Кислород. Его свойства. Влияние примесей кислорода на газовую резку металла

Лекции по спецкурсу

Обучения газорезчиков

Разряда

                                                                              Разработал:

                                                                               Инженер-технолог

                                                                              М.Ю.Колтунов

Тематический план.

Классификация способов термической резки.

Технология газовой резки

Условия кислородной резки

Газы, применяемые для кислородной резки

Оборудование для кислородной резки

Переносные машины для газовой резки (секаторы)

Газорезательная машина «Черномор»

Газорезательная машина «Комета»

Подготовка металла к резке

Деформация металла при резке

Поверхностная резка металла

Пакетная резка металла

Кислородная резка сталей больших толщин

       

Классификация способов термической резки.

По степени механизации процесса резку подразделяют на ручную и механизированную. Ручную резку применяют на предприятиях, где объём перерабатываемого металла невелик и применение средств механизации процесса не является экономически оправданным.

В настоящее время в ведущих отраслях промышленности уровень механизации работ по раскрою с помощью резки составляет 70…80%. Для обработки заготовок из низкоуглеродистых, конструкционных и низколегированных сталей применяют обычную газовую (кислородную) резку, из высоколегированных сталей, чугуна и цветных сплавов – кислородно-флюсовую резку.

Плазменно-дуговую резку целесообразно применять для коррозионно-стойких сталей толщиной до 80 мм, алюминиевых и магниевых сплавов. При плазменно-дуговой резке цветных металлов используют азотоводородные смеси. Для резки конструкционных и высоколегированных сталей в качестве плазмообразующей среды используют сжатый воздух.

Различают разделительную и поверхностную резку. В результате резки в обрабатываемом металлическом теле выполняют полость – рез. Полость разделительного реза, имеющего форму узкой сквозной щели, ограничена боковыми поверхностями и не имеет донной поверхности. В передней части незавершённого реза находится его лобовая поверхность. Полость, образующаяся при поверхностной резке, имеет донную поверхность, а также может иметь боковые и лобовую поверхности.

 

Технология газовой резки металла.

 

 Сущность процесса газовой резки металла основан на сгорании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся жидких окислов.

Кислородная резка начинается с нагрева металла в месте начала резки. Для подогрева поверхности металла до температуры воспламенения используется температура подогревающего пламени, образующегося при сгорании горючего газа или паров жидкого  горючего в кислороде. В качестве горючих газов применяются: ацетилен, пропан-бутан, природный газ, коксовый газ, а также пары бензина и керосина.

Температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры плавления. Этому требованию соответствуют низкоуглеродистые стали, температура воспламенения которых в кислороде около 1300ºС, а температура плавления около 1500ºС.Таким образом когда температура металла достигает требуемой для резки величины (1300-1350ºС), резчик открывает вентиль режущего кислорода. Струя режущего кислорода, направленная на нагретый участок металла, вызывает окисление верхних его слоев. При этом выделяется большое количество теплоты и нижележащие слои металла нагреваются до температуры воспламенения. Давлением струи режущего кислорода жидкие окислы металла выдуваются с места реза, при этом подогревающее пламя не гасится, процесс горения металла распространяется по всей толщине разрезаемого металла, что способствует непрерывности процесса резки. Равномерное перемещение резака обеспечивает нормальный процесс кислородной резки.

 

 

                   Условия кислородной резки.

Обычной кислородной резке поддаются не все металлы, а только те, которые удовлетворяют следующим требованиям:

Температура воспламенения металла в кислороде (при которой металл интенсивно окисляется в кислородной струе) должна быть ниже температуры его плавления. В противном случае металл начнет плавиться и стекать раньше, чем гореть в кислороде.

Температура плавления окислов должна быть ниже температуры воспламенения и плавления основного металла. В противном случае тугоплавкие окислы не будут выдуваться струей кислорода и процесс резки может прекратиться.

Количество теплоты, выделяющейся при сгорании в струе кислорода, должно быть достаточным для подогревания последующих нижележащих слоев,для обеспечения непрерывного процесса резки.

