DE1552944C - Verfahren zur Herstellung von Fugen, Aussparungen etc., deren Tiefe kleiner ist als die Materialstärke, wobei die Fugen, Aussparungen etc. durch Brennschneiden hergestellt werden - Google Patents

Description

Das Brennschneiden war ursprünglich ein reines Trennverfahren. Es hat sich heute zu einem Fertigungsverfahren entwickelt mit einer Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit, die mit anderen Trennverfahren vorteilhafterweise konkurrieren kann.

Voraussetzung für die Herstellung von Schnittflächen mit hoher Oberflächengüte und Maßhaltigkeit ist eine von Spritzern und Verunreinigungen saubere Schneiddüse, die richtige Einstellung der Heizflamme und des Schneidsauerstoffdruckes sowie die Einhaltung der diesen Faktoren entsprechenden Vorschubgeschwindigkeit des Brenners. Abhängig sind diese Faktoren wiederum von der zu schneidenden Materialdicke und Materialart, dem benutzten Brenngas, und der Temperatur des Werkstückes. Beim Brennschneiden wird eine exotherme Reaktion benötigt. Außerdem muß die Zündtemperatur des Metalls niedriger sein als seine Schmelztemperatur, und das Verbrennungsprodukt muß sich vom Schneidsauerstoffstrahl leicht bewegen lassen.

Die Heizflamme hat die Aufgabe, den Werkstoff auf Zündtemperatur vorzuwärmen. Sie besteht im allgemeinen aus mindestens einem Ring konzentrisch um die Schneidsauerstoffbohrung angeordneter Einzelflammen. Die Wärmeübertragung an das Werkstück erfolgt dabei durch Strahlung des Flammenkegels und Berührung des Werkstückes durch die Flammengase der Beiflamme.

Die richtige Schneidsauerstoffmenge ergibt sich durch den in Abhängigkeit von Düsengröße und damit Materialdicke vorgeschriebenen Sauerstoffdruck. Dieser ist bei jedem Düsenfabrikat verschieden, und die Einstellung erfolgt auf Grund der zu jedem Brenner gehörenden Schneidtabelle. .-.■■■

Der Schneidsauerstoff wird benötigt zur Verbrennung des in der zu bildenden Schnittfuge vorhandenen Materials und zur kinetischen Entfernung des

ίο 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. Dabei ist man bisher davon ausgegangen (SCHWEISSEN UND SCHNEIDEN, 1952, Heft 6, S. 204), daß die beiden Sauerstoffmengen 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 Druckerhöhung rasch abfällt. Die Ursache dieses Verhaltens wird damit erklärt, daß der zur Oxydation (( benötigte Sauerstoffanteil für eine bestimmte Eisenmenge, die in Schlacke umgesetzt werden muß, immer gleich groß bleibt. Die nicht an der Oxydation teilnehmende Sauerstoffmenge wird bei Druckerhöhung größer. In gleicher Weise wird auch die Kühlwirkung durch die entstehende. Entspannungskälte intensiver, so daß der Schneidvorgang in seinem Ablauf verzögert wird.

Die höchste Schneidgeschwindigkeit, d. h. Vorschubgeschwindigkeit des Brenners, ist die, bei der der Schnitt gerade noch nicht abreißt. Dabei entsteht jedoch durch die Ablenkung des Sauerstoffstrahles mit zunehmender Schnittiefe ein starker Riefennachlauf, der die Oberflächengüte des Schnittes gegebenenfalls beeinträchtigen kann, beim Geradschnitt aber sonst nicht von Nachteil ist. Beim Schneiden von Ecken kann allerdings der Schneidstrahl an der Oberkante des Werkstückes die Ecke bereits umfahren haben, während auf der Unterkante die Ecke vom Schneidstrahl noch nicht erreicht wurde, so daß hier der Schneidstrahl quer zur Schnittrichtung abge- π

lenkt wird und eine größere Abrundung der unteren V> Kante erfolgt.

Die Ablenkung des Schneidsauerstoffstrahles entgegen der Schnittrichtung entsteht dadurch, daß der auftretende Sauerstoff zu Anfang ziemlich rein vorhanden ist und damit eine große Oxydationsgeschwin- , digkeit besitzt, während mit dem Eindringen des Sauerstoffstrahles 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 angegeben.

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.

