Verfahren zum Brennschneiden von Einschnitten bestimmter Tiefe sowie Anwendung des Verfahrens Das Brennschneiden war ursprünglich ein reines Trennverfahren. Es hat sich heute zu einem Fertigungs verfahren entwickelt mit einer Genauigkeit und Wirt schaftlichkeit, die mit anderen Trennverfahren vorteil hafterweise konkurrieren können.
Voraussetzung für die Herstellung von Schnittflächen mit hoher Oberflächengüte und Masshaltigkeit ist eine von Spritzern und Verunreinigungen saubere Schneid düse, die richtige Einstellung der Heizflamme und des Schneidsauerstoffdruckes sowie die Einhaltung der die sen Faktoren entsprechenden Vorschubgeschwindigkeit des Brenners. Abhängig sind diese Faktoren wiederum von der zu schneidenden Materialdicke und Materialart, dem benutzten Brenngas und der Temperatur des Werk stückes. Beim Brennschneiden wird eine exotherme Re aktion benötigt. Ausserdem muss die Zündtemperatur des Metalls niedriger sein als seine Schmelztemperatur, und das Verbrennungsprodukt muss sich vom Schneid-Sauer stoffstrahl leicht bewegen lassen.
Die Heizflamme hat die Aufgabe, den Werkstoff auf Zündtemperatur vorzuwärmen. Sie besteht im allgemei nen aus mindestens einem Ring konzentrisch um die Schneid-Sauerstoffbohrung angeordneter Einzelflammen. Die Wärmeübertragung an das Werkstück erfolgt dabei durch Strahlung des Flammenkegels und Berührung des Werkstückes durch die Flammengase der Beiflammen.
Die richtige Schneidsauerstoffmenge ergibt sich durch den in Abhängigkeit von Düsengrösse und damit Materialdicke vorgeschriebenen Sauerstoffdruck. Dieser ist bei jedem Düsenfabrikat verschieden, und die Ein stellung erfolgt aufgrund der zu jedem Brenner gehören den Schneidtabelle.
Der Schneidsauerstoff wird benötigt zur Verbrennung des in der zu bildenden Schnittfuge vorhandenen Ma terials und zur kinetischen Entfernung des verbrannten Materials, nämlich der flüssigen Schlacke. Zu letzterem sind Kräfte erforderlich, die vom Strahl auf die Schlacke übertragen werden müssen und die proportional der Zähigkeit, der Vorschubgeschwindigkeit senkrecht zur Strömungsrichtung und der Berührungsfläche sind.
Da bei ist man bisher davon ausgegangen, - Schweissen und Schneiden, 1952, Heft 6, S. 204 -, dass die erforderliche Sauerstoffmenge für die Verbrennung und die zum Aus blasen der Schlacke etwa gleich gross sind. Der Versuch, den Druck über das angegebene Mass hinaus zu erhöhen, zeigte, dass zwar die Schnittgeschwindigkeit zunächst etwas erhöht wird, jedoch bei anhaltender Druckerhö hung rasch abfällt. Die Ursache dieses Verhaltens wird damit erklärt, dass der zur Oxydation benötigte Sauer stoffanteil für eine bestimmte Eisenmenge, die in Schlacke umgesetzt werden muss, immer gleich gross bleibt. Die nicht an der Oxydation teilnehmende Sauer stoffmenge wird bei Druckerhöhung grösser.
In gleicher Weise wird auch die Kühlwirkung durch die entstehende Entspannungskälte intensiver, so dass der Schneidvor gang in seinem Ablauf verzögert wird.
Weitere Untersuchungen (Technische Mitteilung 1959, Heft 2 - Cochius, Kohtz und Teske - Absatz 5.2 zur Thermodynamik des Brennschneidens) haben er geben, dass der Sauerstoffdruck um nicht mehr als 1,5 at verändert werden darf, wobei der Düsennenndruck in nerhalb des Änderungsbereiches liegt. Zu niedrige Drücke ergaben einen zu starken Riefennachlauf und festhaftende Schlacken. Die höchste Schneidgeschwindig keit, d. h. Vorschubgeschwindigkeit des Brenners, ist die, bei der der Schnitt gerade noch nicht abreisst. Dabei entsteht jedoch durch die Ablenkung des Sauerstoff strahles mit zunehmender Schnittiefe ein starker Riefen nachlauf, der die Oberflächengüte des Schnittes gege benenfalls beeinträchtigen kann, beim Geradeschnitt aber sonst nicht von Nachteil ist.
