Подогревающее пламя и нагрев металла до воспламенения

Для начала процесса резки металл должен быть нагрет до темпе­ратуры воспламенения в кислороде (температуры начала интенсив­ного окисления), при резке низкоуглеродистой стали до темпе­ратуры 1350—1360 °С.

Благодаря высокой температуре пламени и большему количеству теплоты, выделяемой в рабочей средней зоне пламени, а также благодаря простоте получения горючего газа из карбида кальция ацетилен получил наибольшее распространение как при сварке, так и при резке и других процессах газопламенной обработки. Нагрев металла ацетилено-кислородным пламенем значительно эффективнее нагрева пламенем других горючих.

Устанавливаемая при резке мощность подогревающего пламени зависит от рода горючего газа и от толщины разрезаемого металла. В значительно меньшей степени она зависит от химического состава разрезаемой стали.

В момент начала газовой резки подогрев металла в начальной точке реза до воспламенения осуществляется исключительно тепло­той подогревающего пламени, причем в зависимости от рода горю­чего газа, температуры пламени и теплоты его сгорания в кислороде время начального подогрева может быть различным.

Для ацетилено-кислородного подогревающего пламени время начального подогрева низкоуглеродистой стали до воспламенения в кислороде составляет:

Толщина стали, мм....................................... 10—20 20—100 100—200

Продолжительность начального подогрева, с. 5—10 7—25 25—40

Для остальных горючих газов-заменителей, менее калорийных и обладающих меньшей температурой пламени при сгорании в кисло­роде, время начального подогрева значительно больше.

Однако при установившемся процессе резки тепловой мощности пламени газа-заменителя оказывается недостаточно для эффектив­ного нагрева металла, в связи с чем скорость резки при использо­вании этих газов обычно не ниже, чем при ацетилено-кислородном пламени. В то же время большое преимущество газов-замени­телей — их низкая стоимость и недефицитность.

При сравнительно малой толщине стали (до 12—15 мм) целе­сообразно применять повышенную, мощность пламени, обеспечи­вающую необходимый нагрев металла при больших скоростях пере­мещения пламени. Так как температура пламени, а следовательно, и эффективность нагрева возрастают с увеличением содержания в горючей смеси кислорода, то в процессе газовой резки листовой стали целесообразно применять окислительное подогревающее пламя с соотношением смеси р_о = 1, 5, соответствующим максималь­ной температуре пламени.

При резке стали больших толщин роль подогревающего пламени в тепловом отношении значительно меньше, основное количество теплоты (до 90—95%) выделяется в результате процесса окисления железа и эффективность процесса резки определяется в основном режимом струи режущего кислорода. В этом случае, несмотря на то что мощность пламени должна быть достаточно большой, применение окислительного пламени вряд ли можно считать оправданным.

Однако роль подогревающего пламени при резке металлов боль­шой толщины существенно возрастает при возникновении так на­зываемого обжимающего эффекта, действие которого начинает ска­зываться при завышенной мощности подогреваемого пламени, т. е. тогда, когда расход горючего газа соизмерим с суммарным расходом кислорода.

Немаловажное значение имеет форма и расположение сопл на мундштуке резака. В отличие от сварочного пламени подогревающее пламя резака образуется на выходе горючей смеси из мундштука с кольцевым, щелевидным каналом — преимущественно у ручных резаков (рис.19, а) или из многосоплового мундштука, имеющего несколько отдельных цилиндри­ческих каналов, также расположенных по концентрической (по отношению к режущему соплу) окружности – у машинных резаков (рис.19, б).

Рис.19. Форма и расположение подогревающих сопл;

а) – кольцевой щелевидный канал, б) – концентрически

расположенные цилиндрические каналы

При прямолинейной резке стали малой толщины (менее 5 мм) в некоторых случаях находят применение резаки с последовательным

Рис.20. Последовательное расположение подогревающего и режущего сопл

расположением сопл (рис.20), при котором достигается нагрев металла узкой полосой, что осо­бенно важно при резке тонкой стали, так как позволяет произ­водить резку с малой шириной зоны теплового влияния и без оплавления кромок.

Состояние поверхности металла. В значительной мере эффектив­ность нагрева металла пламенем как в начале, так и в процессе резки зависит от чистоты поверхности разрезаемого металла. Нали­чие на поверхности металла окалины, шлака и других загрязнений изолирует металл от непосредственного воздействия пламени и пре­пятствует быстрому нагреву его до температуры воспламенения.

Особенно большим препятствием для начала процесса резки является окалина вследствие малой теплопроводности.

Режущие струи и сопла. Процесс газовой резки требует вполне определенного количества кислорода. Недостаток кислорода приводит к неполному сгоранию железа и недостаточно интенсивному удалению окислов. Избыток кислорода охлаждает металл.

Количество проходящего через сопло кислорода зависит от скорости истечения струи, определяемой конструкцией (формой) сопла, его наименьшим (кри­тическим) сечением и давле­нием кислорода.

Истекающая из режущего сопла струя кислорода дол­жна вызывать непрерывное окисление металла по всей толщине разрезаемого листа или заготовки, причем ско­рость перемещения режущего сопла вдоль линии реза должна.соответствовать скорости окисления металла по толщине.

Рис.21. Расширяющееся профилированное сопло

К.К. Хренова и М.М. Борта

В значительной мере скорость окисления металла по толщине зависит от скорости истечения кислородной струи. Кислородная струя должна интенсивно удалять из зоны резки образующиеся при сгорании металла окислы, для чего также необходима высокая скорость истечения струи.

Струя кислорода должна обеспечивать равномерную ширину реза по толщине разрезаемого металла и минимально возможную вели­чину отставания, для чего необходимо сохранение цилиндрической формы струи по всей ее длине в пределах толщины разрезаемой стали.

Максимальная скорость истечения режущей струи кислорода, превышающая скорость звука и необходимая цилиндричность. струи достигаются применением расширяющихся профилирован­ных сопл типа, представленного на (рис.21). Такие сопла при их до­статочной длине обеспечивают полное расширение газа в устье.