Сущность кислородной резки, классификация и области применения. Назначение и сущность газовой резки Сущность и основные условия кислородной резки

Газовая резка металлов основана на способности железа (открытой в 1776 г. Лавуазье), нагретого до определенной температуры, вступать в реакцию с кислородом. Началом практического освоения этого открытия послужило полученное в 1895 г. французским ученым Ле Шателье высокотемпературное пламя при горении смеси ацетилена с кислородом.

Газовая резка предназначена для разделительной и поверхностной обработки металлов. При разделительной обработке, когда режущая струя кислорода напра:влана приблизительно перпендикулярно к.разрезаемой поверхности, металл прорезается «а всю толщину до отделения одной части от другой. Разделительная газовая резка получила наибольшее распространение в промышленности и позволяет успешно резать стали толщиной от 3 до 2000 мм.

Поверхностная обработка представляет собой процесс, при котором снимается только поверхностная часть металла. Резка происходит посредством большого наклона резака к поверхности металла, при этом струя режущего кислорода выжигает на его поверхности канавку овального сечения.

Наибольшее применение поверхностная резка получила в металлургии для удаления дефектов с поверхности литья и проката черных металлов. В некоторых случаях поверхностная резка с успехом может заменять черновую механическую обработку -- строжку, обточку, расточку и т. д.

В последнее время газовую резку принято называть кислородной, так как все ее процессы связаны с применением кислорода. Кроме газовой резки различают: кислородно-флюсовую, плазменную, дуговую, воздушно-дуговую, кислородно-дуговую, лазерную, копьевую и др.

Все указанные способы резки выполняются путем нагрева металла, поэтому их объединяет общее название -- термическая резка металла.

Сущность газовой (кислородной) резки заключается в том, что на предварительно нагретый участок разрезаемого металла до температуры воспламенения подается струя режущего кислорода. При этом происходит интенсивное окисление поверхности металла с выделением большого количества тепла. Верхние слои металла, сгорая, подогревают до воспламенения в струе кислорода нижележащие слои до тех пор, пока кислородная струя полностью не прорежет металл по всей толщине. Образующиеся в процессе резки продукты окисления металла (окислы, шлаки) выдуваются кинетической энергией струи из полости реза.

Таким образом, кислородная резка представляет собой совокупность трех одновременно происходящих процессов: подогрев металла до температуры воспламенения, сгорание металла в струе кислорода, удаление расплавленного шлака из полости реза. При отсутствии хотя бы одного из указанных процессов резка становится невозможной.

При кислородной резке необходимо, чтобы свойства разрезаемого металла удовлетворяли следующим условиям:

Температура воспламенения разрезаемого металла в среде кислорода должна быть ниже температуры его плавления;

Температура плавления окислов -- не превышать температуру плавления разрезаемого металла. В противном случае образующиеся тугоплавкие окислы будут препятствовать дальнейшему окислению металла;

Количество тепла, выделяющегося в процессе кислородной резки, должно быть достаточным для нагрева прилегающих участков металла до температуры его воспламенения и непрерывного поддержания процесса резки. При этом металл должен хорошо проводить тепло, чтобы не препятствовать своему нагреву;

Образующиеся при резке окислы должны быть жидкотекучими и легко выдуваться кислородной струей из полости реза;

Ручная и механизированная резка

Кислородная резка может быть ручная или механизированная (автоматическая, машинная). Ручная резка производится с помощью ручных резаков (Р2А-01, РЗП-01 и др.). Резак перемещается во всех положениях вручную.

Механизированная кислородная резка отличается тем, что резак или несколько резаков перемещаются по линии реза с помощью механических устройств. Для этой цели разработаны различные стационарные машины (ПКЦ 3,5-6-10УХЛ4, ПкК-2-4Ф-2, «Днепр 2,5-К2», АСШ-70 и др.) с механическим, магнитным, фотоэлектронным и программным управлением, а также переносные машины «Микрон-2», «Спутник-3», «Орбита-2».