Beim Schneiden von Ecken kann allerdings der Schneidstrahl an der Ober kante des Werkstückes die Ecke bereits umfahren ha ben, während an der Unterkante die Ecke vom Schneid strahl noch nicht erreicht wurde, so dass hier der Schneidstrahl quer zur Schnittrichtung abgelenkt wird und eine grössere Abrundung der unteren Kante erfolgt.
Die Ablenkung des Schneidsauerstoffstrahles ent- gegen der Schnittrichtung entsteht dadurch, dass der auftretende Sauerstoff zu Anfang ziemlich rein vorhan den ist und damit eine grosse Oxydationsgeschwindigkeit besitzt, während mit dem Eindringen des Sauerstoff strahles in die Schnittfuge der Reinheitsgrad und damit auch die Oxydationsgeschwindigkeit abnehmen. Bei zu geringer Schneidgeschwindigkeit werden die Riefen zu stark und es entstehen Auswaschungen. Die Hersteller der Düsen haben daher in den Schneidtabellen auch Werte für die günstigste Schneidgeschwindigkeit angege ben.
Das Anschneiden erfolgt normalerweise von einer Werkstückkante aus, wobei erst die Kante durch die Heizflamme auf Zündtemperatur vorgewärmt wird und dann mit Öffnen des Schneidsauerstoffventils der Schnitt beginnt. Bei der Azetylen-Sauerstoff-Flamme liegt die heisseste Stelle dicht vor der Spitze des hell- leuchtenden Flammenkegels. Der Abstand des Brenners von der Werkstückoberfläche soll daher so gross sein, dass die Kegelspitzen der Flammen fast aufsitzen, damit die Wärmeleistung voll ausgenutzt wird.
Wenn der Anschnitt im vollen Material erfolgen soll, z. B. zum Schneiden von Aussparungen, muss erst ein Loch gestochen werden. Hierzu ist die Rundloch- und die Langloch-Stechmethode bekannt.
Beim Rundlochstechen wird die Schneiddüse zum Vorwärmen senkrecht auf das zu schneidende Blech gehalten, wobei die Flammenkegelspitzen fast aufsitzen. Wenn die Werkstückoberfläche Zündtemperatur ange nommen hat, wird das Schneidsauerstoffventil langsam bis auf den in der Schneidtabelle angegebenen Maximal druck geöffnet, wobei der Brenner gleichzeitig je nach Blechdicke bis zu 40 mm angehoben wird, um die Düse vor Schlackenspritzern usw. zu schonen. Dabei bohrt sich der Schneidstrahl in das Blech ein und die Schlacke spritzt nach oben weg, bis der Schneidstrahl an der Blechunterkante austritt.
Aus diesen und wirtschaftlichen Überlegungen wird meistens das Langlochstechen angewendet. Dabei wird der Brenner beim kontinuierlichen Öffnen des Schneid sauerstoffventils auf den in der Schneidtabelle angegebe nen entsprechenden Maximaldruck nicht nach oben weggefahren, sondern in Schneidrichtung vorwärts be wegt. Mit dieser Methode ist ein Durchstechen bis 300 mm möglich.
Aus der deutschen Patentschrift Nr. 1 112 874 ist es bekannt, zum Brennschneiden einer Tulpennahtflanken form zunächst in die Stirnseite des Bleches in der Nähe ihres unteren Randes und parallel zu diesem mit Hilfe eines autogenen Schneidbrenners eine halbzylindrische
EMI0002.0005
- <SEP> Schnittfugen Eindringtiefe, <SEP> 02-Druck, <SEP> Flammen- <SEP> Düsenabstand <SEP> Schneid- <SEP> breite <SEP> in <SEP> der <SEP> 02-Druck <SEP> bei
<tb> mm <SEP> Schneiddüse <SEP> atü <SEP> Kegellänge, <SEP> mm <SEP> <SEP> Werkstück, <SEP> geschwindigkeit, <SEP> oberen <SEP> Hälfe, <SEP> Trennschnitt
<tb> mm <SEP> mm/min <SEP> mm <SEP> bisher
<tb> 0,5 <SEP> 0,02 <SEP> 700 <SEP> 0,3 <SEP> 2,5 <SEP> 3-10 <SEP> 0,08 <SEP> 2-3 <SEP> 3 <SEP> 700 <SEP> 0,8 <SEP> 2,5
<tb> 15,0 <SEP> 0,5 <SEP> 300 <SEP> 1,2 <SEP> 3,25
<tb> 2,5 <SEP> 0;
08 <SEP> 700 <SEP> 1,7 <SEP> 2,5
<tb> 6,0 <SEP> 30-60 <SEP> 0,16 <SEP> 4-5 <SEP> 5 <SEP> 300 <SEP> 1,2 <SEP> 2,75
<tb> 15,0 <SEP> 0,75 <SEP> 250 <SEP> 1,2 <SEP> 3,25
<tb> 15,0 <SEP> 60-100 <SEP> 0,6 <SEP> 4-5 <SEP> 6 <SEP> 270 <SEP> 3,0 <SEP> 3,0
<tb> 30,0 <SEP> 0,1 <SEP> 200 <SEP> 3,8 <SEP> 4,5
<tb> 50,0 <SEP> 200-300 <SEP> 0,2 <SEP> 6-7 <SEP> 10 <SEP> 200 <SEP> 3,5 <SEP> 4,5
<tb> 60,0 <SEP> 0,1 <SEP> 100 <SEP> 3,8 <SEP> 4,5 Hohlkehle auszuschneiden und dann einen Gehrungs schnitt auszuführen, der die über der Hohlkehle liegende Kante wegschneidet.
