Ръбът на детайл, отделен чрез кислородно рязане, е материал, различен от това, което изглежда на пръв поглед. Високата температура, възникваща по време на рязане, трайно променя вътрешната структура на стоманата в тясна лента непосредствено до линията на рязане. Тази лента, наречена топлинно засегната зона (ТЗЗ), не се вижда с невъоръжено око, но пряко влияе на последващите операции по заваряване, огъване и механична обработка. В тази статия разглеждаме защо се появява ТЗЗ, какви рискове създава и как се управлява.

Какъв топлинен процес представлява кислородното рязане?

Кислородното рязане работи по принцип, различен от другите термични методи: тук материалът се разделя не чрез топене, а чрез изгаряне. Първо пламъкът загрява повърхността на стоманата до температура на запалване; след това се впръсква високочист режещ кислород и стоманата се окислява и изгаря. Получилият се разтопен оксид се изхвърля от изреза под налягането на кислородната струя.

Този процес отдава значително количество топлина в зоната около линията на рязане. С напредването на рязането тази зона първо бързо се загрява, а след това бързо се охлажда, тъй като околният студен материал поглъща топлината. Този цикъл на нагряване-охлаждане, подобно на термична обработка, преоформя вътрешната структура на стоманата.

Какво е топлинно засегнатата зона?

ТЗЗ е лентата, простираща се навътре в материала от ръба на рязане, чиято вътрешна структура е променена заради топлината. Тази зона не се е разтопила, но заради достатъчното загряване и бързото охлаждане се е трансформирала в различна металургична структура.

Основният механизъм тук е следният: когато стоманата достигне висока температура, вътрешната ѝ структура се трансформира, а последващото бързо охлаждане не позволява връщането ѝ към мека форма, в резултат на което се образува твърда, крехка структура. Твърдостта по ръба на рязане може значително да надвиши твърдостта на основния материал.

Основните фактори, определящи широчината на ТЗЗ, са:

- Дебелина на материала: дебелият материал поглъща топлината по-бързо, охлаждането е по-рязко
- Скорост на рязане: бавното рязане отдава повече топлина и разширява ТЗЗ
- Мощност и продължителност на предварителния пламък
- Химичен състав на стоманата, особено съдържанието на въглерод
- Температура на околната среда и началната температура на листа

Въглероден еквивалент: числото, определящо риска

Най-практичният показател, определящ доколко ще се втвърди дадена стомана след рязане, е въглеродният еквивалент. Тази стойност обобщава в едно число приноса на въглерода и другите легиращи елементи към втвърдяването.

При меки конструктивни стомани с нисък въглероден еквивалент втвърдяването на ТЗЗ обикновено не създава проблем. С повишаването на тази стойност се увеличават втвърдяването на ръба и рискът от напукване; над определен праг предварителното загряване става задължително. Затова при рязането на дебели и високовъглеродни стомани прегледът на сертификата на материала предотвратява проблеми, които биха възникнали по-късно.

Какви проблеми създава ТЗЗ?

Втвърденият ръб на рязане се проявява на няколко различни етапа:

- При заваряване: твърдият и крехък ръб повишава риска от студена пукнатина
- При огъване: ако огъването се извърши от втвърден и охрупкавен ръб, се образува пукнатина
- При механична обработка: твърдият ръб бързо затъпява режещия инструмент
- При умора: крехката зона може да бъде начална точка за пукнатина
- При пробиване: свредлото не може да напредне в твърдия ръб или се чупи

Особено критично е това преди заваряване. Ако заваръчен ъгъл, подготвен чрез термично рязане, се заварява директно с втвърдената си повърхност, рискът от пукнатина значително се повишава.

Контрол на ТЗЗ чрез предварително загряване

Най-ефективният метод за контрол на твърдостта на ТЗЗ е предварителното загряване. Когато материалът се загрее преди рязането, скоростта на охлаждане след рязането намалява и образуването на твърда структура се предотвратява до голяма степен.

Предварителното загряване е особено необходимо в следните случаи: при стомани с висок въглероден еквивалент, при дебели сечения, при рязане при ниска температура на околната среда и при детайли, които ще бъдат заварени след рязането. Загряването трябва да бъде хомогенно по цялата линия на рязане и по дебелината на материала — загряването само на повърхността не е достатъчно. Температурата трябва да се проверява с контактен термометър или термочувствителна боя.

Бавното охлаждане след рязането служи на същата цел. Изолираното бавно охлаждане на детайла, вместо поставянето му на студен под или излагането му на вятър, понижава твърдостта и намалява остатъчното напрежение.

Технологичен допълнителен материал: практическо решение

При критични приложения най-надеждният подход е пълното отстраняване на втвърдения ръб. Начинът за това е изрязването на детайла малко по-голям от финалния размер и отстраняването на зоната, обхващаща ТЗЗ, чрез механична обработка или шлифоване.

Оставеният допълнителен материал трябва да обхваща дълбочината на ТЗЗ; тази дълбочина варира според дебелината и материала. Този подход носи допълнителни разходи за обработка, но предотвратява много по-скъпи проблеми като заваръчна пукнатина или счупване при огъване. При повърхности, върху които ще се подготвя заваръчен ъгъл, леко шлифоване на ръба на рязане обикновено е достатъчно и с ниска себестойност.

Кислородното рязане има и топлинно предимство

Макар ТЗЗ да изглежда като недостатък, тя не променя позицията на кислородното рязане при дебели сечения. При много дебели въглеродни стомани кислородното рязане продължава да бъде както икономически, така и технически най-подходящият метод. Въпросът тук не е да се избягва методът, а ТЗЗ да се третира като известен и планиран параметър. Когато предварително е известно какво ще се прави след рязането, ТЗЗ е управляем въпрос.

CNC кислородно рязане с DMK Makina

DMK Makina, в базата си в Люлебургаз, оценява заедно класа на материала и последващите операции при проектите за кислородно рязане на дебела ламарина. При необходимост се прилага предварително загряване, планира се подходящ технологичен допълнителен материал за ръбовете, които ще се заваряват, и детайлът се охлажда контролирано. Сме до вас за вашите нужди от рязане на дебела ламарина в регионите Тракия и Мармара.