Ручная кислородная резка, несмотря на свою простоту и универсальность, не обеспечивает высокой чистоты и точности вырезаемых заготовок, поэтому запрещается в качестве последней операции (требуется механическая обработка). При ручной резке используется только один резак. Применение двух и более резаков невозможно.

Механизированная кислородная резка по сравнению с ручной обладает следующими преимуществами:

Чистота реза и точность вырезаемых деталей во многих случаях не требуют последующей механической обработки;

Возможность одновременного использования двух и более резаков, что значительно повышает производительность резки;

Не требуется предварительной разметки или наметки по шаблону разрезаемого металла;

Обеспечивается более рациональное использование кислорода;

Возможность осуществления пакетной резки.

К атегория:

Резание металла

Сущность процесса кислородной резки

Из этого уравнения следует, что на сжигание 1 г железа расходуется 0,38 г или 0,27 л кислорода, или на 1 см3 железа расходуется 2,1 л кислорода. Действительный расход кислорода на 1 см3 железа в процессе резки может быть как выше, так и ниже указанного теоретического значения, ввиду того что часть металла выдувается из полости реза в неокисленном виде и вытекающий шлак содержит не только окислы, но и металлическое железо. Выделяемое при горении железа довольно значительное количество тепла оплавляет поверхность металла, и получающийся жидкий металл увлекается в шлак вместе с расплавленными окислами.

Железо или сталь не загораются, как известно, в кислороде при низких температурах; кислород, например, хранят и перевозят в стальных баллонах. Для начала горения металла в кислороде нужно подогреть металл; температура начала горения зависит от состава металла и находится в пределах 1000-1200 °С. Температура начала горения повышается с увеличением содержания углерода в металле при одновременном понижении температуры плавления металла. Настоящая высококачественная кислородная резка металла возможна лишь в том случае, если металл горит в твердом состоянии. Если же металл загорается лишь при расплавлении, то в процессе резки происходит значительное пасплавление и вытекание металла из полости реза и рез получается широким и неровным, как при тепловых методах резки.

Процесс газокислородной резки можно представить следующим образом. Смесь кислорода с горючим газом выходит из подогревательного мундштука резака и сгорает, образуя подогревательное пламя. Подогревательным пламенем металл нагревается до температуры начала горения, тогда по осевому каналу режущего мундштука подается технически чистый кислород. Режущий кислород попадает на нагретый металл и зажигает его. Начинается горение металла; при этом выделяется значительное количество тепла, которое совместно с подогревательным пламенем разогревает нижележащие слои металла, и горение быстро распространяется в глубину на всю толщину металла, прожигая сквозное отверстие, через которое режущая струя кислорода выходит наружу, пробивая металл. Если перемещать далее резак по прямой или кривой линии с надлежащей скоростью, то сжигание металла будет происходить по этой линии и металл будет разрезаться.

Таким образом, кислородная резка складывается из нескольких процессов: подогрева металла, сжигания металла в струе кислорода, выдувания расплавленного шлака из полости реза. Подогревательное пламя обычно не тушат, и оно горит в течение всего процесса резки, так как количество тепла, выделяемого при сжигании железа в кислороде, недостаточно для возмещения всех потерь тепла зоны резки; если подогревательное пламя потушить, то процесс резки быстро прекращается, металл охлаждается настолько, что кислород перестает на него действовать, и реакция горения металла в кислороде прекращается.

Для возможности успешного проведения- кислородной резки разрезаемый металл должен удовлетворять определенным требованиям. Температура начала горения металла должна быть ниже температуры его плавления, т. е. металл должен гореть в твердом, нерасплавленном состоянии. Температура плавления окислов металла, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла. В этом случае окислы легко выдуваются из полости реза и режущий кислород получает беспрепятственный доступ к нижележащим слоям металла. Теплота сгорания металла должна быть достаточно большой, иначе требуется слишком мощное подогревательное пламя. Теплопроводность усиливает охлаждение зоны резки и затрудняет необходимый подогрев металла. Практически указанным условиям удовлетворяет лишь железо и его технические сплавы - стали. Большинство других металлов, применяемых в технике, не удовлетворяет указанным условиям и не поддается кислородной резке.

