Thermisches Schneiden von Metallen (mit Diagramm)
Nach dem Lesen dieses Artikels lernen Sie anhand geeigneter Diagramme den Prozess des thermischen Trennens von Metallen kennen.
Das thermische Schneiden ist eine Familie von Prozessen, bei denen Wärme eines elektrischen Lichtbogens, Strahlungsenergie oder eine exotherme Reaktion zum Schmelzen oder Oxidieren eines Metalls mit einer beschleunigten Geschwindigkeit verwendet wird, um einen Schnitt zu erzielen. Es gibt eine Reihe von Verfahren, bei denen die Wärme des Lichtbogens zum Schneiden von Metallen genutzt wird. Dazu gehören abgeschirmter Metallbogen, Luftkohlenstoffbogen, Plasmabogen, Wolframgasbogen und Gasmetallbogen.
Elektronenstrahl und Laserstrahl nutzen die Strahlungsenergie, um Metalle zu schneiden. Eine Sauerstoff-Brenngasflamme wird in Verbindung mit einem Sauerstoffstrahl verwendet, um eine exotherme Oxidationsreaktion zu initiieren und aufrechtzuerhalten, die genügend Wärme erzeugt und das Abtrennen von Metallen, insbesondere Eisenlegierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, beeinflusst. Von diesen Prozessen sind Sauerstoffacetylen, Luftkohlenstoffbogen und Plasmabogen die drei wichtigsten thermischen Schneidprozesse, die in der Industrie verwendet werden.
Das 1887 erfundene Brennschneidverfahren mit Sauerstoffacetylen ist das am meisten verwendete Verfahren für das wirtschaftliche und Hochgeschwindigkeitsschneiden von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. In diesem Prozess wird ein in Abb. 2.58 gezeigter Gasschneidbrenner eingesetzt, der Ähnlichkeit mit einem Gasschweißbrenner hat.
Der Gasschneidbrenner stellt nicht nur ein Mittel zur Verfügung, um eine Oxy-Acetylen-Flamme zu erhalten, sondern hat auch einen separaten hebelgesteuerten Durchgang, um einen reinen Sauerstoffgasstrahl bereitzustellen, der auf das erhitzte Metall auftrifft, um eine Oxidation und Wärmeerzeugung durch die folgende Reaktion zu bewirken .
3Fe + 20 2 → Fe 3 O 4 + Wärme (1120 KJ / mol)
Die Einleitung der Reaktion ist jedoch nur möglich, wenn das zu schneidende Metall die Zündtemperatur von 870 ° C oder mehr für Stahl erreicht hat. Sobald die Reaktion initiiert ist, muss die Flamme nur noch aufrechterhalten werden, so dass eine neutrale Flamme mit niedriger Energie verwendet wird. Das Metall, das oxidiert wird (Fe 3 O 4 ), hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als der Einschnittpunkt von Stahl, so dass der Schnitt schneller als durch Schmelzen erzielt wird.
Der Sauerstoffstrahl hilft auch beim Ausblasen des oxidierten Metalls oder der Schlacke aus dem Schnitt oder der Schnittfuge.
Kommerziell wird das Oxy-Acetylen-Schneidverfahren zum Schneiden von Weich- und niedriglegierten Stählen für gerade oder konturierte Schnitte sowie für die Vorbereitung der Stoßkante zum Schweißen verwendet. Es findet auch eine begrenzte Verwendung beim Schneiden von Gusseisen und rostfreien Stählen, z. B. in Gießereien, um Tore und Riser usw. aus den Gussteilen zu entfernen.
Air Carbon Arc-Verfahren nutzt die Wärme, die durch einen elektrischen Lichtbogen zwischen einem Graphitstab und dem Werkstück erzeugt wird, um das Metall zu schmelzen und durch Druckluft aus dem Schnitt zu blasen, wodurch das Material auch teilweise oxidiert und somit der Schmelzpunkt gesenkt werden kann. Der Druckluftstrahl folgt normalerweise dem Bogen zum Ausblasen der Metallschmelze (siehe Abb. 2.59).
Das Verfahren wird zum Schneiden oder Trennen und Ausstechen der Metalle verwendet. Die meisten der Standard-Lichtbogenschweißstromquellen, sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom, mit einer Leerlaufspannung von 60 Volt können zum Schneiden von Luftkohlenstoffbogen verwendet werden. Die verwendeten Elektroden mit einer Länge von 150 bis 300 mm variieren im Durchmesser zwischen 4 und 25 mm. Es werden sowohl blanke als auch kupferbeschichtete Elektroden verwendet, der letztere Typ wird jedoch aufgrund seiner besseren Gleichförmigkeit der Furchen umfangreicher eingesetzt. Der verwendete Luftdruck beträgt 55 bis 70 N / cm 2 bei einer Luftströmungsrate von 85 bis 1415 Litern pro Minute.
Das Luftkohlenstoff-Lichtbogenverfahren wird häufig zum Einstechen, zur Vorbereitung der Stoßkante und zum Entfernen von fehlerhaftem Schweißgut verwendet. Es wird auch zum Abkratzen von Metallgegenständen verwendet.
Beim Plasmaschneiden wird das Metall durch Schmelzen mit einem Hochgeschwindigkeitsstrahl ionisierten heißen Gases getrennt. Die verwendete Ausrüstung ähnelt der für das Plasmabogenschweißen verwendeten Ausrüstung, jedoch ist der Gasdruck höher als beim Schweißen.
Der Plasmaschneidbrenner ist vom Typ mit übertragenem Plasma, wobei das Werkstück mit der Anode der Gleichstromquelle verbunden ist (siehe Abb. 2.60). Die verwendete Stromquelle ist vom Typ mit abfallender Volt-Ampere-Charakteristik mit einem Leerlaufspannungsbereich von 120 bis 400 Volt. Höhere OCV werden zum Schneiden dickerer Abschnitte verwendet. Der Ausgangsstrombereich beträgt normalerweise 70 bis 1000 Ampere.
Das zur Erzeugung eines Plasmastrahls verwendete Gas hängt von dem zu schneidenden Metall ab. Zum Beispiel kann Kohlenstoffstahl durch Druckluft geschnitten werden, während die meisten Nichteisenmetalle unter Verwendung von Stickstoff, Wasserstoff, Argon oder deren Mischungen geschnitten werden können.
Fast alle Metalle können durch Plasmaschneiden geschnitten werden, aber es ist besonders für das Schneiden von Aluminium und rostfreien Stählen geeignet. Es kann auch zum Stapelschneiden, Formschneiden und Plattenfasen verwendet werden.
Abgesehen von den drei oben beschriebenen Schneidverfahren werden gelegentlich auch andere thermische Schneidverfahren für spezifische Anwendungen verwendet, zum Beispiel kann ein abgeschirmter Metalllichtbogenprozess anstelle eines Kohlenstofflichtbogens zum Abkratzen verwendet werden. Dies erfordert jedoch die Verwendung eines höheren Stroms als beim Schweißen, obwohl die verwendete Ausrüstung sowohl beim Schweißen als auch beim Schneiden im Wesentlichen gleich bleibt.
Elektronenstrahl und Laserstrahl können auch zum Schneiden von Metallen verwendet werden, deren Verwendung jedoch aufgrund der hohen Anschaffungskosten der Ausrüstung begrenzt ist.
