Техніка кисневого різання.
Загальні відомості. Киснева різання є одним з найбільш поширених процесів газополум'яної обробки металів. Вона широко використовується в металообробці і металургії при різанні листів, заготовок профільного прокату, труб і т.д.
Розрізняють два види кисневого різання: розділовий і поверхневу.
При розділової різанні утворюються наскрізні розрізи, а при поверхневій - канавки круглого обриси.
Розділова різання проводиться без і зі скосом кромок під зварювання, а поверхнева буває або суцільний, коли обробляється вся поверхня заготовки за один прохід, або вибіркової з видаленням поверхневого шару металу.
На відміну від зварювання кисневе різання на вертикальній площині або в стельовому положенні не представляє труднощів і може здійснюватися в будь-якому просторовому положенні.
У процесі різання метал розплавляється і випливає з порожнини різу. Однак залізо легко окислюється, а в чистому кисні горить і перетворюється в оксиди і шлаки.
До термічного та хімічній дії може приєднуватися механічна дія струменя газу, яка викидає рідкі та розм'якшені продукти з порожнини різу.
При кисневого різання відбувається хімічна реакція згоряння заліза в кисні.
Залізо і сталь не загоряються, як відомо в кисні при низьких температурах, тому кисень зберігають у стальних балонах. Температура початку горіння металу заздрості від його хімічного складу і дорівнює 1000-1200 о С. Температура початку горіння підвищується зі збільшенням змісту вуглецю в металі при одночасному зниженні температури його плавленні. Високоякісна кисневе різання металу можлива лише в тому випадку, якщо він горить у твердому стані. Якщо ж метал спалахує лише при расплавлении, то в процесі різання він витікає з порожнини різу і рез виходить широким і нерівномірним.
Сутність процесу кисневого різання. Суміш кисню з пальним газом виходить з подогревательного мундштука різака і згорає, утворюючи полум'я, яке називають подогревающим. Коли метал нагрівається до температури початку горіння, пор осьовому каналу ріжучого мундштука подається технічно чистий кисень. Він потрапляє на нагрітий метал і запалює його. У процесі горіння виділяється значна кількість кислоти. Нижні шари металу нагріваються, і горіння швидко поширюється в глибину, пропалюючи наскрізний отвір, через яке ріжуча струмінь кисню виходить, назовні пробиваючи метал. Якщо переміщати різак з певною швидкістю, то метал буде розрізатися.
Таким чином, кисневе різання складається з декількох процесів: підігріву металу, спалювання металу струменем кисню, видування розплавленого шлаку з порожнини різу. Подогревательное полум'я зазвичай не гасять, і воно горить протягом всього процесу різання, так як теплоти, що виділяється при спалюванні заліза в кисні, недостатньо для відшкодування всіх втрат теплоти в зоні різання. Якщо подогревательное полум'я загасити, то процес різання швидко припиняється, метал охолоджується настільки, що кисень перестане на нього діяти, і реакція горіння металу в кисні зупиняється.
Умови різання. Кисневою різанні піддаються тільки ті метали і сплави, які задовольняють певним умовам.
· Температура займання металу в кисні повинна бути нижче температури його плавлення. Цій вимозі відповідають низьковуглецеві стали, температура займання яких в кисні близько 1300 о С, а температура плавлення близько 1500 о С. Збільшення вмісту вуглецю в сталі супроводжується підвищенням температури запалення в кисні і пониженням температури плавлення. Тому із зростанням вмісту вуглецю кисневе різання сталей погіршується.
· Температура плавлення оксидів металів, що утворюються при різанні, повинна бути нижче температури плавлення самого металу. В іншому випадку тугоплавкі оксиди не будуть видуватися струменем ріжучого кисню, що порушить нормальний процес різання. Цій умові не задовольняють високохромистого стали і алюміній. При різанні високохромистих сталей утворюються тугоплавкі оксиди з температурою плавлення 2000 о С, а при різанні алюмінію - оксид, температура плавлення якого близько 2050 о С. Кисневе різання їх неможлива без застосування спеціальних флюсів.
· Теплоти, яка виділяється при згорянні металу в кисні, має бути достатньо для підтримки безперервного процесу різання. При різанні стали близько 70% теплоти виділяється в результаті згоряння металу в кисні і лише 30% її надходить від полум'я, що підігріває різака.
· Утворюються при різанні шлаки повинні бути рідкотекучий і легко видуватися з місця реза.
· Теплопровідність металів і сплавів не повинна бути занадто високою, інакше теплота від полум'я, що підігріває і нагрітого шлаку інтенсивно відводиться від місця реза, процес різання стає нестійким і в будь-який момент може перерватися. При різанні стали згоряння заліза в кисні відбувається у відповідності з наступними реакціями:
Fe + 0,5 O 2 = FeO + 269 МДж / кмоль,
2Fe + 1,5 O 2 = Fe 2 O 3 + 272 МДж / кмоль,
3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 +276 МДж / кмоль.