Рис. 1. Схема процесса газокислородной резки: 1 - режущий мундштук; 2 - режущий кислород; 3 - разрезаемый металл; 4 - подогревательный мундштук; 5 - подогревательное пламя; в - шлаки

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. Медь не режется вследствие высокой теплопроводности и малой теплоты сгорания. Алюминий не режется вследствие чрезмерной тугоплавкости образующегося окисла и т. д. Стали высокоуглеродистые, высоколегированные аустенитные, высокохромистые и т. д., не поддающиеся нормальному процессу газокислородной резки, могут быть разрезаны кислородом с использованием специальных приемов, рассмотренных ниже.

Для резки необходим возможно более чистый кислород; даже незначительное количество примесей заметно снижает скорость резки и сильно повышает расход кислорода. В качестве горючего для подогревательного пламени при кислородной резке с успехом может быть использован любой промышленный горючий газ, а также жидкие горючие - бензин, бензол, керосин и т. д.

Сущность газокислородной резки состоит в том, что металл, нагретый пламенем газовой горелки, сгорает в струе кислорода. Образующиеся при сгорании металла окислы выдуваются этой струей. Этот способ используют при резке таких металлов, температура плавления которых выше температуры плавления их окислов; окислы должны иметь хорошую жидкотекучесть. Достаточная жидкотекучесть окислов обеспечивает хорошую продуваемость из реза. Количество тепла, выделяющегося при горении пламени и сгорании металла в кислороде, должно быть достаточным для нагрева более глубоких слоев до температуры воспламенения разрезаемого металла в кислороде. Этим требованиям отвечают углеродистая сталь с содержанием углерода до 0,7% и некоторые сорта низколегированных конструкционных сталей.

Высокоуглеродистые стали с содержанием 1 -1,2% С перед резкой предварительно подогревают до 650-700° С. Чугун не поддается газовой резке из-за высокого содержания в нем углерода и кремния. Углерод образует восстановительную атмосферу, а кремний - окислы с высокой вязкостью по расплавлении. Также не поддаются газовой резке высоколегированные стали (хромистые и хромоникелевые) и цветные сплавы, так как температура плавления их окислов выше температуры плавления основных металлов. В результате образуются тугоплавкие вязкие шлаки, которые не удаляются при продувке. Для резки этой группы сплавов применяют газокислородную резку под слоем флюса.

3. Технология и особенности электрошлаковой сварки

При электрошлаковой сварке тепло, необходимое для плавления свариваемого металла, образуется за счет прохождения электрического тока через расплавленный шлак, состоящий из оксидов галоидов или их смесей.

Рисунок. Электрошлаковая сварка

Две свариваемые детали устанавливаются вертикально с зазором между кромками. Зазор с двух сторон закрывают медные водоохлаждаемые ползуны. Снизу зазор также закрывается специальным карманом. В зазор засыпается сварочный флюс и опускается сварочная проволока. В процессе сварки проволока подается вниз роликами, токоподвод осуществляется мундштуком. За счет прохождения тока между проволокой и изделием флюс нагревается и расплавляется. Расплавленный флюс образует шлак, который, будучи электропроводным, является источником тепла, приводящим к расплавлению проволоки и кромок и образованию сварочной ванны. Электрическая дуга отсутствует, так как она шунтируется расплавленным шлаком. Процесс сварки идет снизу вверх. Ползуны, охлаждаемые водой через трубки, перемещаются вверх вместе со сварочным автоматом и формируют сварной шов. Расплавленный флюс обеспечивает одновременно защиту сварочной ванны и участвует в металлургических процессах, обеспечивающих требуемое качество сварного шва.

Расход флюса при этом способе сварки невелик и не превышает 5%-ной массы наплавленного металла. Флюс используется такой же, как и для дуговой сварки, или специальный.

В промышленности применяются следующие виды кислородной резки: разделительная (лист разрезается на две или большее число частей); поверхностная (удаляется поверхностный слой металла в виде канавок) и копьевая (в металле прожигается глубокое отверстие) .

