Титан имеет относительно высокую температуру плавления, равную 1680 °С, низкий коэффициент теплопроводности {а = = 15 Вт/м-К) [0,036 кал/(см-с-°С)]}, однако в отличие от хромо­никелевых сталей имеет невысокий коэффициент линейного расшире­ния (а = 8,5-10-6), в связи с чем в меньшей степени подвержен возникновению больших внутренних напряжений. С точки зрения разрезаемости титан полностью отвечает условиям газовой резки, имея сравнительно низкую температуру воспламенения в кислороде (начала интенсивного окисления, Тпл = 1100° С) и высокие тепло­вые эффекты образования окислов ТЮ2 [9,1 кДж/моль (216 ккал/г - мол)].

Титан — весьма активный элемент. Он интенсивно поглощает кислород, водород и азот Поглощение титаном кислорода начи­нается при температуре 400 °С, причем с дальнейшим повышением температуры интенсивность поглощения возрастает.

Технологически газовая резка титана и его сплавов никаких трудностей не встречает. Титан в силу своего большого сродства с кислородом режется со значительной скоростью, в несколько раз превышающей скорость резки низкоуглеродистой стали Процесс резки титана сопровождается сильным свечением зоны реакции, наподобие горящего магния

В связи с большой чувствительностью титана к перегреву зона теплового влияния газовой резки должна быть возможно мень­шей. С учетом сказанного следует отметить, что выпускаемые про­мышленностью для газовой резки стали резаки мало пригодны для резки тонких листов титана и его сплавов

Достаточно высокое качество разрезанных кромок титана малой толщины достигается применением подогревающего пламени пони­женной мощности, концентрированного нагрева и больших скоро­стей резки, намного превышающих скорости резки низкоуглеродис­той стали.

Примером резака, отвечающего приведенным выше условиям резки тонколистового титана (толщиной 3—15 мм), может служить модернизированный машинный резак, имеющий головку с двумя

мундштуками — наружным и внутренним, образующими кольце­образный канал горючей смеси, и уменьшенные проходные сечения инжектора, смесительной камеры и мундштуков.

Уменьшение проходных сечений достигается постановкой на ре­зак инжектора, смесительной камеры № 2 от серийной сварочной горелки и мундштуков (наружного и внутреннего) № 1 от ручного резака РР. В этом случае наружный диаметр внутреннего мундштука составляет 3 мм, а внутренний диаметр наружного мундштука 2 мм, что обеспечивает малые размеры щели для выхода горючей смеси, ширина которой составляет 0,5 мм, при наружном диаметре кольца 4 мм и внутреннем 3 мм. Диаметр центрального канала режущего кислорода при этом составляет

1,5 мм

Процесс резки целесообразно начинать в стороне от разре­заемого листа титанового спла­ва, на укладываемой впритык к нему технологической пла­стинке, толщина которой дол­жна быть в 2,5 раза меньше толщины разрезаемого сплава (табл 10).

Изменение структуры техни­ческого титана в кромке реза и в зоне теплового влияния вы­глядит следующим образом. Не­посредственно у кромки реза на глубине, не превышающей 0,1 мм, наблюдается светлая слаботра - | вящаяся зона игольчатой струк­

туры, так называемая зона альфирования, возникающая в резуль - [ тате насыщения металла кислородом и азотом. Далее следует зона

термического влияния, зона а'-фазы, также игольчатой структуры, аналогичной мартенситной структуре в стали.

Образование а'-фазы происходит в процессе фазовой пере­

кристаллизации при нагреве и последующем быстром охлаждении металла при резке

Высокая эффективность и незначительное тепловое влияние при газовой резке листовых титановых сплавов позволяют с успехом применять этот процесс при раскрое листов и при вырезке деталей простого и сложного контуров.

При газовой резке кромок под сварку последние можно обра­батывать наждачным кругом на глубину 0,2—0,3 мм, достаточную для гарантированного удаления альфированного слоя. При вырезке же особо ответственных деталей, в которых не допускается присут­ствия зоны теплового влияния резки, кромки обрабатывают механи­ческим путем на строгальных или фрезерных станках на глубину 1—1,2 мм

Сущность процесса При поверхностной кислородной резке струя кислорода направлена на поверхность металла под острым углом, составляющим 20—30° к поверхности металла (рис. 136).

Как процесс разделительной резки, поверхностная резка проте­кает при наличии подогревающего пламени резака, нагревающего металл в начале и в процессе резки.

Механизм образования канавки состоит в том, что направлен­ная под углом на нагретую поверхность металла струя кислорода при ее невысоком давлении и сравнительно небольшой скорости ис­течения деформируется и, вре­заясь на какую-то глубину в металл, выносит на его поверх­ность образовавшиеся жидкие шлаки.

Так как сечение струи зна­чительно меньше сечения обра­зуемой канавки, то, естественно, выносимый из канавки металл окисляется неравномерно. Слои металла, лежащие на пути ки­слородной струи, окисляются наиболее полно, а удаленные от нее — в меньшей степени. Именно этим объясняется высо­кий процент неокисленного железа в шлаке при кислородной поверхностной резке.

