Design e selezione della punta/dell'ugello della torcia a ossicombustibile

Consigli per il design/la selezione della punta della torcia a ossicombustibile

Parte 1 di una serie in due parti

Quando si progetta o si seleziona un ugello/una punta da taglio di una torcia per macchine a ossicombustibile, è necessario valutare diversi fattori. Esamineremo alcuni dei fattori chiave da considerare nella selezione della punta della torcia a ossicombustibile adeguata.

Di seguito sono illustrati diversi, ma non tutti, i fattori da considerare

1. lo spessore dell'acciaio da tagliare
2. il tipo di foro di taglio (foro cilindrico o foro ad alta velocità/divergente)
3. il gas di preriscaldamento da utilizzare
4. il tipo di taglio da eseguire (taglio sagomato, taglio smussato, ecc.) e
5. le caratteristiche del materiale da tagliare (composizione del materiale, lamiera trattata con primer, calamina, ecc.).

Vi sono altri parametri da considerare, ma quelli riportati in precedenza sono i principali. Di tutti i fattori da considerare per il taglio a fiamma, l'ugello e il flusso di ossigeno di taglio che ne fuoriesce sono di gran lunga gli elementi più importanti del processo. Né la torcia né i dispositivi di controllo della pressione associati hanno molto a che fare con il taglio vero e proprio.

Spessore della lamiera

Attualmente, nell'ambito del taglio è risaputo che è necessario aumentare il diametro del foro dell'ugello di taglio all'aumentare dello spessore della lamiera. Il motivo principale di questo aumento è il fatto che la qualità/velocità del flusso di taglio diminuisce all'aumentare della distanza dall'uscita dell'ugello. La velocità del flusso di ossigeno di taglio è sempre almeno sonica (Mach=1) e si espande a supersonica nell'ugello o nella parte inferiore rispetto all'ugello.

Per descrivere questo flusso, talvolta viene utilizzato il termine "laminare"; tuttavia, non è appropriato per un flusso supersonico. La lunghezza che consente di mantenere un flusso adeguato dipende dal diametro del foro. Con questo flusso supersonico, esiste una relazione L/d tra la lunghezza di un flusso di taglio (L) adeguato e il diametro dell'ugello (d); pertanto, la lunghezza effettiva di questo flusso aumenta all'aumentare del diametro del foro.

Sebbene sia possibile utilizzare un ugello "sovradimensionato" per tagliare materiale "sottile", in genere ciò comporta una riduzione della qualità e un aumento del consumo di ossigeno di taglio. All'aumentare del diametro del foro, aumenta anche la quantità di ossigeno di taglio. Per una pressione d'esercizio fissa, la portata/quantità di ossigeno di taglio aumenta di un valore pari al quadrato del diametro, d2, quindi un lieve aumento del diametro del foro determina un notevole aumento della portata.

Pertanto, il sovradimensionamento non è una buona idea in quanto comporta un aumento significativo dei costi operativi. Un sovradimensionato eccessivo riduce anche l'ortogonalità del taglio. In genere, il taglio prende forma di una "V" invertita con la parte inferiore del solco di taglio più larga della parte superiore.

Design del foro dell'ossigeno di taglio

Attualmente, sono disponibili due design di foro di base

1. foro cilindrico e
2. foro divergente (definito anche foro ad alta velocità) (vedere la figura 1).

Il foro cilindrico è più utilizzato per il taglio manuale e il taglio a macchina di materiali sottili (0,32-1 cm), mentre il foro divergente viene di solito utilizzato per materiale di spessore superiore a 1 cm. Poiché attualmente la maggior parte delle macchine da taglio CNC è dotata sia di taglio al plasma che a gas, la maggior parte dei clienti taglia materiale sottile con il plasma e passa dal plasma al gas con materiali di spessore da 1,9-2,5 cm. Lo spessore a cui effettuare il cambio è in genere determinato dal numero di torce al plasma installate, dalla potenza di queste torce e dal numero di torce a gas ossi-combustibile installate.

La differenza operativa di questi due diversi tipi di fori dell'ossigeno di taglio è la pressione richiesta per il miglior funzionamento. Il foro cilindrico funziona al meglio a circa 40 psig mentre il foro divergente funziona al meglio a pressioni comprese tra 75 e 100 psig. La pressione migliore effettiva dipende dal rapporto tra le dimensioni dell'uscita e le dimensioni della gola, quindi la pressione è determinata dal produttore della punta in base al rapporto scelto. Queste pressioni sono misurate all'ingresso della torcia. Le punte di taglio funzionano in genere in modo soddisfacente a pressioni di +/- 10 psig rispetto alla pressione del design. Alcuni operatori individuano queste condizioni speciali dopo una valutazione dei rispettivi requisiti. Va notato che la larghezza del solco di taglio aumenterà all'aumentare della pressione dell'ossigeno di taglio.

Gli ugelli per fori divergenti utilizzati in modo efficace hanno capacità di velocità di taglio più elevate rispetto agli ugelli per fori cilindrici e nonostante abbiano pressioni d'esercizio più elevate consumano meno ossigeno per piede di taglio. Nella tabella seguente vien illustrato un confronto generale delle velocità di taglio per questi due tipi di ugelli.

Grafico delle velocità di taglio a fiamma - Fare clic per ingrandirlo

Sebbene le velocità effettive non siano straordinarie per gli standard del plasma, la differenza percentuale tra i due stili è notevole. Poiché tutto il taglio a fiamma viene eseguito a velocità inferiori a 20 ipm, un aumento di 1 ipm comporta un significativo aumento percentuale della produzione.

Nella parte 2 di questo articolo, illustreremo i design di preriscaldamento degli ugelli per i vari gas combustibili e i requisiti per la smussatura rispetto al taglio sagomato. Illustreremo inoltre diverse condizioni che possono creare problemi di qualità del taglio.