Wat is autogeen snijden?

Inzicht in de autogeen snijtechniek

Als u zich afvraagt, "Wat is autogeen snijden?", dan is het antwoord simpel. Het is een thermisch snijproces waarbij zuivere zuurstof en een brandbaar gas worden gebruikt om door materialen, zoals plaatstaal, te snijden.

De warmte van een autogene snijbrander wordt gebruikt om de temperatuur van het oppervlak of de rand van het staal te verhogen tot ongeveer 1800 °C. Zuurstof wordt vervolgens met een fijne stroom onder hoge druk naar het verwarmde gebied geleid. Het staal begint te oxideren en wordt weggeblazen om een holte te vormen. De hitte en de zuurstofstroom bewegen met een constante snelheid door het metaal.

De eigenlijke chemische reactie die plaatsvindt tijdens autogeen snijden wordt soms ook wel 'snel roesten' of 'snel, gecontroleerd roesten' genoemd, gewoon omdat het staal snel oxideert.

Het metaal

Autogeen snijden, dat ook wel 'snijbranden', 'toortssnijden' of 'vlamsnijden' genoemd, wordt veel gebruikt in veel industrietakken, maar alleen voor één metaal, namelijk staal. Het kan alle soorten en maten staal snijden in diktes van 0,5 mm tot 250 mm.

Met dit proces kan echter alleen metaal met oxiden met een lager smeltpunt dan het basismetaal zelf worden gesneden. Dit omvat koolstofarm, zacht staal en sommige laaggelegeerde staalsoorten. Anders vormt zich, zodra het metaal oxideert, een beschermende korst of het materiaal smelt en stroomt weg voordat het snijden kan plaatsvinden.

Zuurstof

De zuiverheid van de zuurstofbron beïnvloedt niet alleen de snijsnelheid, maar ook op de snijkwaliteit. Het mag niet minder dan 99,5% zuiver zijn.

Het ontwerp van de mondstukken is cruciaal om ervoor te zorgen dat de luchtstroom zuiver blijft. Het beschermt bijvoorbeeld de zuurstofstraal tegen het meesleuren van lucht, wat kan leiden tot luchtbellen of luchtopsluitingen in het metaal.

De gassen

Niet alle brandbare gassen zijn gelijk wanneer het gaat om een autogeen snijsysteem. De meest voorkomende gassen zijn propaan, acetyleen, propyleen, vloeibaar petroleumgas, MAPP (methylacetyleen-propadieen) en aardgas. Afhankelijk van de vlamtemperatuur en warmteverdeling kan het type gas factoren zoals randkwaliteit, doorsteektijd en snijsnelheid beïnvloeden.

Hier zijn enkele factoren die van invloed kunnen zijn op de keuze voor een specifiek brandbaar gas:

• Acetyleen: Acetyleen biedt de hoogste vlamtemperatuur van alle brandbare gassen. De doorsteektijd is daardoor ook korter. Ook is de vlam intensiever waardoor de grootte van de door warmte beïnvloede zone (HAZ) en de mate van vervorming worden verminderd.
• Propaan: Propaan heeft een lagere vlamtemperatuur dan acetyleen. De doorsteektijd is daarom langer dan bij acetyleen; de snijsnelheid is echter ongeveer hetzelfde.
• MAPP: MAPP is een mengsel van verschillende koolwaterstoffen, methylacetyleen en propadieen. Het wordt vaak gebruikt in plaats van acetyleen vanwege de meer gelijkmatig verdeelde warmtebron.
• Propyleen: Propyleen is een vloeibaar petroleumgas. Het heeft een vergelijkbare vlamtemperatuur als MAPP en vereist een injectiebrander voor de optimale warmtestroom en snedes. Daarbij wordt de warmte geconcentreerd op de buitenranden van de warmtekegel.
• Aardgas: Aardgas heeft de laagste vlamtemperatuur vergeleken met andere gassen. Daardoor duurt het doorsteken het langst.

Autogeen snijproces

Autogeen snijden is het meest kostenefficiënte proces voor het snijden van koolstofstaal. Het kan ook worden gecombineerd met plasmasnijden of waterstraalsnijden voor hetzelfde deel. Hier zijn de basisprincipes:

Stap 1: Voorverwarmen

Met behulp van voorwarmvlammen van een autogeenbrander wordt het staal verwarmd tot de zelfontbrandings- (of ontstekings)temperatuur van ongeveer 1800 °C. Het kan dan reageren met de zuurstof.

In de brander wordt het gas gemengd met zuurstof tot een licht ontvlambaar mengsel. Een mondstuk met meerdere, in een cirkel aangebrachte gaten zorgt ervoor dat het brandbare gasmengsel wordt geconcentreerd tot meerdere, kleine stralen. Het gas-zuurstofmengsel ontsteekt buiten het mondstuk en de voorwarmvlammen vormen zich net buiten de punt van het mondstuk.

Tijdens het proces kan de gas-zuurstofverhouding worden aangepast. Zo kan de hoogst mogelijke temperatuur worden bereikt met de kleinst mogelijke vlam. Dit zorgt voor meer controle en geconcentreerde warmte in een klein gebied op het staalplaatoppervlak.

Stap 2: Doorsteken

Doorsteken ('piercing') betekent gewoon de eerste doordringing in het te snijden oppervlak. Zodra het oppervlak of de rand van de plaat de zelfontbrandingstemperatuur heeft bereikt, wordt een zuurstofstraal ingeschakeld die begint met het doorsteken van de plaat. Dit wordt de 'snijzuurstof' genoemd.

De straal wordt gevormd door één gat in het midden van het mondstuk. Als de stroom snijzuurstof het voorverwarmde staal raakt, begint het snelle oxidatieproces.

Het oxidatieproces wordt ook wel als exotherme reactie aangeduid. Met andere woorden: het geeft meer warmte af dan nodig is om te starten. Het geoxideerde staal vormt vervolgens een smeltslak, die door de straal wordt weggeblazen, waardoor het door het materiaal kan steken.

Het doorsteekproces kan een fractie van een seconde of enkele seconden duren, afhankelijk van de dikte van de plaat. In die tijd dringt de stroom snijzuurstof steeds dieper door in de plaat. Tegelijkertijd wordt de smeltslak uit het doorsteekgat geblazen.

Als dit goed wordt uitgevoerd, ontstaat een kleine slak bovenop de plaat. Zo niet, dan kan zich een grote smeltslak ophopen.

Stap 3: Snijden

Zodra de snijdende zuurstofstroom zich een weg door de plaat heeft gebaand, kan de brander met een constante snelheid worden bewogen. Zo wordt een doorlopende snede gevormd. De snijpunt en de met de regelaars ingestelde gasstromen zijn afhankelijk van de dikte van het te snijden metaal.

Om de exotherme reactie te behouden, blijft de brander het staal tijdens het hele proces verwarmen, net voor de snede. De warmte waaraan de plaat wordt blootgesteld, is daarom continu, waardoor de brander voorwaarts kan blijven bewegen. Tegelijkertijd wordt de smeltslak uit de bodem van de plaat geblazen.

Hoewel dit de basisstappen van het proces zijn, zijn er vele andere factoren die een rol spelen. Daartoe behoren de snelheid, snijzuurstofdruk, afstelling van de voorwarmvlam, snijhoogte en plaattemperatuur. Al deze factoren kunnen de uiteindelijke kwaliteit van de snijrand beïnvloeden en dus het succes van uw autogeen snijden.