Autogeen snijden – een van de oudste snijtechnieken in de metaalbewerking
Wat is brand snijden en hoe werkt het precies?
Autogeen brandsteken is een procédé voor het snijden van algemeen bouwstaal. Het wordt zowel handmatig (handbrander, meestal doorsnijden) als gemechaniseerd (brandsteekmachine, kwaliteitssneden) toegepast. Het autogene autogeen snijproces (gemechaniseerd) heeft aan belang ingeboet door de ontwikkeling van hoogwaardig staal en andere snijprocessen, zoals lasersnijden en plasmasnijden. Toch is het nog steeds een economisch snijproces voor plaatdiktes vanaf 20 mm. Autogeen branden is een verbrandings-/oxidatieproces (tijdens de oxidatie reageren metalen met zuurstof), waarbij een aanzienlijk deel van de voor het proces benodigde energie afkomstig is van de verbranding van het materiaal. Autogeen branden maakt het mogelijk om met meerdere snijbranders tegelijk te werken.
De verwarmingsvlam, een mengsel van brandbaar gas en zuurstof, verwarmt de snijplaats tot ontbrandingstemperatuur. Zodra deze is bereikt, wordt snijzuurstof toegevoegd en wordt het snijproces gestart. In de snijzuurstofstraal verbrandt het staal tot ijzeroxide (slakken). Door de druk en de uitstroomsnelheid van de snijzuurstofstraal worden de slakken uit de snijvoeg verdreven. Om het brandstootproces te kunnen uitvoeren, moet het staal "brandbaar" zijn. De basisvoorwaarde is dus dat de ontbrandingstemperatuur (~1.150 °C) lager is dan de smelttemperatuur (~1.500 °C).
Welk brandgas moet worden gebruikt – en heeft de zuiverheid van de zuurstof invloed op het proces?
Brandgassen voor het snijproces
Voor de verwarmingsvlam bij het brandsnijden kunnen de 'gebruikelijke' brandgassen worden gebruikt:
- acetyleen
- Propaan
- Aardgas (methaan)
- Ethyleen
Bij het gemechaniseerde brand snijproces is de economische efficiëntie een essentieel criterium, maar ook operationele omstandigheden, zoals gasvoorziening, gasprijzen, gasverbruik, enz. Voor het starten van het snijproces en het verdere brand snijproces is een krachtige verwarmingsvlam (brandgas) belangrijk.
De verbranding van koolwaterstofverbindingen verloopt in twee fasen. In de primaire vlam vindt een onvolledige verbranding plaats door de toegevoerde verwarmingszuurstof. Door de opname van zuurstof uit de omgevingslucht wordt het brandgas in de secundaire vlam volledig verbrand. De brandgassen verschillen in vlamtemperatuur en ontstekings- en verbrandingssnelheid en dus ook in het vermogen van de primaire vlam (kJ/cm2 . S).
Bij autogene processen is het effect van de primaire vlam van bijzonder belang.
Acetyleen
- Hoogste vlamtemperatuur en primaire vlamvermogen
- Hoge snijcapaciteit in vergelijking met andere brandgassen
- Bij een permanent gasverbruik > 500 l/h moeten meerdere gasflessen worden gekoppeld (flesbundel). Daarom is de gasvoorziening duurder dan bij propaan/ethyleen
Propaan
- Lagere primaire vlamvermogen; daardoor verminderde snijprestaties (vooral bij schuine sneden)
- Hoge opwarm- en doorboringstijden
- Het zuurstofverbruik voor de verwarmingsvlam is in vergelijking met acetyleen ongeveer vier keer hoger
- Propaan wordt in vloeibare toestand opgeslagen, waardoor er grotere hoeveelheden gas beschikbaar zijn
Taken van zuurstof
Snijzuurstof
Snijzuurstof is het procesgas en heeft de volgende taken:
- het staal oxideren (verbranden)
- de reactieproducten (slakken, ijzeroxiden) uit de snijvoeg verdrijven en zo de snijvoeg vormen
Verwarmingszuurstof
Verwarmingszuurstof is nodig voor het verbranden van het brandgas (verwarmingsvlam). Een hoog vlamvermogen zorgt voor efficiënter branden. De standaardzuiverheid/kwaliteit van de zuurstof is 99,5 vol% (2,5). Deze kwaliteit is voldoende voor het brandproces. Met een hogere zuurstofzuiverheid, bijvoorbeeld 99,95 vol% (3,5), wordt een hoger snijvermogen met een betere snijkwaliteit bereikt.
