Oksygenskjæring av metaller: 5 prosesser

Denne artikkelen kaster lys over de fem øverste prosessene for oksygenskjæring av metaller. Prosessene er: 1. Oksygenbrennstoffgasskjæring 2. Metallpudderskæring 3. Kjemisk fluksskjæring 4. Oksygen-lanseskjæring 5. Oksygenbuesnitt.

Prosess # 1. Oksy-Brensel Gasskæring :

Dette er den hyppigst benyttede termisk skjæreprosessen som brukes til lavkarbon og plater med lav legering og ofte referert til som "flamskutting" eller "gassskjæring". Det kan brukes til å kutte stål opp til 2 m tykk.

Oksygen-drivstoffgasprosessen innebærer forvarming av en liten sone, hvorfra kuttet skal startes, til materialets slagstemperatur. Komprimert oksygen blir deretter laget for å påvirke det varme metall som resulterer i meget høy oksidasjonshastighet, som ofte ledsages av varmeutvikling på grunn av reaksjonens eksoterme natur.

Drivstoffgassen som anvendes, kan vanligvis benyttes, avhengig av tilgjengelighet og kostnadsoverveielser, acetylen, men propan, LPG (flytende petroleumsgass), naturgass eller metylacetylenpropadienstabilisert (MAPP eller MPS).

Brenneren som brukes til oksy-acetylenkutting, er vist i figur 19.2. Den har et blandingskammer for oksygen og acetylen som i en sveisebrenner. Men etter blanding strømmer gassblandingen ut av fakkelmunnstykket gjennom et antall små hull som er plassert i en sirkel rundt det sentrale hullet, gjennom hvilket en strøm av høytrykksrent oksygen kan gjøres strømme ved å trykke en spak på brennhandtaket. Diameteren av disse hullene varierer og øker med økning i tykkelsen av materialet som skal kuttes.

Når materialet som skal kuttes, økes til sin oppvarmingstemperatur * (som er 870 til 950 ° C for lavkarbonstål, avhengig av karboninnholdet) og høytrykkstilt oksygen reagerer med det, er følgende reaksjoner mulig i tilfelle av jernholdige materialer.

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

2. 2Fe + 1.5O 2 → Fe 2 O 3 + varme (825 KJ) ............. (19.2)

3. 3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4 + varme (1120 KJ) ............ (19.3)

Hovedsakelig tredje reaksjonen foregår med stor varmeutløsning. Den andre reaksjonen forekommer i en viss grad ved kutting av tyngre seksjoner. Teoretisk vil 0, 29 m 3 av O2 oksidere 1 kg jern for å danne Fe304. Imidlertid er oksygenforbruket i praksis høyere enn denne verdien for platetykkelse mindre enn 40 mm og den er lavere for høyere tykkelser, og er minst for tykkelsesområdet 100-125 mm.

Den eksoterme reaksjonen mellom O 2 og Fe genererer nok varme for å fortsette termisk skjæreprosessen uten bruk av forvarmingsflamme ved hjelp av bare oksygen, men i praksis er det ikke mulig fordi mye varme blir brukt opp i brennende smuss, maling, skala etc. ., og en betydelig mengde går tapt ved stråling. Også forårsaker høyhastighetsstrålen som rammer overflaten, kjølevirkning som må kompenseres ved forvarming.

Den kjemiske reaksjonen mellom jern og oksygen er sjelden fullført, og analysen av det utblåste materialet (eller slaggen) indikerer ofte at 30% til 40% av slaggen er foreldremateriale.

Stål og noen andre metaller kan kuttes av oksy-acetylen flamme hvis de oppfyller følgende betingelser:

(1) Smeltepunktet til metallet bør være høyere enn dets tenntemperatur.

(2) Metalloksidet som dannes ved reaksjon med oksygen, skal ha et lavere smeltepunkt enn smeltepunktet til foreldrematerialet, og det bør være flytende i smeltet tilstand for å utblåses lett.

(3) Den skal ha lav varmeledningsevne slik at materialet raskt kan heves til oppvarmingstemperaturen.

Når et arbeidsstykke skjæres av en termisk skjæreprosess, blir kuttens bredde referert til som KERF, som i oksygenbrenselgassprosessen er en funksjon av oksygenhullstørrelse i dysespissen, oksygen- og forvarmingsgassens strømningshastighet, hastighet på skjæring og materialets natur blir kuttet.

