Сутність кисневого різання, класифікація та сфери застосування

Установки для автоматичного зварювання поздовжніх швів обечайок - у наявності на складі!Висока продуктивність, зручність, простота в керуванні та надійність в експлуатації.

Зварювальні екрани та захисні шторки - в наявності на складі!Захист від випромінювання при зварюванні та різанні. Великий вибір. Доставка по всій Україні!

Кисневе різання- один з найбільш поширених технологічних процесів термічного різання. Це процес інтенсивного окислення металу у певному обсязі з подальшим видаленням рідкого оксиду струменем кисню. Різання починають з нагрівання верхньої кромки металу полум'ям, що підігріває, до температури займання металу в кисні, яка в залежності від хімічного складу сталі становить 1323. 1473 K. Після досягнення температури займання на верхній кромці металу на неї з ріжучого сопла подають струмінь кисню. Сталь починає горіти в кисні з утворенням оксидів та виділенням значної кількості теплоти, що забезпечує розігрів металу у верхній кромці до температури плавлення.

Розплав оксидів і заліза, що утворився на верхній кромці, переміщається по бічній кромці металу струменів кисню і здійснює нагрівання нижніх шарів металу, які послідовно окислюються до тих пір, поки метал не буде прорізаний на всю глибину. Одночасно з цим починають переміщати різак із певною швидкістю у напрямку різання. На лобовій поверхні різу по всій товщині утворюється безперервний шар металу, що горить. Окислення металу починається згори і послідовно передається нижнім шарам металу.

При кисневому різанні (рис. 14.1) струмінь кисню переміщається в розрізі зі швидкістю ωг і окислює рідкий метал у шарі товщиною h'ж. За рахунок його окислення виділяється певна кількістьтеплоти, яка розплавляє метал у шарі завтовшки hж - h'ж і підігріває твердий метал попереду, по фронту різання. Окислення шарів розплавленого металу здійснюється при інтенсивному перемішуванні струменем розплаву на лобовій поверхні різу.

Для протікання процесу кисневого різання необхідні:

контакт між струменем кисню та рідким металом;
підігрів неокисленого металу до температури займання;
виділення продуктами горіння певної кількості теплоти, достатньої для створення на поверхні різання шару розплавленого металу;
достатня в'язкість рідкого розплаву для забезпечення можливості перемішування рідкого металу струменем кисню.

Наведені умови визначають вимоги до металу, що обробляється кисневою різкою.

Насамперед, температура плавлення оксидів повинна бути нижчою за температуру плавлення металу. Інакше струмінь кисню зможе окислити розплавлений метал. Крім цього температура займання металу повинна бути вищою за температуру його плавлення, інакше метал почне плавитися і видуватися струменем кисню без подальшого його окислення (плавильний процес). Цей процес потребує значних енергетичних витрат.

При малій теплоті утворення оксиду лобова поверхня різу не прогрівається до температури плавлення, і процес різання переривається. З тієї ж причини негативно позначається можливість піддавати метал кисневому різанні його висока теплопровідність. Значна в'язкість розплаву не забезпечує його турбулізації в поверхневому шарі, що зменшує виділення теплоти на кромці різу.

Серед чистих металів кисневою різкою добре обробляються залізо, титан та марганець. Так, температура плавлення залізадорівнює 1808 К, температура займання - 1323 К; температура плавлення FеO становить 1643 До.

Тепловий ефект реакції горіння заліза досить високий (269 МДж/моль). Оскільки теплопровідність заліза невелика, лобова поверхня різу розігрівається при різанні до високих температур (1873...2273 К).

Реакція горіння титану супроводжується більшим тепловим ефектом (906 МДж/моль), тоді як теплопровідність титану нижче, ніж у заліза. Температура лобової поверхні при різанні титану перевищує 2773 К. Тому він розрізається із вищою швидкістю, ніж сплави заліза.

Не можна розрізати звичайним кисневим способом Ni, Сu, Аl, Mg, Сr та Zn.

Зупинимося докладніше на вплив легуючих домішок на процес кисневого різання сталі.

Збільшення вмісту вуглецю в сталі, з одного боку, призводить до підвищення температури її займання в струмені кисню, а з іншого - зниження температури плавлення. При вмісті вуглецю трохи більше 1 % майже всі стали (низькоуглеродистые, конструкційні, зокрема інструментальні) обробляють кисневою різкою легко. Крім того, підвищення вмісту вуглецю сталі знижує її в'язкість. Саме цією обставиною можна пояснити нижчі швидкості різання армо-заліза, що містить соті частки відсотка вуглецю. Збільшення вмісту вуглецю в сталі (більше 1 %) викликає підвищення температури її запалення та зниження температури її плавлення (рис. 14.2), що призводить до порушення однієї з умов кисневого різання (див. вище). У зв'язку з цим чавуни не можуть піддаватися звичайному кисневому різанню.

