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Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen oder
Brennschneiden von Metallen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweissen oder Brennschnei- den von Metallen, bei welchem dem Brenner ein gasförmiger Heizstoff und Sauerstoff zugeführt wird.
Während bei den als Gasschweissen bekannten Verfahren die Metalle unter der Einwirkung der beim Verbrennen des Heizgas-Sauerstoffgemisches entwickelten Hitze durch einen örtlich begrenzten Schmelzfluss vereinigt werden, wobei meist auch ein zusätzlicher Werkstoff eingeschlossen wird, basiert das Brennschneiden von Metallen, auch Autogenes-Brennschneiden genannt, auf der Oxydation des Werkstückes. Dabei wird dasselbe an derSchneidfuge durch eine Vorwärmflamme auf die Zündtemperatur erwärmt und im scharfen Sauerstoffstrahl verbrannt, wobei die kinetische Energie des Sauerstoffstrahles so gross sein muss, dass das sich bildende und verflüssigte Oxyd aus der Schneidfuge herausgeschleudert wird.
Um einestrukturänderung des Metalles beim Arbeitsvorgang möglichst zu vermeiden und beim Brennschneiden einen regelmässigen, sauberen Schnitt zu erhalten muss in bekannter Weise vor allem auf die Reinheit des Heizgases, vorzugsweise Azetylen, und des Sauerstoffes Bedacht genommen werden. Wichtig sind weiters das Mischverhältnis zwischen den beiden Gasen, der aufgewendete Druck sowie die Grösse der Flamme.
Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus ist es natürlich erwünscht, die Betriebskosten möglichst zu senken, was besonders durch Verminderung des Verbrauches von Heizgas und Sauerstoff sowie durch Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit erreichbar ist.
Es wurde daher auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zwei getrennte Sauerstoffstrahlen verwendet werden, u. zw. ein Strahl mit gasförmigem Sauerstoff, welcher mit einem Brenngas gemischt, der Vorwärmung des Werkstückes dient, und ein zweiter Strahl mit flüssigem Sauerstoff, der erst im unteren Bereich der Sehneidfläche auf das derVorwärmung dienendeGasgemisch trifft. Aber auch dieses Verfahren konnte vor allem deshalb nicht völlig befriedigen, weil die zu seiner Anwendung erforderlichen Vorrichtungen zu kompliziert und verhältnismässig teuer waren und zu ihrer vorsichtigen Bedienung nur wirklich erfahrene Fachkräfte verwendet werden können.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, welches die aufgezeigten Mängel vermeidet und eine erhebliche Vergrösserung der Arbeitsgeschwindigkeit, einen ökonomischen Verbrauch an Heizgas und Sauerstoff, die Beibehaltung der Eigenschaften des bearbeiteten Metalles, die vollkommene Entfernung der Schlacke und die Vermeidung von zusätzlichen Arbeitsgängen gewährleistet.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass der gasförmige Heizstoff noch vor der Zuführung zum Brenner mit flüssigem Heizstoff in feinst verteilter Form gemischt wird.
Nach einem Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens wird ausser der ersten Brennzone am Brenneraustritt eine zweite Brennzone im Inneren des zu schneidenden Metalles mit Hilfe eines zusätzlich dem Heizstoffgemisch zugeführten Sauerstoffstrahles gebildet, der eine genügend hohe Temperatur über die ganze Dicke des zu schneidenden Metalles aufrechthält.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. mit einem Brenner, dem aus einem Druckbehälter gasförmiger Heizstoff und über eine andere Leitung Sauerstoff zugeführt wird. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter in seinem unteren Teil flüssigen und darüber in seinem oberen Teil gasförmigen Heizstoff enthält und durch ein Verteilerventil verschliessbar ist, an welches ein im Inneren des Behälters bis kurz vor dessen Boden sich erstrecken-
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des Tauchrohr angeschlossen ist, dessen Wand unterhalb des Verteilers im Bereich das gasförmigen Heiz- stoffes Durchbrechungen aufweist,
so dass sich der im Tauchrohr durch den im oberen Teil des Behälters herrschenden Druck hochgebrachte flüssige Heizstoff mit dem durch die Durchbrechungen gedrückten gas- förmigen Heizstoff mischt und gegen den Ventilaustritt in fein verteilter Form mitgerissen wird und im
Brenner mit dem zugeführten Sauerstoff vermengt.