Het gasverbruik is afhankelijk van de grootte van de brander. Snijtabellen zijn belangrijke documenten om de snijkwaliteit en snijprestaties te garanderen – de basis voor het opstellen van parameters bij autogeen brandsteken.
Welke materialen kunnen worden gesneden en wat zegt het koolstofequivalent?
Materialen die voldoen aan de brandsnijvoorwaarden zijn:
- Ongelegeerd staal
- Laaggelegeerd staal
- Gietstaal
- Titanium
Snijbaarheid van staallegeringen:
Niet alleen het C-gehalte beïnvloedt de snijbaarheid, maar ook het aantal en de hoeveelheid andere legeringselementen:
Legeringselementen | Eigenschappen |
| Koolstof | Alle ongelegeerde, zuivere koolstofstaalsoorten, ook staalsoorten met max. 0,3% C. Een hoger C-gehalte vereist ook een hogere voorverwarmingstemperatuur, de bovengrens bij C is 2%. |
| Silicium | Staalsoorten met max. 2,5% Si, bij een maximaal C-gehalte van 0,25%. |
| Mangaan | Zuivere mangaanstaalsoorten tot 13% Mn en 1,3% C. |
| Chroom | Een hoger Cr-gehalte vermindert de snijbaarheid, max. Cr-gehalte 2,2%. Verwarmingsvlam bij brandsnijden met Cr-staal met een licht overschot aan acetyleen. |
| Nikkel | Staalsoorten met max. 5% Ni kunnen zonder problemen worden gesneden. |
| Koper | Staalsoorten met max. 0,7% Cu. |
| Wolfraam | Het W-gehalte mag maximaal 10% bedragen bij 0,8% C. |
| Molybdeen | Mo verslechtert de brandbaarheid, is vergelijkbaar met Cr. |
| Aluminium | Gebruikelijke Al-gehalten hebben geen invloed op de snijbaarheid. |
Koolstofequivalent CÄQ:
Ongeveer 80% van de constructiestaalsoorten kan zonder problemen, dus zonder extra verwarming, worden gesneden. Bij plaatdiktes > 30 mm moet voorverwarming worden overwogen. Voor het bepalen van de voorverwarming kan de koolstofequivalentformule worden gebruikt. Om te beoordelen vanaf welke plaatdikte of bij welk materiaal voorverwarming nodig is om verharding te voorkomen, kan het koolstofequivalent voor staal worden gebruikt.
Arbeidsveiligheid bij brandsnijden
Bij het brandsnijden kunnen verschillende gezondheidsrisico's optreden:
| TYP AV BELASTNING | BESKRIVNING AV GRÄNSVÄRDEN |
| Rook, stof | Door de reactie van zuurstof met staal of legeringen (oxiden) ontstaan rook en stof. Rook: is een gasvormig verbrandingsresidu dat roet en oxidepartikels kan bevatten. Stof: is een verzamelnaam voor fijn verdeelde vaste deeltjes in gassen, met name in de lucht. MAK-waarde: 5,0 mg/m³ |
| Nitrosen of stikstofoxiden (NOx) | Vanuit de verwarmingsvlam ontstaat een reactie van N₂ en O₂ (thermische NOx, NO + NO₂). MAK-waarde: NO₂: 3 ppm, NO: 25 ppm |
| Optische straling | De optische straling die afkomstig is van de verwarmingsvlam kan oogschade veroorzaken. Het dragen van een veiligheidsbril met beschermingsniveau 4-5 is verplicht. |
| Lawaai | Het geluidsniveau bij het brandsnijden, vooral met krachtige branders, kan hoger zijn dan 85 dB (blootstellingsgrenswaarde). Het wordt aanbevolen om gehoorbescherming te dragen. |
Schadelijke gassen, dampen, rook en stof moeten worden afgezogen, vooral in kleine ruimtes.