Сущность процесса кислородной резки
Кислородная резка
металлов возможна благодаря тому, что
малоуглеродистая сталь, нагретая до температуры,
близкой к температуре плавления (1300—1400 °С),
способна интенсивно сгорать в струе технически
чистого кислорода. При кислородной резке для
нагревания металла применяется такое же пламя, как и
при сварке. Сначала нагревают небольшой участок
металла, намеченный линией разреза, а затем на
нагретое место направляют струю кислорода, перемещая
одновременно подогревательное пламя дальше по линии
разреза. Металл сгорает в струе кислорода, и по всей
толщине разрезаемого металла образуется узкая щель.
Соседние участки металла нагреваются сравнительно
мало.
При сгорании металла образуются жидкие шлаки,
которые выдуваются струей кислорода. При перемещении
подогревательного пламени и струи кислорода по
размеченной линии процесс резки происходит
непрерывно. Кислородная резка проста, не требует
сложного оборудования, поэтому имеет широкое
применение при сборке санитарно-технических деталей.
Для сгорания 1 кг железа теоретически требуется от
0,29 до 0,38 м3 кислорода, в зависимости
от того, какой окисел получается при горении — FeO
или Fe3O4. Практический расход кислорода может
сильно отличаться от теоретического, так как в
шлаках присутствуют оба окисла в различных
соотношениях, часть металла удаляется из разреза в
расплавленном состоянии, часть кислорода расходуется
на выдувание жидкого металла и шлаков, а также
теряется в окружающую среду. Для резки применяют
технический кислород чистотой 98,8—99,7 %. С
понижением чистоты кислорода на 1 % его расход на 1
м длины резки возрастает на 25—35 %, а время резки —
на 10—15 %. Это особенно заметно при резке стали
больших толщин. Применять для резки кислород
чистотой ниже 98 % нецелесообразно, так как
поверхность реза получается недостаточно чистой, с
глубокими рисками и трудноотделяемым шлаком.
Для резки металла кислородом необходимы следующие
условия:
— температура горения металла в кислороде должна
быть ниже температуры плавления, иначе металл будет
плавиться и переходить в жидкое состояние до того,
как начнется его горение в кислороде;
— образующиеся окислы металла должны плавиться при
температуре более низкой, чем температура горения
металла, и не быть слишком вязкими; в противном
случае кислородная резка без применения специальных
флюсов невозможна;
— количество тепла, выделяющееся при сгорании
металла в кислороде, должно быть достаточно большим,
чтобы обеспечить поддержание процесса резки. При
резке стали около 70 % тепла, используемого для
подогревания, выделяется при сгорании металла в
кислороде и только 30 % подводится от подогревающего
пламени;
— теплопроводность металла не должна быть слишком
высокой, иначе вследствие интенсивного теплоотвода
процесс резки может прерваться.
Перечисленным выше условиям наиболее полно отвечают
чистое железо, низко- и среднеуглеродистые, а также
низколегированные стали при содержании углерода до
0,3 %.
На температуру загорания, кроме состава металла,
оказывает влияние также состояние поверхности
металла, величина его кусков, давление и скорость
потока кислорода. Шероховатая поверхность облегчает
загорание металла в кислороде. Порошок железа может
воспламеняться в чистом кислороде при температуре
315 °С, т. е. значительно более низкой, чем
прокатанный металл. Металл на поверхности крупного
куска стали загорается при температуре 1200—1300 °С.
При давлении 25 кгс/см2 и скорости потока кислорода
180 м/с температура загорания углеродистой стали в
кислороде снижается до 700—750 °С.
Среднеуглеродистые стали (углерод до 0,7 %) режутся
хуже. Резка высокоуглеродистых сталей вообще
проблематична, а при С > 1 % резка вообще невозможна
без специальных флюсов.
Высоколегированные стали тоже не поддаются
кислородной резке. Возможна только
кислородно-флюсовая резка с применением специальных
флюсов или плазменно-дуговая (с применением
специального оборудования). Плазменно-дуговая резка
применяется и для разделки алюминия и его сплавов,
для которых кислородная резка исключена. Чугун не
режется вследствие низкой температуры плавления и
высокой температуры начала горения.
Цветные металлы не поддаются кислородной резке из-за
высокой температуры плавления их оксидов и
значительной теплопроводности.