Klipphastighet og dra:

For hvert metall er det en best skjærehastighet. Tykkelsen og naturen til materialet som skal klippes, bestemmer tippestørrelsen. De beste resultatene oppnås når skjærende oksygentrykk, skjærehastighet, tippestørrelse og forvarmingsflammer er så kontrollert at det oppnås en smal, ren kutt. Ukorrekt oppskårne kutt produserer tøffe og uregelmessige kanter med slagg som festes på bunnen av platene. En indikasjon på riktig skjærehastighet er "draglinjene" forårsaket av strømmen av kutting av oksygen over det nærme smeltede metall som danner sidene av kuttet.

Ved dra menes hvor mye bunnen av kuttet ligger bak toppen. Det uttrykkes vanligvis i prosent av arbeidsstykketykkelsen; dermed hvis en 10 mm tykk plate kuttes og mengden lag er 5 mm, vil den utgjøre 50% (5/10 x 100 = 50%) dra som angitt i figur 19.3.

Effektene av skjærehastighet på drag, kerf og snittet er vist i figur 19.4. Fine, ganske vertikale strekklinjer indikerer en god kvalitetskutt; Dette oppnås vanligvis når gniststrømmen under arbeidsstykket har en vinkel på 15 °. Hvis arbeidsstykket av en eller annen grunn forblir useparert, kalles kuttet som et "ikke-fallskutt".

Høyere enn optimal hastighet uten tilsvarende økning i oksygenstrømmen resulterer i større trekk. Omvendt trekk kan oppnås når kutt oksygenstrømmen er for høy og kutthastigheten er for lav. Lag forårsaket av feil vinkel anses ikke for å være dra.

Lav skjærehastighet resulterer ofte i uregelmessigheter i kerven, med overflødig metall som blir oksidert og forårsaker større skarphet. De øvre kantene er også urettmessig avrundet. Generelt på materialtykkelse på 50 mm kan skjærebredden opprettholdes innenfor ± 0, 4 mm.

Oksygen som brukes til oksygenbrenselskjæring av gass bør ha en renhet på minst 99, 5%. Hastigheten til å kutte oksygenstråle er også en kritisk faktor for å oppnå ønsket kvalitetskutt, da lavere hastighet kanskje ikke er tilstrekkelig til å fjerne slaggen, smeltet metall og de gassformige produkter som CO, CO 2, SO 2 dannet ved reaksjon av oksygen med karbon og svovel i stål, mens høyere jethastighet kan forårsake grovhet på kuttkanter. Forvarmende flamme for oksy-acetylenkutting bør være nøytral eller oksiderende.

Retningslinjene for optimale innstillinger for å kutte rengjort mildt stål kan oppnås ved å følge tidsplanen i tabell 19.1:

Ovennevnte tidsplan er for kutting med vanlige tips; hastighetene kan imidlertid økes med 25 til 50% ved å bruke høyhastighets tips.

Maskinskæring:

Manuell flamskjæring brukes i stor grad og gir helt tilfredsstillende kutt for et bredt spekter av skjæreoperasjoner. Maskinkjæring er imidlertid å finne økt bruk, da det gir større fart, nøyaktighet og økonomi. Flammeskjæringsmaskinene kan brukes til rettskjæring, sirkelskjæring, platekantforberedelse og formskjæring.

Straight-line og Circle Cutting:

De fleste av de tilgjengelige maskinene er laget for å fungere både på rett linje eller i en sirkelbane. Forskjellige størrelse sirkler kan kuttes ved riktig innstilling av en stangstangsvedlegg.

Plate-kant forberedelse:

Tykke plater krever vanligvis befelling eller gouging for å forberede dem til sveising. Avskjæringer kan enkelt gjøres ved å sette fakkelen i ønsket vinkel. For J- eller U-kantforberedelse brukes imidlertid en gipespiss som vanligvis er utformet for å levere en stor oksygenstråle ved lav hastighet. Brenneren for gipsing holdes ved ca. 20 ° til horisontalplanet når kuttet er startet og senkes til ca. 5 ° mens operasjonen fortsetter.

