Zašto ne možemo rezati nehrđajući čelik i aluminij rezanjem plinskim plamenikom s kisikom?

Kako se kisik koristi pri rezanju?

Rezanje kisikom temelji se na kemijskoj reakciji između kisika i metala pri visokim temperaturama.

Potrebna visoka temperatura dobiva se iz plamena plinskog plina s kisikom, a najpopularniji plin za gorivo je acetilen.

Proces se stoga obično naziva oksiacetilenski postupak i naširoko se koristi u svim trgovinama za proizvodnju metala.

Dostupan je širok raspon strojeva za rezanje kisikom, s jednostavnim ručnim plamenikom za rezanje na jednom kraju i najsofisticiranijim dizajnom s elektroničkim uređajem za praćenje na drugom kraju.

Faza za rezanje kisikom (OFC)

Rezanje plinom kisikom je termički proces rezanja. Prema stupnju mehanizacije razlikujemo ručno rezanje (ručno rezanje), djelomično strojno, potpuno mehanizirano i automatizirano rezanje.

Osnovno načelo za rezanje plinom kisikom je u dvije faze:

1. Pretvorite metal u njegove okside (materijal nastao reakcijom s kisikom) tako da se više ne može spajati nakon što se skrutne.
2. Upotrebom plina kisika pod visokim pritiskom, uklanja te metalne okside da bi se formirao plinski rez.

Ovaj proces najbolje funkcionira za materijale kod kojih se lako mogu formirati metalni oksidi kao što je željezo (Fe) koji stvara željezni oksid kada se zagrijava u prisutnosti kisika. Što je viša temperatura zagrijavanja, to je veći broj formiranih oksida.

Tijekom rezanja plamenikom materijal se izgara toplinom plamena, a produkti izgaranja (metalni oksidi) izbacuju se mlazom kisika visoke kinetičke gustoće.

Princip procesa plamenog rezanja

• Zagrijavanje izratka potrebno je rezati plamenom grijanja do temperature paljenja u području djelotvorne zone mlaza kisika za rezanje. Temperatura paljenja ovisi o sadržaju ugljika u čeliku na 1150 °C do 1200 °C.
• Opskrba kisikom i time uvođenje izgaranja materijala unutar proreza, pri čemu egzotermna reakcija materijala s kisikom omogućuje oslobađanje značajnih količina topline.
• Ispuštanje spaljenog materijala (šljake) iz proreza pomoću reznog kisikovog mlaza.
• Zarez nastaje ravnomjernim kretanjem iznad obratka.

Zašto se nehrđajući čelik ili aluminij ne mogu rezati rezanjem plamenikom s kisikom?

Nehrđajući čelik i aluminij imaju oksidni sloj na svojoj vanjskoj površini, a temperatura taljenja ovih oksida mnogo je viša nego kod osnovnih metala.

Na primjer, točka taljenja aluminija je 660 stupnjeva Celzija (1220 °F), ali točka taljenja njegovog oksida je 2050 stupnjeva Celzija (3722 °F).

Ako ga pokušamo rezati plinskim rezanjem kisikom, mlaz kisika ili plamen ne mogu doprijeti do metala jer je prekriven čvrstim oksidnim slojem kao što je prikazano na donjoj slici.

Zbog toga aluminijski materijali nisu prikladni za plinsko rezanje. Drugi razlog je visoka toplinska vodljivost aluminijskog materijala.

Sličan je slučaj s nehrđajućim čelikom ili materijalom s visokim udjelom kroma jer krom stvara sloj kromovog oksida kada dođe u kontakt s kisikom u atmosferi.

Talište nehrđajućeg čelika je oko 1400-1450°C (2552-2642°F), dok je talište kromovog oksida 2435°C (4415°F).

Dakle, plamen neće moći prorezati oksidni sloj kao što je prikazano na donjoj slici.

Prije nego što rastalimo oksidni sloj, osnovni metal će se rastopiti i nećemo moći rezati materijal i to će samo rezultirati otrcanim izgledom rastaljenog područja.

Što je više legirajućih elemenata u čeliku, to je teže rezati materijal plamenom ili plamenikom pomoću plinova koji sadrže kisik.

Aluminij i njegove legure te nehrđajuće čelike također je teško rezati, jer oksidi aluminija i kroma imaju mnogo više talište od onih željeznih oksida.

Ovi visoko taljivi oksidi, koji su po prirodi vatrostalni, neprekidno se nakupljaju u prorezu dok se rezanje odvija i sprječavaju izlaganje svježeg željeza struji kisika za rezanje.

Stoga se za rezanje ovih teških metala koriste posebne tehnike rezanja kisikom uz korištenje metalnog praha ili kemijskog topitelja.

Za dobivanje čistih i učinkovitih rezova pri velikim brzinama u ovim metalima preferiraju se postupci lučnog rezanja.

Zašto je plameno rezanje lijevanog željeza teško?

Teško je rezati lijevano željezo normalnim postupkom s kisikom, zbog prisutnosti grafita i željeznog karbida koji sprječavaju oksidaciju željeza što je preduvjet za početak rezanja.

Zbog ovih elemenata, procesi rezanja plamenom ili rezanja kisikom ili kisikom ne mogu se koristiti za rezanje lijevanog željeza.

Rezanje lijevanog željeza kisikom

Rezanje lijevanog željeza također nije moguće s rezanjem plinom kisikom. Ovdje lijevano željezo znači materijal koji ima više od 2% ugljika.

Razlog je prisutnost grafita u mikrostrukturi. Temperatura taljenja grafita je 3600°C, dok je temperatura taljenja lijevanog željeza 1300°C (varira se ovisno o postotku ugljika).