Теплопроводность металла не должна быть слишком высокой. В противном случае теплоты от подогревающего пламени и выделяемой в процессе резки теплоты будет недостаточно, для обеспечения воспламенения металла. Это приведет к тому, что резка или не начнется или будет прерываться.

Образующиеся при сгорании шлаки должны быть жидкотекучими, иначе они будут плохо выдуваться с зоны реза кислородной струей.

 

 

Кислород. Его свойства. Влияние примесей кислорода на газовую резку металла.

 

Кислород. Химическая формула – О2.Газообразный кислород – бесцветный газ, без запаха и цвета, поддерживает горение.

При нормальном атмосферном давлении и температуре 0ºС масса 1м³ равна – 1,43 кг, а при температуре 20ºС и нормальном атмосферном давлении – 1,33 кг.

О2 имеет высокую химическую активность, образуя соединения со всеми химическими элементами, кроме инертных газов (аргон, неон, гелий и т.д.)

Реакция соединения с О2 протекает с выделением большого количества тепла. При соприкосновении сжатого газообразного кислорода с маслами, жирами или твердыми горючими веществами, находящимися в распыленном состоянии, происходит их самовоспламенение, что служит причиной взрыва или пожара.

Технически чистый кислород получают путем разделения воздуха методом глубокого охлаждения или разложением воды при пропускании через нее электрического тока. (электролиз).

Для сварки и резки технический кислород выпускается трех сортов:

1 сорт – чистотой не менее 99,7%

2 сорт – чистотой не менее 99,5%

3 сорт – чистотой не менее 99,3%

Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки: Чем меньше содержание различных примесей, тем выше скорость реза, чище кромки реза и меньше расход кислорода.

 

Природный газ

Природный газ без цвета, вкуса и запаха. Удельный вес – 0,75кг/м³. Наименьшая температура воспламенения в смеси с воздухом при нормальном давлении - 640ºС. Температура пламени смеси природного газа с кислородом – 2000 - 2200ºС. Для полного сгорания 1м³ природного газа требуется примерно 2м³ кислорода.

Природный газ взрывоопасен. Взрыв может произойти при определенных соотношениях газа в смеси с воздухом и с кислородом и при наличии источника тепла, имеющего температуру выше температуры воспламенения смеси.

Нижний предел взрывоопасности – это самое малое содержание газа в смеси с воздухом или кислородом, при котором может произойти взрыв. Для природного газа он будет: с воздухом - 3,8%, с кислородом – 6,49%.

Верхний предел взрывоопасности – это самое высокое содержание газов в смеси с воздухом или кислородом, при котором возможен взрыв. Для природного газа: с воздухом – 17, 8%,с кислородом – 47,6%.

 

 

Ацетилен.

Химическая формула – С2Н2.

Технический ацетилен, получаемый в передвижных ацетиленовых генераторах, из карбида кальция, имеет специфический неприятный запах. Длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление.

При нормальном давлении и температуре от -82,4ºС до -84,0ºС ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре равной -85ºС он затвердевает.

В жидком и твердом состоянии ацетилен взрывается от трения и удара. Ацетилен растворяется во многих жидкостях: ацетоне, воде, керосине, бензине, бензоле и т.д.

Растворимость ацетилена в ацетоне используют при хранении и перевозке его в баллонах, наполненных пористой массой, древесным углем и залитых растворенным, в ацетоне, ацетиленом.

Ацетилен является основным горючим газом для газовой сварки и резки металла, т.к. температура его при сгорании в смеси с технически чистым кислородом достигает 3150ºС.

Ацетилен легче воздуха, масса 1м³ацетилена при температуре 20ºС и нормальном атмосферном давлении составляет 1,09 кг.

При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Это единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны даже при отсутствии кислорода или других окислителей. Температура его самовоспламенения колеблется от 240 до 630ºС и зависит от давления и наличия в нем примесей.