Ontwerp en keuze van de punt/het mondstuk van autogene snijbranders

Tips voor het ontwerp/de keuze van de punt van autogene snijbranders

Deel 1 van een 2-delige serie

Bij het ontwerpen of kiezen van het mondstuk/de punt van een autogene snijbrander moet u rekening houden met verschillende factoren. We zullen enkele van de belangrijkste factoren bespreken waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van de juiste punt van autogene snijbranders.

De onderstaande lijst is echter niet volledig; er zijn nog meer factoren waarmee u rekening moet houden

1. de dikte van het te snijden staal
2. type snijboring (cilindrische boring of hoge snelheids-/divergente boring)
3. te gebruiken voorverwarmgas
4. type snijden dat moet worden uitgevoerd (vormsnijden, afschuinen etc.) en
5. kenmerken van het te snijden materiaal (materiaalsamenstelling, voorbewerkte plaat, walshuid etc.).

Er zijn nog andere factoren waarmee rekening moet worden gehouden, maar dit zijn waarschijnlijk de belangrijkste. Van alle factoren bij vlamsnijden zijn het mondstuk en de stroom snijzuurstof die eruit komt, verreweg de belangrijkste procesfactoren. De brander en de bijbehorende drukregelaars hebben niet veel invloed op het eigenlijke snijden.

Plaatdikte

Volgens de huidige opvattingen over snijden moet de boringdiameter van het snijmondstuk worden vergroot naarmate de plaatdikte toeneemt. De belangrijkste reden voor deze toename is het feit dat de kwaliteit/snelheid van de snijstroom afneemt naarmate de afstand tot de mondstukuitgang toeneemt. De snelheid van de snijdende zuurstofstroom is altijd ten minste sonisch (Mach=1) en wordt supersonisch hetzij in het mondstuk, hetzij na het mondstuk.

Soms wordt de term 'laminair' gebruikt om deze stroom te beschrijven, maar voor een supersonische stroom is dit geen geschikte term. De lengte dat de stroom 'goed' blijft, is een functie van de boringdiameter. Bij deze supersonische stroom is er een zogenaamde L/d-verhouding, dat wil zeggen de verhouding tussen de lengte van een goede snijstroom (L) en de mondstukdiameter (d); daarom neemt de werkelijke lengte van deze stroom toe naarmate de diameter van de boring groter wordt.

Hoewel u een 'extra groot' mondstuk kunt gebruiken om 'dun' materiaal te snijden, zal dit meestal leiden tot een vermindering van de kwaliteit en een toename van het snijzuurstofverbruik. Bij toename van de boringdiameter neemt ook de hoeveelheid snijzuurstof toe. Bij een vaste werkdruk neemt de stroomsnelheid/hoeveelheid snijzuurstof toe met het kwadraat van de diameter, d2. Met andere woorden: een kleine toename van de boringdiameter leidt tot een grote toename van de stroomsnelheid.

Daarom is het geen goed idee om een te groot mondstuk te gebruiken, omdat dit leidt tot een aanzienlijke stijging van de bedrijfskosten. Bij een 'veel te groot' mondstuk wordt de snede ook minder vierkant. Meestal wordt de snede een omgekeerde V, waarbij de onderkant van de kerf breder is dan de bovenkant van de kerf.

Boringontwerpen voor zuurstofsnijden

Momenteel zijn er twee basisboringontwerpen:

1. cilindrische boring en
2. divergerende boring (ook wel hogesnelheidsboring genoemd) (zie figuur 1).

De cilindrische boring wordt het meest gebruikt voor handmatig snijden en machinaal snijden van dunne materialen van 0,3 -0,9 cm, terwijl de divergerende boring meestal wordt gebruikt voor materiaal dat dikker is dan 0,9 cm. Omdat de meeste CNC-snijmachines tegenwoordig worden gebruikt voor zowel plasma- als gassnijden, snijden de meeste klanten dun materiaal met plasma en schakelen ze over van plasma naar gas bij 1,9 tot 2,5 cm dikke materialen. Het overgangspunt wordt meestal bepaald door het aantal geïnstalleerde plasmasnijbranders, het vermogen van deze snijbranders en het aantal geïnstalleerde autogene snijbranders.

Het bedrijfsverschil tussen deze twee zuurstofboringen is de druk die nodig is voor de beste werking. De cilindrische boring werkt het best bij ongeveer 40 psig, terwijl de divergerende boring het best werkt bij drukken tussen 75 en 100 psig. De werkelijke beste druk is een functie van de verhouding van de uitgangsmaat tot de keelmaat, dat wil zeggen de druk wordt bepaald door de fabrikant van de punt, afhankelijk van de gekozen verhouding. Deze drukken zijn de drukken die bij de inlaat van de snijbrander worden gemeten. Snijpunten werken meestal naar tevredenheid bij een druk van +/- 10 psig van de ontwerpdruk. Sommige gebruikers stellen deze waarden vast na een evaluatie voor hun specifieke omstandigheden. Opgemerkt moet worden dat de kerfbreedte zal toenemen naarmate de snijzuurstofdruk wordt verhoogd.

Effectief gebruikte mondstukken met divergerende boring hebben een hogere snijsnelheid vergeleken met mondstukken met een cilindrische boring en verbruiken ondanks hogere werkdrukken minder zuurstof per centimeter snede. In de onderstaande grafiek worden snijsnelheden voor deze twee typen mondstukken vergeleken.

Grafiek vlamsnijsnelheden - Klik voor een grotere weergave

Hoewel de werkelijke snelheden niet indrukwekkend zijn volgens plasmanormen, is het procentuele verschil tussen de twee typen indrukwekkend. Aangezien bij vlamsnijden altijd snelheden van minder dan 50 cm per minuut worden gebruikt, leidt een toename van 2,5 cm per minuut tot een significante procentuele toename van de productie.

In deel 2 van dit artikel bespreken we voorverwarmontwerpen van mondstukken voor de verschillende brandbare gassen en de vereisten voor afschuining in tegenstelling tot vormsnijden. We zullen ook verschillende omstandigheden bespreken die problemen met de snijkwaliteit kunnen veroorzaken.