Oxygenskæring af metaller: 5 processer

Denne artikel kaster lys over de fem øverste processer for iltskæring af metaller. Processerne er: 1. Oxy-Fuel Gas Cutting 2. Metal Powder Cutting 3. Kemisk Flux Cutting 4. Oxygen-Lance Cutting 5. Oxygen Arc Cutting.

Fremgangsmåde # 1. Oxy-Brændstof Gasskæring :

Dette er den hyppigst anvendte termisk skæreproces, der anvendes til lavkalcium og lavlegerede stålplader og kaldes ofte 'flamskæring' eller 'gasskæring'. Det kan bruges til at skære stål op til 2 m tykt.

Oxy-brændstofgasproces involverer forvarmning af en lille zone, hvorfra skåret skal startes, til materialets slagningstemperatur. Komprimeret ilt gøres derpå til at påvirke det varme metal, hvilket resulterer i meget høj oxidationsgrad, som ofte ledsages af varmeudvikling på grund af reaktionens eksoterme karakter.

Den anvendte brændselsgas er generelt acetylen, men propan, LPG (flydende petroleumgas), naturgas eller methylacetylenpropadien stabiliseret (MAPP eller MPS) kan også anvendes afhængigt af tilgængelighed og omkostningsovervejelser.

Brænderen, der anvendes til oxy-acetylenkopning, er vist i figur 19.2. Det har et blandekammer for ilt og acetylen som i en svejsepistol. Men efter blanding strømmer gasblandingen ud af fakkelmundstykket gennem et antal små huller anbragt i en cirkel omkring det centrale hul, gennem hvilket en strøm af højtryksrør oxygen kan frembringes for at strømme ved at trykke en håndtag på brænderhåndtaget. Diameteren af ​​disse huller varierer og stiger med stigning i tykkelsen af ​​materialet, der skal skæres.

Når materialet, der skal skæres, hæves til dets slagtemperatur * (som er 870 til 950 ° C for lavt kulstofstål afhængigt af kulstofindholdet) og højtryksrigt oxygen reagerer med det, er følgende reaktioner mulige i tilfælde af jernholdige materialer.

1. Fe + O → FeO + varme (267 KJ) .................. (19.1)

2. 2Fe + 1.5O2 → Fe2O3 + varme (825 KJ) ............. (19.2)

3. 3Fe + 2O2 → Fe3O4 + varme (1120KJ) ............ (19.3)

Hovedsagelig tredje reaktion finder sted med enorm varmeudløsning. Anden reaktion forekommer til en vis grad kun ved skærning af tungere sektioner. Teoretisk vil 0, 29 m3 O2 oxidere 1 kg jern til dannelse af Fe3O4. I praksis er forbruget af ilt imidlertid højere end denne værdi for pladetykkelsen mindre end 40 mm, og den er lavere for højere tykkelser, idet den er mindst for tykkelsesområdet på 100 til 125 mm.

Den eksoterme reaktion mellem O2 og Fe genererer tilstrækkelig varme til at fortsætte termisk skæreprocessen uden brug af forvarmningsflamme ved brug af kun ilt, men i praksis er det ikke muligt, fordi meget varme bliver brugt i brændende snavs, maling, skala osv. ., og en betydelig mængde går tabt af stråling. Også forårsager højhastighedstråden, der rammer overfladen, køleaktivitet, der skal kompenseres ved forvarmning.

Den kemiske reaktion mellem jern og ilt er sjældent fuldstændig, og analysen af ​​det udstødte materiale (eller slagg) indikerer ofte, at 30% til 40% af slaggen er overordnet materiale.

Stål og nogle andre metaller kan skæres af oxy-acetylen flamme, hvis de opfylder følgende betingelser:

(1) Metalets smeltepunkt skal være højere end dets slagtemperatur.

(2) Metaloxidet dannet ved reaktion med oxygen bør have et lavere smeltepunkt end smeltepunktet af forældrematerialet, og det bør være flydende i smeltet tilstand for således at blæse let ud.

(3) Den skal have lav varmeledningsevne, så materialet hurtigt kan hæves til sin temperatur.

