DE2215538A1 - Verfahren zum Schutzgasbrennschneiden und Düsensystem zur Ausübung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zum Schutzgasbrennschneiden und Düsensystem zur Ausübung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutzgasbrennschneiden mit einer den Schneidsauerstoffßtrahl koaxial umhüllenden Schutzgasströmung sowie ein Düsensystem zur Ausübung dieses Verfahrens.
• Beim Brennschneiden finden bisher die drei Gasmischprinzipiell Inåektor-, Düsen- und Atißenmischung Verwendung. In der Reihenfolge dieser Prinzipien treten in der Praxis vor allem die Nachteile der ungenügenden Rückschlagsicherheit, der hohen Düsenfertigungskosten und der groBen Anwärmzeit auf.
• Besonders bei der Außenmischung liegt der Bedarf an Heizsauerstoff und Brenngas lzverhältnismäßig hoch.
• Der Einsatz von Preßluft statt Heizsauerstoff führte nicht zu den erwarteten Einsparungen. Es wurde deshalb zur besseren Ausnutzung des Schneidsauerstoffstrahles die sogenannte Sauerstoffvorhangdüse eingeführt, die eine Vermischung des Schneidsauerstoffes mit den Gasen der Heizflamme unterbinden sollte, indem eine den Schneidsauerstoffstrahl konzentrisch umhüllende Sauerstoffströmung im Unterschallbereich vorgesehen wurde.
• Der Nachteil dieser Verfahrensweise ist in der geringen Reichweite des Sauerstoffschutzes begründet. Da als Schneid- und Schutzgas das gleiche Medium zum Einsatz gelangt, ist die erzielte Schutzwirkung ohnedies gering.
• Aus diesem Grunde wurden als Schutzgase neben Sauerstoff bereits brennbare Gase, Stickstoff und Preßluft eingesetzt. Die brennbaren Gase bezogen dabei den für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoff aus dem Schneidsauerstoffstrahl undSoder der Umgebungs luft.
• Jedoch gelang es auch mit diesen Mitteln nicht, die Brennschneidkosten, welche wesentlich durch die Gaskosten bestimmt werden, erheblich zu senken.
• Zweck der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und die zur Ausübung dieses Verfahrens geeigneten technischen Mittel zu entwickeln, mit welchen die Brennschneidkosten bei Einhaltung der sicherheitstechnischen Forderungen weiter zu senken sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schneidsauerstoffstrahl mit einem solchen gasförmigen Medium zu schützen, das die Vermischung des Schneidsauerstoffes mit der Umgebungsluft über eine maximale Länge des Schneidstrahles weitestgehend verhindert und eine für die Durchführung eines störungsfreien Brennschnittes erforderliche Heizleistung in das Werkstück einbringt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Schutzgasstrom durch ein Gas mit einer wesentlich geringeren Gasdichte als der des Sauerstoffschneidstrahles gebildet wird Zu diesem Zweck wird symmetrisch oder asymmetrisch sowie koaxial zum Sauerstoffschneidstrahl Preßluft zugeführt, die vor, in oder nach Verlassen des Schneidbrenners aul eine Temperatur von 2000 bis 40000 aufgeheizt wird. Die Wärmeenergie ist der Preßluft mit bekannten Mitteln mit Hilfe elektrischer Heizungen oder Verbrennung brennbarer Medien, wie Gase oder Flüssigkeiten zuzuführen.
• Das wärmen des metallischen Werkstoffes an der Anschnittstelle erfolgt unmittelbar vor Beginn des Schneidvorganges, also vor dem Öffnen des Schneidsauerstoffventiles durch eine Autogenflamme. Der Anwärmvorgang erfolgt zweckmäßig mit Hilfe einer an sich bekannten Heizflamme, die von einem Gemisch eines brennbaren Gases und Preßluft gespeist wird. Nach dem Einsetzen des Schneidvorganges durch Öffnen des Schneidsauerstoffventiles wird der Zustrom des brennbaren Gases durch Schließen eines entsprechenden Ventiles gänzlich gedrosseit, so daß allein der Preßluftzustrom aufrechterhalten wird und nunmehr die Funktion' des Schutzgases für den Schneidsauerstoffstrom übernimmt.
• Um die Schutzwirkung der Schutzgasströmung zu erzielen, ist ein besonderes Düsensystem einzusetzen, das ein Abreißen der Schutzgasströmung von der Düsenmündung und das Einsaugen von Schutzgas in den Schneidsauerstoffstrahlkern verhindert.
• Das Düsensystem besitzt symmetrisch oder asymmetrisch sowie koaxial zur Schneidsauerstoff-Düsenbohrung angeordnete Schutzgas-Düsenbohrungen, deren Mündungen mit der der Schneidsauerstoff-Düsenbohrung in einer Ebene liegen. Vor der Mündung erhält die Schneidsauerstoff-Düsenbohrung eine zweifache Düsenbohrungserweiterung.
• Die Länge der letzten Erweiterung ist im Bereich von 3 bis 30 mm festzulegen.
• In Abhängigkeit vom Eleinstdüsendurchmesser und vom Schneidsauerstoffdruck sind die Düsenbohrungserweiterungen durch und zu bestimmen.
• Bei Einhaltung der Bedingung dk = da und einem Mindestabstand der Mündungen von Schneidsauerstoff-Düsenbohrung und Schutzgas-Düsenbohrung von 2 mm nimmt die Konstante k den Wert von 0,5 bis 1,5 insbesondere aber 1,0 ein.
• Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist die absolute Rückschlagsicherheit während des Schneidvorganges, die Senkung der Gaskosten gegenüber dem konventionellen Autogenbrennschnitt und die Erhöhung der Schneidleistung des Schneidstrahles, insbesondere bei größeren Werkstoffdicken.
• Die' Erfindung soll nachstehend an einem Ausfhhrungsbeispiel näher. erläutert werden.
• Die dazugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch das Düsensystem für das Schutzgasschneiden mit Preßluft.
• Der Schneid sauerstoff tritt in die Schneidsauerstoff-Düsenbohrung 1 mit dem Schneidsauerstoffdruck P55 = 8 kp/cm ein, durchläuft den kleinsten Düsendurohmesser der Schneidsauerstoff-Düsenbohrung 1 und erweitert sich im Überschall-Geschwindigkeitsbereich in der ersten Düsenerweiterung mit dem Durchmesser da der sich mit der Konstante k = 1 zu bestimmt.
• Die nachfolgende Düsenerweiterung dz wird mit und einer Länge h1 = 15 mm bemessen. Hier erfolgt eine Verwirbelung an der Oberfläche des Schneidsauerstoffstrahles, so daß der Uberschall-Schneidsauerstoffkern beim Verlassen der Mündung 4 der Schneidsauerstoff-1)üsenbohrung 1 von einer langsam strömenden Unterschall-Oberflächenströmung umrillgt wird.
• Der Abstand a der Mündungen 3; 4 von Schneidsauerstoff-Düsenbohrung 1 und Schutzgasdüsenbohrungen 2 wird mit 2 mm festgelegt, wobei diese symmetrisch und koaxial zur Schneidsauerstoff-Düsenbohrung 1 angeordnet sind.
• Bei dem Vorheizen der Anschnittstelle wird den Schutzgas-Düsenbohrungen ein Azetylen-Preßluft-Gemisch zugeführt, das bei der Verbrennung die zum Anschnitt erfor derliche Wärmeenergie aufzubringen gestattet.
• Nachdem der Schneidvorgang durch Öffnen des Schneidsauerstoftv#entils eingeleitet ist, wird das Azetylenventil geschlossen, wodurch die erhitzte Preßluft die Funktion des Schutzgases übernimmt.
• Die hohe Temperatur der Preßluft von etwa 1 0000 C führt zur erheblichen Verminderung der Gasdichte, so daß der Schneidsauerstoffstrahlkern von der Atmosphäre isoliert wird.

Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zum um Schutzgasbrennschneiden von metallischen Werkstoffen mit einer symmetrischen oder asymmetrischen koaxialen Schutzgasströmung, die um den Schneidsauerstoffstrahl strömt, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas vor und/oder in und/oder nach dem Schneidbrenner mit Hilfe von elektrischer oder durch Verbrennung brennbarer Gase auf eine Temperatur von 2000 bis 40000 C erhitzte Preßluft verwendet wird.

2. Verfahren zum Schutzgasbrennschneiden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwärmung des metallischen Werkstoffes an der Anschnittstelle unmittelbar vor dem Schneidvorgang mittels einer Autogenflamme erfolgt.

3. Verfahren zum Schutzgasbrennschneiden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwa'rmur## in bekannter Weise mit einer Heizflamme erfolgt, die von einem Gemisch eines brennbaren Gases und Preßluft gespeist wird, wobei nach der Einleitung des Schneidvorganges durch den Schneidsauerstoffstrahl der Strom des brennbaren Gases gänzlich gedrosselt wird.

4. Düsensystem zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmig um eine zentralliegende Schneidsauerstoff-Düsenbohrung (1) symmetrisch oder asymmetrisch eine oder mehrere Schutzgas-Düsenbohrungen (2) angeordnet sind, deren Yfiindungen (3) in einer gemeinsamen Ebene mit der Mündung (4) der Schneidsauerstoff-Düsenbohrung (1) liegen, wobei diese vor der Mündung (4) eine zweifache Düsenbohrungserweiterung (da; ds) mit einer Länge (h1) der letzten Düsenbohrungserweiterung (ds) von 3 bis 30 mm besitzt und deren Durchmesser (da; d5) in Abhängigkeit vom Schneidsauerstoffdruck (P55) und dem Kleinstdüsendurchmesser (dk) durch das Verhältnis und bestimmt ist, wobei die Konstante k den Wert 0,5 bis 1,5, insbesondere 1,0 bei der Bedingung dk = da einnimmt und der Abstand a zwischen den Mündungen (3; 4) der Schutzgas-Düsenbohrung (2) der Schneidsauerstoff-Düsenbohrung (1) nicht unter 2 mm beträgt. Leerseite