Газовая резка относится к термической резке металла. Понятие содержит в себе группу процессов, к которой относятся кислородно-флюсовая, воздушно-дуговая, плазменно-дуговая, кислородно-дуговая и плазменная резка. Газовая резка основана на способности стали гореть в струе кислорода, который разогревается до температуры чуть ниже температуры плавления металла.
Температура воспламенения железа различна и зависит от состояния, в котором оно находится в данный момент. К примеру, металлический порошок может воспламениться уже при температуре 300° С, листовой металла загорается при температуре 900…930°, для толстого металла необходима температура 1200°С. Процесс горения железа сопровождается колоссальным количеством выделяемого тепла и может поддерживаться за счёт теплоты горения. Именно поэтому возгорание железа очень трудно потушить. Пожары металлоконструкций, к примеру, относятся к самой высшей категории сложности.
В процессе газовой резки металла образовывается шлак. Как показывает практика, до 35% удалённого из области реза металла составляет расплавившееся, а не сгоревшее железо. Порядка 90% окислов – это оксид железа. Нагрев металла при резке выполняется газокислородной струёй. В качестве газов может использоваться ацетилен, пропан-бутановая смесь, натуральный природный газ, кислород и даже пары керосина. К примеру, для резки под водой в качестве рабочего газа используют пары бензина.
Помимо того, что струя газа разогревает металл до температуры плавления, она выполняет и следующие функции:
- подогревает переднюю кромку реза впереди струи, обеспечивая непрерывность процесса;
- подаёт в зону окисления дополнительное тепло, покрывающее теплопотери из-за высокой теплопроводности металла;
- создаёт защитную среду вокруг газовой струи, исключая попадание в зону резки азота из окружающего воздуха;
- разогревает нижнюю кромку реза, что очень важно при работе с толстолистовыми металлами.
Мощность пламени зависит и от толщины заготовки, и от химического состава стали, и от температуры металла перед процессом.
Процесс газовой резки
Сталь разогревается на локальном участке, с которого планируется начать рез. На разогретое место подаётся воспламенённая струя газа. Резак плавно перемещается по контуру реза, металл «прогорает» на всю толщину. В результате образовывается тонкая щель – рез. Интенсивное горение стали в кислороде происходит только в слоях, контактирующих с режущей струёй газа, т.к. она проникает на малую глубину. С момента начала газовой резки дальнейший подогрев сплава происходит, преимущественно, за счёт тепла, выделяемого при горении железа. Если поверхность металла чистая, не имеет глубоких загрязнений и коррозии, окалин, резка вполне успешно проходит и без дополнительного подогрева.
Примерное процентное соотношение расхода тепла при резке листовой стали толщиной до 30 мм выглядит следующим образом:
- подогрев режущего газа – 3%;
- нагрев металла до температуры воспламенения – 8%;
- потери тепла из-за высокой теплопроводности стали – 40%;
- потери тепла на конвекцию – 25%;
- суммарные потери тепла со шлаками и отходящими газами – 34%.
Скорость резки напрямую зависит от чистоты газа. К примеру, при заготовительной газовой резке используется кислород чистотой не ниже 98,5%. В противном случае его расход будет больше, процесс будет идти медленнее.
Основные условия для газовой резки
Для того, чтобы газовая резка производилась эффективно, необходимо чтобы:
- температура горения металла в газе была ниже температуры плавления, иначе металл будет переходить в жидкое состояние ещё до своего воспламенения;
- окислы должны плавиться при температуре ниже, чем температура горения стали. Если это невозможно, при газовой резке используются специальные флюсы;
- объём тепла, выделяющегося при резке, должен быть высоким, чтобы обеспечить непрерывность процесса;
- теплопроводность сплава не должна быть сверхвысокой, иначе процесс может самопроизвольно прерваться.
Вышеописанным условиям отвечают стали с малым и средним содержанием углерода и без большого количества легирующих добавок. Низколегированные стали с содержанием углерода в пределах 0,3% хорошо режутся кислородом, а процесс проходит легко и быстро.
Классификация сталей по разрезаемости
Все стали в зависимости от способности к газовой резке делятся на четыре группы:
1 – с содержанием углерода до 0,3%: 20Г, 10Г2, 15НМ – хорошо режутся в любых условиях, не требуют дополнительного подогрева;
2 – с содержанием углерода до 0,5%: 15Х, 20Х, 30Г, 40Г – режутся удовлетворительно, при отрицательных температурах требуют подогрева до 110…120°С;
3 – с содержанием углерода до 0,8%: 20ХГС, 18ХГМ – приспособлены к резке ограниченно, склонны к образованию трещин и термозакалке кромок, резку ведут при предварительном подогреве до 300°;
4 – с содержанием углерода более 0,8%: 50ХГА, 40ХГМ: не приспособлены к газовой резке, требуют предварительного подогрева до 400°С.
Низкоуглеродистые стали при газовой резке не меняют своих характеристик вблизи места реза. Стали с высоким содержанием углерода склонны к термозакалке кромок, что вызывает необходимость последующей механической обработки.
Резаки для газовой резки
Ручной инструмент для газовой резки металла классифицируется по ряду признаков:
- виду резки;
- назначению;
- роду газа;
- принципу действия;
- давлению газа.
Наиболее распространены ацетиленовые резаки для ручной резки. Они могут иметь щелевые и многосопловые мудштуки.
Резак в процессе газовой резки устанавливается на опорную каретку и плавно перекатывается вдоль линии реза. Благодаря этому выдерживается постоянное расстояние между мудштуком и поверхностью металла, а сам процесс выполняется равномерно и стабильно. С помощью каретки струю газа можно направлять не только перпедникулярно, но под углом до 40°. Это необходимо, например, при обработке скосов кромок под сварку.
Давление кислорода при резке составляет 3…14 атм, ацетилена до 0,1 атм.
Иногда при газовой резке используют и специальные резаки, повышающие производительность процесса. К ним относятся резаки с плоскими мудштуками для удаления заклёпок или вырезки трубопроводов. С помощью таких резаков можно удалять заклёпки диаметром до 50 мм.
Специальные способы резки
К специальным способам газовой резки относятся:
- Кислородно-флюсовая. Используется для резки высоколегированных, нержавеющих и хромоникелевых сталей;
- Газо-дуговая, основанная на расплавлении металла в зоне реза так называемой «скользящей» электрической дугой. Она зажигается между угольным электродом и металлом;
- Подводная, при которой применяют специальные резаки, работающие на водороде или бензине. Водородно-кислородным резаком можно резать сталь толщиной до 75 мм на глубине до 30м;
- Копьевая, используемая для резки чугуна, нержавеющей стали, низкоуглеродистых сплавов. Копьевая резка, в свою очередь, подразделяется на кислородно-порошковую и кислородную.
Способы газовой резки металлов постоянно совершенствуются. Она всегда будет популярной по причине возможности разрезания металлов различного состава и толщины, относительно невысокой стоимости процесса и своей универсальности. Газовую резку применяют и в бытовых, и в промышленных, и в полевых условиях.
Рекомендуем почитать