Сущность процесса и основные условия кислородной резки

Процесс кислородной резки основан на способности металла сгорать в струе технически чистого кислорода и состоит из подогрева металла до температуры воспламенения его в струе технически чистого кислорода, горения металла и выдувания струей кислорода окислов и частиц расплавившегося металла.

Температура нагрева участка металла, расположенного в начале намечаемой линии реза, зависит от массы (толщины) и главным образом от состава разрезаемого металла.

Чем больше масса и чем больше легирующих примесей, тем выше температура нагрева, а именно: для углеродистой стали-1200° С, а для легированной-1300° С.

Горение металла заключается в том, что на нагретое место направляется струя режущего кислорода. Кислород энергично окисляет верхние слои металла, которые при сгорании выделяют значительное количество тепла и нагревают до воспламенения в кислороде нижележащие слои металла. Интенсивность окисления увеличивается с увеличением чистоты кислорода и с повышением температуры.

Количество тепла, выделяющегося при резке от сгорания железа в кислороде, иногда в 3-5 раз превышает количество тепла, сообщаемого подогревательным пламенем резака. Однако выключать подогревательное пламя нельзя, так как при отсутствии подогревательного пламени струя кислорода встречает холодную поверхность металла и не воспламеняет ее, в результате чего резка прекращается.

Выдувание получаемых окислов (шлаков) начинается одновременно с окислением металла. Если шлаки не будут удаляться, то процесс резки прекратится, так как шлаки изолируют нижележащие слои металла от контакта с кислородом.

При установившемся процессе резки все три стадии протекают одновременно.

Газовой резке могут подвергаться не все металлы, а только те из них, которые удовлетворяют следующим основным требованиям.

1. Температура воспламенения металла должна быть ниже температуры его плавления. Если температура плавления ниже температуры воспламенения, то металл будет выплавляться, а не сгорать. Так, например, у меди, латуни, алюминия и его сплавов и чугуна температура воспламенения выше температуры плавления и поэтому эти металлы не могут резаться кислородом обычным способом. При пуске режущей струи кислорода расплавленные частицы этих металлов будут выдуваться из места реза, не сгорая в кислороде, а кромки разрезаемого изделия покроются слоем тугоплавких окислов этих металлов.

2. Температура плавления окислов металла, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла и температуры, которая развивается в процессе резки металла. При этом условии окислы будут легко выдуваться из места реза в жидком виде. Если металл не удовлетворяет этому требованию, то кислородная резка его без применения специальных флюсов невозможна, потому что образующиеся окислы не будут находиться в жидком состоянии и не смогут быть удалены из места реза.

3. Образующиеся окислы должны быть жидкотекучими, так как в (противном случае шлак при резке будет плохо выдуваться.

Резка затрудняется, если образуется значительное количество газообразных продуктов сгорания, поскольку при этом уменьшается чистота режущей струи кислорода и снижается тем самым интенсивность окисления металла.

4. Количество тепла, развивающегося в процессе сгорания металла, должно быть возможно большим, чтобы легко осуществлялся подогрев металла до температуры воспламенения.

5. Теплопроводность металла должна быть возможно меньшей, так как в противном случае трудно подогреть металл до температуры воспламенения.

6. В металле не должно быть примесей, ухудшающих процесс резки.

Из всех металлов, применяемых в технике, перечисленным требованиям больше всего удовлетворяет сталь.

Влияние примесей в стали на резку ее кислородом. В зависимости от химического состава стали режутся по-разному. Хорошо режутся стали с содержанием углерода до 0,3%. При содержании углерода выше 0,3% резка не ухудшается, но сталь приобретает склонность к закалке и образованию трещин при резке, а поэтому требует предварительного подогрева. При содержании углерода свыше 0,7% процесс резки ухудшается и при содержании его 1-1,2% делается невозможным, так как при увеличении содержания углерода встали температура воспламенения ее повышается, а температура плавления падает.

Марганец при содержании его в стали до 4%на процесс резки заметного влияния не оказывает. При большем содержании марганца процесс резки затрудняется. При резке сталей с содержанием марганца более 0,8% и углерода более 0,3%, во избежание получения закалочных трещин, разрезаемый металл перед резкой рекомендуется подогревать.