Når et emne skæres af en termisk skæreproces, kaldes bredden af ​​skæret som KERF, som i oxy-brændstofgasprocessen er en funktion af ilthullestørrelsen i dysespidsen, strømningshastighed for ilt og forvarmningsgasser, hastighed af skæring og arten af ​​det materiale, der skæres.

Skærehastighed og træk:

For hvert metal er der en bedste skærehastighed. Tykkelsen og naturen af ​​det materiale, der skal skæres, bestemmer tipstørrelsen. De bedste resultater opnås, når det skærende iltryk, skærehastigheden, spidsstørrelsen og forvarmningsflammen styres således, at der opnås en smal, ren skæring. Forkert udskårne udskæringer frembringer ujævne og uregelmæssige kanter med slagger vedhæftning nederst på pladerne. En indikation af korrekt skærehastighed er "træklinierne" forårsaget af strømmen af ​​skærende ilt over det nærmeste smeltede metal, der danner siderne af skåret.

Med træk menes den mængde, hvormed bunden af ​​snittet ligger bag toppen. Det er normalt udtrykt i procent af emnet tykkelse; således hvis en 10 mm tykk plade er skåret og mængden af ​​forsinkelse er 5 mm, vil den udgøre 50% (5/10 x 100 = 50%) træk som angivet i figur 19.3.

Effekterne af skærehastigheden på træk, skovl og snitets natur er vist i figur 19.4. Fine, ret lodrette træklinjer indikerer en god kvalitetskæring; dette opnås normalt, når gniststrømmen under emnet har en 15 ° blyvinkel. Hvis arbejdsstykket af en eller anden grund forbliver uafskilt, betegnes skæret som et "ikke-drop-cut".

Højere end optimal hastighed uden tilsvarende stigning i iltstrøm resulterer i større træk. Tilbagevendende træk kan opnås, når den skærende iltstrøm er for høj, og skærehastigheden er for lav. Lag forårsaget af forkert vinkel anses ikke for at være træk.

Lav skærehastighed resulterer ofte i uregelmæssigheder i randen med for stort metal, der oxideres, hvilket forårsager større skarphed. De øvre kanter er også forkert afrundet. Generelt på en tykkelse på 50 mm kan snoetbredden opretholdes inden for ± 0, 4 mm.

Oxygen anvendt til oxy-brændstofgasskæring bør have en renhed på mindst 99, 5%. Hastigheden af ​​skærende oxygenstråle er også en kritisk faktor for at opnå et ønsket kvalitetskreds, da lavere hastighed muligvis ikke er tilstrækkelig til at fjerne slaggen, smeltet metal og de gasformige produkter som CO, CO ₂, SO ₂ dannet ved reaktionen af ​​ilt med kulstof og svovl i stål, mens højere jethastighed kan forårsage ruhed på skærekanterne. Forvarmningsflammen til oxy-acetylenkutting skal være neutral eller oxiderende.

Retningslinjerne for optimale indstillinger til skæring af renset mildt stål kan opnås ved at følge skemaet i tabel 19.1:

Ovenstående skema er til skæring med normale tip; hastighederne kan dog øges med 25 til 50% ved hjælp af højhastighedstips.

Maskinskæring:

Manuel flamskæring anvendes i vid udstrækning og giver helt tilfredsstillende nedskæringer til en bred vifte af skæreoperationer. Maskinsnit er imidlertid at finde øget brug, da det giver større hastighed, nøjagtighed og økonomi. Flammeskæringsmaskinerne kan bruges til lige linjeskæring, cirkelskæring, pladekantforberedelse og formskæring.

Lineær og cirkelskæring:

De fleste af de tilgængelige maskiner er lavet til at fungere både på lige linje eller i en cirkelbane. Forskellige størrelse cirkler kan skæres ved korrekt indstilling af en radius stang fastgørelse.

Plate-kant forberedelse:

Tykke plader kræver sædvanligvis befældning eller gouging for at forberede dem til svejsning. Afskæringer kan nemt foretages ved at sætte lommelygten i den ønskede vinkel. For J- eller U-kantpræparation anvendes der imidlertid en spaltetippe, som normalt er designet til at levere en stor stråle oxygen ved lav hastighed. Brænderen til gnidning holdes ved ca. 20 ° til vandret, når klippet startes og sænkes derefter til ca. 5 °, når operationen fortsætter.

