Условия резки. Кислородной резке подвергаются только те металлы и сплавы, которые удовлетворяют определённым условиям.
· Температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления. Этому требованию соответствуют низкоуглеродистые стали, температура воспламенения которых в кислороде около 1300оС, а температура плавления около 1500оС. Увеличение содержания углерода в стали сопровождается повышением температуры воспламенения в кислороде и понижением температуры плавления. Поэтому с ростом содержания углерода кислородная резка сталей ухудшается.
· Температура плавления оксидов металлов, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла. В противном случае тугоплавкие оксиды не будут выдуваться струёй режущего кислорода, что нарушит нормальный процесс резки. Этому условию не удовлетворяют высокохромистые стали и алюминий. При резке высокохромистых сталей образуются тугоплавкие оксиды с температурой плавления 2000оС, а при резке алюминия – оксид, температура плавления которого около 2050оС. Кислородная резка их невозможна без применения специальных флюсов.
· Теплоты, которая выделяется при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно для поддержания непрерывного процесса резки. При резке стали около 70% теплоты выделяется в результате сгорания металла в кислороде и только 30% её поступает от подогревающего пламени резака.
· Образующиеся при резке шлаки должны быть жидкотекучими и легко выдуваться из места реза.
· Теплопроводность металлов и сплавов не должна быть слишком высокой, иначе теплота от подогревающего пламени и нагретого шлака интенсивно отводится от места реза, процесс резки становится неустойчивым и в любой момент может прерваться. При резке стали сгорание железа в кислороде происходит в соответствии со следующими реакциями:
Fe + 0,5O2 = FeO + 269 МДж/кмоль,
2Fe + 1,5O2 = Fe2O3 + 272 МДж/кмоль,
3Fe + 2O2 = Fe3O4 +276 МДж/кмоль.
Из уравнений следует, что на сгорание 1 кг железа расходуется 0,38 кг (0,27 л) кислорода, или на 1 см3 железа требуется 2,1 л кислорода. На практике же расход кислорода в процессе резки может быть выше или ниже теоретического значения, так как часть металла выдувается из полости реза в неокислённом виде и вытекающий шлак содержит не только оксиды, но и металлическое железо. Выделяемое при горении железа значительное количество теплоты оплавляет поверхность металла. Этот жидкий металл увлекается в шлак вместе с расплавленными оксидами. Количество теплоты, образующееся в результате сгорания железа при резке, в 6-8 раз превышает количество теплоты, выделяемой подогревающим пламенем резака.
Указанным условиям удовлетворяет лишь железо и его технические сплавы – стали. Большинство других металлов не поддаются кислородной резке.
Разрезаемость металла. Ниже приведены характеристики разрезаемости углеродистых сталей.
Сталь
Характеристика разрезаемости.
Низкоуглеродистая
При содержании углерода до 0,3% резка без затруднений.
Среднеуглеродистая
С увеличением содержания углерода от 0,3 до 0,7% резка осложняется.
Высокоуглеродистая
При содержании углерода свыше 0,3% до 1% резка затруднена и требуется предварительный подогрев стали до 300-700С. При содержании углерода более 1-1,2% резка невозможна (без применения флюсов).
Разрезаемость кислородом конструкционных сталей оценивают по содержанию в них эквивалентного углерода:
Cэ = C + 0,16Mn + 0,3 (Si + Mo) + 0,4Cr + 0,2V + 0,04 (Ni + Cu).
Цифры, стоящие перед обозначением элементов, указывают их содержание в сталях (в процентах по массе).
Характеристика разрезаемости конструкционных сталей.
Содержание
Разрезаемость стали
Марка стали
углерода
эквивалентного углерода
До 0,3
До 0,6
Возможна резка в любых условиях без ограничений и без подогрева до и после резки.
15Г,20Г,10Г2,15М, 15НМ и др.
До 0,5
0,6 - 0,8
В летнее время - хорошая без подогрева. В зимнее время необходим подогрев до150оС
30Г, 40Г, 30Г2, 15Х, 20Х, 15ХФ, 10ХФ, 15ХГ, 20М, 12ХНЗА, 20ХНЗА и др.
