DD148020A1

DD148020A1 - METHOD OF CUTTING AND REMOVING METALLIC MATERIALS

Info

Publication number: DD148020A1
Application number: DD21781379A
Authority: DD
Inventors: Karlheinz Mueller
Original assignee: Karlheinz Mueller
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1981-05-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Schneiden und Abtragen metallischer Werkstoffe, insbesondere zur Herstellung sehr schmaler Schnittfugen in Druckkammern oder unter Wasser. Ziel ist, den Einsatzbereich autogener Brennschneidverfahren entscheidend zu erweitern. Es sind Mittel vorzusehen, die es gestatten, dasz ein geschlossener paralleler Schneidstrahl aus fluessigem Sauerstoff als Schneid- oder Abtragwerkzeug einsetzbar ist, derart, dasz eine hoehere Leistung und Schneidqualitaet durch eine geringere Prozeszwaerme gewaehrleistet wird. Loesungsgemaesz erfolgt das Schneiden oder Abtragen des metallischen Werkstoffes durch einen Schneidstrahl aus fluessigem Sauerstoff, der mit einer Temperatur von weniger als 155K austritt, wobei auf ihn ein Umgebungsdruck von mindestens 52bar wirkt. Die sinnvolle Metalltrennung oder -abtragung erfolgt durch Distanzierung oder Neigung des Schneidstrahles zum Werkstueck und zur Lichtbogen- oder Plasmasaeule durch eine axiale, tangentiale oder radiale Einlenkung des Schneidstrahles in den Zuendherd. Bei schwerschneidbaren Werkstoffen oder Werkstoffkombinationen wird eine dem Schneidstrahl vorlaufende schnellabschmelzende Stahlelektrode verwendet.The invention relates to the cutting and removal of metallic materials, in particular for the production of very narrow kerfs in pressure chambers or under water. The aim is to decisively expand the field of application of autogenous flame cutting processes. Means shall be provided which allow a closed parallel cutting jet of liquid oxygen to be used as a cutting or ablation tool so as to ensure higher performance and cutting quality through a lesser process. According to the solution, cutting or removal of the metallic material takes place by means of a cutting jet of liquid oxygen which emerges at a temperature of less than 155 K, with an ambient pressure of at least 52 bar acting on it. The meaningful metal separation or removal takes place by distancing or tilting the cutting beam to the workpiece and the arc or plasma column by an axial, tangential or radial deflection of the cutting beam in the Zuendherd. In the case of difficult-to-cut materials or material combinations, a rapid-melting steel electrode leading the cutting jet is used.

Description

-4- 217 813 -4- 217 813

Anmelder :Applicant:

Karlheinz Müller, 409 Halle-Neustadt, 152/2/42Karlheinz Müller, 409 Halle-Neustadt, 152/2/42

Zustellungsbevollmächtigter : Authorized to:

LeIt-BfN "Schweißtechnik" im Zentralinstitut für Schweißtechnik der DDE 403 Halle, PSP 16LeIt-BfN "Welding Technology" at the Central Institute for Welding Technology of the DDE 403 Halle, PSP 16

Verfahren zum Schneiden und Abtragen metallischer Werkstoffe.Method for cutting and removing metallic materials.

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden und Abt-ragen metallischer Werkstoffe, vorzugsweise von Stählen mittels autogenen Brennschneidens, insbesondere zur Herstellung sehr schmaler Schnittfugen in Druckkammern oder unter Wasser.The invention relates to a method for cutting and Abt-ragen metallic materials, preferably steels by means of autogenous flame cutting, in particular for the production of very narrow kerfs in pressure chambers or under water.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of known technical solutions

ist bekannt, Brennschnittfugen in metallischen Werkstoffen mit Hilfe gasförmiger Sauerstoffstrahlen herzustellen. Zur Verminderung der Schnittfugenbreite auf wenige Millimeter sowie zur Erhöhung der Schneidleistung ist der erfolgreiche Versuch unternommen worden, durch Erhöhung des DüseneingangsdruckesIt is known to produce fuel-cut joints in metallic materials by means of gaseous oxygen jets. To reduce the kerf width to a few millimeters and to increase the cutting performance, the successful attempt has been made by increasing the nozzle inlet pressure