Form Culling:

Form skjæring innebærer kutte kontur av enhver ønsket form. Dette kan oppnås ved manuell drift, men finishen er ikke generelt tilfredsstillende unntatt for svært grovt arbeid. Flamskjæringsmaskiner kan gjøre jobben med gode resultater ved hjelp av fotoelektriske eller elektroniske spor eller selvmaler.

I de siste enhetene brukes også NC (numerisk kontroll) og CNC (datamaskin numerisk styring) systemer. Sporingsanordninger gir midler for å følge tegningens tegning for å kjøre et hjul som i sin tur gir trekkraften for kjøring av kollasjemaskinen.

De mest moderne multiklipper skjæringsmaskiner styres av NC-utstyr som kan ha datamaskinstyring. Uansett hvilken type sporingskontroll er skjæreoperasjonen i det vesentlige den samme. En av fremskrittene i automatisk flammeskjæring er kutting av skråkanter på konturformede deler. Dimensjonal toleranser oppnådd av moderne flamme skjære maskin ved hjelp av sporing kontroll kan være så nært som + 0 og -0, 8 mm.

Malesporere er ikke like enkle å bruke som elektroniske eller fotocellsporere, men er fortsatt svært mye brukt i de fleste fabrikkbutikker. Maler kan være laget av stripmateriale, eller solid metall, eller til og med tre avhengig av sporingshodet tilgjengelig og nøyaktigheten av kutting ønsket.

Metallurgiske effekter av flamskjæring:

Flammeskjæring av mildt stål har svært lite fysiske eller metallurgiske effekter på metallet ved siden av kuttet, men kantenes hardhet øker med økningen i karbon eller legeringsinnhold. De herdede kanter er vanskelige å maskinere og kan sprekke under belastning. For å unngå en slik tilstand er det best å forvarme metallet. Middels karbonstål skal oppvarmes til 175-350 ° C, mens HSLA (høy styrke og lav legering) stål krever forvarmingstemperatur på 315 til 480 ° C.

Kraftige plater forsvinner ikke på flammeskjæring, men plater med en tykkelse på 15 mm eller mindre må kanskje klemmes eller kutteskjæringen til enhver tid begrenses.

Applikasjoner:

Oksybrennstoffgasskjæring brukes i stor grad til generell brukskjæring av stål- og støpejernsformer. Strukturelle former, rør, stenger og lignende andre materialer kan kuttes til ønsket lengde for konstruksjon eller skjæring i skrap og bergingsoperasjoner. Prosessen kan brukes i stålverk eller støperi for skjæring av porter, stigerør, billets og støpegods. Den kan brukes til kraftig kutting opptil 2 m tykke komponenter og for stablingskjæring.

Stack kutting:

Lang tid kan reddes ved å kutte en rekke like deler, eller plater og ark ved å stable dem og kutte dem alle i ett pass. Platen skal være tett klemmet, ettersom eventuelle luftspalte kan føre til at kuttet går tapt.

Den totale tykkelsen på stakken bestemmes av kuttstolpeansen og tykkelsen på toppstykket. Med en skjæretoleranse på 0, 8 mm bør stakkhøyden være begrenset til 50 mm; med en toleranse på 1, 6 mm kan stabelltykkelsen være 100 mm. Maksimal høyde for stabling for oksygenbrennstoff gassskjæring er vanligvis begrenset til 150 mm.

Hvis en høy forvarmingsflamme brukes til en tykk stabel eller når stablettmateriale mindre enn 5 mm tykk, brukes en 6 mm tykk "wasterplate" på toppen. Det beskytter ikke bare topplaten, men sikrer også bedre start, en skarpere kant på lopproduksjonsstykket, og ingen spenning av topparket.

Flameskjæringsstøpejern og rustfritt stål:

Jern- og lavkarbonstål kan lett flamme kutt, men støpejern blir ikke lett kuttet av denne prosessen fordi dens Kindling-temperatur er over dens smeltepunkt. Det har også et ildfast silikatoksid som produserer en slaggdekning. Krom-nikkel rustfritt stål kan heller ikke kuttes ved normal flamskuttteknikk på grunn av det ildfaste kromoksydet som dannes på overflaten. På samme måte danner ikke-jernholdige metaller som kobber og aluminium også ildfaste oksidlag som forbyder normal flamskutting; Situasjonen er ytterligere fremhevet på grunn av deres høye termiske ledningsevne.

