдуваться из места реза;
– окислы металла должны быть жидкотекучими, в противном случае шлак при резке будет плохо выдуваться;
– количество тепла, выделяющегося при сгорании металла, должно быть как можно больше, чтобы обеспечить поддержание процесса резки.

Теплопроводность металла должна быть как можно меньшей.

Влияние легирующих элементов. Степень разрезае-мости стали обусловливается ее химическим составом. Прежде всего большое значение имеет содержание углерода. Хорошо режутся стали с содержанием углерода до 0,3%.

При содержании углерода выше 0,3% сталь приобретает склонность к закалке и трещинообразованию при резке, а поэтому требует предварительного подогрева

Процесс резки ухудшается при содержании углерода свыше 0,7%. При содержании его свыше 1 —1,2% резка делается невозможной, так как с увеличением содержания углерода в стали температура воспламенения ее повышается, а температура плавления понижается.

Марганец содержится в стали до 4%. При содержании марганца в стали более 4% процесс резки несколько затрудняется. Во избежание появления закалочных трещин при резке стали с содержанием марганца более 0,8% и углерода более 0,3% разрезаемый металл перед резкой рекомендуется подогреть.

Никель. Содержание никеля в стали до 3—4% и углерода до 0,5% резки не ухудшает. С увеличением содержания никеля и углерода резка стали ухудшается.

Хром. Кислородной резке в обычных условиях можно подвергать стали с содержанием хрома не более 1,5%. Стали с содержанием хрома от 1,5 до 5% подвергаются кислородной резке с предварительным подогревом. Хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали режутся с помощью кислородно-флюсовой резки.

Молибден. Содержание молибдена в стали до 0,5% на процесс резки не влияет.

Сера и фосфор. Содержание в стали серы и фосфора согласно сертификату на процесс резки не влияет.

В процессе кислородной резки кромки сталей, содержащих углерод, марганец, хром и молибден, закаливаются с возможным образованием закалочных трещин. Подобное явление наиболее часто возникает при резке сталей большой толщины. Закалки можно избежать, если применять подогревательное пламя с избытком кислорода.

При кислородной резке углеродистых сталей с содержанием углерода более 0,35% и низколегированных с содержанием углерода более 0,2% закаливается зона термического влияния.

Данные стали необходимо резать с предварительным или сопутствующим подогревом.

Ваш отзыв