Устойчивый процесс поверхностной резки возможен только в том случае, если направление перемещения резака совпадает с на­правлением кислородной струи и остающаяся на поверхности ме­талла часть образовавшегося шлака перемещается под напором струи впереди режущего сопла в направлении канавки и нагревает металл. Если же резак перемещать в направлении, перпендикуляр­ном струе, то процесс резки прекратится из-за недостаточного про­грева передней грани образуемой канавки расплавленным шлаком, который в этом случае выносится струей на боковую стенку ка­навки.

При равномерном перемещении резака в направлении образуемой канавки после начала процесса резки подогревающее пламя резака может быть выключено. В этом случае будет иметь место только кислородная резка металла без участия других газов.

Существуют два основных способа поверхностной кислородной резки: строжка и обточка. В первом случае резак наподобие про­ходного резца совершает поступательное прямолинейное движение, в результате которого с поверхности металла снимается слой оп­ределенной ширины или вырезается круглая канавка. Слой с по­верхности металла может быть снят за несколько проходов одного

резака или за один проход нескольких резаков, укрепленных в суппорте механизированного устройства и имеющих смещение отно­сительно друг друга по ширине обрабатываемого участка. Во втором случае, т. е. при обработке изделия обточкой, резак наподобие токарного резца совершает поступательное движение вдоль образую­щей круглой вращающейся заготовки. В результате обточки с по­верхности тела вращения снимается слой металла определенной глу­бины. Этим способом можно нарезать ленточную резьбу, образовы­вать кольцевые канавки на изделиях цилиндрической формы и пр.

Область применения. Поверхностная резка находит широкое применение во многих отраслях металлургической и металлообра­батывающей промышленности. Наибольшее распространение она получила при удалении поверхностных дефектов на литье и прокате в сталеплавильном и прокатном производстве. Существуют так назы­ваемые огневые машины, которые устанавливаются в конвейерной цепи блюминга или слябинга и с помощью группы резаков без замед­ления процесса прокатки производят снятие равномерного слоя ме­талла одновременно по четырем граням обрабатываемого слитка.

Некоторое распространение поверхностная резка находит также при подготовке U-образных кромок листов под сварку и при вырезке корня сварного шва перед наложением подварочного валика.

Значительно меньшее распространение получили черновая об­точка цилиндрических изделий и выполнение ленточной резьбы на поверхности барабанов.

Резаки для поверхностной резки. Конструктивные особенности резаков для поверхностной резки следующие: увеличенные сечения каналов подогревающей системы и, в частности, сопл вследствие не­обходимости применения при больших скоростях резки более мощ­ного подогревающего пламени; увеличенное сечение кислородопро - вода резака и, в частности, цилиндрического канала режущего сопла; расположение мундштука под тупым углом к стволу резака; боль­шая дайна ручного резака, достигающая 1 м и более, связанная с удобством выполнения ручной поверхностной резки.

Существует несколько типов поверхностных резаков. Одни из нік служат для поверхностной резки холодного металла, другие — для резки металла в нагретом состоянии. Первые применяют для удаления местных дефектов на остывшем после литья или прокатки металле, для подготовки кромок листов под сварку, для удаления дефектов сварных швов и т. д. Вторые находят применение в метал­лургическом производстве при поверхностной резке (строжке) сталь­ных отливок и проката непосредственно после литья или прокатки, когда металл еще не остыл.

Поверхностные резаки бывают ручные и машинные. Последние находят применение главным образом при значительной протяжен­ности резов, например при подготовке U-образных кромок под сварку, при поверхностной резке (строжке) проката и т. д.

Техника поверхностей резки. Начальный нагрев металла до воспламенения осуществляют при наклоне мундштука на угол 70—

80° к поверхности металла. После того как металл нагрет, мунд­штук устанавливают под углом 10—30°, пускают струю режущего кислорода и перемещают резак с необходимой скоростью в задан­ном направлении.

При поверхностной резке массивных отливок или заготовок иногда для облегчения нагрева металла в начальной точке реза в зону пламени вводят конец прутка низкоуглеродистой проволоки диаметром 6—8 мм, расплавляют его на поверхности металла и, пустив струю режущего кислорода, воспламеняют. Выделившаяся при этом теплота способствует необходимому нагреву металла и более быстрому началу процесса резки.

Весьма распространенный прием — надрубка поверхности стали в точке начала резки. В этом случае необходимый разогрев металла достигается за счет быстрого нагрева и воспламенения в кисло­родной струе стружки, образованной на поверхности стали.

Процесс поверхностной резки требует вполне определенного соотношения мевду скоростью резки и расходом режущего кисло­рода. При чрезмерно больших скоростях резки или чрезмерно малых расходах кислорода количество шлака, образующегося при окисле­нии металла, оказывается недостаточным для подогрева металла впереди реза, и процесс резки прерывается. При слишком же малых скоростях резки или слишком больших расходах кислорода поверх­ность канавки получается волнистой, а образующийся в большом количестве шлак иногда заливает отверстия мундштука и гасит пламя.

Глубина образуемой канавки зависит от угла наклона мундш­тука. С увеличением этого угла глубина канавки увеличивается.

Большое влияние на глубину канавки, удельный расход кисло­рода и производительность резки оказывает чистота кислорода. Так, с повышением чистоты кислорода на 1 % (в пределах 97—99,5%) производительность резки увеличивается, а удельный расход кисло­рода снижается на 15—20%.

ГЛАВА XVIII