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die gasförmigen Schneidstrahlen bis auf etwa einen Durchmesser von 1 mm zu verkleinern und gleichzeitig die Strahlgeschwindigkeit Ms auf 650 m/s zu erhöhen. Mit Schneidstrahldurchmessern von einem Millimeter für dünne Werkstoffe (ca. 10 mm) und etwa zwei Millimeter für dickere Werkstoffe (ca. 100 mm) und den damit erzielbaren Schnittfugenbreiten von 1 bis 3 mm wurden bisher Leistungsgrenzen erreicht, die durch weitere Drucksteigerungen nicht mehr überschritten werden können.to reduce the gaseous cutting jets to a diameter of approximately 1 mm and at the same time to increase the jet velocity Ms to 650 m / s. With cutting jet diameters of one millimeter for thin materials (about 10 mm) and about two millimeters for thicker materials (about 100 mm) and the achievable kerf widths of 1 to 3 mm so far performance limits were reached, which are no longer exceeded by further pressure increases can.

Damit bleibt es den Anwendern der bekannten Trennverfahren (Plasmatrennverfahren liefern weit größere Schnittfugen als das Brennschneiden) versagt, die theoretisch nur weniger als einen Millimeter breite erforderliche Schnittfuge zum Lösen von Formschnitten auch praktisch auszunutzen. Dadurch ist es wiederum nicht möglich, die Wärmeeinbringung in die zu bearbeitenden Teile mit der Schnittfuge und damit der Menge des verbrannten Eisens so weit zu minimieren, daß das autogene Brennschneiden unmittelbar für die Fertigbearbeitung zerspanend bearbeiteter Teile hoher Maßgenauigkeit eingesetzt werden kann.Thus, it remains the users of the known separation processes (plasma separation process deliver far larger kerf than the flame cutting) failed to exploit the theoretically only less than a millimeter wide required kerf for solving form cuts also practically. As a result, it is again not possible to minimize the heat input into the parts to be machined with the kerf and thus the amount of burnt iron so far that the autogenous flame cutting can be used directly for finishing machining machined parts high dimensional accuracy.

Ein weiterer prinzipieller Nachteil von gasförmigen Schneidstrahlen zum autogenen Brennschneiden ist die für eine parallele Strahlausbildung erforderliche Schutzhülle des SchneidStrahles aus heißen Flammengasen oder leichtatomigen Schutzgasen. Da beim Brennschneiden diese Schutzgashülle nur bis zur Oberkante des zu schneidenden Werkstoffes gewährleistet werden kann, ist es mittels gasförmiger Schneidstrahlen auch nicht möglich, mehrere Werkstoffebenen untereinander mit guter Qualität zu trennen.A further principal disadvantage of gaseous cutting jets for autogenous flame cutting is the protective sheath of the cutting jet made of hot flame gases or light-weighted protective gases required for parallel beam formation. Since this Schutzgashülle can be guaranteed only to the upper edge of the material to be cut during flame cutting, it is also not possible by means of gaseous cutting jets to separate several levels of material among themselves with good quality.

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Nun ist es andererseits bekannt, nicht reaktionsfähige Flüssigkeitsstrahlen mit Düseneingangsdrücken bis 25.000 bar auf feste Werkstoffe zu richten. Dabei werden an der Aufprallstelle Energiekonzentratio-On the other hand, it is now known to direct non-reactive liquid jets with nozzle input pressures up to 25,000 bar to solid materials. At the point of impact, energy concentrates are

8 ? nen bis 10 W/cm erzielt. Erosive Abtragungen sind die Folge, können aber nur bei sehr spröden und sehr weichen Werkstoffen befriedigen.8th ? achieved up to 10 W / cm. Erosive erosion is the result, but can satisfy only very brittle and very soft materials.

