При кислородното рязане материалът се нагрява до температурата на възпламеняване преди да бъде отрязан, което създава зона в съседство с линията на рязане, чиято металургична структура се променя. Тази зона се нарича термично засегната зона (HAZ), а нейната широчина и профил на твърдост пряко определят дали детайлът е подходящ за последваща обработка. В тази статия разглеждаме как се формира термично засегнатата зона при CNC кислородно рязане и как се контролира закаляването на ръба.

Какво е Термично Засегнатата Зона (HAZ)?

Термично засегнатата зона е тясната лента материал в съседство с линията на рязане, чиято зърнеста структура и механични свойства се променят поради високата топлина, генерирана от реакцията на окисление по време на рязане. Материалът в тази зона не се разтопява; но тъй като е кратко изложен на висока температура и след това бързо се охлажда, микроструктурата му се трансформира. При въглеродните стомани тази трансформация може да доведе до забележимо повишаване на твърдостта по ръба на разреза. В зависимост от метода на рязане, дебелината на материала и използваните параметри, широчината на HAZ обикновено варира от няколко десети от милиметъра до няколко милиметра.

Параметри, Влияещи върху Широчината на HAZ

Връзка между Скоростта на Рязане и Топлинния Внос

С намаляването на скоростта на рязане, топлината действа по-дълго върху един и същ участък от линията на рязане, което разширява термично засегнатата зона. От друга страна, прекалено бързото рязане може да попречи на пълното проникване, затова изборът на скорост трябва да балансира както качеството на рязане, така и широчината на HAZ. Когато настройките на параметри и скорост според дебелината са зададени правилно, широчината на HAZ остава в предвидими граници.

Време за Предварително Загряване и Разпределение на Температурата

Прекаленото удължаване на времето за предварително загряване кара по-голяма площ от материала да се нагрее преди началото на рязането, което разширява HAZ. Ограничаването на предварителното загряване до минимално необходимото време за съответната дебелина поддържа топлинния ефект концентриран по-близо до линията на рязане. Прекомерното предварително загряване може също да повлияе негативно на цялостния баланс между твърдост и жилавост на материала.

Дебелина на Материала и Съдържание на Въглерод

По-дебелите материали изискват по-голям общ топлинен внос, което разширява HAZ. Освен това стомани с по-високо съдържание на въглерод показват по-изразена тенденция към закаляване (образуване на мартензит) при бързо охлаждане; затова твърдостта на ръба след рязане трябва да се проверява специално при материали с висок въглероден еквивалент (CE). Подобна чувствителност се наблюдава и при нисколегирани високоякостни (HSLA) стомани.

Механизъм на Закаляване на Ръба

По време на рязане областта на ръба достига висока температура и след това бързо се охлажда от околния студен материал. Това бързо охлаждане може да доведе до образуване на твърда, крехка микроструктура (мартензит или бейнит), особено при среднo- и високовъглеродни стомани. При въглеродни стоманени листове с дебелина 30-40 мм, твърдостта, измерена по ръба на разреза, може да бъде забележимо по-висока от тази на основния материал. Закален ръб може да увеличи износването на инструмента при последващи операции по пробиване или обработка и в някои приложения създава риск от напукване.

Влиянието на HAZ и Закаляването на Ръба върху Последваща Обработка

При детайли, подготвени за заваряване, закалена зона по ръба може да повлияе негативно на качеството и проникването на заваръчния шев; затова при критични заварени съединения може да е необходимо ръбът на рязане да се шлайфа или отвъглеродява. По подобен начин, при операции по пробиване или нарязване на резба след рязане, закалената зона може да намали живота на инструмента и да удължи времето за обработка. Този ефект трябва да се вземе предвид при планирането на разходите, особено при серийно производство.

Методи за Намаляване на Широчината на HAZ

Последователност на Рязане и Управление на Топлината

Разположението на детайлите върху листа влияе на натрупването на топлина между съседни линии на рязане. Когато разрезите са разположени близо един до друг, материалът може да бъде отново изложен на топлина, преди да се охлади напълно, което кумулативно увеличава широчината на HAZ; затова пътят на рязане трябва да се планира така, че да ограничава натрупването на топлина. При по-големи детайли, промяната на последователността на рязане може да разпредели по-равномерно общия топлинен внос, намалявайки както широчината на HAZ, така и деформацията на детайла.

Сравнение с Алтернативни Методи

За проекти с тесни толеранси и висока чувствителност към HAZ, алтернативни методи като плазменото или фибро лазерното рязане могат да предложат по-малка термично засегната зона. Сравнението на кислородно, плазмено и фибро лазерно рязане разглежда подробно кой метод е най-подходящ за коя дебелина и толеранс.

Измерване на HAZ в Контрола на Качеството

При критични приложения, тестване на твърдостта (например по Vickers или Rockwell) на образци след рязане може да потвърди широчината на HAZ и профила на твърдост. Може да се направи и металографско сечение за изследване на микроструктурата, което визуално потвърждава границите на HAZ и промяната в микроструктурата. При серийно производство тези измервания се повтарят периодично, за да се установи навреме евентуално отклонение в параметрите.

Подходът на DMK Makina към Управление на HAZ при Кислородно Рязане

Базирана в Люлебургаз и обслужваща клиенти в регионите Тракия и Мармара, DMK Makina контролира топлинния внос и последователността на рязане при кислородно рязане на дебели детайли от въглеродна стомана, за да осигури предвидима широчина на термично засегнатата зона (HAZ) и твърдост на ръба. При критични проекти се предлагат и проверка на твърдостта след рязане, както и шлайфане на ръба при необходимост, за да се гарантира, че детайлите са подходящи за последващо заваряване или обработка.

Заключение

Термично засегнатата зона и закаляването на ръба пряко влияят върху годността на детайлите, произведени чрез кислородно рязане, за последваща обработка и заваряване. Правилното управление на скоростта на рязане, времето за предварително загряване и последователността на рязане поддържа широчината на HAZ ограничена и предвидима, подобрявайки както качеството на производство, така и разходната ефективност.