Влияние примесей на свойства металла шва и около шовной зоны

Таблица 2.

3. Условия и требования к разрезаемому металлу, определяющие возмож­ность протекания процесса резки. Рассчитать расход режущего кислорода при ручной кислородной резке стали толщиной 50-100мм и 500мм.

Подвергаемый газовой резке металл должен удовлетворять ряду определенных условий (требований).

Температура плавления металла должна быть выше темпера­туры воспламенения его в кислороде (температуры начала интен­сивного окисления металла). В противном случае металл под дейст­вием подогревающего пламени резака будет плавиться и принуди­тельно удаляться кислородной струей без необходимого окисления, характеризующего процесс газовой резки. При этих условиях шлак не образуется, и расплавляемый металл, трудно удаляемый кисло­родной струей, будет образовывать на кромках реза наплывы. При этом производительность процесса крайне низкая, рез большой ширины и исключительно неровный.

Низкоуглеродистая сталь этому условию удовлетворяет. Темпе­ратура ее плавления составляет ~ 1500° С, а температура воспла­менения в кислороде 1350—1360° С. Однако с повышением содержа­ния углерода в стали способность ее поддаваться газовой резке падает (так как температура плавления стали снижается, а темпе­ратура воспламенения в кислороде возрастает). Кроме того, в образующихся при резке шлаках увеличивается количество не окисленного железа, сильно затрудняющего процесс резки из-за образования грата (сплава шлака с металлом), трудно отделяемого от кромок реза. Тем более не поддается газовой резке чугун, содержание угле­рода в котором составляет более 1, 7%.

Температура плавления металла должна быть выше темпе­ратуры плавления образуемых в процессе резки окислов.

Низкоуглеродистая сталь образует три окисла железа: FeO с температурой плавления 1270° С, Fe₃O₄ с температурой плавления 1538°С и Fe₂. O₃ с температурой плавления 1562°С. Допуская, что нее эти окислы железа присутствуют в шлаке, температура плав­ления которого в среднем ниже 1500° С, можно считать, что низко­углеродистая сталь удовлетворяет и этому условию, тем более, что на поверхности ее при нагревании не образуется пленки туго­плавких окислов, препятствующих контакту кислородной струи с металлом. Однако целый ряд металлов и сплавов, например алюминий, магний, сплавы этих металлов, а также высоколегированные стали, содержащие высокий процент хрома, этому условию резки не удовлетворяют. При нагревании этих сплавов в процессе резки на их поверхности образуется пленка тугоплавкого окисла, изолирующая металл от контакта с кислородом.

Тепловой эффект образования окисла металла должен быть достаточно высоким. Это условие диктуется тем, что при резке стали, подогревающее пламя резака сообщает металлу сравнительно не­большую часть теплоты — около 5—30% ее общего количества, выделяемого в процессе резки. Основное же количество теплоты (70—95%) выделяется при окислении металла.

Низкоуглеродистая сталь образует при резке три окисла железа, выделяющих при своем образовании в среднем около 627 — 666, 8 кДж/моль (150—160 ккал/г-мол). Этого количества теплоты ока­зывается достаточно, для протекания эффективного процесса газовой резки стали.

Иначе обстоит дело с резкой меди и ее сплавов. Помимо высокой тепло производительности меди, сильно затрудняющей начало про­цесса резки, главной причиной, делающей газовую резку меди не­возможной, является низкое тепловыделение при окислении, по­скольку при образовании СиО выделяется теплоты всего 156, 8 кДж/моль (37, 5 ккал/г-мол), а при образовании Си₂О 169, 7 кДж/моль (40, 6 ккал/г-мол). Этого количества теплоты для начала и поддер­жания процесса резки меди недостаточно, в связи с чем процесс газо­вой резки этого металла невозможен.

Консистенция образующихся окислов Должна быть жидкой, т. е. появляющиеся при резке шлаки должны быть жидкотекучими. Это условие хорошо выполняется при резке низко- и среднеуглеро­дистой стали, низколегированной стали и титановых сплавов.

Газовая резка сплавов, содержащих высокий процент кремния пли хрома сильно затруднена или невозможна. Так, например, не­возможна резка серого чугуна, содержащего высокий процент кремния (до 3,5—4,5%), окись которого (SiO₂) сильно повышает вязкость.

Теплопроводность металла должна быть возможно низкой. В противном случае бывает трудно, а иногда и невозможно (при большой массе высокотеплопроводного металла) достигнуть кон­центрированного нагрева металла.

Низкоуглеродистая сталь, теплопроводность которой невелика {коэффициент теплопроводности λ = 0,63 Дж/(см. сК) [λ, = 0,12 кал/(см. -с-° С]}, не вызывает трудностей ни в начальный момент, ни в процессе резки. В этом случае подогрев металла в начальной точке реза до воспламенения осуществляется быстро, без заметного отвода теплоты в массу разрезаемого металла.

Что касается начального подогрева до воспламенения таких металлов, как медь и алюминий, то для этих металлов из-за высокой теплопроводности начальный подогрев связан с большими труд­ностями и в большинстве случаев становится возможным только после предварительного подогрева разрезаемых листов или заго­товок до достаточно высокой температуры (меди до 700—800° С, алюминия до 300—500° С). Высокая теплопроводность меди и алю­миния — одна из причин, затрудняющих и делающих невозможной газовую резку этих металлов.

Анализируя приведенные выше условия газовой резки, можно констатировать, что всем этим условиям хорошо удовлетворяет чистое железо и низкоуглеродистая сталь. С повышением содержа­ния углерода в стали способность ее поддаваться газовой резке падает.

Список литературы

1. А. И. Акулов, Г. А. Бельчук, В. П. Демянцевич «Технология и оборудование сварки плавлением»

2. Г. Б. Евсеев, Д. Л. Глизманенко «Оборудование и технология газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов»

3. Г. Л. Петров «Сварочные материалы»