Газовая резка – популярно о технологии обработки металла

1 Техника автогенной резки и ее ключевые положения

Данный вид обработки металла эксплуатируется весьма активно. На сегодняшний день он является популярным методом резки стальных и металлических изделий. Его суть состоит в том, что материал в зоне обработки доводится до температуры зажигания (горения) посредством смеси газа и кислорода, а затем на него наводят поток чистого кислорода.

Указанные действия приводят к сгоранию металла и удалению из зоны резки оксидов, которые образуются в ходе выполнения операции.

При горении поверхностного слоя заготовки отмечается выделение существенных объемов кислоты, в результате чего нагреваются нижние слои металла. Благодаря этому процесс горения охватывает деталь на всю глубину, формируется отверстие сквозного вида. Через него кислородная струя, выполняющая функцию режущего инструмента, пробивает заготовку полностью и выходит наружу. Передвигая с заданной скоростью приспособление для кислородной резки, получают точный разрез.

По сути, описываемый процесс включает в себя несколько основных этапов. Сначала металл подогревают, затем при помощи кислорода его сжигают, а на финальной стадии из полости реза происходит выдувание шлака, находящегося в расплавленном состоянии. В связи с тем, что при горении в кислороде железа выделяется сравнительно мало теплоты, тушения подогревательного пламени не производят. Это позволяет возмещать большие утраты тепла на участке обработки металла.

Если пламя потушить, металлическая заготовка очень быстро охлаждается, реакция горения затухает, и операция резки прекращается. Кислородная резка дает возможность вырезать сложные по форме изделия, а также без проблем осуществлять разрезание металлических деталей толщиной до 200 сантиметров. Отметим, что далеко не все сплавы и стали допускается подвергать автогенной резке. Она используется для металлов, которые соответствуют некоторым важным условиям. О них речь пойдет далее.

2 Условия для проведения кислородной резки

Газовая резка металла будет успешной только в том случае, если его температура плавления выше температуры воспламенения. Данному условию полностью отвечают сплавы с малым содержанием углерода. Плавятся они при температуре 1500 градусов, а воспламеняются при 1300 градусах. Средне- и высокоуглеродистые стали поддаются газовой обработке намного хуже, так как повышенное содержание углерода в них приводит к уменьшению температуры плавления и увеличению температуры воспламенения.

Также теплопроводность металлических композиций должна быть не очень высокой. Если подобное условие не выполняется, фиксируется активное отведение от зоны реза нагретого шлака и подогревающего пламени, что становится причиной неустойчивости операции. Она может прекратиться практически в любой момент резки. "Нужный" для проведения рассматриваемой в статье операции показатель теплопроводности отмечается исключительно у сталей, являющихся техническим сплавом железа, и непосредственно у железа. Автогенная резка прочих металлов в большинстве случаев невозможна.

Кроме того, должны выполняться и другие условия для резки:

• При сгорании в кислородной струе металла количество теплоты обязано быть таким, чтобы операция проходила непрерывно. Стоит помнить, что лишь 30 процентов теплоты образовывается от работы пламени резака, остальные же 70 процентов выделяются при сгорании металла.
• Температура расплавления металла должна быть выше температуры, при которой начинают плавиться металлические оксиды. В тех случаях, когда данное требование не соблюдается, операция резки нарушается из-за того, что кислородный поток не способен качественно выдуть тугоплавкие окислы. В связи с этим автогенная резка не рекомендуется для алюминия (его оксиды плавятся при температуре порядка 2050 градусов) и сталей с большим содержанием хрома (температура плавления их оксидов составляет около 2000 градусов). Впрочем, выход есть. Резать алюминий и высокохромистые сплавы допускается при помощи флюсов со специально подобранным составом.
• Жидкотекучесть шлаков, которые появляются в процессе резки, должна иметь высокие показатели, обеспечивающие простую выдувку шлаков из места выполнения операции.

3 Виды кислородной резки и их краткое описание

Резка с использованием газового оборудования бывает ручной и машинной, поверхностной и разделительной. При поверхностной разрезание металлической детали сопровождается формированием круглых по форме канавок, а при разделительной резке на поверхности появляются разрезы сквозного типа.

Разделительная ручная операция обычно назначается для обработки скрапа, профильных поковок и листов из углеродистой стали. Такая резка предполагает применение природного газа, смеси бутана и пропана, ацетилена в качестве горючей составляющей процесса. Как правило, используется ацетилен, так как он обеспечивает быстрый подогрев обрабатываемого изделия.

Ручная резка также применяется для вырезки отверстий и участков с теми или иными изъянами в трубопроводах, для обрезки под последующую газовую сварку концов трубных изделий. И листы, и трубы, и поковки режутся во всех пространственных положениях. При этом на качество процесса большое влияние оказывает квалификация специалиста, осуществляющего операцию, и наличие у него опыта работы резчиком.

Для повышения эффективности точности ручной прямолинейной резки рекомендуется производить процесс по направляющим и заранее нанесенным отметкам на изделии. Кроме того, нужно использовать и дополнительные приспособления (уголок, направляющие линейки, специальный циркуль для обработки отверстий и фланцев и так далее), которые дают возможность:

• четко выдерживать требуемую дистанцию между поверхностью заготовки и резаком;
• передвигать резак максимально равномерно;
• вовремя запускать кислородную струю.

Поверхностная резка (и машинная, и ручная) подразумевает удаление струей кислорода слоя металла определенной толщины. Ее отличие от распределительной состоит в том, что резак при поверхностной обработке передвигается быстро, причем под некоторым углом по отношению к металлической поверхности.

4 Особенности автогенной обработки металлов

Технология газовой резки предусматривает необходимость качественной очистки поверхности металлической детали от грязи, коррозии, окалины и лакокрасочных покрытий. При ручном разделении листов рекомендуется обдуть область реза на ширину не более 3–5 сантиметров (использовать пламя резака), после чего при помощи щетки из металла зачистить эту область.

При машинной резке, как правило, осуществляют очистку стальных листов на специальных агрегатах по дробеструйной либо химической методике. Дополнительно выполняют правку металлических заготовок на вальцах.

К ключевым характеристикам режима резки относят:

• давление кислорода;
• мощность пламени;
• скорость выполнения операции.

Качество и производительность операции зависит именно от этих показателей. Давление кислородной струи зависит от чистоты используемого газа, формы сопла на режущем инструменте и толщины изделия, подвергаемого разрезанию. При увеличении давления выше нормативных величин отмечается ухудшение качества поверхности и скорости процедуры, что, естественно, приводит к повышенному расходу кислорода.

Мощность пламени зависит от состояния сплава (поковка либо обычный прокат), его состава и толщины металла. Машинная резка выполняется на минимальном пламени, а вот для ручной его мощность необходимо повышать в 1,5–2 раза. Еще важный момент – при обработке изделий толщиной более 40 сантиметров следует использовать науглероживающее пламя (то, в котором имеется "лишний" ацетилен). В остальных случаях применяется стандартная мощность.

Скорости окисления металлической детали и процесса резки должны соответствовать друг другу. Чрезмерная скорость резки сопровождается искрами, она чревата тем, что металл может не прорезаться.