Mitä on polttoleikkaus?

Mitä on polttoleikkaus?

Polttoleikkaustekniikan ymmärtäminen

Jos mietit, mitä polttoleikkaus on, vastaus on yksinkertainen. Se on terminen leikkausprosessi, jossa käytetään puhdasta happea ja palavaa kaasua materiaalien, kuten teräslevyn, leikkaamiseen.

Polttoleikkauspolttimesta saatavaa lämpöä käytetään nostamaan teräksen pinnan tai reunan lämpötila syttymispisteeseen. Tämän jälkeen happi ohjataan lämmitetylle alueelle hienojakoisella, korkeapaineisella virtauksella. Teräs alkaa hapettua ja se puhalletaan pois muodostaen leikkausrailon. Lämpö ja happivirta liikkuvat tasaisella nopeudella ja leikkaavat metallia.

Varsinainen polttoleikkauksen aikana tapahtuva kemiallinen reaktio tunnetaan joskus nimellä "nopea ruostuminen" tai "nopea, hallittu ruostuminen" Tämä johtuu yksinkertaisesti siitä, että teräs hapettuu nopeasti.

Metalli

Polttoleikkausta käytetään laajalti monissa teollisuusympäristöissä, mutta vain yhdelle metallille - teräkselle. Sillä voidaan leikata kaiken muotoisia ja kokoisia teräksiä, joiden paksuus on 0,5 mm:stä 250 mm:iin.

Menetelmällä voidaan kuitenkin leikata vain metallia, jonka oksidien sulamispiste on alhaisempi kuin perusmetallin sulamispiste. Tähän kuuluvat niukkahiiliset teräkset, seosttamattomat teräkset ja jotkin niukkaseosteiset teräkset. Muuten metallin hapettuessa alkaa joko muodostua suojaava kuori tai materiaali sulaa ja valuu pois ennen kuin leikkaus voi tapahtua.

Happi

Hapen puhtaus vaikuttaa leikkausnopeuden lisäksi myös leikkauksen laatuun. Sen on oltava vähintään 99,5 % puhdasta.

Suuttimen muotoilulla on ratkaiseva merkitys, kun halutaan varmistaa ilmavirran pysyminen puhtaana. Se esimerkiksi suojaa happisuihkua ilman mukana kulkeutumiselta, joka voi johtaa ilmakuplien tai ilmataskujen muodostumiseen metalliin.

Kaasut

Kaikki polttokaasut eivät ole samanlaisia, kun kyseessä on polttoleikkausjärjestelmä. Yleisimpiä ovat propaani, asetyleeni, nestekaasu, MAPP (metyyliasetyleeni-propadieeni) ja maakaasu. Liekin lämpötilasta ja lämmönjakautumisesta riippuen kaasun tyyppi voi vaikuttaa muun muassa reunan laatuun, lävistysaikaan ja leikkausnopeuteen.

Seuraavassa on joitakin tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa siihen, miksi valitset tietyn polttokaasun:

  • Asetyleeni: Asetyleenin liekin lämpötila on kaikista polttokaasuista korkein. Se johtaa nopeampaan lävistykseen. Se tuottaa myös voimakkaamman liekin, mikä pienentää lämpövaikutusalueen (HAZ) kokoa ja muodonmuutoksia.
  • Propaani: Propaanin liekin lämpötila on alhaisempi kuin asetyleenin. Lävistäminen on siis hitaampaa kuin asetyleenillä; leikkausnopeus on kuitenkin suunnilleen sama.
  • MAPP: MAPP-kaasu on eri hiilivetyjen, metyyliasetyleenin ja propadieenin seos. Sitä käytetään yleisesti asetyleenin sijasta, koska se tarjoaa tasaisemmin jakautuneen lämmönlähteen.
  • Propyleeni: Propyleeni on nestemäinen maakaasutuote. Sen liekin lämpötila on samanlainen kuin MAPP:n, ja se vaatii injektoripolttimen optimaalisen lämpövirran ja leikkausten aikaansaamiseksi. Se toimii keskittämällä lämpöä lämpökartion ulkoreunoille.
  • Maakaasu: Maakaasun liekin lämpötila on alhaisin muihin kaasuihin verrattuna. Tämän vuoksi sen lävistymisaika on hitain.