3 4

Wenn der Anschnitt im vollen Material erfolgen Allein der Hinweis, den Druck um mehr als die soll, z. B. zum Schneiden von Aussparungen, muß Hälfte zu reduzieren, gibt ihm eine ausreichende erst ein Loch gestochen werden. Hierzu ist die Rund- technische Lehre zum Handeln, loch- und die Langloch-Stechmethode bekannt. Das überraschende Ergebnis des erfindungsgemä-Beim Rundlochstechen wird die Schneiddüse zum 5 ßen Vorschlages besteht darin, daß es mit einem so Vorwärmen senkrecht auf das zu schneidende Blech geringen Schneidsauerstoffdruck möglich ist, übergehalten, wobei die Flammenkegelspitzen fast auf- haupt einen Schneidvorgang durchzuführen und sitzen. Wenn die Werkstückoberfläche Zündtempera- außerdem noch normgerechte Schnitte zu erhalten. So tür angenommen hat, wird das Schneidsauerstoff- geht aus dem Buch »Brennschneiden« von Hans ventil langsam bis auf den in der Schneidtabelle an- io Horn (1951), S. 49 bis 51, hervor, daß bei einem gegebenen Maximaldruck geöffnet, wobei der Bren- zu geringen Sauerstoffdruck und einer zu hohen ner gleichzeitig je nach Blechdicke bis zu 40 mm an- Schnittgeschwindigkeit eine anomal breite, an den gehoben wird, um die Düse vor Schlackenspritzer oberen Kanten stark angeschmolzene und deshalb usw. zu schonen. Dabei bohrt sich der Schneidstrahl gänzlich falsche Schnittfuge entsteht. Das Werkstück in das Blech ein, und die Schlacke spritzt nach oben 15 wird unbrauchbar. Horn nennt wohl einen Sauerstoffweg, bis der Schneidstrahl an der Blechunterkante druck von 0,5 atü zum Durchschneiden von Werkaustritt, stücken mit einer Dicke von 1300 mm. Diese Druck-Aus diesen und wirtschaftlichen Überlegungen wird angabe bezieht sich jedoch auf das sogenannte Niemeistens das Langlochstechen angewendet. Dabei derdruckschneiden, bei dem der Sauerstoffstrahl unter wird der Brenner beim kontinuierlichen Öffnen des 20 geringem Druck aus einer gegenüber üblichen Schneidsauerstoffventils auf den in der Schneidtabelle Schneiddüsenbohrung wesentlich größeren Bohrung angegebenen entsprechenden Maximaldruck, nicht austritt. Ferner haben frühere Untersuchungen (Technach oben weggefahren, sondern in Schneidrichtung nische Mitteilung, 1959, Heft 2 — Cochius, vorwärts bewegt. Mit dieser Methode ist ein Durch- Kohtz und Teske — Abs. 5.2 zur Thermodynamik stechen bis 300 mm möglich. 25 des Brennschneidens) ergeben, daß der Sauerstoff-Aufgabe der Erfindung ist es, das Brennschneid- druck um nicht mehr als 1,5 atü verändert werden verfahren nutzbar zu machen auch für Brennschnitte, darf, wobei der Düsennenndruck innerhalb des Ändedie nicht durch das Material hindurchgehen, sondern rungsbereiches liegt. Zu niedrige Drücke ergaben nur bis zu einer bestimmten Tiefe in das volle Mate- einen zu starken Riefennachlauf und festheftende rial eindringen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung 30 Schlacken. Über diesen Betrag von 1,5 at geht der besteht darin, unter Verwendung von in ihrer Tiefe erfindungsgemäße Vorschlag weit hinaus, wie die definierten Schnitten, das Ausschneiden von Fugen, später aufgeführten Beispiele zeigen. Aussparungen, usw. bestimmter Tiefe bzw. Höhe Eine Erklärung für das Ergebnis wird darin ge- oder Länge zu ermöglichen. sehen, daß durch den reduzierten Sauerstoffdruck Durch das deutsche Patent 1112 874 ist es be- 35 und der damit reduzierten Sauerstoffmenge in der kannt, zum Brennschneiden einer Tulpennahtflanken- Schnittfuge ziemlich bald eine Reduzierung der Oxyform zunächst in die Stirnseite des Bleches in der dationsgeschwindigkeit eintritt auf Grund des ra-Nähe ihres unteren Randes und parallel zu diesem sehen Abnehmern des Sauerstoff-Reinheitsgrades, mit Hilfe eines autogenen Schneidbrenners eine halb- Diese Abnahme bedingt eine Ablenkung des Schneidzylindrische Hohlkehle auszuschneiden und dann 40 Strahles, die, wie Versuche zeigten, offenbar derart einen Gehrungsschnitt auszführen, der die über der intensiv ist, daß die flüssige Schlacke in einem erheb-Hohlkehle liegende Kante wegschneidet. Es hat sich liehen Abstand vom Brenner nach oben aus der gezeigt, daß der Gehrungsschnitt in jedem Fall die Schnittfuge herausgeblasen wird. Die nach Beendiuntere Kante wegschneidet, wenn der Schneidstrahl gung des Schnittes in der Fuge erkaltende Schlacke die Hohkehle nur tangiert und zum Teil auch dann 45 haftet kaum an den Schnittflächen. Auch die Schlakwegschneidet, wenn er voll in die Hohlkehle trifft. kenmenge ist überraschenderweise geringer als bei Dies ist dadurch bedingt, daß der Verbrennungsvor- den bisherigen vergleichbaren Schnitten, gang bei einem Tangieren der Hohlkehle nicht abge- Die Möglichkeit, in ihrer Tiefe definierbare Schnitte bremst wird. Um dieses Verfahren zu verbessern, auszuführen, wobei die Schnittiefe mit einer Toleranz wurde seinerzeit vorgeschlagen, als Bremse für den 50 von mindestens plus/minus 0,5 mm eingehalten wer-Verbrennungsvorgang Luft oder Inertgas während den kann, eröffnet dem Brennschneiden eine Reihe des Gehrungsschnittes in die Hohlkehle einzublasen. neuer Arbeitsgebiete. Gemäß einem weiteren Vor-Gemäß der Erfindung wird zur Herstellung von schlag der Erfindung werden mit dem neuen Verfah-Fugen, Aussparungen usw., deren Tiefe kleiner ist als ren gleichzeitig oder nacheinander mindestens zwei die Materialstärke, wobei die Fugen, Aussparungen 55 Schnitte ausgeführt, die sich unter einem der Querusw. durch Brennschneiden hergestellt werden, vor- schnittsform der auszuschneidenden Fuge entspregeschlagen, daß der Schneidsauerstoffdruck gegen- chenden Winkel treffen. Damit ist es möglich, die in über dem zur Erzeugung von das Material durch- F i g. 1 a bis Ie aufgezeichneten Aussparungen und setzenden Schnitten für die jeweils verwendete Bren- Schweißkantenvorbereitungen durchzuführen, nerart abhängig von Düsenform, Brenngasart, Mate- 60 Bei den Beispielen a bis c werden zwei recht-, rialart und -dicke, Schneidgeschwindigkeit und Werk- stumpf- oder spitzwinklig zueinander verlaufende Stücktemperatur vorgeschriebenen Druck um mehr Schnitte gleicher oder unterschiedlicher Tiefe ausgeals 50 %, vorzugsweise um mehr als 75 % reduziert führt, und zwar über die ganze Länge des Werkstükwird. kes. Das abgetrennte Teilstück läßt sich leicht ent-Der in Abhängigkeit von dem genannten Para- 65 fernen. Die Beispiele a und b sind Schweißkantenvormeter erforderliche Sauerstoffdruck kann von jedem bereitungen, wie sie insbesondere bei Stoß bean-Fachmann in der üblichen empirischen Weise unter spruchten Plattenverbindungen verwendet werden. Zuhilfenahme der Schneidtabellen ermittelt werden. Ein Herausarbeiten dieser Schweißkanten mit einem