Form Culling:

Form skæring indebærer skæring kontur af enhver ønsket form. Dette kan opnås ved manuel betjening, men finishen er generelt ikke tilfredsstillende bortset fra meget groft arbejde. Flamskæringsmaskiner kan gøre arbejdet med fremragende resultater ved hjælp af fotoelektroniske eller elektroniske sporstoffer eller endda skabeloner.

I de seneste enheder anvendes også NC (numerisk styring) og CNC (computer numerisk styring) systemer. Sporingsanordninger giver mulighed for at følge tegningens tegning for at køre et hjul, som igen giver trækkraften til kørsel af kollisionsmaskinen.

De mest moderne multifunktionsskæremaskiner er styret af NC-udstyr, som kan have computerstyring. Uanset hvad slags sporingskontrol er skæreoperationen i det væsentlige den samme. En af fremskridtene i automatisk flamskæring er skæring af skråkant på konturformede dele. Dimensionstolerancer opnået ved moderne flamskæremaskine ved hjælp af sporstyring kan ligge så tæt på +0 og -0, 8 mm.

Skabeloner er ikke så nemme at bruge som de elektroniske eller fotocelle sporstoffer, men bruges stadig meget i de fleste fabrikationsbutikker. Skabeloner kan være lavet af båndmateriale eller fast metal eller endog træ afhængigt af sporets hoved, der er til rådighed, og nøjagtigheden af ​​den ønskede skæring.

Metallurgiske virkninger af flamskæring:

Flamskæring af mildt stål har meget små fysiske eller metallurgiske virkninger på metallet ved siden af ​​skæret, men hårdheden af ​​kanterne øges med stigningen i indholdet af kulstof eller legering. De hærde kanter er vanskelige at maskine og kan knække under belastning. For at undgå en sådan tilstand er det bedst at forvarme metallet. Mellem kulstofstål skal opvarmes til 175-350 ° C, mens HSLA (højstyrke og lav legering) stål kræver forvarmningstemperatur på 315 til 480 ° C.

Kraftige plader strækker sig ikke på flammeafskæring, men plader med en tykkelse på 15 mm eller derunder må muligvis være fastspændt, eller mængden af ​​skæring, der er lavet på et hvilket som helst tidspunkt, skal begrænses.

Applikationer:

Oxy-brændstofgasskæring anvendes i vid udstrækning til generel skæring af stål og støbejernsformer. Strukturelle former, rør, stænger og lignende andre materialer kan skæres til ønskede længder til konstruktion eller opskæring i skrot og bjærgningsoperationer. Processen kan anvendes i stålværk eller støberi til skæring af porte, stigerør, billets og støbegods. Den kan bruges til kraftig opskæring op til 2 m tykke komponenter og til stablingsskæring.

Stackskæring:

Betydende tid kan reddes ved at skære et antal identiske dele, eller plader og ark ved at stable dem og skære dem alle i ét pas. Pladerne skal være tæt spændt, da enhver luftgab kan forårsage, at udskæringen går tabt.

Den samlede tykkelse af stakken bestemmes af den krævede skæretolerance og tykkelsen af ​​topstykket. Med en skære tolerance på 0, 8 mm bør stakken højde være begrænset til 50 mm; med en tolerance på 1, 6 mm kan staketykkelsen være 100 mm. Den maksimale højde af stakken til oxy-brændstofgasskæring er normalt begrænset til 150 mm.

Hvis en høj forvarmningsflamme anvendes til en tykk stakke eller når stakskæremateriale mindre end 5 mm tykt, bruges en 6 mm tykk "waster plate" på toppen. Det beskytter ikke kun toppladen, men sikrer også en bedre start, en skarpere kant på lopproduktionsstykket og ingen buckling af toppladen.

Flameskæringsstøbejern og rustfrit stål:

Jern- og kulstålstål kan let flamme skåret, men støbejern er ikke let skåret ved denne proces, fordi dens Kindling-temperatur er over dens smeltepunkt. Det har også et ildfast silicatoxid, som frembringer en slaggerbeklædning. Krom-nikkel rustfrit stål kan heller ikke skæres ved den normale flamskæringsteknik på grund af det ildfaste kromoxid dannet på overfladen. På lignende måde danner ikke-jernholdige metaller, såsom kobber og aluminium, ildfaste oxidlag, der forbyder normal flamskæring; Situationen er yderligere accentueret på grund af deres høje termiske ledningsevne.