Gemäss weiteren Merkmalen der Erfindung empfiehlt es sich, den inneren Durchmesser im oberen Be- reich des Tauchrohres in Nähe der sich diametral gegenüberliegenden Durchbrechungen grösser als den inneren Durchmesser im unteren Teil des Tauchrohres und den Querschnitt jeder der in den Wänden des
Tauchrohres diametral gegenüberliegenden Durchbrechungen, welche der Zerstäubung der im Tauchrohr hochgedrückten Flüssigkeit dienen, grösser als den Querschnitt der. unteren Öffnung des Tauchrohres zu wählen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines. Ausführungsbeispieles, welches in der Zeichnung dar-- gestellt ist, näher erläutert. In dieser zeigtFig. 1 in schematischer Darstellung den an einen Schneidbrenner angeschlossenen, durch ein Verteilerventil abschliessbaren Druckbehälter für den Heizstoff, Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Tauchrohr im vergrösserten Massstab und Fig. 3 in schematischer Darstellung die ge- gen das Werkstück gerichteten Düsen des Schneidbrenners in Arbeitsstellung.
Fig. 1 zeigt einen an einen üblichen Schneidbrenner l. angeschlossenenDruckbehälter 2 für den Heiz- stoff. Zwecks besserer Übersicht sind die zum Brenner führenden Zuleitungen für den Sauerstoff weggelassen. Der Druckbehälter 2 enthält. in seinem unteren Bereich 3 den Heizstoff in flüssiger Form, der auch verschiedene Zusatzstoffe zur Erzielung bestimmter Eigenschaften enthalten kann. Über dem flüssigen Heizstoff im oberen Bereich 4 des Behälters 2 befindet sich der gasförmige Heizstoff. Der Druckbehälter 2 ist durch ein Verteilerventil 5 abscbliessbar. Im Inneren des Druckbehälters 2 reicht ein vom Ventil 5 bis nahe dem Boden 6 sich erstreckendes, am unteren Ende vorzugsweise mit einem Filter versehenes Tauchrohr 7.
Unterhalb des Ventiles 5, im Bereich 4 für den gasförmigen Heizstoff, ist die Wand des Tauchrohres 7 mit diametral sich gegenüberliegenden Durchbrechungen 8 versehen. Durch den im Bereich 4 herrschenden Überdruck wird der flüssige Heizstoff bei Öffnung des Ventiles 5 im Tauchrohr 7 hochgedrückt, mischt sich mit dem durch die Durchbrechungen 8 gedrückten gasförmigen Heizstoff und wird von diesem in fein verteilter Form gegen das Verteilerventil 5 und durch dieses in die Mischkammer des Schneidbrenners 1 mitgerissen, wo sich das Heizstoffgemisch mit dem in diese zugeleiteten Sauerstoff vermengt und durch eine Düse 9 unter einem einstellbaren Druck auf die Verbrauchstelle gerichtet wird.
Bei dem in Fig. 2 im vergrösserten Massstab gezeigten Tauchrohr 7 handelt es sich um eine besonders vorteilhafte Ausführung desselben. Der obere Bereich des Tauchrohres 7, in Nähe der sich diametral gegenüberliegenden Durchbrechungen 8 weist eine Bohrung 10 auf, deren Durchmesser grösser als jener der Bohrung 11 an seinem unteren Ende ist. Ebenso ist der Querschnitt jeder der in der Wandung des Tauchrohres 7 diametral gegenüberliegenden Durchbrechungen 8 grösser als der Querschnitt der unteren Bohrung 11.
Fig. 2 zeigt in schematischer Weise auch, dass der flüssige Heizstoff bei Öffnung des Ventiles 5 unter dem Druck des gasförmigen Heizstoffes bisin den erweiterten Bereich der Bohrung 10 steigt, wo er sich mit dem durch die Durchbrechungen 8 gedrückten gasförmigen Heizstoff in fein verteilter Form in einem vorbe- stimmten Verhältnis mischt. Das Mischungsverhältnis wird durch die Querschnitte der Tauchrohrbohrung 11 und derDurchbrechungen 8 bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Druckbehälter für 30 kg Heizstoff beträgt, z.
B. der Querschnitt der Durchbrechungen 13, 2 mm2 und der Querschnitt der unteren Öffnung des Tauchrohres 11, 3 mm
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung den beim Zerschneiden eines Metallstückes 12 in Arbeitstellung befindlichen Schneidbrenner 1. Das aus dem Druckbehälter 2 in den Schneidbrenner 1 gelangte Gemisch von gasförmigem und flüssigem Heizstoff in fein verteilter Form vermengt sich mit dem zugeführ- ten Sauerstoff und bildet beim Austritt aus dem Brenner 1 eine primäre Brennzone 13, deren Flamme 14 das Metallstück 12 auf eine genügend hohe Anfangstemperatur erhitzt.
