Сущность процесса кислородно-флюсовой резки
Аппаратура для кислородно-флюсовой резки
Кислородно-флюсовая резка высокохромистых сталей
Резка чугуна, цветных металлов и сплавов
Сущность процесса кислородно-флюсовой резки
Как указывалось ранее, некоторые металлы и сплавы не поддаются обычному процессу кислородной резки в связи с образованием тугоплавких окислов, а также вследствие недостаточного теплового эффекта сгорания металла.
Удаление тугоплавких окислов возможно либо путем их перевода в более легкоплавкие соединения (с температурой плавления Тпл.ок ниже Тпл.м или близкой к ней), либо путем создания вблизи поверхности большого градиента температур. В последнем случае в очень тонком слое у поверхности разрезаемого металла создавались бы температуры, способные расплавить окисел с Tnл.ок > Тпл.м, не приводя к заметному объему расплавления разрезаемого металла. Для создания такого градиента температур необходимо концентрированное введение дополнительного тепла.
Увеличение мощности подогревательного пламени в связи с малой концентрацией ввода тепла не может создавать необходимого градиента температур. Это и приводит к получению грубых разрезов с большой долей выплавленного несожженного металла. Подобным же образом может действовать и подогрев кислородной струи.
Большего эффекта можно достигнуть концентрированным вводом дополнительного тепла непосредственно в реакционное пространство, т. е. вместе со струей режущего кислорода. На этом принципе основан разработанный ещё в 1950 г. способ кислородно-флюсовой резки, применяемый для резки высоколегированных хромом сталей, а также для резки чугуна, меди и сплавов на ее основе.
При кислородно-флюсовой резке в кислородную режущую струю дополнительно вводятся порошкообразные флюсы, частицы которых, сгорая, дают значительный тепловой эффект, способствуя плавлению тугоплавких окислов на поверхности контакта кислорода с обрабатываемым металлом без значительного расплавления кромок металла под этим поверхностным слоем. Основой таких порошкообразных флюсов является железный порошок.
В процессе горения флюса образуются высоконагретые частицы FeO, которые способствуют образованию комплексных более легкоплавких соединений (FeО.SiО2; FeО.Cr2О3 и др.) и облегчают доступ кислорода к неокисленным частям металла вследствие удаления тугоплавких окислов. Для меди и сплавов на медной основе подобное действие могут оказывать фосфорные окислы и в некоторой степени алюминиевые. Введение А1 при этом способствует и повышению термического эффекта горения порошкообразного флюса.
В некоторых случаях удалению тугоплавких окислов способствует абразивное действие частиц, увлекаемых потоком кислорода режущей струи. Применение для этой цели кварцевого песка позволяет удалять окислы хрома с поверхности реза при обработке высокохромистых сталей. Одновременно возможно и некоторое флюсование окислов с образованием силикатов (SiО2.Cr2О3 и др.).
Как показало применение кислородно-флюсовой резки для различных металлов и сплавов, в качестве флюсов успешно могут использоваться смеси железного порошка, кварцевого песка, железной окалины, феррофосфора и алюминия с размером частиц 0,1-0,25 мм. Составы флюсов, применяемых в для резки различных металлов и Сплавов, приведены в табл. 24.
Таким образом, в дополнение к процессам окисления металла и выдувания расплавленных шлаков при обычной резке, при кислородно-флюсовой резке имеет место интенсификация температуры в реакционном пространстве в результате сжигания порошка флюса (железа, феррофосфора, алюминия), сопровождаемая флюсованием тугоплавких окислов и абразивным их удалением (окалиной, кварцевым песком, глиноземом). Кислородно-флюсовая резка применяется как разделительная и как поверхностная. Для ее выполнения требуется специальная аппаратура.
Аппаратура для кислородно-флюсовой резки
Каждая установка для кислородно-флюсовой резки состоит из двух основных узлов: емкости для флюса (флюсопитателя) и ручного или машинного резака. Все флюсопитатели в зависимости от способа подачи флюса в резак делятся на инжекционные, вибрационные и с механической подачей флюса.
Флюсопитатель инжекционного типа. имеет инжекторно-регулирующее устройство, в которое поступает сжатый газ (кислород, воздух, азот), увлекающий флюс в резак. Флюсопитатель вибрационного типа снабжен вибрационным устройством, в которое из бачка поступает флюс, захватываемый затем струей сжатого газа и подаваемый в резак. Флюсопитатель с механической подачей флюса имеет шнековое устройство, благодаря которому флюс из бачка непрерывно подается в резак.
Практическое применение нашли следующие схемы подачи флюса (рис. 123).
Схема с двойной инжекцией флюса (рис. 123, а). По этой схеме, например, выполнена установка УРХС-3. Принцип работы схемы заключается в том, что флюс поступает из бачка в инжекторно-регулирующее устройство, к которому поступает кислород низкого давления, увлекающий флюс в резак. В головке резака также имеется инжектор, благодаря которому флюс засасывается режущим кислородом и, смешиваясь с ним, образует режущую струю.
