Профессия
газорезчик

Влияние процесса резки на металл поверхности реза

При кислородной резке стали на лобовой поверхности реза развивается высокая температура, превышающая на 200...500 °С температуру плавления стали. Выделившаяся при резке теплота распространяется по детали и нагревает прилегающие к резу слои металла, создавая зону термического влияния (ЗТВ). Термическое воздействие на металл характеризуется очень быстрым нагревом поверхности реза и прилегающих к нему слоев металла до температуры, близкой к температуре плавления, высокой скоростью охлаждения и замедлением ее по мере снижения температуры (рис. 1.3). Чем ближе расстояние от поверхности реза до слоев металла, тем до более высоких температур они разогреваются и с большей скоростью охлаждаются. Установлено, что максимальная скорость охлаждения при резке стали толщиной 10...50 мм достигает 1 000...2 000 °С/с. Такие скорости охлаждения приводят к образованию закалочных структур на поверхности реза даже при относительно низком содержании углерода в разрезаемой стали.

Рис. 1.3. Термический цикл кислородной разделительной резки низкоуглеродистой стали толщиной 20 мм в точках, расположенных на различном расстоянии от поверхности реза:
1 — 0,6 мм; 2 — 2 мм; 3 — 6 мм; 4 — 10 мм; T — температура; t — время

Ширина ЗТВ изменяется от максимума у верхней кромки до минимума в средней части реза. У нижней кромки она опять возрастает за счет тепловыделения от шлаков, перемещающихся от верхней к нижней части реза.

При кислородной резке стали на кромке реза происходит изменение химического состава металла. Оно вызвано тем, что в жидком расплаве происходит окисление элементов с большим сродством к кислороду. К таким элементам относятся марганец, кремний, хром. Они в первую очередь окисляются в жидком расплаве, вследствие чего их содержание на кромке реза снижается. Никель, молибден и медь, обладающие меньшим сродством к кислороду, чем железо, окисляются в расплаве в меньшей степени. Их содержание на кромке реза возрастает.

Иным закономерностям подчиняется поведение углерода на кромке реза. При резке холодного металла углерод не выгорает на кромке, вследствие чего его содержание на кромке значительно повышается. При резке металла, подогретого до температуры 950 °С, содержание углерода на кромке реза снижается по сравнению с исходным количеством.

Протяженность ЗТВ зависит от толщины разрезаемого металла, его состава, режимов резки (скорость резки, расход режущего кислорода и горючего газа) и составляет 2...55 мм для стали толщиной 20...1 000 мм (рис. 1.4). В ЗТВ выявляются три характерных участка: участок оплавленного металла с измененным химическим составом и температурой нагрева выше температуры плавления стали; участок перегрева, нагретый до температур, превышающих температуру фазового превращения; участок неполной перекристаллизации. Участок с измененным химическим составом при резке металла средней толщины не превышает 0,2 мм.

Рис. 1.4. Зависимость ширины зоны термического влияния от толщины металла S:
1 — нижняя кромка; 2 — верхняя кромка

Образование закалочных структур на кромке реза приводит к повышению ее твердости. Низкая пластичность металла кромки в сочетании с внутренними напряжениями, вызываемыми воздействием источника теплоты, могут привести к появлению трещин, а в ряде случаев к разрушению изделия.

Одним из способов устранения трещин при резке является предварительный подогрев заготовок, который снижает скорость охлаждения металла кромки и обеспечивает получение более пластичных структурных составляющих. Стали, содержащие 16...30% хрома и до 0,3% углерода, при нагреве до температуры свыше 950 °С приобретают крупнозернистое строение и повышенную хрупкость, которые не устраняются последующей термической обработкой, поэтому их резку рекомендуется выполнять на возможно максимальных скоростях с охлаждением кромки реза воздухом или водой.

Рейтинг@Mail.ru