Støbejern kan dog skæres, forudsat at det kan forvarmes i den ønskede grad, og at skærende oxygentryk forøges med 25% for støbejern end det, der kræves for at skære ækvivalent tykkelse af stålprofiler. Skæringen af ​​støbejern opnås sædvanligvis ved anvendelse af en oscillerende bevægelse til skærebrænderen som vist i figur 19.5; bevægelsen varierer med arbejdstykkelsen. Torch oscillation hjælper iltstrålen til at blæse slaggen og smeltet metal i kerven.

Snoet er normalt bred og grov. Forvarmningsflammen, der anvendes til skæring af støbejern, er også af den reducerende type med dampkammeret, der er udstrakt til den fjerne side af støbejernssektionen. Excels brændstoffasen hjælper med at opvarme forvarmning i kerven, da den brænder. Støbejern kan også skæres ved hjælp af waster plade som til stablingsskæring.

Til skæring af rustfrit stål og andre varmebestandige stål er fakkelbevægelsen fremad, så bagud lidt, så fremad, så lidt bagud som vist i figur 19.6. Denne teknik kan bruges til at skære rustfrit stål op til 200 mm tykkelse med en standard skærebrænder, forudsat at hele tykkelsen af ​​startkanten forvarmes til en lys rød farve, inden skæringen fortsætter.

Rustfrit stål og andre oxideringsbestandige stål kan også være flammeskåret ved at fastklemme en lavkarbonstålpladeplade af passende tykkelse på toppen af ​​det materiale, der skal skæres. Klippet startes i carbon stålpladen, og den varme, der frembringes ved oxidation, giver yderligere varme til opretholdelse af oxidationsreaktionen til skæring af rustfrit stål. Jernoxidet fra affaldspladen hjælper også med at vaske de ildfaste oxider ud af rustfrit stål. Denne metode til flammeudtrækning af rustfrit stål resulterer imidlertid i ekstraomkostninger på waster plade, md opsætningstid, med lav klippehastighed og ringe kvalitet af skæringen.

En anden metode til at skære rustfrit stål er at lægge en stål svejsestang eller stålstrimmel langs snitlinjen. Den varme, som er udviklet ved reaktionen af ​​oxygen med stålstangen eller strimmelen, er generelt tilstrækkelig til at smelte en slids ind i pladen af ​​rustfrit stål. Skæringen af ​​rustfrit stål er imidlertid mere en smelteproces end en oxidationsproces.

Bortset fra oscillation og waster plade teknikker, støbejern og rustfrit stål kan også skæres ved hjælp af pulver skære og flux skæring metoder.

Fremgangsmåde nr. 2. Metalpuderskæring:

Det er en iltskæreproces, hvor metalpulver (jern eller aluminium) anvendes til at lette skæringen. Denne proces bruges til at skære støbejern, krom-nikkel, rustfrit stål og nogle højlegerede stål. Arbejdsprincippet om pulverskæring er en lille indsprøjtning af metalpulver i iltstrømmen, inden det rammer det metal, der skal skæres.

Pulveret opvarmes ved passage gennem oxy-acetylen forvarmningsflammerne og tændes næsten umiddelbart i strømmen af ​​skærende oxygen. Pulveret fra en pulverdispenser bæres til læsken af ​​skærebrænderen ved anvendelse af trykluft eller nitrogen som vist i figur 19.7.

Det antændte pulver giver meget højere temperatur i strømmen, og det hjælper med at kaste metalet på næsten samme måde som skæring af lavkulstofstål. Forvarmning er ikke afgørende for pulverskæring.

Skærehastigheder og skærende iltryk svarer til dem til skæring af mildt stål; dog for at skære materiale tykkere end 25 mm skal en dyse en størrelse større anvendes. Strømningshastigheder holdes generelt ved 010 til 0-25 kg jernpulver pr. Minut skæring. Pulverskæring forlader normalt en skala på skåret overflade, som let kan fjernes ved afkøling.

