воряетсл при резке алюминия, магния и их сплавов, а также стали с большим содержанием хрома и никеля. При нагревании этих сплавов в процессе резки на их поверхности образуется пленка тугоплавкого окисла, препятствующая поступлению кислорода к неокисленному металлу.

Четвертое условие - образующийся шлак должен быть жидкотекучим, в противном случае контакт кислорода с жидким металлом будет замедлен или вовсе невозможен. Вязкость шлака значительно возрастает при увеличении содержания окислов кремния и хрома, что является одной из причин невозможности вести кислородную резку чугуна.

Всем перечисленным условиям удовлетворяют сталь, титан и марганец, поэтому их можно обрабатывать с помощью кислородной резки. Особенно хорошо режутся сплавы титана, благодаря высокому сродству с кислородом и высокому тепловому эффекту образования окисла.

5. Технологические рекомендации по резке высоколегированных сталей [1] I-.----

Углеродистую сталь по разрезаемости принято [1,5] делить на две группы: слабозакаливающуюся с содержанием углерода до 0,25% и закаливающуюся, требующую для устранения трещин предварительного нагрева и медленного охлаждения после резки.

Температура предварительного подогрева может быть определена по формуле

Гп = 500 /Сэк(1+т.сб)-0,45,

где х. с - коэффициент, учитывающий толщину разрезаемой стали, равный 0,0002; б - толщина металла, мм; Сдк - эквивалентное содержание углерода

в стали, %; определяется по температуре мартенситного превращения или по формуле

550 -Мн

=С+0,155 (Сг + Мо) + 0,14 (Mn + V)+ 0,11 Si+ 0,045 (Ni + Cu).

50mm

Разрезаемость высоколегированных хромоникелевых и хромистых сталей рекомендуется оценивать по сумме эквивалентного содержания хрома и никеля в стали (Сгдк + Nigs) и по хромоникелевому эквиваленту (CraK/NigK. табл. 5). Если сталь занимает промежуточное положение между двумя соседними группами, то ее относят к той группе, для которой значения (CrgK/NigK) и (Сгэк + NIsk) соответствуют содержанию легирующих элементов, взятых по верхнему пределу.

Влияние резки на структуру, состав и механические свойства стали [1, 3, 5]. Для термического цикла резки характерны большие скорости нагрева и охлаждения (рис. И), превышающие в 2-3 раза скорости нагрева и охлаждения металла при дуговой сварке. В металле кромки реза под действием термического цикла происходят сложные изменения структуры, химического состава и механических свойств. Протяженность зоны таких изменений зависит в основном от состава, толщины стали и скорости резки (табл. 6).

В зоне теплового влияния различают оплавленный и твердый металл. Непосредственно на кромке реза имеется окисная пленка толщиной в доли миллиметра, граничащая с оплавленным металлом, толщина которого составляет в среднем 10% от глубины зоны влияния. К оплавленному слою примыкает твердый металл, нагреваемый значительно выше температуры Ас. По мере удаления от кромки температура нагрева металла уменьшается.

6. Протяженность зоны теплового влияния для углеродистой стали

Рис. 11. Зависимость максимальных скоростей нагрева и охлаждения от толщины разрезаемой стали:

/ - скорость нагрева; 2 рость охлаждения

ско-

Кромки реза углеродистой, низко- и среднелегированной стали обогащаются углеродом, никелем и медью, а содержание марганца, хрома и кремния снижается (рис. 12). Кроме того, происходит аналогичное изменение состава по толщине металла, достигая максимума у нижней кромки. Изменение химического состава происходит в основном в литом слое. Глубина слоя с измененным химическим составом зависит от толщины стали и режимов резки и составляет 0,02- 0,2 мм. Степень науглероживания кромки реза зависит от толщины стали, исходного содержания углерода, режимов резки. При прочих равных условиях концентрация углерода в металле кромки возрастает при уменьшении скорости

