Газокислородная резка металла

Кислородная резка основана на способности железа сгорать в струе чистого кислорода с выделением значительного, количества тепла по реакции 3Fe+3O₂=Fe₃O₄+Q. При этом металл плавится и увлекается в шлак и вместе с расплавленными окислами выдувается газовой струей из полости реза.

Для начала горения металла в кислороде нужно подогревать металл. Тонкое листовое железо загорается при 1000°C, массивные изделия – при 1200-1300 °С. Высококачественная резка возможна лишь в том случае, когда металл горит в твердом состоянии. Если же металл загорается лишь после расплавления, то рез получается широким и неровным. Поэтому резка чугуна и алюминия затруднена. Большое, влияние на ход газовой сварки оказывают окислы, образовавшиеся при сгорании металла. Температура их плавления должна быть ниже плавления металла. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании металла, должно быть достаточным для поддержания процесса непрерывного резания. Теплопроводность металла должна быть не слишком высокой.

На процессы резки влияют компоненты сплавов. Так, углерод, образующий газообразные продукты СO₂ и СО, снижает чистоту кислорода и повышает температуру воспламенения. Поэтому резка сталей с содержанием его более 1 % становится затруднительна.

Практически отрицательное действий углерода наблюдается уже при содержании углерода 0,7 %. При резке хромистых сталей образуется окисел с температурой плавления около 2000 °С, затрудняющий процесс резки.

Для нагрева металла используют не только ацетилен, но и метан, пропан-бутановую смесь, пары бензина и керосина.

Выполняют газовую резку с помощью резака, схема которого представлена на рис. 3.6. Он выполнен на базе газовой горелки и отличается от нее тем, что в передней части имеется головка 12 с мундштуками – внутренним 13 и наружным 14, по которым вводится режущий кислород в рабочее пространство.

Вначале сварщик, открывая вентили 8 и 6, зажигает кислородно-ацетиленовую смесь, с помощью которой нагревает металл до температуры его воспламенения, а затем с помощью вентиля 16 через дополнительную трубку 15 вводит режущий кислород.

Мощность подогревательного пламени выбирают в соответствии с толщиной разрезаемого металла. Обычно для расчетов принимают, что 85 % необходимого тепла для процесса резки получается в результате реакции сгорания железа в кислороде, а остальные 15% дает подогревательное пламя. Время начального подогрева металла толщиной 5-200 мм равно от 3 до 10 с. При пробивке отверстия кислородом это время увеличивается в 3-4 раза. При небольших толщинах (до 50-80 мм) начать резку можно, пробив отверстие струей кислорода в любом меоте поверхности металла. Срез мундштука должен находиться на постоянном расстоянии от поверхности металла, отвечающем наиболее эффективному действию пламени. Струя режущего кислорода направляется обычно нормально к поверхности разрезаемого металла, так как при этом прорезается наименьшая толщина. Скорость перемещения резака должна быть такой, чтобы она согласовывалась с распространением окисления по толщине разрезаемого металла.

 

Рис. 3. 6. Устройство универсального резака (УР)

Для обработки высокохромистых и некоторых других легированных сталей применяют кислородно-флюсовую резку, которая отличается от обычной тем, что в разрез вместе с режущим кислородом вдувается металлический порошок, подаваемый из бункера непосредственно через мундштук. Он воспламеняется над поверхностью металла, выделяя дополнительную теплоту, в результате чего образующиеся окислы не затвердевают. Продукты сгорания порошка понижают концентрацию тугоплавких окислов, разжижая их, что способствует более легкому удалению их.

Кислородная резка ведется как вручную, так и с помощью специальных машин. ВНИИ Автогенмаш разработал установку ПМР-1000, предназначенную для механизированной резки высоколегированных сталей толщиной до 1000 мм.

Плазменная резка

Горелка для плазменной резки называется плазмотроном. Схема плазменной резки представлена на рис. 3.7.

Постоянный ток от источника 3 подводится: минус к вольфрамовому электроду 4, конец второго заточен на конус, плюс – к формирующему дугу 6 медному водоохлаждаемому соплу 2. Под действием потока газа (аргона, гелия, азота, водорода или воздуха), продуваемого через мундштук 5, образуется кинжалообразный язык плазмы 1, температура которой в зависимости от газа колеблется от 10000 до 30000 °С. Эта плазма плавит и превращает в жидкость и пар разрезаемый металл. Скорость резки очень велика, например, для резки нержавеющей стали толщиной 5 мм с применением плазмообразущего газа аргона она достигает 65 м/ч. Этим методом можно также резать материалы, которые не поддаются или плохо поддаются кислородной резке. Так, легко режется алюминий, чугун, нержавеющая, хромистая стали, а также неметаллические материалы. Перспективность этого метода возросла в связи с тем, что в институте сварки им. Датона разработана установка, в которой рабочим газом является воздух.

 

Рис. 3.7. Схема плазменной резки металлов