7.5. Поверхностная кислородная резка
Сущность процесса. При поверхностной кислородной резке струя кислорода направлена на поверхность металла под острым углом, составляющим 20—30° к поверхности металла (рис. 136). Как процесс разделительной резки, поверхностная резка протекает при наличии подогревающего пламени резака, нагревающего металл в начале и в процессе резки.
Механизм образования канавки состоит в том, что направленная под углом на нагретую поверхность металла струя кислорода при ее невысоком давлении и сравнительно небольшой скорости истечения деформируется и, врезаясь на какую-то глубину в металл, выносит на его поверхность образовавшиеся жидкие шлаки.
Устойчивый процесс поверхностной резки возможен только в том случае, если направление перемещения резака совпадает с направлением кислородной струи и остающаяся на поверхности металла часть образовавшегося шлака перемещается под напором струи впереди режущего сопла в направлении канавки и нагревает металл.
При равномерном перемещении резака в направлении образуемой канавки после начала процесса резки подогревающее пламя резака может быть выключено. В этом случае будет иметь место только кислородная резка металла без участия других газов.
Существуют два основных способа поверхностной кислородной резки: строжка и обточка.
Некоторое распространение поверхностная резка находит также при подготовке С-образных кромок листов под сварку и при вырезке корня сварного шва перед наложением подварочного валика.
Резаки для поверхностной резки. Конструктивные особенности резаков для поверхностной резки следующие: увеличенные сечения каналов подогревающей системы и, в частности, сопл вследствие необходимости применения при больших скоростях резки более мощного подогревающего пламени; увеличенное сечение кислородопровода резака и, в частности, цилиндрического канала режущего сопла; расположение мундштука под тупым углом к стволу резака; большая длина ручного резака, достигающая 1 м и более, связанная с удобством выполнения ручной поверхностной резки.
7.6 Кислородно-флюсовая резка металлов и неметаллических материалов
Процесс кислородно-флюсовой резки разработан применительно к таким не поддающимся обычной газовой резке металлам, как хромоникелевые коррозионностойкие и жаропрочные стали, чугун, медь, латунь и бронза. В настоящее время этот процесс отработан и находит применение и при резке неметаллических строительных материалов — бетона и железобетона, а также зашлакованных черных и цветных металлов и огнеупоров.
В сопоставлении с механической резкой и, тем более, с дуговой резкой плавящимся электродом и автоматической дуговой резкой под слоем флюса, безусловно требующими последующей механической обработки кромок, кислородно-флюсовая резка обеспечивает 15—20-кратное повышение производительности.
Сущность процесса
Процесс кислородно-флюсовой резки состоит в том, что при наличии подогревающего пламени и режущей струи кислорода в зону реакции вводят дополнительно порошкообразный флюс, интенсивно окисляющийся или плавящийся в реакционной зоне и разжижающий образующиеся при резке шлаки.
Флюс термомеханического действия — железный порошок — сгорает в резе с выделением значительного количества теплоты, образует при окислении закись железа (РеО), сильно разжижающую шлаки, и способствует механическому удалению расплавленных шлаков из полости реза. .
Флюс механического действия — обычный кварцевый песок — плавится в зоне реакции без выделения дополнительного количества теплоты, но связывает тугоплавкие окислы в более легкоплавкие соединения, т. е. оказывает чисто флюсующее действие в процессе резки. Помимо этого, частицы песка, проходя через образуемый разрез с большой скоростью, способствуют механическому удалению расплавленных шлаков.
Флюсы для кислородно-флюсовой резки
Флюсы для резки высоколегированных сталей. Данные исследований мартеновских шлаков показывают, что причиной повышения вязкости хромистых шлаков является образование хромита с температурой плавления около 2180 °С. Шлаки, образующиеся -при кислородно-флюсовой резке высокохромистых и хромоникелевых сталей, для обеспечения необходимой жидкотекучести должны содержать не более 15% окиси хрома. Это условие легко выполняется при разбавлении шлака компонентами флюса, в частности железным порошком, образующим при окислении в зоне реакции окись железа. В некоторых случаях для повышения тепловой эффективности, а следовательно, и производительности процессу резки к железному порошку добавляют до 5—10% алюминия, или для улучшения условий флюсования —до 30—20% силикокальция или до 25% железной окалины
С точки зрения качества кромок реза и легкости отделении от них ишака наилучшие результаты достигаются при составе флюса: 80-85% железа и 20— 25% силикокальция.