Zur Leistungssteigerung beim Trennen von Stählen kann dieses Verfahren'jedoch nicht beitragen, zumal die erforderliche Energie zum Abtragen nur eines Kubik-However, this method can not contribute to an increase in performance when cutting steels, especially since the energy required to remove only one cubic meter of

Zentimeter Stahles mehr als 10' Ws beträgt. Das ist die zehnmillionenfache Energiemenge, die man für das Ausschmelzen oder Verdampfen der gleichen Menge Eisen benötigt.Centimeters of steel is more than 10 'Ws. That is ten million times the amount of energy needed to melt or evaporate the same amount of iron.

Das denkbare Ausbrennen des Fugenmateriales mit Hilfe von flüssigem Sauerstoff scheiterte bisher deshalb, weil der flüssige Sauerstoff in der Zuleitung und in der Düse in solchem Maße verdampft, daß eine Strahlausbildung annähernd zylindrischer Form unmöglich ist.The conceivable burnout of the joint material with the aid of liquid oxygen failed so far because the liquid oxygen in the feed line and in the nozzle evaporated to such an extent that a jet formation of approximately cylindrical shape is impossible.

Ziel der Erfindung Aim of the invention

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zu schaffen, welches unter Verringerung der Schnittfugenbreite und Reaktionswärmemenge das Schneiden und Abtragen metallischer Werkstoffe ermöglicht, wobei unter Verzicht einer Strahlumhüllung gegenüber der Flanimenerwärmung effektivere Anheizverfahren mit der Eisenverbrennung so kombiniert werden können, daß der Einsatzbereich autogener'Brennschneidverfahren entscheidend erweitert wird.The invention provides a method which, while reducing the kerf width and heat of reaction enables the cutting and removal of metallic materials, which can be combined with the iron combustion without sacrificing a jet enclosure over the Flanimenewärmung so that the field of use autogener'Brennschneidverfahren significantly expanded becomes.

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Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schneiden und Abtragen metallischer Werkstoffe zu entwickeln, wobei Mittel vorzusehen sind, die es gestatten, daß ein geschlossener paralleler Schneid strahl aus flüssigem Sauerstoff als Schneid- oder Abtragwerkzeug einsetzbar ist, derart, daß eine höhere Leistung und Schneidqualität durch eine geringere Prozeßwärme gewährleistet wird.The invention is therefore an object of the invention to provide a method for cutting and removal of metallic materials to be provided, which allow a closed parallel cutting beam of liquid oxygen as a cutting or Abtragwerkzeug can be used, such that a higher Performance and cutting quality is ensured by a lower process heat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schneiden oder Abtragen des metallischen Werkstoffes durch einen Schneidstrahl aus flüssigem Sauerstoff erfolgt, der mit einer Temperatur von weniger als 155 K austritt, wobei auf ihn ein Umgebungsdruck von mindestens 52 bar wirkt. Die Stabilisierung des vorzugsweise zylindrischen Schneidstrahles erfolgt allein durch den angegebenen Umgebungsdruck« Der erhöhte Druck auf die Reaktionszone hat gleichzeitig die Aufgabe, den Trennvorgang zu forcieren.According to the invention the object is achieved by a method which is characterized in that the cutting or removal of the metallic material by a cutting jet of liquid oxygen, which emerges at a temperature of less than 155 K, with an ambient pressure of at least 52 bar acts. The stabilization of the preferably cylindrical cutting jet is effected solely by the specified ambient pressure. "The increased pressure on the reaction zone also has the task of forcing the separation process.

Die sinnvolle Metalltrennung oder -abtragung erfolgt durch Distanzierung und Neigung des Schneid Strahles zum Werkstück und zur Lichtbogen- oder Plasmasäule durch eine axiale, tangentiale oder radiale Einlenkung des Schneidstrahles in den Zündherd.The sensible metal separation or removal takes place by distancing and tilt of the cutting beam to the workpiece and the arc or plasma column by an axial, tangential or radial deflection of the cutting beam into the ignition.