от, увеличении толщины металла и содержания углерода в исходном металле

о 0,1 0,2 0,3 о/, 0,5 Ofi 0,7 0,8

Расстояние от поверхности реза, мм

О 0,1 0,2 0,3 Q,lt 0,5 0,6 0,7 0.8 Расстояние ат поверхнасти реза, мм

О 0,2 0,4 0.6 0,8 10 1Л 1,4 1,6 1.8 2,0 О 0,1 (74 0,6 0,8 ,0 2 4 6 8 20 Расстояние пт ппврпу,.пггг, пог. .... °

Расстояние от поверхности реза, мм

Расстояние от поЗерхности реза, мм

Рис. 12. Изменение содержания основных элементов в поверхностном слое образцов подвергнутых кислородной резке

Кислородно-флюсовая резка вызывает значительное уменьшение содержания легирующих элементов (за исключением никеля) на поверхности реза и вблизи от нее (табл, 7), при этом максимальная глубина слоя с измененным составом не превышает 0,3 мм. Нагрев металла перед резкой увеличивает степень выгорания

легирующих элементов, а увеличение скорости резки, наоборот, способствует снижению степени выгорания легирующих элементов.

7. Влияние кислородно-флюсовой резки на химический состав металла

8. Влияние способов обработки на ударную вязкость стали

Изменения структуры и химического состава вызывают изменения механических свойств металла кромки. Микротвердость металла в зоне теплового влияния для низкоуглеродистой стали толщиной 20 мм составляет HV 200-220, а у основного металла HV 150-160, для стали У12 соответственно HV 550 и HV 230. Увеличение скорости резки приводит к снижению глубины зоны влияния, однако протяженность литого слоя и микротвердость металла возрастают. Твердость металла может быть снижена предварительным или сопутствующим подогревом.

Образование закалочных структур на поверхности реза снижает пластичность и усталостную прочность, но мало влияет на ударную вязкость (табл. 8). Усталостная прочность у образцов кислородной резки на 20-40% ниже, чем у образцов с механически обработанными кромками, причем более существенное снижение усталостной прочности характерно для более высокопрочной стали.

Разновидности кислородной разделительной резки. Основными параметрами процесса кислородной резки являются характеристики подогревающего пламени (мощность и соотношение смеси) и струи режущего кислорода (давление, расход, форма, чистота). Подогревающее пламя имеет при резке нейтральный характер (Ро 1,1 для ацетилена и Ро = 3,5 для пропан-бутановой смеси). Мощность подогревающего пламени увеличивают с увеличением толщины разрезаемого металла (табл. 9). Замена ацетилена другими горючими газами приводит к увеличению времени предварительного нагрева металла.

Режущий кислород окисляет металл по всей толщине и удаляет образующиеся окислы из разреза. Необходимо стремиться к получению в резе тонкой, слабо загрязненной примесями и с наибольшей кинетической энергией струи, сохранить эти параметры неизменными по всей толщине разрезаемого металла. В табл. 9 приведены чаще всего применяющиеся на практике параметры режу-

?ез У- - - Ли др ,еского солла, а также скорое

Чистота кислорода существенно влияет на скорость резки

р2дЛ\7еГвь 99.50/0; е-чистота кисло-

на 25-35%). ° 9/о) позволяет увеличить скорость резки

9. Режимы механизированной кислородной резки

Показатель

Толщина стали, мм

Скорость резки деталей (I класс качества поверхности реза), мм/мин

Давление, kpc/cm: кислорода (перед резаком)

ацетилена (перед машиной)

Расход, мз/ч: режущего кислорода

Не менее 0,3

подогревающего кислорода

0,3-0,5

ацетилена

0,25-0,45

Показатель

Толщина стали, мм

Скорость резки деталей (I класс качества Поверхности реза), мм/мнн

Давление, кгс/см: кислорода (перед резаком)

ацетилена (перед машиной)

Не менее 0,3

Расход, м/ч: режущего кислорода

подогревающего кислорода

10,7

19,5

25,5

0,5-0,65

ацетилена

0,43-0,55

Ниже приводятся основные особенности разновидностей кислородной резки.