Никель при содержании его в стали до 3-4% и одновременном содержании углерода в стали до 0,5% резки не затрудняет. При более высоком содержании углерода в никелевых сталях резка сильно затрудняется.

Хром затрудняет резку, так как образует тугоплавкие окислы, Кислородной резке поддаются стали, содержащие не более 1,5% хрома. При содержании хрома от 1,5 до 5% возможна резка с предварительным подогревом. Высоколегированные хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали можно -резать только с помощью кислородно-флюсовой резки.

Молибден при содержании в стали до 0,5% на процесс резки не влияет.

Сера и фосфор в тех количествах, в которых они содержатся в стали, на процесс резки не влияют.

Кислородная резка почти не оказывает влияния на свойства малоуглеродистых сталей вблизи места реза. При резке сталей с повышенным содержанием углерода, марганца, хрома и молибдена кромки реза подвергаются закалке, становятся более твердыми, возможно появление трещин, особенно если сталь при этом имеет значительную толщину и резка ведется по сложному замкнутому контуру.

Закалка может быть уменьшена применением горючих газов, не содержащих углерод (например, водорода), или подогревательного пламени с избытком кислорода.

Углеродистые стали с содержанием углерода более 0,35% и низколегированные с содержанием углерода более 0,2% могут закаливаться и и зоне термического воздействия резки. При резке таких сталей необходимо применять предварительный подогрев металла либо снижать скорость охлаждения посредством дополнительного источника нагрева, перемещаемого позади основного резака. Качество реза при этом получается удовлетворительным.

Тема 3.3.1 Кислородная и кислородно-флюсовая резка, сущность процессов, применяемое оборудование

Вопросы:

1. Сущность кислородной резки, ее применение, усло­вия резки.

2. Конструкция и принцип работы резака для ручной термической резки. Оборудование для машин­ной резки.

3. Резка разделительная, поверхностная, кисло­родным копьем.

1. Кислородная резка металлов основана на свойстве нагретого металла интенсивно сгорать в струе кисло­рода. Металл в месте разреза нагревают газовым пла­менем до температуры его воспламенения в кислороде и на нагретую поверхность направляют струю режущего кислорода. Воспламенившийся металл сгорает, а обра­зующиеся окислы сдуваются струей кислорода.

Для осуществления процесса кислородной резки не­обходимы следующие условия: температура горения ме­талла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления; образующиеся в процессе резки окислы ме­талла должны плавиться при температуре более низкой; чем температура горения металла; теплопроводность металла должна быть низкой; количество тепла, выде­ляющегося при сгорании металла, должно быть доста­точно большим, чтобы обеспечить непрерывность про­цесса резки; консистенция окислов металла должна быть жидкой. Наиболее точно перечисленным выше ус­ловиям отвечают стали.

Процесс резки (рис.82) начинается с нагрева метал­ла 1 в начальной точке реза до температуры воспламене­ния данного металла в кислороде. Нагрев осуществляет­ся подогревающим пламенем 3, которое образуется при сгорании горючего газа в кислороде. Когда температура нагрева металла достигает требуемой величины, пуска­ется струя режущего кислорода 2.

Режущий кислород попадает на нагретый металл и зажигает его. При горении металла выделяется теплота, которая вместе с подогревающим пламенем разогревает нижележащие слои, и горение распространяется на всю толщину металла. Образующиеся при сгорании металла окислы 5, будучи в расплавленном состоянии, увлекают­ся струей режущего кислорода и выдуваются из зоны реза 4. Если перемещать резак по заданной линии с над­лежащей скоростью, то форма реза будет соответство­вать заданной конфигурации. Рис.82

Газокислородная резка находит широкое применение почти во всех областях металлургической и металлообрабатывающей промыш­ленности. Ее применяют при раскрое листовой стали, при резке профильного металла, при вырезке косынок, кру­гов фланцев и других фасонных заготовок.

Для подогрева стали до температуры 600…700°С применяют горючие газы: ацетилен, природные газы, па­ры бензина и керосина.

