Кислородная резка

Кислородная резка основана на использовании для выплавления металла по линии реза тепла сгорания части металла в струе кислорода, которое может происходить с образованием трех различных окислов: закиси FeO, закиси-окиси Fe₃O₄ и окиси железа Fe₂O₃. Реакции протекают согласно следующим уравнениям:

^{Fe + 0,5O₂ = FeO + 65,7 кал/моль;}

Преобладание той или иной из них зависит от соотношения кислорода, железа и продуктов реакции в реагирующем объеме и определяется главным образом давлением кислорода и абсолютной температурой в зоне реакции. Чем выше температура реагирующих веществ, тем меньше вероятность образования высших окислов.

Сопоставление данных химических анализов продуктов кислородной резки стали, полученных разными исследователями (табл. 1), показывает, что соотношение различных составляющих в них может колебаться в очень широких пределах.

Таблица 1

^*(Сумма Fe₃O₄ и Fe₂O₃.)

Наличие неокисленного железа в составе продуктов кислородной резки указывает на тепловой характер этого процесса. Очевидно, что реакция окисления железа не непосредственно используется для ослабления молекулярных связей в металле, а главным образом служит энергетическим источником для выплавления металла по заданной линии. При сгорании g (г/сек) металла выделяется определенное количество тепла, подсчитываемое по формуле

где α и β - количество железа в %, окисленного соответственно до FeO и Fe₃O₄ в продуктах резки;

q_FeO и q_Fe3O4-соответственно теплота образования окислов металла в кал/г.

При резке горение металла происходит на поверхности соприкосновения его с кислородной струей. При этом часть тепла реакции идет на расплавление и повышение теплосодержания удаляемого металла, другая часть отводится в массу металла [см. уравнение (6)]. Стекая по стенкам реза, горячие продукты резки передают им свое тепло и подогревают их до температуры воспламенения, что необходимо для непрерывного течения процесса резки.

Для возбуждения процесса кислородной резки нужно подогреть поверхность металла в точке начала реза до температуры его воспламенения. В качестве источника подогрева, как правило, используют пламя кислородных смесей газо- или парообразных горючих.

Наряду с газовым пламенем для начального и сопутствующего подогрева при кислородной резке можно использовать электрические источники тепла. На одном из заводов Донбасса и на других предприятиях для этой цели был использован индукционный подогрев поверхности металла током высокой частоты c. помощью охватывающего режущую струю индуктора [4]. Подогрев можно производить также сильным током, используя расположенный перед кислородным соплом контактный электрод, скользящий по поверхности металла вдоль линии реза [5]. Оба описанных способа относятся к методу электрокислородной резки. В последнее время разработаны способы беспламенно-кислородной резки. При этом внешний источник тепла применяется только для предварительного подогрева. Взамен сопутствующего подогрева используют специальные приемы, подавая режущую струю сквозь канал медленно сгорающей угольной трубки [6] или используя две параллельные режущие струи [7].

Способы беспламеyно-кислородной и электрокислородной резки не получили большого распространения. В результате отсутствия подогревательного пламени, проникающего в щель разреза, эти методы пригодны лишь для резки металла ограниченной толщины. Внедрение электрокислородной резки затрудняется также сложностью передачи на значительные расстояния токов большой силы и токов высокой частоты; последнее не дает возможности разработать аппаратуру, необходимую для производственного применения этого метода.

Высоколегированные стали, чугун, а также цветные металлы и их сплавы не поддаются резке кислородом. Для этой цели применяют кислородно-флюсовую резку, которая отличается от пламенно-кислородной тем, что в струю режущего кислорода вводят порошкообразный флюс. В зависимости от применяемого порошка действие флюса может быть чисто механическим или термохимическим.

Кислородно-флюсовая резка может быть применена для разделения металлов и для их поверхностной обработки. Этим методом можно производить резку материалов различной толщины (табл. 2).

Таблица 2