Газовая резка: технология, виды, металлы

Метод газовой резки основан на экзотермической окислительной реакции. Для нагревания используют смесь (газ плюс кислород), для разделения металла по заданному контуру — направленную кислородную струю.

Процесс подробно показан на рисунке 1:

1. Ацетилено-кислородное пламя (3) нагревает заготовку (2) в исходной точке до необходимой температуры.
2. На подготовленный металл направляют режущую струю (1).
3. При горении зона реза производит высокий объем тепловой энергии.
4. Пламя резака в совокупности с полученным теплом повышает температуру всей заготовки.
5. Контакт расплавленного металла с кислородом вызывает химическую реакцию окисления. Кинетическая энергия направленной струи удаляет полученные оксиды.

Чем толще обрабатываемый слой, тем меньшее значение имеет мощность пламени горелки в общем количестве индуцируемого тепла. При обработке листа толщиной 5 мм тепловая энергия подогрева занимает около 80%, с толщиной 50 мм этот показатель снижается до 10 %.

Условия для газовой резки

Стабильный процесс газовой резки возможен только при использовании мощного источника тепла. Заготовку доводят до необходимой температуры, а сгорающий металл выделяет энергию в крупном объеме.

Химический состав обрабатываемого материала должен соответствовать следующим характеристикам:

1. Температура реакции окисления ниже температуры плавления.
2. Температура плавления выше температуры образующихся оксидов.
3. Низкая теплопроводность.
4. Хорошая текучесть оксидов.

Перечисленные ограничения не позволяют применять газовую резку по отношению к ряду металлов. Для меди подходит лазерная резка, поскольку высокая теплопроводность не позволяет ей разогреться до нужной температуры.

Оксиды чугуна, образующиеся при плавлении металлов, характеризуются низкой текучестью и высокой температурой, поэтому их сложно удалить из рабочей зоны. То же самое происходит со сплавами, содержащими магний, никель, хром или алюминий.

Идеальным металлом для газовой резки является углеродистая сталь.

Воздействие примесей стали

Воздействие примесей стали на непрерывность процесса газовой резки напрямую зависит от их процентного содержания:

1. Алюминий. Допустимый уровень составляет 0,5%.
2. Медь. Содержание примеси до 0,7% от общей массы на процесс не влияет.
3. Ванадий, фосфор, сера. Не оказывают отрицательного влияния при допустимых значениях.
4. Вольфрам. Не нарушает непрерывность резки при показателе до 10%. Более высокий процент делает работу затруднительной, при 20% процесс прерывается.
5. Молибден. Допускается содержание 0,25%.
6. Никель. Верхняя планка – 7-8%.
7. Хром. Максимум – 4-5 % отрицательного влияния. Повышенный уровень резко ухудшает условия резки. Требуется применение флюса.
8. Кремний. При стандартных показателях не мешает процессу. При 4% резка невозможна.
9. Углерод. Показатели колеблются от 0,4 % (норма) до 1-1,25 % (остановка работы).
10. Марганец. Стандарт – до 0,4%. По мере повышения резка затрудняется, при достижении 14% - становится невозможной.

Особенности технологии газовой резки

Технология газовой резки напоминает сварку (см. рисунок 2). При использовании вставного резака соблюдают следующую последовательность:

1. Присоединение вставного резака к стволам горелки.
2. Установка рекомендованного рабочего давления газов (зависит от типа мундштука).
3. Розжиг факела (для этого вентиль подачи кислорода открывают полностью, вентиль подачи ацетилена – наполовину).
4. Регулировка мощности пламени.
5. Обозначение линии реза.
6. Закрепление детали на верстаке.
7. Формирование линии реза (несколько медленных проходов горелкой).
8. Обработка металла (сначала заготовку разогревают до ярко-красного цвета, затем перемещают пламя резака по заданной черте).

Метод криволинейного реза представлен на рисунке 3. Сначала намечают контуры отверстия, затем прожигают заготовку по центру и доводят разрез до заданных границ. Мундштук нужно поддерживать левой рукой.

Виды резки

В зависимости от направленности и характера струи различают три основных вида газовой резки:

1. разделительная (сквозная),
2. поверхностная (снятие верхнего слоя),
3. кислородное копье (формирование отверстий).

Скоростная газовая резка

Для скоростной высококачественной газовой резки используют тройные мундштуки. Их выходные отверстия расположены в виде равнобедренного треугольника. Основная струя, проходящая сквозь вершину угла, формирует надрезы. Вспомогательные струи проводят зачистку кромки. Недостатки метода – невозможность обработки сложного контура и значительная ширина полученного разреза.

Использование флюса

Для обработки легированных сталей используют порошкообразный флюс. При его сгорании выделяется дополнительный объем тепла, необходимый для нормальной работы газовой установки. Флюсопитатель, заполненный железным порошком, обеспечивает непрерывную подачу расходного материала и регулировку его объема. Полученные в процессе сгорания продукты вступают в химическую реакцию с оксидами и образуют жидкотекучие шлаки.

Кислородно-флюсовый способ подходит для чугуна, хромоникелевых и хромистых сталей. Медные и алюминиевые составы резать сложнее, они требуют дополнительной механической обработки.

Установка УГПР (на рисунке 4) предназначена для упрощения газовой флюсовой резки. В ее конфигурацию входит бачок флюсопитателя с редуктором модели ДКС-66 (на тележке), узел подачи флюса и универсальный резак марки Р2А-01. Флюс (железный порошок ПЖ) подается кислородом.

В процессе работы образуется вредная смесь пара и газов, из-за чего в помещении необходимо обеспечить хорошую вентиляцию. Рекомендовано использовать респиратор.

Поверхностная резка

Для снятия верхнего слоя (рис. 5) мундштук располагают под углом от 15 до 40 градусов. Более низкая (по сравнению с разделительным способом) скорость подачи струи обеспечивает сгорание поверхностных слоев металла.

Кислородное копье

Резка кислородным копьем (на рисунке 6) подходит для металла, железобетона и бетона. К подающему кислород устройству присоединяют тонкостенную стальную трубку небольшого диаметра (20-35 мм). Перед началом работы ее нагревают до нужной температуры.   При прохождении сквозь горячую трубку кислород воспламеняется и образует так называемое копье. Его прижимают к нужному месту заготовки с большим усилием, одновременно придавая вращательные и возвратно-поступательные движения. Отток шлака происходит через зазоры между резаком и стенками отверстия.