Скоростная кислородная резка обеспечивает повышение скорости резки листовой стали толщиной 3-20 мм в 2-3 раза. Достигается это за счет наклона резака на 45° в сторону, обратную направлению перемещения. Однако качество резки на таких скоростях низкое, после резки требуется механическая обработка кромок. Улучшение качества скоростной резки достигается применением специальных мундштуков с двумя или тремя каналами для режущего кислорода.

В этом случае обеспечивается увеличение скорости резки низкоуглеродистой стали толщиной 3-30 мм в 1,5-3 раза при сохранении хорошего качества поверхности реза.

Высококачественная скоростная кислородная резка (смыв-процесс) позволяет разрезать листовую сталь толщиной до 30 мм в 1,5-2,5 раза быстрее, чем обычная кислородная резка, причем на поверхности реза отсутствуют бороздки, характерные для обычной резки. Как и при скоростной резке, угол атаки острый, он составляет 25°. Мундштук резака имеет три отверстия для режущего кислорода, расположенные по углам равнобедренного треугольника. Впереди перемещается основная режущая струя, которая осуществляет резку металла на всю толщину. Две другие струи расположены по обе стороны от основной и несколько позади нее, при резке они зачищают горячие кромки, образованные основной струей (шероховатость кромки не превышает 9 мкм). Способ по сравнению с обычной кислородной резкой характеризуется меньшей глубиной зоны теплового влияния, более однородной структурой и составом металла, что обусловливает более высокие механические свойства металла кромки.

Недостатком способа резки с острым углом атаки является невозможность осуществления фигурных резов и большая ширина реза.

Кислородная безгратовая резка позволяет устранить один из существенных недостатков способа - образование на нижних кромках деталей трудноудаляе-мых натеков окислов и расплавленного металла (грата). Для получения деталей без грата или с небольшим количеством легкоотделимого грата необходимо обеспечить максимальное окисление металла [I], что достигается применением кислорода возможно большей чистоты (не ниже 99,5%), использованием минимальной мощности подогревающего пламени, снижением на 15-20% скорости резки, поддержанием постоянными скорости резки, расстояния между мундштуком и металлом, давления газов.

Резка кислородом высокого давления обеспечивает увеличение скорости резки металла толщиной до 50 мм на 30-50%, при этом давление режущего кислорода повышается до 50 кгс/см. Кроме того, достигается уменьшение на 30-50% ширины реза и термических деформаций деталей. Применение одновременно высокого давления кислорода и острого угла* атаки позволяет повысить скорость резки низкоуглеродистой стали толщиной до 25-30 мм в 2-4 раза без снижения качества резки. Таким образом, скорость резки металла толщиной 10-15 мм может достигать 2,5-3 м/мин, металла толщиной 25 мм - 1,5 м/мин.

Поверхностная кислородная резка. В этом случае струя кислорода направлена к поверхности обработки под острым углом 20-30°. Как и при разделительной резке, металл в начале и в процессе резки нагревается подогревающим пламенем и теплотой экзотермической реакции окисления железа. В отличие от разделительной резки металл, расположенный впереди резака, нагревается перемещающимся нагретым шлаком. Наклонное направление струи кислорода, небольшая скорость ее истечения (давление кислорода не более 4-5 кгс/см приводят к деформированию струи, которая, врезавшись в подогретый металл на некоторую глубину, отражается от поверхности канавки, увлекая при этом расплавленный металл. На поверхности листа образуется канавка, имеющая в поперечном сечении полукруглую или параболическую форму. Кислородную строжку можно выполнять одной кислородной струей в несколько проходов или в один проход одновременно несколькими струями. Ширина канавки зависит 8 основном от размеров выходного сечения канала режущего кислорода в мундштуке. Значительное влияние на производительность процесса и величину снимаемого слоя оказывает температура металла перед зачисткой. Например, при зачистке металла, нагретого до 1100° С, производительность примерно в 6 раз выше, а расход кислорода меньше, чем при строжке холодного металла.

Режимы поверхностной обработки, рекомендуемые в судостроении, приведены в табл. 10.