Что такое газокислородная резка? Процесс, плюсы и минусы

Что такое газокислородная резка?

Газокислородная сварка и газокислородная резка — это процессы, в которых для сварки или резки металлов используются горючие газы (или жидкое топливо, такое как бензин) и кислород. Французские инженеры Эдмон Фуше и Шарль Пикард первыми разработали кислородно-ацетиленовую сварку в 1903 году.

Чистый кислород вместо воздуха используется для повышения температуры пламени, чтобы обеспечить локальное плавление материала заготовки (например, стали) в комнатной среде.

Обычное пламя пропана/воздуха горит примерно при 2250 К (1980 °С; 3590 °F), пламя пропана/кислорода горит примерно при 2526 К (2253 °С; 4087 °F), пламя гремучей смеси горит при 3073 К (2800 °F). °C; 5072 °F), а пламя ацетилена/кислорода горит примерно при 3773 K (3500 °C; 6332 °F).

Перед резкой резак должен предварительно нагреть сталь до температуры воспламенения в начальной точке. При этой температуре около 960°C (в зависимости от типа сплава) сталь теряет защитные свойства от кислорода и остается твердой.

Затем чистый кислород направляется через сопло в нагретую зону. Этот тонкий поток кислорода под высоким давлением превращает предварительно нагретую и незащищенную сталь в окисленную жидкую сталь посредством экзотермической реакции.

Этот шлак имеет более низкую температуру плавления, чем сталь, поэтому поток кислорода может выдувать жидкий шлак из полости, не затрагивая неокисленную твердую сталь. Эта экзотермическая реакция является непрерывным процессом и создает разрез по мере движения резака. Чтобы поддерживать экзотермическую реакцию, резак поддерживает сталь в нагретом состоянии во время резки.

С помощью этого процесса можно резать только металлы, оксиды которых имеют более низкую температуру плавления, чем сам основной металл. В противном случае, как только металл окисляется, он прекращает окисление, образуя защитную корку. Только низкоуглеродистая сталь и некоторые низколегированные сплавы соответствуют вышеуказанным условиям и могут эффективно резаться кислородно-топливным процессом.

Как работает процесс кислородной резки?

Газокислородная резка представляет собой химическую реакцию между чистым кислородом и сталью с образованием оксида железа. Его можно описать как быстрое контролируемое ржавление. Пламя предварительного нагрева используется для нагрева поверхности или края стали примерно до 1800 °F (ярко-красный цвет).

Затем чистый кислород тонкой струей под высоким давлением направляется к нагретой области. По мере того как сталь окисляется и выдувается, образуя полость, поток предварительного нагрева и кислорода перемещается с постоянной скоростью, образуя непрерывный разрез.

С помощью этого процесса можно резать только металлы, оксиды которых имеют более низкую температуру плавления, чем сам основной металл. В противном случае, как только металл окисляется, он прекращает окисление, образуя защитную корку. Только низкоуглеродистая сталь и некоторые низколегированные сплавы соответствуют вышеуказанному условию и могут эффективно резаться кислородно-топливным процессом.

Вот основы того, как все это работает:

Шаг 1. Предварительный нагрев

Прежде чем вы сможете начать резать сталь, ее нужно нагреть до температуры воспламенения, около 1800°F. При этой температуре сталь легко реагирует с кислородом. Тепло обеспечивается пламенем предварительного нагрева кислородно-топливной горелки. Внутри горелки топливный газ смешивается с кислородом, образуя легковоспламеняющуюся смесь.

Сопло имеет несколько отверстий, расположенных по кругу, чтобы сфокусировать горючую газовую смесь в несколько маленьких струй. Топливно-кислородная смесь воспламеняется за пределами сопла, а пламя предварительного нагрева образуется сразу за наконечником сопла.

Обычно используемые топливные газы включают ацетилен, пропан, природный газ и несколько других газовых смесей. Регулируя соотношение топлива и кислорода, пламя регулируется для получения максимально возможной температуры в минимально возможном пламени. Это концентрирует тепло на небольшой площади поверхности стальной пластины.