З рівнянь випливає, що на згоряння 1 кг заліза витрачається 0,38 кг (0,27 л) кисню, або на 1 см 3 заліза потрібно 2,1 л кисню. На практиці ж витрата кисню в процесі різання може бути вище або нижче теоретичного значення, так як частина металу видувається з порожнини реза в неокислених вигляді і витікаючий шлак містить не тільки оксиди, але і металеве залізо. Виділяється при горінні заліза значна кількість теплоти оплавляє поверхню металу. Цей рідкий метал захоплюється в шлак разом з розплавленими оксидами. Кількість теплоти, що утворюється в результаті згоряння заліза при різанні, в 6-8 разів перевищує кількість теплоти, що виділяється подогревающим полум'ям різака.
Зазначеним умовам задовольняє лише залізо і його технічні сплави - сталі. Більшість інших металів не піддаються кисневого різання.
Разрезаемость металу. Нижче наведені характеристики разрезаемості вуглецевих сталей.
Сталь | Характеристика разрезаемості. |
Низьковуглецева | При змісті вуглецю до 0,3% різання без утруднень. |
Середньовуглецевих | Зі збільшенням змісту вуглецю від 0,3 до 0,7% різання ускладнюється. |
Високовуглецева | При змісті вуглецю понад 0,3% до 1% різання утруднена і потрібно попередній підігрів сталі до 300-700С. При змісті вуглецю більш 1-1,2% різання неможлива (без застосування флюсів). |
Разрізуємість киснем конструкційних сталей оцінюють за вмістом у них еквівалентного вуглецю:
C е = C + 0,16 Mn + 0,3 (Si + Mo) + 0,4 Cr + 0,2 V + 0,04 (Ni + Cu).
Цифри, що стоять перед позначенням елементів, вказують їх вміст у сталях (у відсотках за масою).
Характеристика розрізуємість конструкційних сталей.
Зміст | Разрезаемость стали | Марка стали | |
вуглецю | еквівалентного вуглецю | ||
До 0,3 | До 0,6 | Можлива різка в будь-яких умовах без обмежень і без підігріву до і після різання. | 15Г, 20Г, 10Г2, 15М, 15Нм та ін |
До 0,5 | 0,6 - 0,8 | У літній час - хороша без підігріву. У зимовий час необхідний підігрів до150 о С | 30Г, 40Г, 30Г2, 15Х, 20Х, 15ХФ, 10ХФ, 15ХГ, 20М, 12ХНЗА, 20ХНЗА та ін |
До 0,8 | 0,8 - 1,1 | Різка ускладнена у зв'язку з можливістю утворення гартівних тріщин. Необхідний попередній підігрів до 500 о С | 50Г - 70г, 35Г2 - 50Г2, 30Х - 50Х і ін 12ХМ - 35ХМ, 20ХГ - 40ХГ, 40ХН - 50ХП, 12Х2Н4А - 20Х2Н4А, 40ХФА, 5ХНМ, ШХ10, 25ХМФА та ін |
Більше 0,8 | Більше 1,1 | Різка ускладнена у зв'язку з можливістю утворення тріщин після різання. Необхідний попередній підігрів до 300-400 о С і уповільнене охолодження металу після різання. | 25ХГС - 50ХГС, 33ХГС - 40ХС, 20ХЗ, 35ХЮА, 37ХНЗА, 35Х2МА, 25НВА, 38ХМЮА, 40ХГМ, 45ХНМФА, 50ХГА, 50ХТФА, 5ХНМ, 12Х2НЗМА, ШХ15, ШХ15СГ та ін |
Вплив легуючих елементів на разрезаемость сталі при кисневого різання.
Елемент | Разрезаемость стали |
Марганець | При вмісті до 0,6% Mn різання виконується без труднощів, однак твердість поверхні різу значно підвищується в порівнянні з твердістю основного металу. |
Кремній | При вмісті до 0,2% З і до 4% Si метал розрізається без утруднень. При вмісті понад 0,2% З і до 2,5% Si різання виконується задовільно. |
Хром | Сталі, що містять до 0,7% З і до 1,5% Cr, піддаються різанню без утруднень. При вмісті до 0,4% З і до 5% Cr необхідний попередній підігрів, який дозволяє уникнути гарту. Якщо зміст Cr перевищує 6%, сталь не розрізається. |
Нікель | При вмісті до 0,5% З і до 35% Ni сталь розрізається задовільно, якщо в її складі немає значної кількості інших елементів. |
Вольфрам | Сталь, що містить до 0,7% З і до 10% W, розрізається без утруднень. При вмісті 10-15% W різання можлива тільки з попереднім підігрівом. |
Молібден | Зміст Mo до 2% не впливає на процес різання. При вмісті понад 3,5% Мо різанні піддаються тільки сталі, які містять не більше 0,3% С. |
Зміст Cu до 0,7% не впливає на процес різання. | |
Зміст до 0,5% Al на процес різання не впливає. При більшому його утриманні погіршується процес різання. При вмісті понад 10% Al сталь не розрізається. | |
|
Попередній підігрів необхідний у першу чергу для попередження утворення тріщин і виконується в газових печах, нагрівальних колодязях або полум'ям многопламенной пальника.