Es hat sich gezeigt, dass der Geh rungsschnitt in jedem Fall die untere Kante wegschnei det, wenn der Schneidstrahl die Hohlkehle nur tangiert und zum Teil auch dann wegschneidet, wenn er voll in die Hohlkehle trifft. Dies ist dadurch bedingt, dass der Verbrennungsvorgang bei einem Tangieren der Hohl kehle nicht abgebremst wird. Um dieses Verfahren zu verbessern, wurde seinerzeit vorgeschlagen, als Bremse für den Verbrennungsvorgang Luft oder Inertgas wäh rend des Gehrungsschnittes in die Hohlkehle einzublasen.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Brennschneiden von Einschnitten bestimmter Tiefe, wo bei man den Schneidsauerstoffdruck gegenüber dem für die jeweils verwendete Brennerart vorgeschriebenen Druck abhängig von Düsenform, Brenngasart, Material art und -dicke, Schneidgeschwindigkeit und Werkstück temperatur um mehr als 50 % reduziert und der Schnitt- tiefe anpasst. Vorzugsweise verringert man den Sauer stoffdruck um mehr als 75 %.
Die Möglichkeit, in ihrer Tiefe definierbare Schnitte auszuführen, wobei die Schnittiefe mit einer Toleranz von mindestens plus/minus 0,5 mm eingehalten werden kann, eröffnet dem Brennschneiden eine Reihe neuer Arbeitsgebiete. Es ist weiterhin möglich, bei der Her stellung von Schnittfugen gleichzeitig oder nacheinander mindestens zwei Schnitte auszuführen, die sich unter einem der Querschnittsform der auszuschneidenden Fuge entsprechenden Winkel treffen.
Eine Erklärung für das Ergebnis wird darin gesehen, dass durch den reduzierten Sauerstoffdruck und der damit reduzierten Sauerstoffmenge in der Schnittfuge ziemlich bald eine Reduzierung der Oxydationsgeschwin digkeit eintritt aufgrund des raschen Abnehmens des Sauerstoff-Reinheitsgrades. Diese Abnahme bedingt eine Ablenkung des Schneidstrahles, die, wie Versuche zeig ten, offenbar derart intensiv ist, dass die flüssige Schlacke in einem erheblichen Abstand vom Brenner nach oben aus der Schnittfuge herausgeblasen wird.
Vom erfindungsgemässen Verfahren werden nach folgend anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es wurden Versuche zur Herstellung von Schnitt fugen unter den folgenden Ausgangsbedingungen durch- geführt: Messer Griesheim Schneiddüse Brenngas: Azetylen Material: ST 37 Temperatur: Raumtemperatur Der Anschnitt erfolgte hierbei jeweils von der Stirn seite aus. Aus der Tabelle ist zu ersehen, dass die besten Ergebnisse in bezug auf die Schneidgeschwindigkeit mit einem OZ-Druck von 0,1 bis 0,5 atü erzielt wurden.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Ver fahrens betrifft die Herstellung von Einstichen begrenz ter Tiefe, wobei man nach Erwärmen des Materials an der Einstichstelle auf Zündtemperatur unter gleich zeitigem Einschalten des für den Schnitt optimalen Brennvorschubes den Schneidsauerstoff einschaltet, wo bei dieser den eingestellten, reduzierten Druck aufweist. Durch die Druckreduzierung tritt kein Spritzen der Schlacke gegen den Brenner auf. Diese wird vielmehr durch den abgelenkten Sauerstoffstrahl entgegengesetzt der Vorschubrichtung weggeblasen. Nach einer wesent lich kürzeren Zeit als beim bekannten Langlochstechen mit kontinuierlicher Druckerhöhung wird die gewünschte Schnittiefe erreicht.
