8 (Лекции по термической резке (часть 1))

7

Форма № 3.

Титульный лист

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра

ТИ-3 «Информационное обеспечение технологии соединения материалов

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

_______________________

В.М.Ямпольский

«___»_________200__г.

Для студентов _4_

курса факультета_ТИ_

Специальность _15.02.02_

К. т. н., с.н.с. Гейнрихс И.Н.

ЛЕКЦИЯ № _8_

по 4310 «Термическая резка »

ТЕМА «КИСЛОРОДНО-ФЛЮСОВЫЙ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ »

Обсуждена на заседании кафедры

(предметно-методической секции)

«__»___________200__г.

Протокол № __

МГУПИ – 200__г.

Тема лекции: КИСЛОРОДНО-ФЛЮСОВЫЙ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ.

Учебные и воспитательные цели:

1. Ознакомление студентов с теорией газовой разделительной резки.

Время: 2 часа (90 мин.).

Литература (основная и дополнительная):

• Куркин С.А. и др. «Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций» МГТУ 2002г. 462 стр.

• Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. Учебное пособие. – М; Высшая школа, 1986г. 311 стр.

Учебно-материальное обеспечение:

1. Наглядные пособия:

   • Диафильмы, видеофильм, компьютерные программы.

2. Технические средства обучения:

• Электронный проектор

1. Приложения: ______________________________________________

(наименования и №№ схем, таблиц, слайдов, диафильмов и т.д.)

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

Введение - до 5 мин.

Краткий обзор лекции №7

Основная часть - до 80 мин.

Кислородно-флюсовая резка металлов и неметаллических материалов.

1-й учебный вопрос - 60 мин.

Сущность процесса. Флюсы для кислородно-флюсовой резки.

2-й учебный вопрос - 20 мин.

Особенности резки высоколегированных сталей.

Заключение – до 5 мин.

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ.

Основная часть. Кислородно-флюсовая резка металлов и неметаллических материалов.

Необходимость разработки процесса резки была вызвана все возрастающим объемом применения конструкций (резервуаров и трубопроводов) из хромоникелевых коррозионностойких и жаро­прочных сталей, не поддающихся резке обычными газовыми реза­ками.

Процесс кислородно-флюсовой резки разработан также приме­нительно к таким не поддающимся обычной газовой резке металлам, как чугун, медь, латунь и бронза. В настоящее время этот про­цесс отработан и находит применение и при резке неметаллических строительных материалов - бетона и железобетона, а также зашлакованных черных и цветных металлов и огнеупоров.

В сопоставлении с механической резкой и, тем более, с ду­говой резкой плавящимся электродом и автоматической дуговой резкой под слоем флюса, безусловно требующими последующей ме­ханической обработки кромок, кислородно-флюсовая резка обеспе­чивает 15-20-кратное повышение производительности.

1-й учебный вопрос: Сущность процесса. Флюсы для кислородно-флюсовой резки.

Сущность процесса

Процесс кислородно-флюсовой резки состоит в том, что при наличии подогревающего пламени и режущей струи кислорода в зону реакции вводят дополнительно порошкообразный флюс, интенсивно окисляющийся или плавящийся в реакционной зоне и разжижающий образующиеся при резке шлаки.

Кислородно-флюсовая резка - сложный процесс, при изучении которого необходимо принимать во внимание химико-металлургиче­ский, тепловой и механический факторы. Участие того или иного фактора в процессе резки определяется составом флюса, который может быть термомеханического, механического или химического действия.

Флюс термомеханического действия - железный порошок - сгорает (интенсивно окисляется) в резе с выделением значительного количества теплоты, образует при окислении закись железа (FеО), сильно разжижающую шлаки, и способствует механическому удале­нию расплавленных шлаков из полости реза.

Флюс механического действия - обычный кварцевый песок - плавится в зоне реакции без выделения дополнительного количе­ства теплоты, но связывает тугоплавкие окислы в более легкоплав­кие соединения, т. е. оказывает чисто флюсующее действие в про­цессе резки. Помимо этого, частицы песка, проходя через образуе­мый разрез с большой скоростью, способствуют механическому удалению расплавленных шлаков.

Флюсы химического действия - это различные сочетания нат­риевых солей, например смесь углекислого натрия с небольшой добавкой (до 1-1,5%) фосфористого натрия. Однако распростра­нения натриевые флюсы не получили из-за сильного раздражающего действия на дыхательные пути резчика мелкой разлетающейся пыли.

Флюсы для кислородно-флюсовой резки

Флюсы для резки высоколегированных сталей. Данные исследо­ваний мартеновских шлаков показывают, что причиной повышения вязкости хромистых шлаков является образование хромита (содер­жащего теоретически 67,9% окиси хрома и 32,1% закиси железа) с температурой плавления около 2180 °С. Шлаки, образующиеся при кислородно-флюсовой резке высокохромистых и хромоникелевых сталей, для обеспечения необходимой жидкотекучести должны содержать не более 15% окиси хрома. Это условие легко выполняется при разбавлении шлака компонентами флюса, в частности желез­ным порошком, образующим при окислении в зоне реакции закись железа с вязкостью 0,2 Пз при температуре 1400 °С.