Газопламенная кислородная резка позволяет резать металл толщиной до 300 ммпростейшей аппаратурой, проводить резку на монтаже, и полевых условиях. Этим способом режутся малоуглеродистые и низколегированные стали.

2. Резка может быть ручной и машинной. Для ручной резки применяют универсальный резак типа УР (рис.6), имеющий сменные мундштуки.

Универ­сальный резак, подобно инжекторной горелке, состоит из двух частей: корпуса и наконечника. Резак имеет инжек­торное устройство, обеспечивающее нормальную работу при любом давлении газа. Рис.83

В резаке есть дополнительный канал 2 (рис. 83) для подачи режущего кислорода. Го­ловка резака 1 состоит из внутреннего мундштука, по которому выходит режущий кислород, и наружного мунд­штука. По кольцевому зазору между внутренним и на­ружным мундштуками подается ацетилено – кислородная смесь, которая при сгорании нагревает металл в месте резки.

Универсальный инжекторный резак укомплектовав двумя наружными и пятью внутренними мундштуками. Этим резаком можно резать низкоуглеродистые стали толщиной от 3 до 300 мм. Номера сменных мундштуков выбирают в зависимости от толщины разрезаемого металла. Например, для резки стали толщиной 3...5 мм ис­пользуют наружный и внутренний мундштуки № 1, тол­щиной 200...300 мм – наружный мундштук №2, а внут­ренний – №5. Давление кислорода при газовой резке устанавливают в пределах 0,2...1,4 МПа, в зависимости от толщины разрезаемого металла, а ацетилена – не ниже 0,001 МПа.

Машинную резку выполняют наавтоматах и полуав­томатах, имеющих один или несколько резаков, позволя­ющих проводить резку по сложному контуру.

В качестве аппаратуры для газовой резки используют кислородные и ацетиленовые баллоны. Вместо ацетиленового баллона может применяться ацетиленовый генератор.

3. По характеру и направлению кислородной струи различают 3 вида резки:

Разделительная (делают сплошные разрезы);

Поверхностная (снимает поверхностный слой);

Кислородным копьем (прожигают в металле отверстия).

При выполнении разделительной кислородной резки необходимо учитывать, какие требования предъявляются к точности резки и качеству поверхности вырезаемой детали. Чем ниже эти требования, тем меньше расходуется кислорода и горючего и тем большей может быть скорость резки.

Например, при разделочной резке (резка в лом) качество поверхности и точность резки не имеют значения. Поэтому резка ведется вручную при наибольшей возможной скорости.

При заготовительной резке (вырезается заготовка, из которой механической обработкой изготавливается деталь) качество реза также не имеет значения, но должен быть выдержан определенный размер заготовки при наименьших припусках на механическую обработку. Резка производится вручную. При этом часто применяются простейшие приспособления (опорные ролики, циркуль, направляющие тележки и т. п.), с помощью которых легче выдержать задаваемые припуски.

Резка под сварку должна осуществляться так, чтобы была чистая поверхность реза и были соблюдены заданные размеры детали. Требования повышаются, когда детали подготавливаются под автоматическую сварку. В этом случае применяется обычно механизированная резка.

Чистовая вырезка круглых и фасонных деталей, которые будут использованы без последующей механической обработки, производится только автоматами.

Таким образом, в зависимости от вида кислородной разделительной резки необходимо добиваться определенного качества реза.

Поверхностной кислородной резкой называется процесс снятия слоя металла с поверхности обрабатываемой детали, выполняемый посредством кислородной струи.

В отличие от разделительной резки, при которой кислородная струя направляется перпендикулярно поверхности обрабатываемого металла или углом вперед с углом атаки φ = 45° и более, при поверхностной резке угол атаки меньше и составляет обычно 10…30°. В результате наклонного направления струи и малой скорости ее истечения в связи с применением относительно небольших давлений кислорода (редко выше 4…5 кгс/см 2) и больших сечений выходных каналов для кислорода, струя, врезаясь в подготовленный в тепловом отношении металл, деформируется и выбрасывается в сторону той же поверхности, с которой она и была введена. На эту же Рис.84

поверхность выбрасывается и сожженный металл в виде расплавленного шлака. Если резак перемещать вперед с определенной для конкретных условий скоростью, то кислородная струя будет сжигать следующие объемы уже подогретого металла. При этом шлак в значительной

степени облегчает тепловую подготовку металла, подлежащего резке кислородной струей, позволяя применять значительную линейную скорость резки и сжигать в единицу времени большее количество металла поверхностного слоя.