Støpejern kan imidlertid kuttes forutsatt at det kan forvarmes i ønsket grad, og kutting av oksygentrykk økes med 25% for støpejern enn det som kreves for å kutte tilsvarende tykkelse av stålpartier. Skjæringen av støpejern oppnås vanligvis ved bruk av en oscillerende bevegelse til skjærebrenneren som vist i figur 19.5; bevegelsen varierer med arbeidstykkelsen. Torch oscillation hjelper oksygen jet å blåse ut slagg og smeltet metall i kerf.

Snuten er normalt bred og grov. Forvarmingsflammen som brukes til kutting av støpejern, er også av den reduserende typen med dampbåten utvidet til den fjerne siden av støpejernsdelen. Den utmerker drivstoffgassen bidrar til å opprettholde forvarming i kerven mens den brenner. Støpejern kan også kuttes ved å bruke waster plate som for stabling skjæring.

For kutting av rustfritt stål og andre varmebestandige stål er fakkelbevegelsen fremover, så bakover litt, deretter fremover, og bakover litt som vist på figur 19.6. Denne teknikken kan brukes til å kutte rustfritt stål opp til 200 mm tykkelse med en standard skjærebrenner forutsatt at hele tykkelsen på startkanten forvarmes til en lys rød farge før skjæringen fortsetter.

Rustfritt stål og andre oksidasjonsbestandige stål kan også flamme kuttes ved å klemme en lavkarbonstålgipsplate av passende tykkelse på toppen av materialet som skal kuttes. Kuttet starter i karbonplaten og varmen som genereres ved oksydasjon, gir ytterligere varme for å opprettholde oksidasjonsreaksjonen for kutting av rustfritt stål. Jernoksydet fra wasterplaten bidrar også til å vaske de ildfaste oksyderne fra det rustfrie stålet. Denne metoden for flammekasting av rustfritt stål resulterer imidlertid i ekstra kostnad på waster plate, md oppsett tid, med lav skjærehastighet og dårlig kvalitet på kuttet.

En annen metode for å kutte rustfritt stål er å legge en stål sveisestang eller stålstrimmel langs snittlinjen. Varmen utviklet ved reaksjonen av oksygen med stålstangen eller strimmelen er generelt tilstrekkelig til å smelte et spor i den rustfrie stålplaten. Skjæringen av rustfritt stål er imidlertid mer av en smelteprosess enn en oksidasjonsprosess.

Bortsett fra oscillation og waster plate teknikker, støpejern og rustfritt stål kan også kuttes ved pulver skjæring og fluss skjæring metoder.

Prosess # 2. Metallpuddersnitt:

Det er en oksygenskjæringsprosess der metallpulver (jern eller aluminium) benyttes for å lette kutting. Denne prosessen brukes til kutting av støpejern, krom-nikkel, rustfritt stål og noen legeringer av høy legering. Arbeidsprinsippet med pulverskjæring er lite injeksjon av metallpulver inn i oksygenstrømmen godt før det rammer metallet som skal kuttes.

Pulveret oppvarmes ved å passere gjennom oksy-acetylen-forvarmingsflammen og tennes nesten umiddelbart i strømmen av kappesyre. Pulveret fra en pulverdispenser bæres til lek av skjærbrenneren ved bruk av trykkluft eller nitrogen som vist i figur 19.7.

Det antente pulveret gir mye høyere temperatur i strømmen, og det hjelper til med å kaste metallet på nesten samme måte som kutting av lavkarbonstål. Forvarming er ikke viktig for pulverskjæring.

Skjærhastigheter og skjærende oksygentrykk ligner dem for skjæring av mildt stål; men for kutting av materiale tykkere enn 25 mm må en dyse en størrelse større brukes. Strømningshastigheter holdes generelt ved 010 til 0-25 kg jernpulver per minutt av kutting. Pudderskæring forlater vanligvis en skala på kuttoverflaten som lett kan fjernes ved avkjøling.

Metallpulverutslipp ble innledningsvis innført for å kutte rustfritt stål, men har med hell blitt brukt til kutting av legeringsstål, støpejern, bronse, nikkel, aluminium, stålkvernspill, visse ildfaste materialer og betong. Den samme grunnleggende prosessen kan også brukes til gouging og scarfing til condition billets, blomst og plater i stålverk.