Флюсы для резки чугуна. Основная металлургическая задача при кислородно-флюсовой резке чугуна состоит в разбавлении расплавленного в объеме реза чугуна железом флюса и снижении в сплаве содержания углерода.
Другая также немаловажная задача — разжижение шлака, который обычно при плавлении чугуна отличается большой тугоплавкостью шлака повышенного содержания в нем SiO2, переходящей в шлак из основного металла и сильно повышающей вязкость шлака.Таким образом, в состав флюса для резки чугуна могут входить железный порошок (иногда с добавкой 10% алюминия, поднимающего тепловую эффективность процесса) и какой-либо флюсующий компонент, способствующий увеличению жидкотекучести шлака, например феррофосфор, кварцевый песок и др.
Флюсы для резки меди и медных сплавов. Основная трудность резки меди, препятствующая процессу газовой резки этого металла,— это малый тепловой эффект образования окислов меди.
Для компенсации недостающей при окислении меди теплоты, в состав флюса целесообразно вводить значительные количества алюминия. Однако образующаяся в этом случае тугоплавкая окись алюминия Аl203 сильно повышает вязкость шлака, поэтому в состав флюса рекомендуется вводить такие флюсующие добавки, как кварцевый песок или железная окалина, понижающие вязкость шлака, или феррофосфор, способствующий получению легкоплавких шлаков.
Другая трудность резки меди связана с ее большой теплопроводностью , препятствующей сосредоточенному нагреву меди подогревающим пламенем резака. В значительной мере эта трудность устраняется предварительным подогревом меди и применением флюсов большой тепловой эффективности, способствующей концентрированному нагреву металла в зоне резки.
Флюсы для кислородно-флюсовой и порошково-копьевой резки бетона и других неметаллических материалов. Если интенсивное окисление (горение) в кислородной струе металла всегда сопровождается выделением значительного количества теплоты в зоне реакции, то при воздействии кислородной струи на нагретый и расплавленный неметаллический материал, будь то бетон, шлак или огнеупор, никакого тепловыделения не происходит. Объясняется это тем, что все подобные неметаллические материалы состоят в основном из окислов, дальнейшее окисление которых невозможно.
Для достижения необходимой тепловой эффективности флюса на железистой основе в состав его в повышенном количестве (до 20— 25%) вводят алюминий. Кроме того, флюс в этом случае применяют более мелких фракций, нежели при резке металлов.
Помимо основного теплового действия, вводимый в зону реакции резки металлический порошок должен осуществлять также необходимое флюсованне образующихся при резке тугоплавких окислов.
Алюминий, вводимый во флюс в количестве 15—25% (по объему), предназначен для еще большего повышения тепловой эффективности флюса, поднятия температуры в зоне реакции резки, поскольку образование А1аО3 связано с выделением большого количества теплоты. Обычно флюс для разделительной кислородно-флюсовой (резаковой) и копьевой резки бетона и железобетона содержит 75— 85 об. % железного порошка ПЖЗОМ и 15—25 об. % алюминиевого порошка АПП.
Железобетон, содержащий арматуру в виде стержней или проволоки из низкоуглеродистой стали, благодаря окислению арматурной стали режется лучше, чем чистый бетон без армирования.
Для резки других неметаллических материалов, таких как зашлакованные низкоуглеродистая сталь и чугун, зашлакованный высоколегированный скрап, содержащий наряду со шлаком и кусками огнеупорной кладки высокий процент никеля, зашла кованные латуни и бронзы, огнеупоры (шамот, кварцит, магнезит) и различные сочетания металлов с огнеупорами, применяют те же флюсы, что и для резки бетона. Колебания в содержании железа и алюминия во флюсе в этих случаях могут составлять не более 5—10%.