Шаг 2. Прокалывание

Как только поверхность или край пластины достигает температуры воспламенения, включается струя чистого кислорода, которая начинает пробивать пластину. Это называется «режущим кислородом», и струя формируется одним отверстием в центре сопла.

Когда поток режущего кислорода попадает на предварительно нагретую сталь, начинается быстрый процесс окисления. Вот тогда и начинается настоящее веселье. Процесс окисления называется экзотермической реакцией — при этом выделяется больше тепла, чем требуется для запуска.

Окисленная сталь принимает форму расплавленного шлака, и расплавленный шлак должен уйти с пути, чтобы поток кислорода мог «проколоть» пластину насквозь. В зависимости от толщины пластины это может занять от доли секунды до нескольких секунд.

В это время поток режущего кислорода все глубже проникает в пластину, а расплавленный шлак выдувается из пробивного отверстия. Это может привести к массивному гейзеру расплавленной стали или, если все сделано правильно, к небольшой лужице шлака на верхней части пластины.

Шаг 3. Резка

После того, как поток кислорода для резки полностью прошел через пластину, резак может начать движение с постоянной скоростью, образуя непрерывный разрез. Расплавленный шлак, образовавшийся на этом этапе, выдувается из нижней части плиты.

Тепло, выделяемое в результате химической реакции между кислородом и сталью, предварительно нагревает лист непосредственно перед разрезом, но недостаточно надежно, чтобы резать без пламени предварительного нагрева. Таким образом, пламя предварительного нагрева остается включенным на протяжении всего разреза, нагревая пластину по мере движения резака.

Это основы. Но на качество кромки реза влияет множество других факторов, в том числе скорость, давление кислорода при резке, регулировка пламени предварительного нагрева, высота реза, температура листа и т. д.

Характеристики кислородного топлива по сравнению с плазмой

• Материал. Газокислородная резка используется для резки низкоуглеродистой стали. С помощью этого процесса можно резать только металлы, оксиды которых имеют более низкую температуру плавления, чем сам основной металл. В противном случае, как только металл окисляется, он прекращает окисление, образуя защитную корку. Только низкоуглеродистая сталь и некоторые низколегированные сплавы соответствуют вышеуказанным условиям.
• Толщина стенки. Кислородно-топливная резка позволяет резать материал с более толстыми стенками, чем плазменная. Плазма не может резать более толстые стены из-за огромного количества энергии, необходимой для достижения такой же толщины.
• Угол среза. Кислородно-топливный режим позволяет выполнять резку под более крутыми углами до 70° (по сравнению с 45° у плазмы) из-за концентрации кислородного луча.
• Прямые разрезы. Плазменный луч имеет тенденцию отклоняться, когда угол слишком крутой. Однако это отклонение можно компенсировать с помощью автоматизации.
• Расходы. Кислородно-топливная резка является более экономичным решением, чем плазменная резка. Первоначальные инвестиционные затраты, расходные материалы и эксплуатационные расходы ниже, чем при плазменной резке. Однако скорость обработки обычно ниже при толщине стенки менее 20 мм (учитывая трехмерное профилирование в тяжелой сталелитейной промышленности).

Преимущества и недостатки газокислородной резки

При кислородной резке топливный газ и кислород используются для создания пламени резки. Messer Cutting Systems поставляет газы, включая ацетилен, MAPP, пропан и природный газ, а также информацию, соответствующую вашим требованиям.

Преимущества:

• Прямое качество и высокая точность.
• Резка полосы со скосом.
• Прожигает низкоуглеродистую сталь толщиной от 4 дюймов (101 мм) до 5 дюймов (127 мм).
• Начните с кромки и обрежьте сталь толщиной от 10 дюймов (254 мм) до 12 дюймов (304 мм).
• С помощью нескольких резаков можно производить несколько деталей, сокращая время и трудозатраты.

Недостатки:

• Нельзя резать нержавеющую сталь в обычных условиях.
• Меньшая скорость резки по сравнению с плазменной резкой.
• Резка тонкого материала может деформироваться.
• Сложно делать отверстия меньше, чем в два раза толще стали.