Шлак, получающийся при поверхностной кислородной резке, отличается от шлака при разделительной резке большим количеством несожженного железа, а его влияние на тепловую подготовку металла при установившемся процессе резки значительно сильнее, чем при разделительной. Общий вид процесса поверхностной кислородной резки представлен на рис. 84.

Кислородное копье – стальная трубка, по которой пропускается кислород. Будучи предварительно нагретым до температуры 1350…1400°С, рабочий конец копья после пуска кислорода начинает интенсивно окисляться (гореть), развивая температуру до 2000° С. Для увеличения тепловой мощности копья внутрь трубки обычно закладывают стальной пруток.

Для начального нагрева копья пользуются обычно посторонними источниками нагрева сварочной дугой, пламенем сварочной горелки, Рис.85

подогревающим пламенем резака и др. В начальный момент, при зажигании копья, давление кислорода устанавливают небольшим, после же воспламенения трубки и установления устойчивого процесса давление кислорода поднимают до рабочего.

В процессе горения копье непрерывно укорачивается, причем в зависимости от толщины прожигаемого материала длина сгоревшей части трубки копья может быть в 5-25 раз больше длины прожигаемого отверстия. Обычно процесс прожигания кислородным копьем отверстий производят без применения подогревающего пламени.

Процесс прожигания кислородным копьем отверстий начинается с воспламенения рабочего конца копья в кислороде. После воспламенения его прижимают к поверхности прожигаемого металла, и, заглубив его в металл, увеличивают давление кислорода до требуемой рабочей величины, совершая копьем периодически возвратно-поступательные и вращательные движения. В процессе прожигания отверстия торец копья все время необходимо прижимать к обрабатываемому металлу, отрывая его лишь на короткое время при возвратно-поступательном движении. Образуемые в процессе прожигания отверстия шлаки давлением кислорода и газов, продуктов реакции окисления металла, выносятся в зазор между трубкой копья и стенкой прожигаемого отверстия.

Кислородным копьем можно прожигать отверстия во всех пространственных положениях. В качестве копья при прожигании отверстий в стали может служить стальная водогазопроводная трубка с диаметром проходного сечения 10 и 15 мм и заложенная внутрь нее низкоуглеродистая проволока диаметром 4 и 5 мм.

4. Сущность процесса кислородно-флюсовой резки состоит в том, что в зону реза, подогретую газовым пламенем, вместе со струей режущего кислорода вводят порошок флюса, который сгорает в кислороде, выделяя теплоту, повышающую температуру в зоне реза, – это термическое воздействие флюса. Продукты сгорания флюса образуют с тугоплавкими окислами разрезаемого материала жидкотекучие шлаки, которые удаляются из реза струей режущего кислорода - это химическое действие флюса. И, наконец, частицы порошка флюса сгорают не сразу и, перемещаясь в процессе горения в глубину реза, ударным трением стирают с поверхности кромок тугоплавкие окислы, способствуя их удалению из реза, - это абразивное действие флюса.

Увеличение количества выделяющейся при этом процессе теплоты позволяет применять его для резки материалов, окисление которых связано с образованием тугоплавких и вязких соединений. Расчет состава флюса для резки конкретных металлов производят по диаграммам состояния из условий получения шлакового состава с минимальной температурой плавления и вязкостью.

Аппараты для кислородно-флюсовой резки состоят из резака, флюсопитателя и устройства для подачи флюса в резак. Резаки для кислородно-флюсовой резки отличаются от резаков для кислородной резки только тем, что каналы для подачи режущего кислорода сделаны большим диаметром.