Mnogi ljudi brkaju lijevano željezo s lijevanim čelikom. Lijevani čelik može se lako rezati rezanjem plinom kisikom jer je to običan ugljični čelik, ali u obliku lijeva.

Zbog toga se lijevani čelik lako reže plinskim rezanjem. Mikrostruktura nekih lijevanog željeza ne sadrži grafit i stoga ih je lako rezati plinskim rezanjem ili rezanjem plinom kisikom ili rezanjem plamenikom.

Kako rezati materijal ploče/cijevi od nehrđajućeg čelika?

Najbolja i najučinkovitija metoda za rezanje nehrđajućeg čelika ili aluminija je rezanje plazmom ili laserom. Mali rez se može napraviti pomoću reznog kotača u trgovini.

Rezanje vodenim mlazom još je jedna opcija koja ne proizvodi nikakav toplinski učinak u materijalima. Kod rezanja vodenim mlazom, visokotlačna struja vode zajedno s abrazivnim materijalom reže materijal.

Jednostavan trik za rezanje nehrđajućeg čelika u trgovini kada rezanje plazmom ili laserom nije dostupno.

Često se susrećemo s poteškoćama u trgovini kada nemamo lasersko ili plazma rezanje.

Rezanje reznim kotačem je dobro za male debljine, ali što ako morate rezati deblje dijelove, recimo ploču debljine 20 mm?

U takvim slučajevima, zavarivanje se može koristiti za rezanje materijala iako se koristi kao materijal za spajanje. Ono što trebate učiniti je uzeti elektrodu od 3,2 mm (1/8”) (najbolja je celulozna šipka – E6010/E6011, jer imaju visok pritisak luka), namjestiti stroj na jaku struju, recimo 200-250 ampera. Označite područje koje želite rezati i na njemu zavarite.

Zbog velike struje i topline, materijal će se rastopiti i stvoriti rez. Iako nije savršen rez poput lasera, lako i brzo možete rezati materijal. Samo malo izbrusite i bit ćete spremni.

TIG i MIG lučno rezanje

Normalni postupak TIG zavarivanja može se pretvoriti u postupak rezanja povećanjem struje i brzine protoka inertnog plina.

Umjereno velika brzina plina, koji je obično mješavina argona i vodika, otpuhuje rastaljeni metal stvarajući prorez. Koristeći struje u rasponu od 200-600 amp, nehrđajući čelik i aluminij do 13 mm debljine mogu se rezati s lakoćom. MIG postupak također se može koristiti za rezanje na sličan način.

S obzirom na trošak inertnog plina i elektroda, TIG i MIG postupci rezanja rijetko se koriste u industriji. Stoga se ne spominju u grafikonu.

Danas su najučinkovitiji i najčešće korišteni procesi rezanje plazmom i zračno rezanje ugljikom.

Preduvjeti za plameno rezanje

Kako bi se omogućio početak (egzotermnog) procesa stvaranja topline, materijal koji se reže mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:

1. Materijal zagrijan do temperature paljenja mora gorjeti u čistom kisiku. Ovaj zahtjev ispunjavaju svi metali s dovoljno visokim afinitetom prema kisiku; osobito ga dobro ispunjava čisto željezo.
2. Troska nastala izgaranjem mora biti tekuća, kako bi se pomoću kisika mogla otpuhati iz proreza. Posebno krom i silikon stvaraju viskoznu trosku.
3. Njegova temperatura paljenja mora biti niža od temperature taljenja. Temperatura paljenja konstrukcijskih čelika je približno 1200 °C, a talište tek oko 1500 °C. Takvi materijali stoga mogu gorjeti prije nego postanu tekući. S povećanjem sadržaja ugljika raste i temperatura gorenja, a smanjuje se temperatura taljenja. Za čelike s oko 1,6 % udjela ugljika ovaj zahtjev više nije ispunjen – materijal se topi prije nego što izgori. Stoga npr. alatni čelici i lijevano željezo nisu prikladni za plameno rezanje.
4. Temperatura taljenja oksida mora biti niža od temperature taljenja materijala. Neki metali i legirajući elementi tvore okside s visokim talištem. Tipičan primjer je aluminij. Talište mu je na 660 °C, a talište njegovog oksida na približno 2050 °C. Mlaz kisika ne može niti doprijeti do metala jer je prekriven čvrstim slojem oksida. Aluminijski materijali stoga nisu prikladni za plameno rezanje. Slično je i s kromom koji također stvara visokotaljive okside. Kako nikal ima samo nizak afinitet prema kisiku, ne doprinosi mnogo toplini izgaranja.
   To je razlog zašto nehrđajući CrNi čelici nisu prikladni za plameno rezanje. Također neki drugi legirajući elementi čelika kao što su silicij, mangan, volfram, molibden i bakar otežavaju – u velikim količinama – rezanje plamenom.
5. Oksidi koji se pojavljuju trebaju biti rijetki fluidi. Ako se tijekom izgaranja stvara troska koja je vrlo viskozna i stoga se ne može lako izbaciti iz proreza, rezanje plamenom može biti prirodno otežano. Na ovu karakteristiku također utječu krom i silicij.
6. Toplinska vodljivost materijala ne smije biti previsoka. Naime, ako se više topline rasipa kao što se dodaje tijekom izgaranja, proces rezanja zamire – posebno u dubljim slojevima materijala do kojih plamen grijanja ne dopire. Ovo stanje je slučaj s bakrom, na primjer.

Slični postovi

Open this in UX Builder to add and edit content