Pulverskjæring er også nyttig for stablingskjæring hvor forvarming fra en vanlig flamme-kulling ikke er tilstrekkelig på den nedre plate (e), enten på grunn av stor dybde eller separasjon mellom platene. Ved hjelp av metallpulveret og dets reaksjon i oksygen blir kuttet fullført selv over separasjoner. Pudderskæring genererer imidlertid ganske mye røyk som må fjernes for å beskytte operatørens helse og for å unngå forstyrrelser i andre operasjoner i området.

Prosess # 3. Kjemisk Flux Kutting:

I oksygenskjæringsprosessen injiseres en kjemisk fluss i oksygenstrømmen når metallpulver injiseres i pulverskjæring. Flussen kombinerer med de ildfaste oksyder og gjør dem til en løselig forbindelse. De kjemiske fluksene kan være salter av natrium slik som natriumkarbonat.

Fig. 19.8 viser en av oppsettene som brukes til fluxskjæring. I denne metoden suger oksygen fluss fra en beholder med en hastighet på 0 06 til 0-30 kg per minutt og strømmer gjennom strålen av skjæreyre.

Prosedyren for flusskjæring innebærer oppvarming av det initierende punkt av kutt til hvit varme, deretter skjæresyreventilen åpnes så halvveis, og strømmen i oksygenstrømmen føres til fakkelen. Etter hvert som det smeltede metallet kommer til nedre kanten av arbeidet, er fakkelen laget for å bevege seg langs kuttlinjen og skjæreoksydventilen er fullt åpnet. For å stoppe operasjonen er den første strømtilførselsventilen lukket, og de andre lommelyktene er avstengte.

Det anbefales at du plasserer strømforsyningen 10 m unna skjæreområdet. Det bør også sikres at slanger gjennom hvilken flux-oksygenblandingen er passert, ikke har skarpe bøyer, ellers kan det føre til tilstopping.

Denne prosessen kan brukes til kutting av støpejern, krom-stål, krom-nikkel stål, kobber, messing og bronse. Det anbefales imidlertid ikke å kutte stål av høynikkel type, for eksempel 15 Cr 35Ni stål. Kjemisk fluseskjæring, men langsomt mister sin industrielle betydning på grunn av utviklingen av mer effektive metoder som plasmaskjæring.

Prosess # 4. Oksygen-lanseskjæring:

Oxygen lancing er en oksygenskjæringsprosess som brukes til å kutte metaller med oksygen tilført gjennom et forbruksrør. Oksygen lansen er laget av en lengde av lite diameter (3-13 mm) svart jern pipe. Lanseringsrøret er forbundet med beslag og nippler og en hurtigkast oksygenventilbryter som vist i figur 19.9A. Oksygen føres gjennom en slange til røret med regulert trykk på 550 til 620 KPa. Lanseringsrøret brenner opp i skjæreprosessen.

Hovedforskjellen mellom oksygenlanseskjæringen og vanlig flammeskjæringslampe er at i den tidligere er det ingen forvarmingsflamme for å opprettholde materialet ved oppstartstemperaturen. Den viktigste bruken av oksygenlansen er for kutting av varmt metall, spesielt i de kontinuerlige støpejernsmøller.

Stålet er tilstrekkelig varmt, slik at oksygenstrømmen forårsaker rask oksidasjon og skjæring oppstår. For andre bruksområder som for store eller dype kutt, brukes standard lommelykt til å forårsake forvarming etterfulgt av oksygenlans for kutting. Enden av oksygenlansen blir varm og smelter for å tilveiebringe jern for reaksjonen for å opprettholde høy temperatur for kutting.

Andre metoder som brukes til å oppnå varmen som trengs for å starte kuttet, inkluderer å plassere et rødt varmt stykke stål på stjernestikkpunktet eller oppvarme enden av lansen til den er rød, Når den kommer i kontakt med metallet som skal kuttes og oksygen slås på, brenner enden av røret briljant til å gi nok varme til å starte kuttet.

