Кисневе різання металу

Основні умови різання металів окисненням

1.           Температура спалаху (початку горіння) металу повинна бути нижча температури його плавлення. У цьому випадку метал горить у твердому стані, поверхня гладенька, краї кромок не підправляються, шлак легко видаляється з порожнини різа, форма різа залишається постійною. Технічне залізо горить у кисні при температурі 1050-1360°С залежно від його стану (прокат, порошок та ін.), у той час, як температура плавлення його дорівнює 1539°С.

Не ріжеться алюміній, бо температура його спалаху становить 900°С, а плавлення - 660°С.

2.           Температура плавлення оксидів і шлаків повинна бути нижчою температури плавлення металу. В цьому випадку вони стають рідкотекучими і безперешкодно видаляються з різа кисневим струменем. Температура оксидів відповідно дорівнює 1350°С і 1400°С, тобто нижча температури плавлення заліза. Сталі з вмістом вуглецю більше 0,65% мають температуру плавлення нижчу температури плавлення оксидів заліза і різання їх ускладнюється.

Деякі метали утворюють оксиди з високими температурами плавлення, наприклад, оксиди алюмінію — 2050°С, хрому — 2270°С, нікелю — 1985°С, міді — 1230°С. При звичайному окиснювальному різанні вони не можуть бути видалені з різа, тому що закривають місце окиснення від струменю кисню, і різання стає неможливим.

3.           Метали повинні мати низьку теплопровідність, щоб не було сильного тепловідводу від місця різання. При різанні міді, алюмінію та їх сплавів практично не вдається зосередити нагрівання їх до температури спалаху по всій товщині листа.

4.           Кількість тепла повинна бути достатньою для підтримання безперервного процесу різання.

5.           Утворені оксиди повинні бути рідкотекучими.

6.           У металі повинна бути обмежена кількість домішок, які перешкоджають різанню.

Розрізуваність металів

Властивість металів розрізатися киснем без утворення загартованої ділянки поблизу місця різання називають розрізуваністю.

Шорсткість поверхні сталі полегшує її загоряння. Пухкість матеріалів знижує температуру спалаху. Наприклад, сталевий прокат інтенсивно окиснюється при температурі 1050°С, а залізний порошок починає горіти в кисні при температурі 315°С.

При тиску кисню 25 кгс/см² і швидкості потоку 180 м/сек температура спалаху низьковуглецевої сталі в кисні знижується до 700-750°С.

Чисте залізо горить у кисні при температурі 1050°С; при вмісті вуглецю 0,7% температура горіння підвищується до 1300°С.

При кисневому різанні поблизу різа утворюється зона термічного впливу, що сприяє утворенню тріщин при охолодженні кромок.

При різанні нержавіючих сталей можлива міжкристалічна корозія, тому кромки цих сталей після різання киснем часто фрезерують на глибину 0,5 - 3 мм при товщині до 100 мм.

Для деяких високолегованих сталей після різання киснем застосовують термічну обробку для відновлення структури металу на кромках. Розрізуваність сталей наведена в табл. 1 та 2.

Табл. 1. Характеристика розрізуваності вуглецевих сталей

  

Сталь	Характеристика розрізуваності
Низьковуглецева	Якщо вміст вуглецю до 0,3% — розрізуваність добра
Середньовуглецева	При збільшенні вмісту вуглецю від 0,3 до 0,7% різання ускладнюється
Високовуглецева	При вмісті вуглецю від 0,7% до 1% різання ускладнене і необхідний попередній підігрів до 300-700°С. Коли вміст вуглецю більше 1-1,2%, то різання неможливе (без застосування флюсів)

  

Табл. 2. Характеристика розрізуваності конструкційних сталей

Вміст вуглецю, %	Розрізуваність сталі		Марка сталі
До 0,3	Різання в будь-яких умовах без обмежень і без підігріву до і після різання		15Г, 20Г, 10Г2, 15М, 15НМ та ін.
До 0,5	У літній час добре без підігріву, в зимовий час ускладнюється необхідністю підігріву до 150°С		ЗОГ, 40Г, 30Г2, 15Х, 20Х, 15ХФ, 10ХФ, 15ХГ, 20М, 12ХНЗА, 20ХНЗА та ін.
До 0,8		Різання утруднюється здатністю до утворення загартованих тріщин. Необхідний попередній підігрів до 300°С	50Г-70Г, 35Г2-50Г2, 30Х-50Х та ін. 12ХМ-35ХМ, 40ХН-50ХН, 12Х2Н4А-20Х2Н4А 40ХФА, 5ХНМ, ШХ10, 25ХМФА та ін.
Більше 0,8		Різання утруднюється здатністю до утворення тріщин після різання. Необхідний попередній підігрів до 300-400°С і уповільнене охолодження після різання	25ХГС-50ХГС, ЗЗХС-40ХС, 20X3, 35ХЮА, 37ХНЗА, 35Х2МА, 25НВА, 38ХМЮА, 40ХГМ, 45ХНМФА, 50ХГА, 50ХФА, 50ХГФА, ШХ15, ШХ15СГ та ін.

Вплив легуючих елементів на розрізуваність сталей при кисневому різанні

Марганець — при його вмісті до 0,6% сталі ріжуться без ускладнень, але твердість поверхні різа значно підвищується порівняно з твердістю основного металу.