При содержании в шлаке до 30% FеО и более температура системы снижается до 1000-1200 °С.
В этой системе обнаружи­ваются только двойные соединения: шпинель-герценит с температурой плавления 1300 °С, фаялит с температурой плавления 1205 °С и муллит с достаточно вы­сокой температурой плавления (1810°С). Тем не менее, при исполь­зовании в качестве флюса смеси железного порошка с алюминиевым с добавкой порошка ферросилиция или кварцевого песка можно получить достаточно жидкотекучие шлаки, а также значительно повысить температуру в зоне резки и поднять тепловую эффектив­ность и производительность процесса.

Вводя в состав флюса содержащие кремний компоненты, такие как ферросилиций или кварцевый песок, необходимо иметь в виду, что силикатные шлаки системы FеО-SiO₂ весьма жидкотекучи только при содержании в них 30% SiO₂.

Процесс производимого окисью кремния флюсования (шлакования) заключается как в разжижении образующихся при резке шла­ков за счет разбавления тугоплавких соединений более легкоплав­кими, так и в частичном переводе тугоплавких окислов в более легкоплавкие соединения, как это, например, имеет место при вза­имодействии с FеО и МnО:

SiO₂ + FеО = FеSiO₃ (грюнерит) + 30,2 кДж/моль (7,2 ккал/г-мол);

1713°С 1371°С 1570°С

SiO₂ + 2FеО = Fе₂SiO₄ (фаялит) + 35,3 кДж/моль (8,4 ккал/г-мол);

1713°С 1731°С 1205°С

SiO₂ + МnО = МnSiO₃ (родонит) + 12,6 кДж/моль (3 ккал/г-мол).

1713°С 1725°С 1270°С

Введение в состав флюса силикокальция вызывает взаимодей­ствие окиси кальция с другими соединениями, образующимися в зоне резки. Соединения окиси кальция с окислами железа и кремния дают легкоплавкие шлаковые смеси с температурой плавления, не превышающей 1030 °С.

С точки зрения качества кромок реза и легкости отделения от них шлака наилучшие результаты достигаются при составе флюса: 80-85% железа и 20-25% силикокальция.

Петрографический анализ шлака, образуемого при кислородно-флюсовой резке высоколегированной стали с применением флюса на железистой основе, показывает, что в основном шлак состоит из магнетита (FеО-Fе₂О₃) с температурой плавления ~ 1460 °С и вяз­костью 0,2-0,3 Пз.

В небольших количествах кристаллизуется также фаялит (2FеО-SiO₂) состава: 70% FеО и 30% SiO₂ с температурой плавле­ния 1205 °С и вязкостью 0,5 Пз.

Добавка к железному порошку 10% по массе алюминиевого по­рошка приводит к появлению в шлаке, помимо магнетита, шпинели типа , достаточно жидкотекучей при вы­сокой температуре, развиваемой в зоне реза.

Флюсы для резки чугуна. Основная металлургическая задача при кислородно-флюсовой резке чугуна состоит в разбавлении рас­плавленного в объеме реза чугуна железом флюса и снижении в сплаве содержания углерода.

Другая также немаловажная задача - разжижение шлака, кото­рый обычно при плавлении чугуна отличается большой густоплав-костью из-за повышенного содержания в нем SiO₂, переходящей в шлак из основного металла и сильно повышающей вязкость шлака (содержание кремния в чугуне достигает 3,5% и более). Таким об­разом, в состав флюса для резки чугуна могут входить железный порошок (иногда с добавкой 10% алюминия, поднимающего тепло­вую эффективность процесса) и какой-либо флюсующий компонент, способствующий увеличению жидкотекучести шлака, например феррофосфор, кварцевый песок и др. (табл. 11).

Таблица 11

Состав флюса для резки чугуна, % по массе

Флюсы для резки меди и медных сплавов. Основная трудность резки меди, препятствующая процессу газовой резки этого металла,— это малый тепловой эффект образования окислов меди. Образова­ние СuО связано с выделением всего 156,8 кДж/моль (37,5 ккал/г-мол), а образование Сu₂О - с выделением 173,5 кДж/моль (41,5 ккал/г-мол). В то же время такой металл, как алюминий выде­ляет при окислении в 10 .раз большее количество теплоты - 1672 кДж/моль (400 ккал/г-мол).

Для компенсации недостающей при окислении меди теплоты, в состав флюса целесообразно вводить значительные количества алюминия. Однако образующаяся в этом случае тугоплавкая окись алюминия А1₂О₃ сильно повышает вязкость шлака, поэтому в сос­тав флюса рекомендуется вводить такие флюсующие добавки, как кварцевый песок или железная окалина, понижающие вязкость шлака, или феррофосфор, способствующий получению легкоплавких шлаков.

Другая трудность резки меди связана с ее большой теплопро­водностью ( ), препят­ствующей сосредоточенному нагреву меди подогревающим пламе­нем резака. В значительной мере эта трудность устраняется пред­варительным подогревом меди и применением флюсов большой тепловой эффективности, способствующей концентрированному нагреву металла в зоне резки (табл. 11).