[@DOLBO.BY]

Резка кислородным копьём

При частичном разрушении конструкций кроме механизированного инструмента (отбойных молотков, отрезных дисков) применяют установки термического воздействия — кислородное копье, порошково-кислородный резак и т.п.

Для прожигания отверстий в бетоне и железобетоне, а также для разделительной резки в промышленной практике используют кислородное или кислородно-порошковое копье.

Например, с помощью копьевой резки прожигались отверстия в бетонной плите, на которой был установлен реактор Чернобыльской атомной станции. Отверстия были необходимы для размещения датчиков, контролирующих температуру, радиационный фон и другие параметры в разрушенном реакторе.

Кислородное копье — стальная трубка необходимой длины, по которой пропускается кислород. Будучи предварительно нагретым до температуры 1350–1400 °С, рабочий конец копья после пуска кислорода начинает интенсивно окисляться (гореть), развивая температуру до 2000 °С. Для увеличения тепловой мощности копья внутрь трубки обычно закладывают стальные прутки, но иногда их прихватывают сваркой к наружной поверхности копья (рис. 1).

Рис. 1. Прутковые копья

Для начального нагрева копья используют обычно посторонние источники нагрева, например сварочную дугу или подогревающее пламя резака. В начальный момент, при зажигании копья, давление кислорода устанавливают небольшим, не более 0,05 МПа (0,5 кгс/см2), после же воспламенения трубки и установления устойчивого процесса давление кислорода поднимают до рабочего.
В процессе горения копье непрерывно укорачивается, причем в зависимости от толщины прожигаемого материала длина сгоревшей части трубки копья может быть в 5–25 раз больше длины прожигаемого отверстия. Обычно процесс прожигания кислородным копьем отверстий производят без применения подогревающего пламени.
Особенность прожигания отверстий в бетоне и железобетоне состоит в том, что для поддержания материала в месте контакта с копьем в расплавленном состоянии копье необходимо прижимать к обрабатываемому бетону.

Порошково-кислородное (кислородно-флюсовое) копье представляет собой стальную трубку с проходящими по ней кислородом и флюсом — мелкодисперсной смесью металлических порошков (железного и алюминиевого).
Так же, как и при кислородном копье, рабочий конец порошково-кислородного копья в начале процесса нагревают источником теплоты до температуры 1350–1400 °С, после чего в копье подают кислород и флюс.
На выходе из копья порошок воспламеняется, образуя ярко светящийся факел длиной до 50 мм с температурой 4000 °С и выше. Направляя факел копья на поверхность обрабатываемого материала, ее расплавляют и кислородной струей удаляют образующиеся шлаки. При резке металлов наряду с расплавлением имеет место и окисление основного металла.

Отверстия в бетоне и железобетоне порошково-кислородным копьем прожигают обычно в горизонтальном или наклонном снизу вверх направлении. Диаметр образуемого порошковым копьем отверстия зависит от диаметра копья, наличия или отсутствия вращательных движений копья и от удельных расходов кислорода и флюса. В результате получаются отверстия приблизительно круглой формы и составляет 30–90 мм.

Разделительную резку начинают от края разрезаемого материала или от начального сквозного отверстия внутри контура. Сущность процесса состоит в том, что, направляя факел копья на поверхность разрезаемого материала и совершая копьем возвратно–поступательных движения по касательной к передней грани реза (рис. 2), расплавляют поверхность материала факелом и удаляют расплавленный материал и шлаки струей кислорода.
Углубляя постепенно копье в разрез, прорезают материал насквозь, т. е. осуществляют разделительную резку. Ширина образуемого щелевого разреза в зависимости от толщины материала и диаметра копья может составлять 25–70 мм.

Рис. 2. Разделительная порошково–копьевая резка в нижнем положении

Резка порошковым копьем возможна во всех пространственных положениях независимо от толщины материала (для бетона и железобетона в пределах 3–3,5 м).

Рис. 3. Резка бетона и железобетона толщиной до 300 мм:
а — при направлении копья сверху вниз; б — при горизонтальном направлении


Рис. 4. Резка бетона и железобетона толщиной более 200 мм:
а — в горизонтальной плоскости и вертикальном направлении; б — в вертикальной плоскости и горизонтальном направлении

Рис. 5. Резка бетона и железобетона в вертикальной плоскости и вертикальном направлении:
а — при толщине разрезаемого материала до 300 мм; б — при толщине разрезаемого материала более 200 мм

Резку железобетона толщиной более 200 мм по схемам рис. 4, 5 осуществляют участками (рис. 6). Резку в пределах одного участка выполняют послойно (рис. 7).

Рис. 6. Схема резки «участками» бетона и железобетона толщиной более 200 мм

Рис. 7. Схема послойной резки бетона и железобетона толщиной до 200–300 мм и послойной резки отдельных участков при толщине материала более 200 мм

При разделительной резке железобетона важно начало процесса. В простейшем случае резку железобетона начинают от внешней кромки. Однако в практике весьма часты случаи, когда процесс приходится начинать внутри контура железобетонной стены или перекрытия.
Для этого необходимо иметь начальное отверстие диаметром 70–100 мм, которое можно получить как кислородным, так и порошково–кислородным копьем. При порошково–копьевой резке применяют стальные водо–газопроводные трубки с внутренними диаметрами 10 и 15 мм (ГОСТ 3262).

Один из основных параметров режима резки — удельный расход кислорода — зависит от удельного расхода и состава флюса, сечения копья, насыщенности бетона арматурой, а также от толщины разрезаемого железобетона.

При порошково–копьевой разделительной резке железобетона с применением флюса, состоящего из 80–85% Fe и 15–20% Al (по объему), на окисление трубки копья и флюса ориентировочно расходуется до 40% кислорода. Остальное количество его идет на удаление образующихся шлаков и непроизводительные потери.
Коэффициент полезного действия процесса прожигания в большей мере зависит от толщины разрезаемого железобетона, с увеличением которой наблюдается более полное использование кислорода и флюса за счет увеличения времени протекания реакций окисления. Следовательно, удельный расход части кислорода, идущей на окисление трубки копья и флюса при разделительной порошково–копьевой резке, уменьшается с увеличением толщины железобетона.
Однако практически для лучшего удаления шлака при резке больших толщин железобетона давление кислорода увеличивают, в результате чего (при сохранении постоянства проходных сечений кислородопровода) удельный расход кислорода с увеличением толщины разрезаемого железобетона возрастает.
Давление кислорода определяет в основном степень трудности удаления шлака, зависящая, в свою очередь, от толщины железобетона и направления процесса резки.
Так, если при резке железобетона толщиной 1500 мм в вертикальном направлении сверху вниз рабочее давление кислорода составляет 0,6 МПа (6 кгс/см2), то при резке железобетона той же толщины в горизонтальном направлении оно должно составлять не менее 1 МПа (10 кгс/см2).
Однако во избежание чрезмерно большого охлаждающего действия струи и непроизводительных потерь кислорода давление его даже при резке в горизонтальном направлении бетона толщиной до 2000 мм не должно превышать 1,4 МПа (14 кгс/см2).
Большое влияние на производительность резки оказывает также удельный расход флюса, изменение которого в пределах 24–48 кг/ч и более (при резке железобетона толщиной 150–1500 мм) изменяет скорость резки до 25–30%.