Metalpulverudtræk blev oprindeligt indført til skæring af rustfrit stål, men har med succes været brugt til at skære legeringsstål, støbejern, bronze, nikkel, aluminium, stålkværlespild, visse ildfaste materialer og beton. Den samme grundlæggende proces kan også bruges til gouging og scarfing til tilstand billets, blomstrer og plader i stålværker.

Pulverskæring er også nyttig til stablingsskæring, hvor forvarmning fra en almindelig flammeudtrækning ikke er tilstrækkelig på den nederste plade (er), enten på grund af stor dybde eller adskillelse mellem plader. Ved hjælp af metalpulveret og dets reaktion i oxygenet udføres skæringen selv over tværs. Pulverskæring genererer imidlertid en del røg, der skal fjernes for at sikre operatørens sundhed og for at undgå indgreb i andre operationer i området.

Fremgangsmåde # 3. Kemisk Flux Skæring:

Ved iltskæringsprocessen injiceres en kemisk flux i oxygenstrømmen, idet metalpulver injiceres i pulverformning. Flusen kombinerer med de ildfaste oxider og gør dem til en opløselig forbindelse. De kemiske strømninger kan være salte af natrium, såsom natriumcarbonat.

Figur 19.8 viser et af de opsætninger, der anvendes til fluxskæring. I denne metode suger oxygen flux fra en tragt med en hastighed på 0 06 til 0-30 kg pr. Minut og strømmer gennem strålen af ​​skærende oxygen.

Fremgangsmåden til fluxskæring indebærer opvarmning af indledningspunktet til skåret til hvid varme, så skæresyreventilen åbnes så halvt om, og fluxen i iltstrømmen føres til fakklen. Når det smeltede metal når arbejdets nedre kant, er fakklen lavet til at bevæge sig langs snitlinjen og skæreygeventilen er fuldt åbnet. For at standse operationen er den første fluxforsyningsventil lukket, og de andre lygteventiler lukkes.

Det anbefales at placere strømforsyningen 10 m væk fra skæreområdet. Det skal også sikres, at slangerne, hvorigennem flux-oxygenblandingen er passeret, ikke har skarpe bøjninger ellers kan det føre til tilstopning.

Denne proces kan bruges til at skære støbejern, krom-stål, krom-nikkel stål, kobber, messing og bronze. Det anbefales dog ikke at skære stål af høj nikkel type, for eksempel 15 Cr 35Ni stål. Kemisk fluxskæring taber imidlertid langsomt sin industrielle betydning på grund af udviklingen af ​​mere effektive metoder som plasmaskæring.

Fremgangsmåde # 4. Oxygen-Lance Cutting:

Oxygen lancing er en iltskæreproces, der bruges til at skære metaller med oxygen, der leveres via et forbrugsrør. Oxygen lansen er lavet af en længde med lille diameter (3-13 mm) sort jernrør. Lance-røret er forbundet med beslag og nipler og en hurtig-kaste oxygenventilomskifter som vist i figur 19.9A. Oxygen fodres gennem en slange til røret med reguleret tryk på 550 til 620 kPa. Lansenrøret er brændt op i skæreprocessen.

Den væsentligste forskel mellem iltlanseskæringen og almindelig flamskæringsbrænder er, at der i den førstnævnte ikke er nogen forvarmningsflamme til at opretholde materialet ved slagtemperaturen. Den primære brug af oxygen lansen er til opskæring af varmt metal, især i de kontinuerlige støbestålfabrikker.

Stålet er tilstrækkeligt varmt, så oxygenstrøm forårsager hurtig oxidation og skæring forekommer. Til andre anvendelser, f.eks. Ved kraftige eller dybe nedskæringer, anvendes standardbrænder til at forårsage forvarmning efterfulgt af iltlance til skæring. Slutningen af ​​iltlansen bliver varm og smelter for at forsyne jern til reaktionen for at opretholde høj temperatur til skæring.

Andre metoder, der bruges til at opnå den varme, der er nødvendig for at starte skæringen, omfatter at placere et rødt varmt stykke stål på stjernespidsen eller opvarme enden af ​​lansen, indtil det er rødt varmt. når den bringes i kontakt med det metal, der skal skæres, og iltet tændes, brænder enden af ​​røret brilliantly og giver tilstrækkelig varme til at starte skæringen.