Применяют три схемы подачи флюса: внешнюю, однопроводную под высоким давлением и механическую (рис. 86). По первой схеме в верхнюю и нижнюю часть бачка 1 с флюсом подают кислород 2. В верхней части создается давление, а в нижней – кислород вдувается в шланг 3, засасывая (инжектируя) флюс. Газофлюсовая смесь подается по шлангу 3 в надетую на резак 4 головку 5, выходя из отверстий которой, засасывается струей режущего кислорода и поступает в зону реза. При этой схеме может использоваться любой кислородный резак, на него надо только надеть головку для подачи флюса. При однопроводной схеме флюс 3 инжектируется из бачка непосредственно струей режущего кислорода 6. Флюсокислородная смесь поступает по шлангу 3 через центральный канал резака 4. При механической подаче в нижней части флюсового бачка 1 установлен шнек 7 с электромеханическим приводом 8. При вращении шнека 7 флюс захватывается им и по шлангу 3 проталкивается в головку резака 4, где подхватывается струей режущего кислорода 6.

Рис. 86 Схемы подачи флюса при кислородно-флюсовой резке:

а – внешняя; б – однопроводная под давлением; в – механическая; 1 – бачок с флюсом; 2 – кислород; 3 – шланг; 4 – резак; 5 – головка; 6 – струя режущего кислорода; 7 – шнек; 8 – электромеханический привод

Техника кислородно-флюсовой резки в основном такая же, как и при кислородной резке. При кислородно-флюсовой резке мощность подогревающего пламени должна быть на 15...20 % больше, чтобы частицы флюса равномерно нагревались до воспламенения. Расстояние между торцом мундштука и поверхностью разрезаемого листа увеличивают до 25 мм, а при резке металла толщиной более 100 мм – до 40...60 мм. Это уменьшает возможность засорения выходных каналов мундштука. Скорость резки должна быть согласована с количеством флюса, подаваемого в единицу времени. Правильный выбор расхода флюса можно оценить по наличию небольшого валика расплавленного железа на верхних кромках реза. При толщине разрезаемого металла 10...200 мм скорость резки выбирают в пределах 0,76...0,23 м/мин, а расход флюса – 0,25...0,8 кг/ч. Вентиль подачи флюса открывают после зажигания подогревающего пламени. Продолжительность подогрева металла в начале процесса значительно меньше, чем при кислородной резке: для листов толщиной 10...80 мм на подогрев требуется от 15 до 120 с. Давление режущего кислорода, например, при резке стали Х18Н10Т толщиной 10...100 мм составляет 0,5...07 МПа.

Кислородно-флюсовая резка применяется не только для металлов, но и для резки бетона и железобетона. Отличие состоит в том, что поскольку бетон в кислороде не горит, при резке должны применяться флюсы с большей тепловой эффективностью, чем для металлов. Хороший результат дает флюс, состоящий из 75...85 % железного и 15...25 % алюминиевого порошков. Флюс к резаку подают по внешней схеме сжатым воздухом или азотом, вдувая газофлюсовую смесь в струю режущего кислорода. Можно резать бетон толщиной 90...300 мм со скоростью 0,15...0,04 м/мин при расходе флюса 20...42 кг/ч.

При кислородно-флюсовой резке, чтобы флюс не воспламенился в резаке, шланге или в бачке, нельзя применять порошки, содержащие более 96 % чистого железа или чистого алюминия. При резке меди, сплавов с высоким содержанием марганца и при наличии во флюсе песка необходимо пользоваться респиратором. При подаче флюса через режущее сопло резака нельзя применять мелкие легковоспламеняющиеся железные порошки. Обязательна регулярная проверка исправности резака. При резке кислородным или порошковым копьем источник опасности - интенсивный поток раскаленных частиц шлаков, разбрасываемых на расстояние нескольких метров. Это пожароопасно и может вызвать ожоги рабочих.

Кислородно-флюсовой резке подвергают высоколегированную сталь, чугун, сплавы меди и алюминия, зашлакованый металл, а также не металлические материалы – огнеупоры и железобетон.

Кислородно-флюсовую резку применяют широко в тяжелом машиностроении и металлургии для обрезки прибылей литья, резки блюмов в холодном состоянии, отрезки от горячего слитка мерных заготовок.