Схема подачи флюса под высоким давлением (рис. 123, б). По этой схеме выполнена установка УФР-2 конструкции МВТУ им. Баумана. Отличие ее от первой схемы заключается в том, что флюс инжектируется из бачка непосредственно струей режущего кислорода, и дополнительный инжектор в головке резака не требуется.
Схема с механической подачей флюса (рис. 123, в) используется в установках, созданных на некоторых заводах для подачи флюса, состоящего из алюминиево-магниевого порошка, обладающего легкой воспламеняемостью. По этой причине подача такого флюса кислородом недопустима.
Схема с внешней подачей флюса (рис. 123, г). По этой схеме выполнены установки УРХС-4 и УРХС-5 конструкции ВНИИавтогенмаша. Принцип работы схемы состоит в том, что флюс из бачка инжектируется воздухом, азотом или кислородом низкого давления и поступает не в резак, а в порошковую головку, каналы которой расположены снаружи мундштука обычного универсального резака марки РР-53 или «Пламя». Газофлюсовая смесь, выходящая из отверстий (трубок) порошковой головки, инжектируется через пламя струей режущего кислорода и поступает в зону реакции горения металла.
На основании опыта эксплуатации различных установок в промышленности, можно сделать вывод, что наиболее экономичными, производительными и устойчивыми в работе являются установки с внешней подачей флюса.
Установка УРХС-4 с внешней подачей флюса предназначена для разделительной резки хромистых и хромоникелевых сталей, чугуна, меди и сплавов на медной основе. Схема этой установки показана на рис. 124.
Ацетилен через водяной затвор 14 и кислород из баллона 15 (возможна подача обоих газов как из баллонов, так и сети) через редуктор 16 поступают по шлангам в резак 1. Часть кислорода через тройник 11 направляется в дополнительный редуктор 12, откуда через вентиль 13 поступает в корпус флюсопитателя 10 и штуцер циклонной камеры 6, в которую по каналу 8 поступает также порошкообразный флюс из флюсопитателя 10. Струя кислорода, пройдя канал 7, засасывает флюс и подает его по шлангу 5 в резак, где флюс поступает через вентиль 2 и трубку 4 в сопла 3 головки резака и затем засасывается в струю режущего кислорода. По шлангу 9 подается кислород, который в резаке разделяется на режущий и подогревающий.
Установка УРХС-5 выполнена по той же схеме, что и УРХС-4, но отличается от нее в основном измененной конструкцией флюсоподающего устройства, допускающего подачу флюса одновременно к двум резакам при выполнении соответствующих операций машинной резки.
Для машинной резки, как и для ручной, применяются типовые машинные резаки с дополнительной приставкой для подачи флюса.
Кроме описанных установок для кислородно-флюсовой резки применяются также и другие, например, ПМР-1000 для машинной резки высоколегированной стали толщиной 300-1000 мм (в основном для обрезки прибылей) кислородом низкого давления.
Кислородно-флюсовая резка высокохромистых сталей
Кислородно-флюсовую резку хромистых сталей следует применять при содержании в них Сr более 5%.
Хромистые мартенситные и полумартенситные стали (СХ8, СХ12 и др.), обработанные в листах на высокую твердость, перед резкой, особенно при сложных контурах вырезаемых деталей, для исключения образования трещин целесообразно отпускать при температуре 300° С. Аустенитные хромоникелевые стали при высоких степенях наклепа в исходном состоянии (обычно после холодной прокатки) иногда подвергают смягчающей термической обработке.
Перед резкой листы выправляются и тщательно очищаются. Флюсы перед засыпкой во флюсопитатель должны просеиваться для отделения пыли (частиц меньше 0,1 мм) и от слишком крупных частиц (более 0,4 мм). Нельзя применять влажные флюсы и флюсы, длительное время находившиеся во флюсопитателе.
Резку следует начинать от края листа или от предварительно сделанного отверстия в необходимом месте листа. При толщине до 30 мм возможно прожигание отверстия тем же резаком. До начала резки осуществляют местный предварительный нагрев металла подогревательным пламенем до температуры воспламенения, причем в ряде случаев при подогреве используется кислородно-флюсовая струя, что сокращает время нагрева, но приводит к повышенному расходу флюса. Время предварительного нагрева при кислородно-флюсовой резке примерно такое же, как при обычной резке.
Режимы кислородно-флюсовой резки высокохромистых сталей отличаются от режимов резки углеродистой стали. Мощность подогревательного пламени должна быть большей, чтобы обеспечить подогрев частичек флюса до их воспламенения на небольшом расстоянии от мундштука. При недостаточной мощности подогревательного пламени частицы железного порошка загораются только на большом расстоянии от мундштука и сгорают неполностью, делая процесс резки неустойчивым. Обычно мощность подогревательного пламени берется на 15-25% больше, чем при резке низкоуглеродистых сталей.
Расстояние от режущего сопла до металла берется большим, чем при обычной резке, составляя 15-60 мм (в зависимости от толщины разрезаемого металла и применяемой аппаратуры), для того чтобы частицы флюса успели нагреться до температуры воспламенения. Этим одновременно уменьшается вероятность хлопков пламени, получающихся в результате отскакивания частиц флюса от обрабатываемого металла и засорения ими выходных отверстий подогревательного пламени и мешающих устойчивому процессу резки.