Et skærebeskyttelsesskærm er ofte nødvendigt for at beskytte operatøren mod stænklaget. Dette kan hensigtsmæssigt gøres ved at bruge en spand i opad ned stilling med 13 mm hul i bunden, gennem hvilken oxygenlansen passerer til det ønskede sted, som vist i figur 19.9B.

Oxygen-lansen er et glimrende værktøj til piercing huller i stål, for eksempel kan et hul på 65 mm diameter skæres i et 300 mm tykt stål i løbet af to minutter. Denne proces anvendes også til aftapning af blast og åben ildovn. Det sædvanlige apparat gør det muligt at skære materiale op til ca. 2 m tykt.

Nogle gange gøres også skæring med lanseskæringsudstyr. Jern- og aluminiumpulver blandes med ilt i lansehåndtaget, og de brænder ved enden af ​​røret. Pulverskærende lanse kan bruges til at skære aluminiumsbilletter, bronze, både stål og støbejern med indeslutninger, pejse og beton.

Nogle proprietære oxygen lance rør er også tilgængelige. Sådanne rør er forsynet med skårede trådstykker af aluminium og stål eller magnesium og stål. Aluminium og magnesium oxideres let og øger reaktionstemperaturen. Stålrøret og ståltrådene har tendens til at bremse reaktionen, mens aluminium- og magnesiumtråde har tendens til at fremskynde reaktionen. Denne type lanse kan brænde i luft, under vand eller i ubrændbare materialer. Den enorme mængde produceret varme kan skære næsten alt inklusive beton, mursten og andre ikke-metaller.

Fremgangsmåde # 5. Oxygen Arc Cutting:

I denne proces forsynes den nødvendige varme til forvarmning eller smeltning af materialet af en bue mellem en forbrugsrørledningselektrode og basismetal. Den anvendte elektrode har en fluxdækning og er forbundet med enten en DC eller en AC-strømforsyningsenhed, selvom DC med elektrod-negativ generelt foretrækkes, da den har tendens til at give hurtigere skærehastigheder.

Processen kræver specialiseret kombinationselektrodeholder og iltbrænder som vist i figur 19.10. Oxygen tilføres til hullet i elektroden ved et tryk på ca. 5 bar (500 kPa). De anvendte populære elektrodestørrelser er 5 mm og 7 mm diametre med en central huldiameter på henholdsvis 1-6 mm og 2-5 mm og en længde på 450 mm. Den elektriske strøm ligger mellem 150 A og 250 A, og der kan anvendes et oxygentryk på 20 KPa til 500 KPa.

Når skæringen er påbegyndt, bevæges elektroden langs pladen, hvor fluxbeklædningets yderside er i kontakt med overfladen og danner en vinkel på 80 ° til 85 °. Enden af ​​elektroden brænder i form af en kegle, således at lysbuen er konstant. Fluxbeklædningen hjælper med at skære stål indeholdende legeringselementer, der ellers kan forsinke eller standse den eksoterme reaktion mellem jern og oxygen.

I en variant af processen anvendes almindelig svejseelektrode til skæring med ilt, der leveres til kerven ved hjælp af en skærefastgørelse, der ligner en gas svejsebrænder, men med kun iltforsyning igennem den.

Oxygenbueskæringen kan anvendes til skæring af højkromet nikkel rustfrit stål, højlegerede stål, aluminium, kobber, messing, bronzer, moncl, inkonel, nikkel og støbejern. Kvaliteten af ​​skæringen er ringere end den, der opnås ved oxy-brændstofgasskæring af mildt stål. Materialer med en tykkelse på 5 mm til 100 mm kan skæres med denne proces; Skærehastigheden afhænger af tykkelsen af ​​materialet. Tabel 19.2 giver dataene til oxygenbueopskæring af mildt stål.

Til skæring af oxidationsbestandige metaller giver bueen varmen til smeltning, og oxygenstrømmen anvendes til at blæse det smeltede metal ud af kerven; dette medfører en betydelig reduktion i skærehastigheden. For eksempel ville skærehastigheden for 25 mm tykt rustfrit stål eller Monel metalplade være ca. 4 m / time, mens for brons af samme tykkelse ville det være 5 m / time sammenlignet med 30 m / h for lavkulstofstål.

Denne proces kan med succes anvendes til skæring under vand.