Fräswerkzeug oder einer Säge würde ein Vielfaches der Werkzeug- und Lohnkosten gegenüber dem Brennschneiden erfordern. Daher wurde in der Regel von derartigen an sich vorteilhaften Kantenvorbereitungen Abstand genommen.

Bei dem Beispiel d (die A b b. d_x zeigt die Stirnseite eines Werkstückes und die Abb. d_n einen Schnitt gemäß Linie II-II) wird aus einem Werkstück ein quaderförmiges Teil herausgeschnitten, um eine entsprechende Aussparung zu erzielen. Diese Aussparung braucht nicht quaderförmig zu sein, sondern könnte beliebig verlaufende Seitenwände aufweisen. Wie derartige Kurvenschnitte hergestellt werden ist in der Brennschneidtechnik allgemein bekannt. Zum Abtrennen des Quaders vom Werkstück ist es aber notwendig, daß nicht nur die Seiten 1 bis 3 des Quaders geschnitten werden, sondern auch die Unterseite 4. Dies kann bei kurzen Schnittiefen mit einem horizontal angeordneten Brenner erfolgen. Bei größeren Schnittiefen ist es zweckmäßig, das Werkstück so anzuordnen, daß der Schnitt senkrecht erfolgen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, zur Reduzierung des Riefennachlaufes an der Stelle, an der die Kanten 1 bis 4 zusammenstoßen, die Vorschubgeschwindigkeit zu verringern. Das Beispiel e zeigt weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im nachfolgenden werden an Hand von einigen Beispielen die Schneiddaten des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht:

