Отставание в процессе резки

Механизм окисления железа при кислородной резке стали

По гипотезе, принятой в настоящее время, о конвективной передаче кислорода к поверхности режущей струи он проходит через ламинарный поверхностный слой струи, образуемый содержащимися в кислороде инертными газами (азотом, аргоном, окисью углерода и др.), и через слой шлака, стекающего по поверхности кромки реза к неокисленному металлу. При этом предполагается, что кислород через шлаковую пленку переходит в металл обменными реакциями и что окисление металла носит избирательный характер с преимущественным окислением участков стали, богатых железом и бедных углеродом.

Приведенная гипотеза допускает следующее: 1) интенсивного окисления (горения) металла в твердой фазе не происходит; 2) твердая поверхностная пленка окислов железа при кислородной резке защищает металл и препятствует контакту его с кислородом; 3) процесс горения железа начинается и поддерживается лишь после перехода пленки окислов в жидкое состояние при температурах 1330—1350 °С.

В процессе газовой разделительной резки, в особенности при резке стали большой толщины, окисление металла по толщине происходит неравномерно — верхние слои металла окисляются и выносятся кислородной струей раньше, чем нижние (рис. 82). В результате этого даже при строго вертикальном направлении струи происходит отклонение передней грани реза от вертикали.

Сгорание (интенсивное окисление) железа происходит не по всей фронтальной части цилиндрической кислородной струи, перемещаемой вперед в направлении резки и ограничиваемой стенками реза, а стадийно (ступенчато) в направлении режущей струи кислорода (рис. 83).

В первой стадии процесса край кислородной струи попадает на нагретый подогревающим пламенем до температуры воспламенения участок поверхности металла, в результате чего на этом участке образуется сильно перегретая закись железа, а под ней — оплавленный металл.

В последующих стадиях FеО и металлический расплав давлением кислорода вытесняются вниз и фронтальным давлением струи назад, за струю, в результате чего фронт окисления железа по передней (лобовой) грани реза в нижних слоях металла смещается в сторону, обратную направлению резки, и отстает от окисления металла у верхней кромки.

Основной и единственной причиной отставания, объясняющей тот факт, что при прочих равных условиях величина отставания сохраняется одинаковой по всей длине реза, является стадийное окисление металла по толщине.

Величина же отставания зависит от целого ряда других факторов: отсутствия непосредственного подогрева нижних слоев металла подогревающим пламенем; относительной, загрязненности режущей струи, увлекающей за собой выделяющиеся при плавлении и окислении металла газы; падения кинетической энергии кислородной струи по мере удаления от режущего сопла и увеличения диаметра струи из-за ее конусности, приводящего к увеличению ширины реза у нижней кромки и, следовательно, к увеличению в нижних слоях объема сжигаемого и удаляемого струей металла, требующего большей затраты времени.

В значительной мере величина отставания зависит от толщины металла и скорости резки, возрастая с увеличением этих параметров.