Polttoleikkausprosessi

Hiiliteräksen polttoleikkaus on kustannustehokkain hiiliteräksen leikkausmenetelmä. Se voidaan myös yhdistää plasmaleikkaukseen tai vesisuihkuleikkaukseen samassa kappaleessa. Seuraavassa on esitetty toiminnan perusperiaatteet:

Vaihe 1: Esilämmitys

Polttoleikkauspolttimen esilämmitysliekkien avulla teräs kuumennetaan syttymislämpötilaan, joka on noin 1400 °C. Sen jälkeen se on valmis reagoimaan hapen kanssa.

Polttimessa palava kaasu sekoitetaan hapen kanssa, jolloin syntyy erittäin helposti syttyvä seos. Suutin, jossa on useita reikiä ympyrän muodossa, keskittää palavan kaasuseoksen useiden pienten suihkujen avulla. Palava kaasu-happiseos syttyy suuttimen ulkopuolella ja esilämmitysliekit muodostuvat aivan suuttimen kärjen ulkopuolelle.

Prosessin aikana palavan kaasun ja hapen suhdetta voidaan säätää. Tämä auttaa tuottamaan mahdollisimman korkean lämpötilan mahdollisimman pienessä liekissä. Tämän ansiosta lämpöä voidaan hallita paremmin ja se voidaan keskittää pienelle alueelle teräslevyn pinnalla.

Vaihe 2: Lävistys

Lävistyksellä tarkoitetaan yksinkertaisesti tunkeutumista leikattavaan pintaan. Kun levyn pinta tai reuna on saavuttanut syttymislämpötilan, happisuihku kytketään päälle ja se alkaa lävistää levyä. Tätä kutsutaan "leikkaushapeksi"

Suihku muodostetaan suuttimen keskellä olevalla reiällä. Kun leikkaushappivirta osuu esilämmitettyyn teräkseen, alkaa nopea hapettumisprosessi.

Hapettumisprosessia kutsutaan eksotermiseksi reaktioksi. Toisin sanoen se luovuttaa enemmän lämpöä kuin se tarvitsee käynnistymiseen. Tämän jälkeen hapettunut teräs muodostaa sulaa kuonaa, jonka suihku puhaltaa pois, jolloin se voi lävistää materiaalin.

Lävistysprosessi voi kestää sekunnin murto-osasta useisiin sekunteihin levyn paksuudesta riippuen. Tänä aikana leikkaushappivirta pyrkii työntymään yhä syvemmälle ja tunkeutumaan levyyn. Samalla sulaa kuonaa puhalletaan ulos lävistysreiästä.

Jos se tehdään oikein, levyn päälle muodostuu pieni kuonalammikko. Huolimaton työskentely voi kuitenkin roiskauttaa suuren määrän sulaa terästä.

Vaihe 3: Leikkaus

Kun leikkaushappivirta on päässyt levyn läpi, poltin voi alkaa liikkua vakionopeudella. Tämä muodostaa jatkuvan leikkauksen. Leikkaussuutin ja säätimiin asetetut kaasuvirrat säätelevät leikattavan metallin paksuutta.

Jotta eksoterminen reaktio pysyisi käynnissä, poltin pitää teräksen kuumennettuna juuri leikkauksen edessä koko prosessin ajan. Levyyn kohdistuva lämpö on siis jatkuvaa, joten polttimen on mahdollista jatkaa etenemistä. Samalla sula kuona puhalletaan ulos levyn pohjasta.

Vaikka nämä ovatkin prosessin perusvaiheet, siihen vaikuttavat monet muutkin tekijät. Näitä ovat nopeus, leikkaushapen paine, esilämmitysliekin säätö, leikkauskorkeus ja levyn lämpötila. Jokainen näistä voi vaikuttaa leikattavan seinämän lopulliseen laatuun ja määrittää polttoleikkauksen onnistumisen.