Вопрос 2. Газокислородная резка металлов, её общая характеристика, физическая сущность Сущность процесса и основные условия газокислородной резки

В технически чистом кислороде при температуре, необходимой для начала реакции, интенсивность окисления металла становится настолько большой, что переходит в горение.

Для непрерывности процесса горения необходимо соблюдение следующих условий:

1) постоянный контакт окислителя с неокисленным металлом поверхности;

2) непрерывный подогрев неокисленного металла до температуры воспламенения;

3) достаточно высокая концентрация кислорода в газовой фазе, вступающей в контакт (в химическое взаимодействие) с металлом.

Таким образом, процесс газокислородной резки является процессом сквозного прожигания твёрдого металла струёй чистого кислорода.

Для получения качественной (гладкой) поверхности реза необходимо, чтобы разрезаемый металл удовлетворял следующим технологическим требованиям:

1) температура горения металла должна быть ниже температуры его плавления, что связано с тем, чтобы при горении сам металл не плавился;

2) продукты горения металла должны быть жидкими для того, чтобы они легко удалялись из зоны реза, оголяя поверхность металла для непрерывного контакта со струёй кислорода при перемещении резака вдоль линии реза.

Кроме этих двух основных технологических требований, предъявляемых к разрезаемому металлу, следует учитывать и дополнительные требования, имеющие определённое значение.

Так, следует иметь в виду, что для интенсивного горения металла необходим его постоянный контакт (химическое взаимодействие) с чистым кислородом, а образующиеся газообразные оксиды способствуют снижению концентрации свободного кислорода в зоне реза. Отсюда вытекает первое требование — недопустимость образования большого количества газообразных продуктов горения.

Вторым дополнительным требованием, которому должен удовлетворять разрезаемый металл — достаточно высокая жидкотекучесть образующихся оксидов.

Третье дополнительное условие — достаточно высокий тепловой эффект реакции окисления металла, а теплопроводность металла не должна быть очень большой с тем, чтобы не происходило интенсивное охлаждение зоны реза.

Всем этим требованиям удовлетворяют железо, углеродистые и низколегированные конструкционные стали при невысоком содержании углерода: температура плавления железа 1539ºC, горения — 1200ºC, температура плавления оксида железа — 1370ºC. Тепловой эффект реакций окисления достаточно высок:

Fe + 0,5O₂ → FeO + 64,3 ккал/г·моль,

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ + 266,9 ккал/г·моль,

2Fe + 1,5O₂ → Fe₂O₃ + 198,5 ккал/г·моль,

а теплопроводность железа является ограниченной.

Худшими технологическими характеристиками обладают никель и медь; так температура плавления меди — 1083ºC, оксида меди — 1230ºC, тепловой эффект окисления — 37,5 ккал/г∙моль, а теплопроводность меди очень велика.

Совершенно не удовлетворяют технологическим требованиям алюминий, магний, хром и цинк. Так, температура плавления алюминия Al — 658ºC; оксида алюминия Al₂O₃ — 2050ºC; магния Mg — 651ºC, оксида магния MgO — 2500ºC.

Естественно, что примеси в сталях также оказывают влияние на способность подвергаться кислородной резке, причём разные элементы в разной степени. Влияние углерода сказывается при содержании его свыше 0,25%; марганец, никель и медь в тех количествах, в которых они содержатся в сталях, не мешают выполнению газокислородной резки. Кремний, алюминий и хром, по мере их увеличения в стали, ухудшают процесс резки.