Zur Verbesserung der SchneidIeistung bei schwerschneidbaren Werkstoffen oder Werkstoffkombinationen wird eine dem Schneidstrahl vorlaufende schnellabschmelzende Stahlelektrode mit Lichtbogenstabilisatoren verwendet, wodurch ein gut schneidbarer Zündherd auf das zu trennende Werkstück aufgeschmolzen wird.To improve the cutting performance of difficult-to-cut materials or material combinations, a rapid-melting steel electrode leading to the cutting jet is used with arc stabilizers, whereby a well-cuttable ignition point is melted onto the workpiece to be cut.

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embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel, bei dem es sich um das Unterwasserschneiden in großen Tiefen handelt, näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail on an embodiment in which it is the underwater cutting at great depths.

Während es bisher nicht möglich war, in größeren Meerestiefen als 50 m thermische Schneidarbeiten durchzuführen, ist es nunmehr durch die erfindungsgemäße Lösung möglich, in größeren Tiefen fernbedient von der Wasseroberfläche oder einer Sonde Stähle zu trennen. Dazu wird an eine herkömmliche Pulverdraht-Schweißeinheit für das Ünterwasser-Pulverdraht-Schweißen eine Versorgungseinheit für Flüssigsauerstoff gekoppelt. Dabei bereitet die Ausführung des wärmeisolierten Sauerstoffbehälters auch für große Tiefen keinerlei Schwierigkeiten, ebensowenig wie der nicht näher beschriebene Druckaufbau zum Ausbilden eines SauerstoffStrahles.While it has not been possible to carry out thermal cutting work at sea depths greater than 50 m, it is now possible with the solution according to the invention to separate steels at greater depths remotely controlled from the water surface or from a probe. For this purpose, a liquid oxygen supply unit is coupled to a conventional powder wire welding unit for underwater powder-wire welding. The design of the heat-insulated oxygen tank prepares no difficulties even for great depths, just as little as the pressure buildup not described in more detail for forming an oxygen jet.

Bereits ein Überdruck von 20 bar genügt, um für einen Düsendurchmesser von 0,2 mm einen Schneidstrahl von 0,3 mm Dicke und ca. 120 mm Länge auszubilden. Dieser Schneidstrahl wird durch eine rohrförmige Düse im Abstand von 2 bis 8 mm von der Werkstückoberfläche in die vom abschmelzenden Pulverdraht gebildete Gasblase auf den schmelzflüssigen Zündherd gedrückt und der SchneidVorgang eingeleitet.Already an overpressure of 20 bar is sufficient to form a cutting jet of 0.3 mm thickness and about 120 mm length for a nozzle diameter of 0.2 mm. This cutting jet is pressed by a tubular nozzle at a distance of 2 to 8 mm from the workpiece surface into the gas bubble formed by the melting powder wire on the molten igniter and initiated the cutting process.

Claims

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invention claim

1. Method for cutting and removing metallic
Materials, preferably of steels by means of autogenous flame cutting, in particular for the production of very narrow kerfs in pressure chambers
or under water, characterized in that the cutting or removal of the metallic material is effected by a cutting jet of liquid oxygen which exits at a temperature of less than 155 K, with an ambient pressure of at least 52 bar acting on it »

2. Method for cutting and ablation of metallic
Materials, preferably of steels by means of autogenous flame cutting according to item 1, characterized in that a leading the cutting jet
Zündherd by means of an intense heat source, preferably by an arc or a Pla-smasäule a plasma torch, is formed and in
the ignition of the cutting beam axially, radially or
tangential to the plasma column is turnedo

3. Method for cutting and ablation of metallic
Materials, preferably of steels by means of autogenous flame cutting according to item 1, characterized in that in the case of difficult-to-cut materials or combinations of materials, the cutting jet leading quick-melting steel electrode with
Arc stabilizers is used.