Hierauf wird ein zweiter Sauerstoffstrahl 15 unter einem erhöhten, einstellbaren Druck aus dem Schneidbrenner 1 gegen das zu zerschneidende Metallstück 12 zur Einwirkung gebracht, der eine Oxydation desselben herbeiführt und das unter der Hitze schmelzende Oxyd als Schlacke yvegbläst, wobei sich im Inneren des Metallstückes 12 eine praktisch über dessen ganze Dicke sich erstreckende, kontinuierliche Brennzone 16 bildet.
Das 0erfindungsgemässeVerfahren ermöglicht nichtnur eine beachtliche Einsparung von Heizstoff, sondern auch eine bedeutende Verkürzung der Arbeitszeit, wie die praktischen Versuche ergeben haben, von denen nachstehend zwei Beispiele vergleichsweise angeführt werden.
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1. Schnitt mit Azetylen :
EMI3.1
<tb>
<tb> Sauerstoffdruck <SEP> 7 <SEP> kg/ein <SEP> ? <SEP>
<tb> Azetylendruck <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP> kg/cm2 <SEP>
<tb> Dicke <SEP> der <SEP> Bleche <SEP> 120 <SEP> mm
<tb> (Kranz <SEP> von <SEP> 370 <SEP> X <SEP> 470 <SEP> mm <SEP> aus <SEP> nicht <SEP> gebeiztem
<tb> und <SEP> piquirtem <SEP> weichem <SEP> Stahlblech)
<tb> Abmessung <SEP> des <SEP> Brenners <SEP> Nr. <SEP> 6 <SEP> 28/10 <SEP> mm
<tb> Querschnitt <SEP> des <SEP> Brenners <SEP> 2 <SEP>
<tb> Schnittzeit <SEP> : <SEP>
<tb> Innerer <SEP> Kranz <SEP> 8 <SEP> min <SEP> 10 <SEP> sec
<tb> Äusserer <SEP> Kranz <SEP> 9 <SEP> min <SEP> 32 <SEP> sec
<tb> Aussehen <SEP> des <SEP> Schnittes <SEP> : <SEP>
<tb> Verschiebung <SEP> (Retard) <SEP> : <SEP> keine
<tb> Oberfläche <SEP> ; <SEP> geriffelt
<tb> oberer <SEP> Rand <SEP> : <SEP> oxydiert
<tb> unterer <SEP> Rand <SEP> :
<SEP> anhaftendes <SEP> Oxyd
<tb>
2. Schnitt mit Industriegas :
EMI3.2
<tb>
<tb> Sauerstoffdruck <SEP> 6 <SEP> kg/crn
<tb> Industriegasdruck <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> kg/cm2
<tb> Dicke <SEP> der <SEP> Bleche <SEP> (wie <SEP> oben) <SEP> 120 <SEP> mm
<tb> Abmessung <SEP> des <SEP> Brenners <SEP> Nr. <SEP> 5 <SEP> 21/10 <SEP> mm <SEP>
<tb> Querschnitt <SEP> des <SEP> Brenners <SEP> 3,45 <SEP> mm2 <SEP>
<tb> Schnittzeit <SEP> : <SEP>
<tb> Innerer <SEP> Kranz <SEP> 6 <SEP> min <SEP> 35 <SEP> sec
<tb> Äusserer <SEP> Kranz <SEP> 8 <SEP> min <SEP> 1 <SEP> sec
<tb> Aussehen <SEP> des <SEP> Schnittes <SEP> : <SEP>
<tb> Verschiebung <SEP> : <SEP> keine
<tb> Oberfläche <SEP> : <SEP> glatt <SEP>
<tb> oberer <SEP> Rand <SEP> : <SEP> blank
<tb> unterer <SEP> Rand <SEP> :
<SEP> blank
<tb>
Die Einsparung an Material und an Arbeitszeit beträgt somit gegenüber dem an erster Stelle genannten, bekannten Verfahren ein beachtliches Ausmass.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Schweissen oder Brennschneiden von Metallen, bei welchem dem Brenner ein gasförmiger Brennstoff und Sauerstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Heizstoff noch vor der Zuführung zum Brenner mit flüssigem Heizstoff in feinst verteilter Form gemischt wird.