Поверхностная резка широко применяется в металлургической промышленности и сварочном производстве. В сварочном производстве поверхностная резка используется для вырезки дефектных участков швов и при ремонтных работах.
Ручная резка выполняется резаками типов РПК и РПА, а машинная с помощью машин огневой зачистки (МОЗ). Они удаляют слои металла толщиной от 0,5 до 3,5 мм одновременно с четырех сторон сляба или блюма. Производительность сплошной зачистки проката велика и составляет 600-1000 кг/ч в зависимости от сортамента обрабатываемой стали. Скорость движения металла при зачистке достигает 45-50 м/мин.
Ручная зачистка начинается с прогрева начального участка до температуры воспламенения металла. При включении режущего кислорода образуется очаг горения металла и обеспечивается устойчивый процесс зачистки за счет равномерного перемещения резака вдоль линии реза. При нагреве резак обычно располагается под углом 70-80о к поверхности. В момент подачи режущего кислорода его наклоняют на 15-45о.
При прочих равных условиях глубина и ширина канавки зависят от скорости резки и с её увеличением уменьшаются. Глубина канавки увеличивается с возрастанием угла наклона мундштука резака, повышением давления режущего кислорода и уменьшением скорости резки. Ширина канавки определяется диаметром канала режущей струи кислорода. Чтобы избежать появления закатов на поверхности заготовки, ширина канавки должна быть в 5-7 раз больше её глубины.
При необходимости зачистки дефектов на значительной поверхности обычно производят резку «ёлочкой» за один или несколько проходов, придавая резаку колебательные движения. Расстояние между мундштуком и зачищаемым металлом должно быть постоянным.
Поверхностная кислородная резка может быть использована для зачистки дефектов на поверхности высоколегированных сталей. В этом случае следует применять кислородно-флюсовую резку в сочетании с поверхностной, используя резаки типа РПА или другие с кислородно-флюсовой оснасткой и установку типа УГПР.
Свойства зоны термического влияния при резке.
В процессе газокислородной резки в разрезаемый металл вводится значительное количество теплоты. Нагрев происходит неравномерно и распределяется по кромке реза и сравнительно узкой полосе металла, прилегающей к резу. Это создаёт напряжения в металле и деформирует его, искажая геометрическую форму. Кромка реза несколько укорачивается и в прилегающем слое возникают растягивающие напряжения, которые могут быть полностью сняты лишь отжигом с равномерным нагревом всей детали. Напряжения и деформации также уменьшаются при механической обработке (строгание или фрезерование кромки реза). Полоса металла шириной 2-5 мм, прилегающая к резу, быстро нагревается выше критических температур, а затем быстро охлаждается вследствие отвода теплоты в холодную основную массу металла. Происходит термообработка металла, соответствующая закалке.
Степень закалки, образующиеся структуры и максимальная твердость кромки реза определяются в первую очередь химической обработке. Простые углеродистые стали, содержащие менее 0,3 % углерода, при резке почти не закаливаются. У легированных сталей и сталей с повышенным содержанием углерода часто значительно повышается твердость по кромке реза. Металл нагревается до наивысшей температуры у поверхности кромок, где обычно происходит полное аустенитное превращение, наблюдаются максимальные изменения структуры и твердости. В низкоуглеродистых сталях образуется сорбитная структура; по мере повышения содержания углерода и легирующих элементов в стали появляется троостит, а затем и мартенсит, свидетельствующий о высокой твердости и хрупкости металла. По мере удаления от кромки изменения структуры постепенно становятся менее заметными, твердость уменьшается и на расстоянии несколько миллиметров от кромки основной металл сохраняет первоначальную структуру.
Ширина зоны термического влияния при кислородной резке зависит от химического состава и толщины разрезаемого металла, возрастая вместе с ней. При резке низкоуглеродистой стали толщиной 10 мм ширина зоны влияния не превышает 1 мм; при толщине 150-200 мм ширина этой зоны составляет около 3 мм. Стали легированные и с повышенным содержанием углерода толщиной 100 мм могут иметь зону термического влияния шириной до 6 мм.