При разделительной резке резак устанавливается либо перпендикулярно поверхности металла, либо углом вперед, что дает хорошую поверхность реза, но применимо только при прямолинейных резах.
Давление кислорода при кислородно-флюсовой резке принимается примерно таким же, как и при обычной резке. Скорость кислородно-флюсовой резки высокохромистых сталей несколько ниже, чем при резке обычных сталей, и зависит от состава применяемого флюса. Наибольшую скорость получают при флюсах с большим количеством железного порошка.
Примерные режимы резки высокохромистых сталей на установке УРХС-4 приведены в табл. 25.
Влияние резки на свойства металла вблизи поверхности реза зависит от состава разрезаемой стали. Так, например, хромистые стали обычно вблизи поверхности реза приобретают структуру закалки; в этом случае рекомендуется местный или общий предварительный подогрев. Стали типа Х18Н9Т у поверхности реза имеют крупное зерно. Склонность к межкристаллитной коррозии металла у кромок реза по сравнению с основным металлом несколько повышается и обнаруживается (по исследованиям МВТУ им. Баумана) только в единичных случаях; при этом глубина распространения межкристаллитной коррозии ограничиваемся 0,3 мм.
Сварные швы, выполненные по кромкам после кислородно-флюсовой резки, имеют те же свойства, что и при сварке кромок после механической обработки.
Разделительная резка высокохромистых сталей может выполняться и по способу пакетной резки, причем в этом случае применение флюса позволяет снижать требования по подгонке листов по плоскостям и допускает большие зазоры.
Примеры деталей, вырезанных машинной разделительной резкой, приведены на рис. 125.
На некоторых предприятиях применяется кислородная резка высокохромистых сталей с дополнительным присадочным прутком из низкоуглеродистой стали, подаваемым подсобным рабочим в реакционное пространство. Этот метод позволяет осуществить только грубую разделку металла с большими припусками на последующую механическую обработку.
Резка чугуна, цветных металлов и сплавов
До разработки кислородно-флюсовой резки чугун резали специальными резаками с подогревом кислорода, вводя в режущую струю некоторое количество ацетилена, либо обычными резаками, выполняя рез через накладываемую сверху стальную полосу или наплавленный низкоуглеродистым электродом валик. При резке через стальную пластину или наплавленный валик сущность процесса резки приближалась к кислородно-флюсовой. Однако и в этом случае образующиеся при горении чугуна тугоплавкие окислы Si02 и особенно газы СО и С02, снижающие чистоту кислорода, мешали нормальному процессу резки. Так, при резке чугуна толщиной 50 мм и при ширине реза 8-10 мм количество образующегося газа СО на 1 см длины реза таково, что чистота кислорода к нижней части реза остается не более 92-93%. При такой низкой концентрации кислорода в газе, реагирующем с металлом, температура воспламенения повышается, и металл не горит, а плавится и выдувается кислородной струей. Кислородно-флюсовая резка чугуна позволяет получать лучшее качество реза при флюсах, содержащих феррофосфор. Но и в этом случае рез получается хуже, чем при резке высокохромистых сталей, скорость резки уменьшается в два-четыре раза, а расход кислорода и флюса увеличивается соответственно в два-пять и два-четыре раза.
Газовая резка меди и сплавов на ее основе до разработки кислородно-флюсовой резки не применялась. В отдельных случаях для относительно тонких листов (до 12 мм) латунь удавалось разделять на части, комбинируя местное расплавление и выдувание расплавленного металла кислородной струей. Это была трудоемкая и дорогая операция. Поэтому для тонкого листового металла резку меди и сплавов на ее основе производили ножницами, а при больших толщинах - на станках или высверливанием и вырубанием перемычек.
При кислородно-флюсовой резке вводится большое количество дополнительного тепла за счет сжигания флюса, что компенсирует низкий тепловой эффект горения меди и сплавов на ее основе и усиленный теплоотвод в разрезаемый металл, имеющий место в связи с их высокой теплопроводностью. Однако и здесь необходим предварительный подогрев разрезаемого металла до 200- 400° С.
По сравнению с хромистыми сталями резка выполняется при еще более высоком расположении мундштука резака от поверхности разрезаемого металла (30-50 мм) с меньшими скоростями резки и с большим расходом материалов. Так, при резке меди и сплавов на ее основе скорость резки получается примерно такой же, как при резке чугуна (т. е. в два-четыре раза меньше скорости резки высокохромистых сталей), а расход флюса при резке латуни в четыре-восемь раз, а. при резке меди в 8-12 раз больше, чем при резке высокохромистых сталей.
Качество поверхности реза сплавов на медной основе значительно хуже, чем при резке хромистых сталей, и поэтому после кислородно-флюсовой резки этих сплавов, как правило, необходима механическая обработка.
Алюминий и его сплавы кислородно-флюсовой резкой могут быть разрезаны только очень грубо. | 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