Марганець і мідь у кількостях, які зазвичай зустрічаються в сталях, практично не впливають на технологічні параметри кисневого різання. Цимспособом можна розрізати сталі, що містять до 18% марганцю.

Кремній, хром, алюміній і нікель зі збільшенням їх вмісту сталі погіршують процес різання. У низьколегованих сталях кремній зазвичай міститься у невеликій кількості (до 2%), що майже не позначається на швидкості різання. При вмісті в сталях до 2% хрому їх також розрізають з використанням режимів, прийнятих низьковуглецевих сталей. Збільшення вмісту хрому до 6% призводить до зниження швидкості різання. При ще вищому вмісті хрому через утворення тугоплавких оксидів хромисті сталі не можуть бути оброблені звичайною кисневою різкою. В цьому випадку в розріз вводять спеціальні флюсуючі матеріали.

Кисневе різання сталі, що містить до 10% вольфраму, здійснюється легко. При вищому вмісті вольфраму в розрізі утворюється велика кількість в'язких тугоплавких оксидів вольфраму, що перешкоджають видаленню розплаву з різу. У цьому випадку необхідно застосовувати спеціальні способи кисневого різання.

Слід зазначити, що наведені дані щодо впливу легуючих домішок на здатність стали піддаватися кисневому різанню відносяться лише до окремих компонентів. У сталі, як правило, є кілька складових, які при окисленні можуть утворювати в розрізі шлаки складного хімічного складу, що істотно впливають на можливість кисневого різання сталі.

За типом розрізів, що утворюються, розрізняють розділову кисневу різання, при проведенні якої метал окислюється струменем кисню на всю товщину, після чого одна частина металу відокремлюється від іншої, і поверхневу, що дозволяє видаляти шари металу з поверхні виробу.

Низьковуглецеві, конструкційні та низьколеговані сталі піддають звичайному кисневому різанню, тоді якзаготовки з високолегованих сталей, чавуну та кольорових сплавів - киснево-флюсової.

Існують особливі способи кисневого різання - підводна, що виконується, як правило, при ремонтних роботах під водою, списова та електрокиснева.

В даний час кисневе різання поряд з дуговим зварюванням є одним з основних технологічних процесів у заготівельному виробництві і знаходить широке застосування в металургії, металообробних галузях промисловості та будівництві.

За ступенем механізації процесукиснева різання підрозділяється на ручну та механізовану.

Ручне кисневе різаннявикористовується на тих підприємствах, де обсяг металу, що переробляється, невеликий і застосування засобів механізації економічно невиправдано. Вона служить для вирізування заготовок під наступне кування та штампування по розмітці з листа, різання профільного прокату та труб, відрізки прибутків та литників у ливарному виробництві, а також при проведенні ремонтних робіт.

За останні роки досягнуто серйозних успіхів у розробці та випуску засобів механізації процесу кисневого різання, і насамперед координатних портальних та портально-консольних машин з фотоелектронним та числовим програмним управлінням. Використання багаторізальних машин забезпечило значне підвищення рівня механізації газорізальних робіт, зростання продуктивності праці в заготівельному виробництві та економію матеріалів. Нині у провідних галузях промисловості, як-от важке, транспортне, енергетичне і хімічне машинобудування, що з переробкою найбільшого обсягу металу, рівень механізації газорізальних робіт становить 70. 80 %.

Високий рівень механізації процесу різання на сучасних машинах з фотоелектронним та особливо зчисловим програмним управлінням створив передумови для розробки та впровадження у виробництво потокових комплексно-механізованих та гнучких автоматизованих ліній термічного різання листової сталі, на яких механізовано не тільки процес різання, а й підготовку аркуша, його подання до ріжучої машини, розбирання вирізаних заготовок, їх розмітку складування.

Економічним технологічним процесом зарекомендувало себе кисневе різання в металургії при видаленні прибутків, місцевих дефектів у виливках, суцільному вогневому зачистці слябів і блюмів на спеціальних машинах з метою видалення дефектного поверхневого шару перед прокаткою. Кисне різання є одним з основних технологічних процесів при безперервному розливанні сталі і служить для поділу слябів і блюмів на мірні заготовки.

Киснево-флюсове різання корозійно-стійких сталей, чавуну та кольорових металів знайшла широке застосування для обробки виливків, листової сталі та труб у різних галузях економіки.

Польовий Г.В. "Газополум'яна обробка металів"