Исследования структуры и механических свойств металла показали, что кислородная резка меньше изменяет свойства кромки, чем механическая резка ножницами и фрикционной пилой. Для низкоуглеродистой стали нет необходимости удалять поверхностный слой металла с кромки реза; при последующей сварке достаточно очистить кромки от окалины. После резки сталей, чувствительных к термической обработке, иногда приходится прибегать к дополнительным операциям: механическому строганию кромки, местному отжигу. Особенно опасным является возникновение мелких трещин в зоне влияния, что иногда наблюдается у сталей, легко закаливающихся. В подобных случаях используют предварительный подогрев металла. Он уменьшает коробление, внутренние напряжения, изменения структуры, твердость металла. Поэтому подогрев часто является единственным надежным средством, обеспечивающим качественную кислородную резку легко закаливающихся легированных и углеродистых сталей. При машинной кислородной резке подогрев осуществляется мощными многопламенными горелками, смонтированными на режущей машине и перемещающимися вместе с кислородным резаком вдоль поверхности разрезаемого металла.
Помимо структурных превращений металла, при кислородной резке происходит изменение его химического состава на глубину до 2-3 мм. Наиболее существенным является повышение содержания углерода у поверхности реза, что можно объяснить науглероживающим действием подогревательного пламени. Однако повышение содержания углерода происходит и при использовании водородного пламени, которое не может науглероживать металл. По-видимому, основной причиной является миграция (перемещение) углерода при неравномерном нагреве металла в более нагретые области. Так как наиболее сильно нагревается поверхность кромки реза, то наблюдается перемещение углерода из внутренних менее нагретых слоёв металла к поверхности кромки.
Резаки.
Классификация резаков.Резаки – основной инструмент, который используется при кислородной резке. Они служат для смешивания горючего газа или жидкости с кислородом, разогрева металла подогревающим пламенем и подачи струи кислорода в зону резки.
Ручные резаки для газовой резки классифицируются по следующим признакам:
· роду горючего газа, на котором они работают (для ацетилена, газов-заменителей, жидких горючих);
· принципу смешения горючего газа и кислорода (инжекторные и безынжекторные);
· назначению (универсальные и специальные);
· виду резки (разделительная, поверхностная, кислородно-флюсовая, копьевая).
Особенности конструкции резаков. Как и сварочные горелки, резаки имеют инжекторное устройство, обеспечивающее их работу при любом давлении горючего газа. Инжекторный резак отличается от инжекторной горелки тем, что имеет отдельные канал для подачи кислорода и специальную головку, которая представляет собой два сенных мундштука – внутренний и наружный.
Ацетиленокислородный инжекторный резак включает две основные части – ствол и наконечник. Ствол состоит из рукоятки с ниппелями и для присоединения кислородного и ацетиленового рукавов, корпуса с регулировочными кислородным и ацетиленовым вентилями, инжектора, смесительной камеры, трубки, головки резака с внутренним мундштуком и наружным, трубки режущего кислорода с вентилем. Ствол присоединяется к корпусу накидной гайкой.
Кислород из баллона поступает в резак через ниппель и в корпусе идёт по двум канала. Часть газа, проходя через вентиль, поступает в инжектор. Выходя из инжектора с большой скоростью, струя кислорода создаёт разрежение и подсасывает ацетилен. В результате в камере получается горячая смесь, которая, проходя через зазор между наружными и внутренними мундштуками, сгорает, создавая подогревающее пламя.
Другая часть кислорода через вентиль поступает в трубку и, выходя через центральный канал внутреннего мундштука, образует струю режущего кислорода.
Основной деталью резака является мундштук, который в процессе резки быстро изнашивается. Мундштуки разделяют на две группы: к первой группе относятся цельные неразборные, ко второй – составные. Последние состоят из двух самостоятельных мундштуков, имеют кольцевую щель для выхода горючей смеси, которая поступает по кольцевому зазору между внутренним и наружным мундштуками. По центральному каналу внутреннего мундштука подаётся кислород.
Составные резаки с кольцевой щелью легче изготавливать и заменять.
Вид режущей струи кислорода зависит от формы (профиля) каналов сопла мундштука, их размеров, давления кислорода перед соплом, расхода кислорода в единицу времени, давления внутри сопла и скорости истечения.
При резке металла толщиной 10-350 мм наиболее широкое распространение получили сопла со ступенчатым расширением на выходе. Эти сопла используют при давлении кислорода от 0,3 до 1,2 МПа. При давлении кислорода на входе в сопло до 0,3 МПа применяют простые цилиндрические сопла без расширения на выходе. Их используют при резке металла толщиной до 10 мм и свыше 350мм. Наименьшие потери давления кислорода обеспечивают мундштуки, сопла которых имеют плавное расширение на выходе.