Високолеговані сталі кисневого різання не піддаються через утворення в процесі різання тугоплавких оксидів, які важко видаляються з порожнини різу (розрізу). Високовуглецеві, високолеговані аустеністние, високохромистого стали не піддаються газокисневого різанні. У цьому випадку застосовують киснево-флюсових або плазмово-дугове різання.
Для різання необхідний чистий кисень; навіть невелика кількість домішок помітно знижує їй швидкість і значно підвищує витрата кисню. В якості пального дл полум'я, що підігріває при кисневого різання можна використовувати будь-який промисловий горючий газ, а також бензин, бензол, гас і т.д.
Чавун не ріжеться внаслідок низької температури плавлення і високої температури початку горіння; він горить у кисні в розплавленому стані, що виключає можливість отримання якісного розрізу.
Кольорові метали також не піддаються процесу різання з-за високої температури плавлення їх оксидів і значною теплопровідності.
Мідь не ріжеться внаслідок високої теплопровідності та незначної кількості теплоти, що виділяється при її згорянні. Мідь і її сплави можна обробляти киснево-флюсового різкою.
Алюміній не ріжеться внаслідок надмірної тугоплавкости утворюється оксиду. Для алюмінію і його сплавів застосовують плазмову дугове різання.
Показники режиму різання. Основними показниками режиму різання є: потужність полум'я, тиск ріжучого кисню та швидкість різання. Від їх вибору багато в чому залежать продуктивність і якість різання.
Потужність полум'я визначається товщиною металу, що розрізає, складом і станом сталі (прокат або поковка). При ручній різанні через нерівномірність переміщення різака зазвичай доводиться в 1,2-2 рази збільшувати потужність полум'я в порівнянні з машинною. При різанні лиття слід підвищувати потужність полум'я в 3-4 рази, тому що поверхня виливків, як правило, покрита піском і пригаром.
Для різання сталі товщиною до 300 мм застосовують нормальне полум'я, а завтовшки понад 400 мм - підігріває полум'я з надлишком ацетилену (насичуватися вуглецем) для збільшення довжини факела і прогріву нижній частині різу.
Тиск ріжучого кисню залежить від товщини металу, що розрізає, форми ріжучого сопла і чистоти кисню. При підвищенні тиску понад нормативний швидкість різання зменшується, і якість поверхні реза погіршується. Відповідно збільшується витрата кисню.
Швидкість різання повинна відповідати швидкості окислення металу по товщині розрізається аркуша. Судити про правильний вибір швидкості різання можна за такими ознаками. При сповільненій швидкості відбувається розплавлення верхніх крайок розрізається листа і розплавлені шлаки (оксиди) вилітають з розрізу у вигляді потоку іскор в напрямку різання.
Занадто велика швидкість характеризується слабким вильотом пучка іскр з розрізу в бік, зворотний напрямку різання, і значним «відставанням» ліній різу від вертикалі. Можливо непрорезаеніе металу. При нормальній швидкості різання потік іскор і шлаку із зворотного боку розрізається листа порівняно невеликий і направлений майже паралельно кисневої струмені.
Підготовка поверхні. Перед різкою поверхню металу, що розрізає повинна бути ретельно очищена від окалини, іржі, фарби й бруду. Для ручного різання досить очистити полум'ям різака місце різу у вигляді вузької смуги (30-50 мм) з подальшою зачисткою металевою щіткою. Перед механізованої різанням на стаціонарних машинах листи зазвичай правлять на Листоправильні вальцях і очищають усю поверхню або хімічною, або механічним (дробеструйной обробкою) шляхом.
Листи укладаються горизонтально на опори. Вільний простір під листом має становити половину товщини металу, що розрізає плюс 100мм.
Положення і переміщення різака в процесі різання. Перед початком різання подогревающим полум'ям нагрівають крайку розрізає металу до температури оплавлення і потім включають ріжучий кисень.
Положення різака на початку різання залежить від товщини розрізаючої сталі. При прямолінійній різанні листової сталі товщиною до 50 мм різак встановлюється вертикально, а при великій товщині листа - під кутом 5 про до поверхні торця аркуша. Потім його нахиляють на 20-30 про убік, зворотну руху різака. Таке положення різака сприяє кращому прогріванню металу по товщині і підвищенню продуктивності різання. При вирізці фігурних деталей різак повинен бути строго перпендикулярний до поверхні металу, що розрізає.
Для полегшення різання і прискорення прогрівання металу доцільно робити зарубку зубилом в початковій точці різу.
Контрольні запитання та завдання:
- Опрацювати матеріал уроку
- Опрацювати матеріали інструкційних карт.
- Практичне виконання завдань згідно інструкційних карт
- Переглянути навчальні фільми:
Комментариев нет:
Отправить комментарий