Et skjærebeskyttelsesskjold er ofte nødvendig for å beskytte operatøren mot sprutslaggen. Dette kan enkelt gjøres ved å bruke en bøtte i opp-ned-stilling med 13 mm hull i bunnen der oksygenlansen passerer til ønsket sted, som vist i figur 19.9B.

Oksygen-lansen er et utmerket verktøy for piercing hull i stål, for eksempel et hull på 65 mm diameter kan klippes i et 300 mm tykt stål i løpet av to minutter. Denne prosessen brukes også til å tippe blast og åpen ildovn. Det vanlige apparatet tillater materiale opptil ca. 2 m tykt å bli kuttet.

Noen ganger kan du også lage pulverskjæring med lanseskjæringsutstyr. Jern- og aluminiumpulver blandes med oksygen i lansehåndtaket og de brenner på enden av røret. Pulverskjærende lans kan brukes til å kutte aluminiumsbrett, bronse, både stål og støpejern med inneslutninger, brannmur og betong.

Noen proprietære oksygenlansrør er også tilgjengelige. Slike rør er utstyrt med kutte stykker av aluminium og stål eller magnesium og stål. Aluminium og magnesium oksyderes lett og øker reaksjonstemperaturen. Stålet av røret og ståltrådene har en tendens til å bremse reaksjonen mens aluminium og magnesium-ledninger har en tendens til å øke hastigheten på reaksjonen. Denne typen lanse kan brenne i luft, under vann eller i ikke-brennbare materialer. Den enorme mengden varme som produseres, kan kutte nesten alt, inkludert betong, murstein og andre ikke-metaller.

Prosess # 5. Oksygenbuesnitt:

I denne prosess tilføres den nødvendige varme for forvarming eller smelting av materialet av en bue mellom en forbrukbar rørformet elektrode og basismetallet. Den anvendte elektroden har en fluxbelegg og er koblet til enten en DC eller en AC-strømforsyningsenhet, selv om DC med elektrod-negativ generelt er foretrukket, da den har en tendens til å gi raskere skjærehastigheter.

Prosessen krever spesialisert kombinasjonselektrodeholder og oksygenbrenner som vist i figur 19.10. Oksygen tilføres til hullet i elektroden ved et trykk på ca. 5 bar (500 kPa). De populære elektrodestørrelsene er 5 mm og 7 mm med en diameter på henholdsvis 1-6 mm og 2-5 mm og en lengde på 450 mm. Den elektriske strømmen ligger mellom 150 A og 250 A, og et oksygentrykk på 20 KPa til 500 KPa kan benyttes.

Når kuttet er påbegynt, flyttes elektroden langs platen med den ytre kanten av flussbelegget i kontakt med overflaten, og danner en vinkel på 80 ° til 85 °. Enden av elektroden brenner i form av en kjegle, og dermed holder lysbuen konstant. Fluksbelegget hjelper til med kutting av stål som inneholder legeringselementer som ellers kan forsinke eller stoppe den eksoterme reaksjonen mellom jern og oksygen.

I en variant av prosessen brukes vanlig sveiselektrode til å kutte med oksygen som er levert til kerven ved hjelp av et skjærefeste som ligner en gassveisbrenner, men med bare oksygenforsyning gjennom den.

Oksygenbuesnittet kan brukes til å kutte høyt krom-nikkel, rustfritt stål, høylegerte stål, aluminium, kobber, messing, bronse, moncl, inkonel, nikkel og støpejern. Kvaliteten på kutt er dårligere enn den som oppnås ved oksygenbrensel gassskjæring av mildt stål. Materialer med tykkelse 5 mm til 100 mm kan kuttes med denne prosessen; Klipphastigheten avhenger av materialets tykkelse. Tabell 19.2 gir dataene for oksygenbue skjæring av mildt stål.

For kutting av oksidasjonsbestandige metaller gir lysbuen varmen for smelting og oksygenstrålen brukes til å blåse det smeltede metall ut av kerven; Dette fører til betydelig reduksjon i skjærehastigheten. For eksempel vil skjærehastigheten for 25 mm tykk rustfritt stål eller Monel metallplate være ca 4 m / t, mens for bronse av samme tykkelse vil det være 5 m / t, sammenlignet med 30 m / t for lavkarbonstål.

Denne prosessen kan vellykkes ansatt for å kutte under vann.