Voorverwarmontwerp van de punt/het mondstuk van autogene snijbranders

Voorverwarmontwerp van het mondstuk van autogene snijbranders

Deel 2 van een 2-delige serie

In de vorige blog over Ontwerp en keuze van de punt/het mondstuk van autogene snijbranders, bespraken we boringontwerpen van snijmondstukken en de vereisten voor verschillende plaatdiktes. In dit artikel bespreken we de verschillende mondstukontwerpen die nodig zijn voor de verschillende brandbare gassen.

Voorverwarmontwerp van het mondstuk

Op de Amerikaanse markt zijn de vier belangrijkste brandbare gassen 1) acetyleen, 2) propaan, 3) aardgas en 4) propyleen. Er zijn ook enkele additieven die worden gemengd met aardgas of propaan en die naar verluidt de snijprestaties van de machine zouden verbeteren; deze additieven veranderen echter niet het ontwerp van het mondstuk voor het brandbare basisgas. In tegenstelling tot het ontwerp van de snijzuurstofboring verandert het voorverwarmontwerp niet met de plaatdikte. Hieronder ziet u een foto van de drie voorverwarmontwerpen voor de vier brandbare gassen; voor aardgas en propaan wordt hetzelfde ontwerp gebruikt. Het verschillende ontwerp is noodzakelijk vanwege het verschil in vlamsnelheid van de verschillende gassen. Op deze foto is mondstuk 1) een acetyleenmondstuk, 2) een propaan-/aardgasmondstuk, 3) is een propyleenmondstuk en 4) weer een eendelig propaan-/aardgasmondstuk.

Het acetyleenmondstuk heeft een vlakke voorkant en geen vlamhoudende mantel. De vlamsnelheid van acetyleen is veel hoger dan die van de andere brandstoffen en alleen de interactie tussen de vlammen van aangrenzende, goed geplaatste voorverwarmingspoorten is voldoende om de vlam op het oppervlak van het mondstuk te houden bij de (stroom)snelheden die bij het snijden worden gebruikt. Merk op dat de mantel van nr. 3 korter is dan die van nr. 2, wat erop duidt dat de vlamsnelheid van propyleen hoger is dan die van NG/propaan. Daarom is de kortere mantel voldoende voor propyleen. De vlam wordt bij de NG/propaan- en propyleenmondstukken op zijn plaats gehouden dankzij de aangrenzende vlampoorten, de interactie van deze aangrenzende poorten en de interactie van de vlammen met de mantelwand.

Gebruik van het juiste voorverwarmontwerp van het mondstuk

Het juiste voorverwarmontwerp moet worden gekozen voor het voorverwarmgas dat wordt gebruikt, aangezien ernstige problemen kunnen optreden wanneer het verkeerde ontwerp wordt gebruikt. Het gebruik van acetyleen in mondstukken die zijn ontworpen voor aardgas/propaan of propyleen kan leiden tot aanhoudend terugbranden of ernstige oververhitting van de machinesnijbrander/-punt. Het gebruik van een niet-acetyleengas in acetyleenmondstukken is waarschijnlijk geen ernstig probleem, maar levert geen bruikbare vlam op omdat de vlam bij zeer lage stroomsnelheden van het mondstuk zal 'springen' en dus niet bruikbaar is. Mondstukken zullen meestal koeler zijn bij hoge voorverwarmstroomsnelheden omdat de hogere gasstroom de spuitmond meestal beter afkoelt dan lage stroomsnelheden.

Afschuining

Bij de meeste vlamsnijtoepassingen staat de snijbrander loodrecht op de plaat. Een uitzondering vormt het afschuinen waarbij de brander/het mondstuk in een hoek van 15� tot 60� ten opzichte van de plaat staat. Dit veroorzaakt 2 problemen: 1) vergroten van de te snijden plaatdikte en 2) verminderen van de effectiviteit van de voorverwarming. Wat de plaatdikte betreft, denk aan de cosinus van de hoek gedeeld door de plaatdikte voor de toename van de werkelijke snijlengte. Voor een afschuining van 45� neemt de snijlengte toe met 1,41 keer de plaatdikte. Voor de afschuining van een 5 cm dikke plaat in een hoek van 45�, moet u een mondstuk kiezen dat geschikt is voor ongeveer 7,5 cm of meer. Terwijl de snijlengte toeneemt naarmate de afschuinhoek groter wordt, neemt de effectiviteit van de voorverwarming zelfs nog dramatischer af.

Waarschijnlijk is te weinig voorverwarmen de meest voorkomende fout bij het afschuinen. Hierboven ziet u een foto van een 45� afschuining. U kunt zien dat de 127 tot 190 mm van de afschuining glad is, terwijl de rest herhaalde verticale groeven in het snijvlak vertoont. De meeste gebruikers vinden dit gegroefde oppervlak onaanvaardbaar.

Het eerste gedeelte was goed omdat er voldoende warmte in de plaat aanwezig was voordat met het snijden werd begonnen. Nadat de snede dit voorverwarmde gedeelte van de plaat 'inhaalt', verslechtert het snijoppervlak tot onaanvaardbaar. De oplossing voor dit probleem is een of meer van de volgende:

1. Verklein de afstand tussen punt en werkstuk tot waar de voorverwarmde binnenkegels de plaat raken
2. Verhoog de stroomsnelheid van de voorverwarmde gassen tot het maximum dat de punt toestaat
3. Zorg ervoor dat de zuurstof-brandstofverhouding juist is om de maximale vlamtemperaturen te garanderen
4. Gebruik een extra voorverwarmer

Deze foto toont een configuratie met drie snijbranders met ontstoken voorverwarmers. Het resulterende deel heeft een bovenrand van 45�, een neus en een 45� afschuining aan de onderkant. Snijbrander 1 is de hoofdbrander en vereist de meeste voorverwarming. Let op het verschil in de lengte van de voorverwarmkegels van snijbranders 1, 2 en 3. Snijbrander 2 is de tweede snijbrander en zorgt voor de neus/aansluitpunt. Deze snijbrander heeft weinig voorverwarming nodig en krijgt zelfs een deel van de benodigde verwarming van snijbrander 1. Snijbrander 3 snijdt de bovenste afschuining af en heeft in sommige gevallen meer voorverwarming nodig dan snijbrander 2, maar meestal niet meer dan snijbrander 1.

Als we nogmaals kijken naar de drie snijbranders, zijn de voorverwarmkegels van snijbrander 1 de langste, terwijl snijbrander 3 iets kortere kegels heeft vergeleken met snijbrander 1, maar langer dan snijbrander 2. Het is moeilijk om te veel voorverwarming op de schuine hoofdsnijbrander te krijgen, maar te veel voorverwarmen op de verticale snijbrander is relatief gemakkelijk. Te veel voorverwarmen zal in dit geval vaak leiden tot taaie slak op de bodem van de plaat, die moeilijk te verwijderen is.

Afschuinen levert meer problemen op dan typisch vormsnijden, maar met sommige nieuwe apparatuur op hedendaagse machines kunnen sommige van problemen worden verholpen.