ТЕМА: «КИСЛОРОДНО-ФЛЮСОВАЯ РЕЗКА»
Сущность процесса кислородно-флюсовой резки
Как указывалось ранее, некоторые металлы и сплавы не поддаются обычному процессу кислородной резки в связи с образованием тугоплавких окислов, а также вследствие недостаточного теплового эффекта сгорания металла.
Удаление тугоплавких окислов возможно либо путем их перевода в более легкоплавкие соединения (с температурой плавления Тпл.ок ниже Тпл.м или близкой к ней), либо путем создания вблизи поверхности большого градиента температур. В последнем случае в очень тонком слое у поверхности разрезаемого металла создавались бы температуры, способные расплавить окисел с Tnл.ок > Тпл.м, не приводя к заметному объему расплавления разрезаемого металла. Для создания такого градиента температур необходимо концентрированное введение дополнительного тепла.
Увеличение мощности подогревательного пламени в связи с малой концентрацией ввода тепла не может создавать необходимого градиента температур. Это и приводит к получению грубых разрезов с большой долей выплавленного несожженного металла. Подобным же образом может действовать и подогрев кислородной струи.
Большего эффекта можно достигнуть концентрированным вводом дополнительного тепла непосредственно в реакционное пространство, т. е. вместе со струей режущего кислорода. На этом принципе основан разработанный ещё в 1950 г. способ кислородно-флюсовой резки, применяемый для резки высоколегированных хромом сталей, а также для резки чугуна, меди и сплавов на ее основе.
При кислородно-флюсовой резке в кислородную режущую струю дополнительно вводятся порошкообразные флюсы, частицы которых, сгорая, дают значительный тепловой эффект, способствуя плавлению тугоплавких окислов на поверхности контакта кислорода с обрабатываемым металлом без значительного расплавления кромок металла под этим поверхностным слоем. Основой таких порошкообразных флюсов является железный порошок.
В процессе горения флюса образуются высоконагретые частицы FeO, которые способствуют образованию комплексных более легкоплавких соединений (FeО.SiО2; FeО.Cr2О3 и др.) и облегчают доступ кислорода к неокисленным частям металла вследствие удаления тугоплавких окислов. Для меди и сплавов на медной основе подобное действие могут оказывать фосфорные окислы и в некоторой степени алюминиевые. Введение А1 при этом способствует и повышению термического эффекта горения порошкообразного флюса.
В некоторых случаях удалению тугоплавких окислов способствует абразивное действие частиц, увлекаемых потоком кислорода режущей струи. Применение для этой цели кварцевого песка позволяет удалять окислы хрома с поверхности реза при обработке высокохромистых сталей. Одновременно возможно и некоторое флюсование окислов с образованием силикатов (SiО2.Cr2О3 и др.).
Как показало применение кислородно-флюсовой резки для различных металлов и сплавов, в качестве флюсов успешно могут использоваться смеси железного порошка, кварцевого песка, железной окалины, феррофосфора и алюминия с размером частиц 0,1-0,25 мм. Составы флюсов, применяемых в для резки различных металлов и Сплавов, приведены в табл. 24.
Таким образом, в дополнение к процессам окисления металла и выдувания расплавленных шлаков при обычной резке, при кислородно-флюсовой резке имеет место интенсификация температуры в реакционном пространстве в результате сжигания порошка флюса (железа, феррофосфора, алюминия), сопровождаемая флюсованием тугоплавких окислов и абразивным их удалением (окалиной, кварцевым песком, глиноземом). Кислородно-флюсовая резка применяется как разделительная и как поверхностная. Для ее выполнения требуется специальная аппаратура.
Аппаратура для кислородно-флюсовой резки
Каждая установка для кислородно-флюсовой резки состоит из двух основных узлов: емкости для флюса (флюсопитателя) и ручного или машинного резака. Все флюсопитатели в зависимости от способа подачи флюса в резак делятся на инжекционные, вибрационные и с механической подачей флюса.
Флюсопитатель инжекционного типа. имеет инжекторно-регулирующее устройство, в которое поступает сжатый газ (кислород, воздух, азот), увлекающий флюс в резак. Флюсопитатель вибрационного типа снабжен вибрационным устройством, в которое из бачка поступает флюс, захватываемый затем струей сжатого газа и подаваемый в резак. Флюсопитатель с механической подачей флюса имеет шнековое устройство, благодаря которому флюс из бачка непрерывно подается в резак.
Практическое применение нашли следующие схемы подачи флюса (рис. 123).
Схема с двойной инжекцией флюса (рис. 123, а). По этой схеме, например, выполнена установка УРХС-3. Принцип работы схемы заключается в том, что флюс поступает из бачка в инжекторно-регулирующее устройство, к которому поступает кислород низкого давления, увлекающий флюс в резак. В головке резака также имеется инжектор, благодаря которому флюс засасывается режущим кислородом и, смешиваясь с ним, образует режущую струю.
Схема подачи флюса под высоким давлением (рис. 123, б). По этой схеме выполнена установка УФР-2 конструкции МВТУ им. Баумана. Отличие ее от первой схемы заключается в том, что флюс инжектируется из бачка непосредственно струей режущего кислорода, и дополнительный инжектор в головке резака не требуется.
Схема с механической подачей флюса (рис. 123, в) используется в установках, созданных на некоторых заводах для подачи флюса, состоящего из алюминиево-магниевого порошка, обладающего легкой воспламеняемостью. По этой причине подача такого флюса кислородом недопустима.
Схема с внешней подачей флюса (рис. 123, г). По этой схеме выполнены установки УРХС-4 и УРХС-5 конструкции ВНИИавтогенмаша. Принцип работы схемы состоит в том, что флюс из бачка инжектируется воздухом, азотом или кислородом низкого давления и поступает не в резак, а в порошковую головку, каналы которой расположены снаружи мундштука обычного универсального резака марки РР-53 или «Пламя». Газофлюсовая смесь, выходящая из отверстий (трубок) порошковой головки, инжектируется через пламя струей режущего кислорода и поступает в зону реакции горения металла.
На основании опыта эксплуатации различных установок в промышленности, можно сделать вывод, что наиболее экономичными, производительными и устойчивыми в работе являются установки с внешней подачей флюса.
Установка УРХС-4 с внешней подачей флюса предназначена для разделительной резки хромистых и хромоникелевых сталей, чугуна, меди и сплавов на медной основе. Схема этой установки показана на рис. 124.
Ацетилен через водяной затвор 14 и кислород из баллона 15 (возможна подача обоих газов как из баллонов, так и сети) через редуктор 16 поступают по шлангам в резак 1. Часть кислорода через тройник 11 направляется в дополнительный редуктор 12, откуда через вентиль 13 поступает в корпус флюсопитателя 10 и штуцер циклонной камеры 6, в которую по каналу 8 поступает также порошкообразный флюс из флюсопитателя 10. Струя кислорода, пройдя канал 7, засасывает флюс и подает его по шлангу 5 в резак, где флюс поступает через вентиль 2 и трубку 4 в сопла 3 головки резака и затем засасывается в струю режущего кислорода. По шлангу 9 подается кислород, который в резаке разделяется на режущий и подогревающий.