До 0,8
0,8 - 1,1
Резка затруднена в связи с возможностью образования закалочных трещин. Необходим предварительный подогрев до 500оС
50Г - 70Г, 35Г2 - 50Г2, 30Х - 50Х и др. 12ХМ - 35ХМ, 20ХГ - 40ХГ, 40ХН - 50ХП, 12Х2Н4А - 20Х2Н4А, 40ХФА, 5ХНМ, ШХ10, 25ХМФА и др.
Более 0,8
Более 1,1
Резка затруднена в связи с возможностью образования трещин после резки. Необходим предварительный подогрев до 300-400оС и замедленное охлаждение металла после резки.
25ХГС - 50ХГС, 33ХГС - 40ХС, 20ХЗ, 35ХЮА, 37ХНЗА, 35Х2МА, 25НВА, 38ХМЮА, 40ХГМ, 45ХНМФА, 50ХГА, 50ХТФА, 5ХНМ, 12Х2НЗМА, ШХ15, ШХ15СГ и др.
Влияние легирующих элементов на разрезаемость стали при кислородной резке.
Элемент
Разрезаемость стали
Марганец
При содержании до 0,6% Mn резка выполняется без затруднений, однако твёрдость поверхности реза значительно повышается по сравнению с твёрдостью основного металла.
Кремний
При содержании до 0,2% С и до 4% Si металл разрезается без затруднений. При содержании свыше 0,2% С и до 2,5% Si резка выполняется удовлетворительно.
Хром
Стали, содержащие до 0,7% С и до 1,5% Cr, подвергаются резке без затруднений. При содержании до 0,4% С и до 5% Cr необходим предварительный подогрев, который позволяет избежать закалки. Если содержание Cr превышает 6%, сталь не разрезается.
Никель
При содержании до 0,5% С и до 35% Ni сталь разрезается удовлетворительно, если в её составе нет значительного количества других элементов.
Вольфрам
Сталь, содержащая до 0,7% С и до 10% W, разрезается без затруднений. При содержании 10-15% W резка возможна только с предварительным подогревом.
Молибден
Содержание Mo до 2% не влияет на процесс резки. При содержании свыше 3,5% Мо резке поддаются только стали, которые содержат не более 0,3% С.
Медь
Содержание Cu до 0,7% не влияет на процесс резки.
Алюминий
Содержание до 0,5% Al на процесс резки не влияет. При большем его содержании ухудшается процесс резки. При содержании свыше 10% Al сталь не разрезается.
Сера и фосфор
Если общее содержание этих элементов не превышает 0,1%, на процесс резки они влияния не оказывают.
Предварительный подогрев необходим в первую очередь для предупреждения образования трещин и выполняется в газовых печах, нагревательных колодцах или пламенем многопламенной горелки.
Высоколегированные стали кислородной резке не поддаются из-за образования в процессе резки тугоплавких оксидов, которые с трудом удаляются из полости реза (разреза). Высокоуглеродистые, высоколегированные аустенистные, высокохромистые стали не поддаются газокислородной резке. В этом случае применяют кислородно-флюсовую или плазменно-дуговую резку.
Для резки необходим чистый кислород; даже небольшое количество примесей заметно снижает ей скорость и значительно повышает расход кислорода. В качестве горючего дл подогревающего пламени при кислородной резке можно использовать любой промышленный горючий газ, а также бензин, бензол, керосин и т.д.
Чугун не режется вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры начала горения; он горит в кислороде в расплавленном состоянии, что исключает возможность получения качественного реза.
Цветные металлы также не поддаются процессу резки из-за высокой температуры плавления их оксидов и значительной теплопроводности.
Медь не режется вследствие высокой теплопроводности и незначительного количества теплоты, выделяющейся при её сгорании. Медь и её сплавы можно обрабатывать кислородно-флюсовой резкой.
Алюминий не режется по причине чрезмерной тугоплавкости образующегося оксида. Для алюминия и его сплавов применяют плазменную дуговую резку.
Показатели режима резки. Основными показателями режима резки являются: мощность пламени, давление режущего кислорода и скорость резки. От их выбора во многом зависят производительность и качество резки.
