Voorverwarming en juiste afstelling van autogene snijbranders

Voorverwarming en juiste afstelling van autogene snijbranders

Instellingen en afstelling van autogene snijbranders

Een snijbrander is een apparaat dat de gecombineerde druk van een brandbaar gas en zuurstof gebruikt voor het snijden. Dit proces staat bekend als 'autogeen snijden'. Dit artikel beschrijft de procedures voor het afstellen van de vlam voor effectief autogeen snijden.

Voorverwarming

Voor vlamsnijden/zuurstofbranden is een sterke warmtebron nodig om de plaat zodanig te verwarmen dat deze kan worden gesneden/gebrand. Deze warmtebron wordt aangeduid als de 'voorwarmvlam'. De hele plaat hoeft niet te worden verwarmd, zelfs niet de bodem, alleen het gedeelte iets voor de snijreactie. Sommige plaatmaterialen moeten voor het snijden worden 'voorverwarmd' om te voorkomen dat ze tijdens het snijden barsten. Meestal gaat het daarbij om materialen met een koolstofgehalte van meer dan 0,25%. Dit is NIET de 'voorverwarming' die we bespreken. Sommige materialen moeten tot 370 °C worden voorverwarmd. Bij sommige andere materialen is een 'voorverwarming' nodig om een kwalitatief hoogwaardige snede te krijgen.

Voorverwarmgassen

Er worden talloze brandstoffen gebruikt voor het brandstof-zuurstofmengsel, dat ook wel 'Preheat' wordt genoemd. Elk van deze gassen heeft een bepaalde eigenschap die het aantrekkelijk maakt. Tot ongeveer 1970 was acetyleen de primaire brandstof, maar de stijgende kosten, het toenemend gebruik van plasma en de agressieve marketing voor andere brandstoffen hebben ervoor gezorgd dat het niet langer de eerste keus is, vooral wanneer ook plasma beschikbaar is. De meest gebruikte brandstoffen zijn tegenwoordig aardgas en propaan. Er zijn ook enkele mengsels van aardgas of propaan met een additief, waarvan wordt beweerd dat de gassen daardoor warmer worden. Als dat inderdaad het geval zou zijn, heeft dit echter weinig waarde omdat de snijsnelheden alleen bij dunnere materialen van 0,3 - 1,27 cm worden beperkt door het voorwarmvermogen (temperatuur). Bij dikkere materialen wordt de snijsnelheid beperkt door het vermogen van de snijdende zuurstofstroom, niet door de voorverwarming, zodat hogere vlamtemperaturen weinig of geen zin hebben.

Vlamtemperatuur

Zoals eerder vermeld, is het doel van de voorverwarmgassen de temperatuur van de plaat te verhogen, net voor de snede. Daarvoor is een hoge warmteoverdrachtssnelheid van de vlam naar de plaat vereist. De factoren die de gebruiker kan regelen om deze warmteoverdracht te bereiken, zijn:

  1. vlamtemperatuur
  2. hoeveelheid gebruikte voorverwarmgassen en
  3. afstand tussen punt en werkstuk.

De vlamtemperatuur wordt geregeld door de zuurstof-brandstofverhouding aan te passen. De onderstaande grafiek laat zien hoe de temperatuur wordt beïnvloed door deze verhouding. De voorverwarmhoeveelheid kan worden aangepast door verhoging of verlaging van de voorverwarmdrukken naar de brander. Een hoge druk leidt tot hoge stroomsnelheden, dat wil zeggen een voorverwarming met hoge snelheid. Een lage druk leidt tot een lage stromings-/voorverwarmingssnelheid. De gebruiker kan de zuurstof-brandstofverhouding aanpassen door naar de binnenste kegel van de vlam te kijken. Is deze binnenste kegel het kortst, maar heeft deze toch een zeer heldere uitstraling, dan is dit de hoogste vlamtemperatuur. Deze procedure kan worden gebruikt ongeacht de totale gasstroom.

Flame temperatures chart

De benodigde voorverwarmhoeveelheid is afhankelijk van de uit te voeren bewerking. Voor een doorsteekstart is een zeer hoge stroomsnelheid (bij de juiste zuurstof-brandstofverhouding) noodzakelijk, gevolgd door een aanzienlijk lagere stroomsnelheid (wederom bij de juiste zuurstof-brandstofverhouding) om continu te kunnen snijden. Deze voorverwarmcondities worden vaak Hi Preheat (hoge voorverwarming) en Lo Preheat (lage voorververwarming) genoemd. Een Hi Preheat die niet hoog genoeg is, leidt tot doorsteektijden van 20-120 seconden. De doorsteektijd is de tijd waarin Hi Preheat is ingeschakeld voordat de zuurstofsnijden wordt gestart. Wanneer de Hi Preheat goed wordt geregeld, kan de doorsteektijd bij materiaal van 1,27 tot 15 cm constant 10 seconden of minder zijn. Bij afschuining is altijd Hi Preheat vereist.

Problemen met voorverwarmen

Een goed afgestelde voorverwarming leidt tot een scherpe bovenrand en een slakvrije en scherpe onderrand. Soms, als de walshuid erg zwaar is, is een hogere voorverwarming nodig om de walshuid los te breken terwijl de voorrand van de snede goed verwarmd blijft. Bij te veel voorverwarmen ontstaat een afgeronde bovenrand en aanzienlijk meer slak. Vaak leidt deze toename in slak tot een snede die niet van de grondplaat valt. Soms is de slak zo taai dat het deel met een voorhamer uit de plaat moet worden geslagen.

Voorverwarmhoeveelheden

De werkelijke aanbevolen hoeveelheid (uitgedrukt in kubieke meter per uur/m³h) brandstof en zuurstof varieert per fabrikant van de tip en het doel van de tip. Meestal wordt voor vormsnijden uitgegaan van de volgende hoeveelheden: 17-34 m³h aardgas en 30,6-61,2 m³h zuurstof resp. 8,5-17 m³h propaan en 39-76,5 m³h zuurstof. De stroomsnelheden voor propyleen zijn ongeveer dezelfde als die voor propaan, maar met iets minder zuurstof. De voorverwarmhoeveelheden variëren afhankelijk van de oppervlaktecondities van de plaat, materiaalsamenstelling, vaardigheden van de gebruiker en vele andere factoren, waarop in dit korte artikel niet kan worden ingegaan. Vlamsnijden is zowel een kunst als een wetenschap.