Ein weiterer Vorteil gegenüber dem bekannten Langlochstechen besteht darin, dass aufgrund der von Anfang an bestehenden Fokussierung des Schneidsauerstoffstrahles eine schmale Schnittfuge er zielt wird. Mit diesem Verfahren kann ein dem Fräsen oder Sacklochbohren entsprechender Arbeitsvorgang ausgeführt werden. Für diesen Zweck ist eine möglichst breite Schnittfuge von Vorteil.
Als weitere Anwendungsmöglichkeit wird ein Ver fahren zur Herstellung von Tulpennahtflanken vorge schlagen. Bisher wurden Tulpennahtflanken, wie aus der deutschen Patentschrift Nr. 1<B>171708</B> und dem dort angezogenen Stand der Technik hervorgeht, mit Flämm brennern, d. h. durch sog. Fugenhobeln, hergestellt. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, das zu entfernende Material mittels des Sauerstoffstrahls des Flämmbren ners zu verbrennen. Gemäss dem neuen Schneidverfah ren wird dagegen unter Ausnutzung der Ablenkfähigkeit des Schneidstrahles ein Schnitt durchgeführt und nur ein Teil des abzuarbeitenden Materials verbrannt, der andere Teil dagegen abgeschnitten.
Dass mit einem Brennschnitt eine Tulpennahtflanke hergestellt werden kann, ist überraschend. Die Ablen kung des Schneidstrahles zur Stirnfläche hin ist dadurch zu erklären, dass der Sauerstoffstrahl aufgrund der im schraffierten Teil des Beispiels der Fig.2 höheren Wärme - hier ist eine Wärmeableitung kaum möglich, im Gegensatz zu dem Werkstück selbst, in dem sich die Wärme verteilen kann - eine besonders starke Affinität zu dem schraffierten Teil hat, die durch eine reduzierte Oxydationsgeschwindigkeit offenbar noch gefördert wird. Das Ergebnis ist, dass im unteren Teil der Stirnfläche ein Durchbruch des Schneidstrahles eintritt und die Tulpennahtform entsteht.
In den Fig. 1a-c sind zwei recht-, stumpf- oder spitzwinklig zueinander verlaufende Schnitte gleicher oder unterschiedlicher Tiefe ausgeführt, und zwar über die ganze Länge des Werkstückes. Das abgetrennte Teil stück lässt sich leicht entfernen. Die Beispiele a und b sind Schweisskantenvorbereitungen, wie sie insbesondere bei stossbeanspruchten Plattenverbindungen verwendet werden. Ein Herausarbeiten dieser Schweisskanten mit einem Fräswerkzeug oder einer Säge würde ein Viel faches der Werkzeug- und Lohnkosten gegenüber dem Brennschneiden erfordern. Daher wurde in der Regel von derartigen an sich vorteilhaften Kantenvorbereitun gen Abstand genommen.
Bei dem in Fig. 1 d (die Fig. l d, zeigt die Stirnseite eines Werkstückes und die Fig. 1dII einen Schnitt ge mäss Linie II-II der Fig. ldI) wird aus einem Werkstück ein quaderförmiger Teil herausgeschnitten, um eine ent sprechende Aussparung zu erzielen. Diese Aussparung braucht nicht notwendigerweise quaderförmig zu sein, sondern könnte beliebig verlaufende Seitenwände auf weisen. Wie derartige Kurvenschnitte hergestellt werden, ist in der Brennschneidtechnik allgemein bekannt. Zum Abtrennen des Quaders vom Werkstück ist es aber not wendig, dass nicht nur die Seiten 1-3 des Quaders ge schnitten werden, sondern auch die Unterseite 4. Dies kann bei kurzen Schnittiefen mit einem horizontal an geordneten Brenner erfolgen.
Bei grösseren Schnittiefen ist es zweckmässig, das Werkstück so anzuordnen, dass der Schnitt senkrecht erfolgen kann. Bei diesem Aus führungsbeispiel ist es zweckmässig, zur Reduzierung des Riefennachlaufes an der Stelle, an der die Kanten 1-4 zusammenstossen, die Vorschubgeschwindigkeit zu verringern. Auch Fig. 1e zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung eines Einschnittes mit halbrundem Querschnitt.
Fig.2 veranschaulicht ein Werkstück mit einer J-förmigen Tulpennahtflanke, die nach dem oben be schriebenen Verfahren hergestellt ist. In dieser Figur ist der abgeschnittene Teil schraffiert gezeichnet. Bei einem kleinen Abstand A kann es vorkommen, dass der schraffierte Teil durch die Hitze in der Schnittfuge ebenfalls mehr oder weniger abgeschmolzen wird.