Schneiddüse

Brenngas: Azetylen
Material: St 37
Temperatur: Raumtemperatur

Eindringtiefe mm	Schneiddüse	Oo-Druck atü	FlammeD· kegellänge mm	Düsenabstand vom Werkstück mm	Schneid geschwindigkeit mm/min	Schnittfugen breite in der oberen Hälfte mm	Oo-Druck bei Trennschnitt bisher
0,5 2,5 15,0 2,5 6,0 15,0 15,0 30,0 50,0 60,0	3 bis 10 30 bis 60 60 bis 100 200 bis 300	0,02 0,08 0,5 0,08 0,16 0,75 0,6 0,1 0,2 0,1	2 bis 3 4 bis 5 4 bis 5 6 bis 7	3 5 6 10	700 700 300 700 300 250 270 200 200 100	0,3 0,8 1,2 1,7 1,2 1,2 3,0 3,8 3,5 3,8	2,5 3,25 2,5 2,75 3,25 3,0 4,5 4,5 4,5

Der Anschnitt erfolgt hierbei jeweils von der Stirnseite aus.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird eine für das neue Trennverfahren entwickelte Methode zum Einstechen auf bestimmte Tiefe vorgeschlagen, gemäß der in Abweichung von dem eingangs beschriebenen Langlochstechen der Schneidsauerstoff beim Einschalten des Brennervorschubes sofort den reduzierten Druck aufweist, der auch für die Durchführung des Schnittes benötigt wird. Durch die erfindungsgemäße Druckreduzierung tritt kein Spritzen der Schlacke gegen den Brenner auf. Diese wird vielmehr durch den abgelenkten Sauerstoffstrahl entgegengesetzt der Vorschubrichtung weggeblasen. Nach einer wesentlich kürzeren Zeit als beim bekannten Langlochstechen mit kontinuierlicher Druckerhöhung wird die gewünschte Schnittiefe erreicht. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem bekannten Langlochstechen besteht darin, daß auf Grund der von Anfang an bestehenden Fokussierung des Schneidsauerstoff Strahles eine schmale Schnittfuge erzielt wird. Mit diesem Verfahren kann ein dem Fräsen oder Sacklochbohren entsprechender Arbeitsvorgang ausgeführt werden. Für diesen Zweck ist eine möglichst breite Schnittfuge von Vorteil.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Schneidverfahren zur Herstellung von Tulpennahtflanken zu verwenden. Bisher wurden Tulpennahtflanken, wie aus der deutschen Patentschrift 1171708 und dem dort angezogenen Stand der Technik sowie der britischen Patentschrift 618 065 hervorgeht, durch Fugenhobeln hergestellt. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, das abzuarbeitende Material in seiner Gesamtheit durch exotherme Reaktion zu verbrennen. Bei dem erfindungsgemäßen Schneidverfahren wird dagegen unter Ausnutzung der Ablenkfähigkeit des Schneidstrahles ein Schnitt durchgeführt und nur ein Teil des abzuarbeitenden Materials verbrannt, der andere Teil dagegen abgeschnitten. In Fig. 2 ist der abgeschnittene Teil schraffiert gezeichnet. Bei einem kleinen Abstand A kann es allerdings passieren, daß der schraffierte Teil durch die Hitze in der Schnittfuge ebenfalls mehr oder weniger abgeschmolzen wird.

Daß mit einem Brennschnitt eine Tulpennahtflanke hergestellt werden kann, ist überraschend. Die Ablenkung des Schneidstrahles zur Stirnfläche hin ist dadurch zu erklären, daß der Sauerstoffstrahl auf Grund der im schraffierten Teil 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Fugen, Aussparungen usw., deren Tiefe kleiner ist als die Materialstärke, wobei die Fugen, Aussparungen usw. durch Brennschneiden hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidsauerstoffdruck gegenüber dem zur Erzeugung von das Material durchsetzenden Schnitten für die jeweils verwendete Brennerart abhängig von Düsenform, Brenngasart, Mäterialart und -dicke, Schneidgeschwindigkeit und Werkstücktemperatur vorgeschriebenen Druck um mehr als 50%, vorzugsweise um mehr als 75% reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidsauerstoffdruck 0,01 bis 1 atü, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 atü beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig oder nacheinander mindestens zwei Schnitte ausgeführt werden, die sich unter einem der Querschnittsform der auszuschneidenden Fuge entsprechenden Winkel treffen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Einstichen, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erwärmen des Materials an der Einstichstelle auf Zündtemperatur unter gleichzeitigem Einschalten des für den Schnitt optimalen Brennervorschubes der Schneidsauerstoff eingeschaltet wird, wobei dieser den eingestellten, reduzierten Druck aufweist.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Tulpennahtflanken.