Кислородная резка основана на способности железа сгорать в струе чистого кислорода с выделением значительного количества тепла по реакции 3Fe + 202 = Fe304-

Из этого уравнения следует, что на сжигание 1 г железа расхо­дуется 0,38 г или 0,27 л кислорода, или на 1 см3 железа расхо­дуется 2,1 л кислорода. Действительный расход кислорода на 1 см3 железа в процессе резки может быть как выше, так и ниже ука­занного теоретического значения ввиду того, что часть металла выдувается из полости реза в неокисленном виде и вытекающий шлак содержит не только окислы, но и металлическое железо. Вы­деляемое при горении железа довольно значительное количество тепла оплавляет поверхность металла, и получающийся жидкий металл увлекается в шлак вместе с расплавленными окислами. При сгорании железа по реакции 3Fe + 202 = Fe304 выделяется тепла 265,5 кал/мол или 1580 ккал на 1 кг железа, а при сгорании по реакции Fe+ ‘/гОг = FeO—соответственно 64 кал/мол или 1160 ккйл на 1 кг железа. Количество тепла от сгорания железа при резке в 6—-8 раз превышает количество тепла, даваемое подогреватель­ным пламенем резака.

Железо или сталь не загораются, как известно, в кислороде при низких температурах, например, кислород хранится и перево­зится в стальных баллонах. Для начала горения металла в кисло­роде нужно подогреть металл, температура начала горения за­висит от состава металла и на­ходится в пределах 1000—1200°.

Температура начала горения повышается с увеличением со­держания углерода в металле, при одновременном понижении температуры плавления метал­ла. При увеличении содержания углерода сверх 0,7—0,8% горе­ние металла начинается при ча­стичном, а при более высоком содержании углерода лишь при полном расплавлении металла.

Настоящая высококачественная кислородная резка металла воз­можна лишь в том случае, если металл горит в твёрдом состоя­нии. Если же металл загорается лишь при расплавлении, то в процессе резки происходит зна­чительное расплавление и вытекание металла из полости реза, и рез получается широким и неровным, как при тепловых методах резки.

Процесс газокислородной резки можно представить следующим образом (фиг. 220). Смесь кислорода с горючим газом выходит из подогревательного мундштука резака и сгорает, образуя подогре­вательное пламя. Подогревательным пламенем металл нагревается до температуры начала горения, тогда подаётся технически чистый кислород по осевому каналу режущего мундштука. Режущий ки­
слород попадает на нагретый металл и зажигает его. Начинается горение металла, выделяющее значительное количество тепла, ко­торое, совместно с подогревательным пламенем, разогревает ниже­лежащие слои металла, и горение быстро распространяется в глу­бину на всю толщину металла, прожигая сквозное отверстие, через которое режущая струя кислорода выходит наружу, производя про­бивание металла. Если перемещать далее резак по прямой или кривой линии с надлежащей скоростью, то сжигание металла будет происходить по этой линии, производя разрезание металла.

Таким образом, кислородная резка складывается из нескольких процессов: подогрева металла, сжигания металла в струе кисло­рода, выдувания расплавленного шлака из полости реза. Подогре­вательное пламя обычно не тушится и горит на всём протяжении процесса резки, так как количество тепла, выделяемого при сжи­гании железа в кислороде, недостаточно для возмещения всех по­терь тепла зоны резки, и если подогревательное пламя потушить, то процесс резки быстро прекращается, металл охлаждается на­столько, что кислород перестаёт на него действовать, и реакция горения металла в кислороде прекращается.

Для возможности успешного проведения кислородной резки раз­резаемый металл должен удовлетворять определённым требованиям. Температура начала горения металла должна быть ниже темпера­туры его плавления, т. е. металл должен гореть в твёрдом нерас­плавленном состоянии. Температура плавления окислов металла, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плав­ления самого металла. В этом случае окислы легко выдуваются из полости реза и режущий кислород получает беспрепятственный доступ к нижележащим слоям металла. Теплота сгорания металла должна быть достаточно большой, иначе требуется слишком мощ­ное подогревательное пламя. Теплопроводность металла также имеет существенное значение; высокая теплопроводность усиливает охлаждение зоны резки и затрудняет необходимый подогрев метал­ла. Практически указанным условиям удовлетворяет лишь железа и его технические сплавы — стали. Все другие металлы, применяе­мые в технике, не удовлетворяют указанным условиям и не под­даются кислородной резке.

Чугун не режется вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры начала горения, он горит в кислороде в расплавленном состоянии, что исключает возможность получе­ния качественного реза. Медь не режется вследствие высокой тепло­проводности и малой теплоты сгорания. Алюминий не режется вследствие чрезмерной тугоплавкости образующегося окисла и т. д. Не режутся или плохо режутся стали высокоуглеродистые, высоко­легированные аустенитовые, высокохромистые и т. д. Металлы, не — поддающиеся нормальному процессу газокислородной резки, могут быть разрезаны кислородом с использованием специальных при­ёмов, рассмотренных ниже.

Большинство обычных марок сталей мало — и среднеуглеродистых и низколегированных режется без всяких затруднений и практи­чески без ограничений в толщине; кислородом могут быть разре­заны наибольшие толщины стали, применяющиеся на практике. Для резки необходим возможно более чистый кислород, даже не­значительное количество примесей заметно снижает скорость резки и сильно повышает расход кислорода. Нормально резка должна производиться кислородом со степенью чистоты не менее 99%. В ка­честве горючего газа для подогревательного пламени при кислород­ной резке с успехом может быть использован любой промышленный горючий газ, а также жидкие горючие — бензин, бензол, керосин и т. д.