Кремній — коли вміст вуглецю малий, то сталь із наявністю кремнію до 4% добре ріжеться. Коли вміст вуглецю більше 0,2%, задовільно ріжуться сталі з вмістом кремнію до 2,5%.

Хром — добре ріжуться сталі з вмістом вуглецю до 0,7% і до 1,5% хрому; якщо вміст вуглецю у сталі до 0,4% і хрому до 5% необхідний попередній підігрів. Коли вміст хрому більше 6% сталь не ріжеться.

Нікель — при вмісті вуглецю до 0,5%, задовільно ріжуться сталі, до складу яких входить до 35% нікелю без значних добавок інших елементів.

Вольфрам — якщо вміст вуглецю до 0,7% і вольфраму до 10%, сталь ріжеться без труднощів. Коли вміст вольфраму — 10-15%, різати можна тільки з попереднім підігрівом.

Молібден — вміст молібдену до 2% не впливає на процес різання. Якщо вміст молібдену більше 3,5%, ріжуться тільки сталі з вмістом вуглецю не більше 0,3%.

Мідь — вміст міді до 0,7% на процес різання не впливає.

Алюміній — вміст алюмінію до 0,5% на процес різання не впливає. Коли вміст більший, то погіршується різання. Якщо вміст алюмінію більше 10%, сталь не ріжеться.

Сірка і фосфор — якщо загальний вміст цих елементів доходить до 0,1%, то вони на процес різання не впливають.

Різаки для кисневого різання

     Різаки призначені для змішування горючого газу з киснем, утворення підігрівального полум'я і подачі до розрізуваного металу струменя ріжучого кисню.

     Різаки класифікуються:

- за родом горючого газу: для ацетилену, газів-замінників і для рідкого пального;

- за принципом змішування горючого газу і кисню: інжекторні та безінжекторні;

- за призначенням: універсальні й спеціальні;

- за видом різання: для роздільного, поверхневого, киснево-флюсового й для списового;

- за конструкцією: щілинні багатополуменеві з попереднім або внутрішньо-сопловим змішуванням газів.

     Найчастіше застосовують універсальні різаки (табл.1) До них висувають такі вимоги: здатність різати сталі товщиною від З до 300 мм у будь-якому напрямку; стійкість проти зворотних ударів; мала маса; зручність у користуванні.

Тип різака	Виконання різака	Товщина розрізуваної сталі, мм	Номери змінних мундштуків
Р1 малої потужності РВ1-вставний малої потужності	Ацетилен Природний газ, пропан-бутан	3-100	0, 1, 2, 3, 4
Р2 середньої потужності РВ2 вставний середньої потужності	Ацетилен Природний газ, пропан-бутан	3-200	0, 1, 2, 3, 4, 5
РЗ великої потужності	Природний газ, пропан-бутан	3-300	0, 1,2, 3, 4, 5,6

     Як і пальники, вони мають інжекторний пристрій, який забезпечує нормальну роботу при будь-якому тиску горючого газу. Інжекторний різак відрізняється від інжекторного пальника тим, що має окремий канал для подачі ріжучого кисню і спеціальну головку, яка складається з внутрішнього і зовнішнього змінних мундштуків.

     Ацетилено-кисневий інжекторний різак (рис. 1) складається з двох основних частин - ствола і наконечника. Ствол складається з рукоятки  з ніпелями і для під'єднання кисневого й ацетиленового рукавів, корпусу з регулювальними кисневим і ацетиленовим вентилями, інжектора, змішувальної камери, трубки, головки різака із внутрішнім мундштуком і зовнішнім, трубки ріжучого кисню з вентилем. Ствол поєднується до корпусу накидною гайкою.

     Кисень з балона поступає в різак через ніпель  і в корпусі розходиться по двох каналах. Частина газу, проходячи через вентиль, направляється в інжектор. Виходячи з інжектора з великою швидкістю, струмінь кисню створює розрідження і підсмоктує ацетилен, який з киснем у камері  утворює горючу суміш. Ця суміш проходить через зазор між зовнішнім і внутрішнім мундштуками, згорає і утворює підігрівне полум'я.

     Друга частина кисню через вентиль поступає в трубку і, виходячи через центральний канал внутрішнього мундштука, утворює струмінь ріжучого кисню.

     Мундштук у процесі роботи швидко спрацьовується. Для одержання якісного різа необхідно підібрати правильні розміри мундштука і забезпечити чистоту його каналів.

     Мундштуки бувають суцільні нерозбірні, багатосоплові і складові, що складаються з двох самостійних мундштуків. Вони мають кільцеву щілину для виходу горючої суміші, яка поступає через кільцевий зазор між внутрішнім і зовнішнім мундштуками. Центральним каналом внутрішнього мундштука подається ріжучий кисень.

Рис. 1. Схема ацетилено-кисневого інжекторного різака:

1,4,7,13 - трубки, 2,3,10 - вентилі, 5,6 ніпелі, 8- рукоятка, 9 - корпус, 11 - інжектор, 12 - камера змішувача, 13 -наконечнік різака, 15,16 - зовнішній і внутрішній мундштуки

В даний час широке застосування отримали універсальні різаки. До універсального різака ставляться такі основні вимоги:

• можливість різання сталі товщиною від 3 до 300 мм в будь-якому напрямку,
• стійкість проти зворотних ударів,
• мала маса,
• зручність у використанні.