Autogen skæring – en af de ældste skæreprocesser inden for metalbearbejdning
Autogen brændeskæring har også efter mere end 100 år sin berettigelse i metalbranchen. Metoden er baseret på forbrænding af kulstof med en iltstråle (oxidation). Især i det øvre tykkelsesområde for plader er brændeskæring uundværlig.
Hvad er brændeskæring, og hvordan fungerer det helt præcist?
Autogen brændskæring er en metode til at skære almindeligt konstruktionsstål. Den anvendes både manuelt (håndskærebrenner, oftest skæresnit) og mekanisk (brændskæremaskine, kvalitetssnit). Den autogene brændskæringsmetode (mekaniseret) har mistet betydning som følge af udviklingen af højstyrkestål og andre skæreprocesser, såsom laserskæring og plasmaskæring. Ikke desto mindre er det stadig en økonomisk skæreproces for pladetykkelser fra 20 mm. Autogen skæreskæring er en forbrændings-/oxidationsproces (under oxidationen reagerer metaller med ilt), hvor en væsentlig del af den energi, der er nødvendig til processen, stammer fra forbrændingen af materialet. Autogen skæreskæring gør det muligt at arbejde med flere skærebrennere samtidigt.
Opvarmningsflammen, en blanding af brændgas og ilt, opvarmer skærepunktet til antændelsestemperatur. Når denne er nået, tilføres skæreilt, og skæreprocessen påbegyndes. I skæreoxygenstrålen brænder stålet til jernoxid (slagg). Trykket og udstrømningshastigheden af skæreoxygenstrålen driver slaggen ud af skærespalten. For at kunne udføre brændskæreprocessen skal stålet være "brændskærbart". Grundbetingelsen er derfor, at antændelsestemperaturen (~1.150 °C) er lavere end smeltetemperaturen (~1.500 °C).
Hvilket brændgas skal der anvendes – og har iltens renhed indflydelse på processen?
Brændgasser til skæreprocessen
Til varmeflammen ved brændeskæring kan de "sædvanlige" brændgasser anvendes:
- Acetylen
- Propan
- Naturgas (methan)
- Ethylen
Ved mekaniseret brændskæring er økonomisk effektivitet et væsentligt kriterium, men også driftsmæssige forhold som gasforsyning, gaspriser, gasforbrug osv. For at starte skæreprocessen og den videre brændskæring er det vigtigt at have en kraftig varmeflamme (brændgas).
Forbrændingen af kulbrinteforbindelser foregår i to trin. I den primære flamme finder en ufuldstændig forbrænding sted på grund af den tilførte opvarmningsilt. Ved optagelse af ilt fra den omgivende luft forbrændes brændgassen fuldstændigt i den sekundære flamme. Brændgasserne adskiller sig i flammetemperatur og antændelses- og forbrændingshastighed og dermed i den primære flammeeffekt (kJ/cm2 . S).
I autogene processer er virkningen af den primære flamme af særlig betydning.
Acetylen
- Højeste flammetemperatur og primærflammeeffekt
- Høj skæreydelse i forhold til andre brændgasser
- Ved et permanent gasforbrug > 500 l/h skal flere gasflasker kobles sammen (flaskebundt). Derfor er gasforsyningen mere kompliceret end ved propan/ethylen
Propan
- Lavere primær flammeeffekt; dermed reduceret skæreydelse (især ved skråskæringer)
- Høje opvarmnings- og hulstikningstider
- Oxygenforbruget til opvarmningsflammen er ca. fire gange højere sammenlignet med acetylen
- Propan opbevares i flydende tilstand, hvilket betyder, at der er større mængder gas til rådighed
Oxygenets opgaver
Skæreoxygen
Skæreoxygen er procesgassen og har følgende opgaver:
- at oxidere (brænde) stålet
- at drive reaktionsprodukterne (slagg, jernoxider) ud af skærespalten og dermed danne skærespalten
Opvarmningsilt
Opvarmningsilt er nødvendigt for at forbrænde brændgassen (opvarmningsflamme). En høj flammeeffekt giver en mere effektiv brændskæring. Den standardmæssige renhed/kvalitet af ilten er 99,5 vol. % (2,5). Denne kvalitet er tilstrækkelig til brændskæringsprocessen. Med en højere iltrehed, f.eks. 99,95 vol. % (3,5), opnås en højere skæreydelse med bedre skærekvalitet.
Gasforbruget afhænger af brænderstørrelsen. Skæretabeller er vigtige dokumenter for at sikre skærekvaliteten og skæreydelsen – grundlaget for oprettelse af parametre ved autogen brændskæring.
Hvilke materialer kan brændeskæres, og hvad siger kulstofækvivalenten?
Materialer, der opfylder betingelserne for skæreskæring, er:
- Ulegeret stål
- Lavlegeret stål
- Støbt stål
- Titan
Skæreegenskaber for stållegeringer:
Ikke kun C-indholdet påvirker skæreegenskaberne, men også antallet og mængden af andre legeringselementer:
Legeringselementer | Egenskaber |
| Kulstof | Alle ulegerede, rene kulstofstål, også stål med maks. 0,3 % C. Et højere C-indhold kræver også en højere forvarmningstemperatur, den øvre grænse for C er 2 %. |
| Silicium | Stål med maks. 2,5 % Si ved maks. 0,25 % C-indhold. |
| Mangan | Rene manganstål op til 13 % Mn og 1,3 % C. |
| Krom | Et stigende Cr-indhold mindsker skæreegenskaberne, maks. Cr-indhold 2,2 %. Varmeflamme ved brændeskæring med Cr-stål med let acetylenoverskud. |
| Nikkel | Stål med maks. 5 % Ni kan skæres uden problemer. |
| Kobber | Stål med maks. 0,7 % Cu. |
| Wolfram | W-indholdet kan være maks. 10 % ved 0,8 % C. |
| Molybden | Mo forringer brændskæreegenskaberne og kan sammenlignes med Cr. |
| Al | Normale Al-andele har ingen indvirkning på skæreegenskaberne. |
Kulstofækvivalent CÄQ:
Ca. 80 % af konstruktionsståltyperne kan brændskæres uden problemer, dvs. uden yderligere opvarmning. Ved pladetykkelser > 30 mm bør forvarmning overvejes. Til beregning af forvarmningen kan kulstofækvivalentformlen anvendes. For at vurdere, fra hvilken pladetykkelse eller ved hvilket materiale forvarmning er nødvendig for at undgå hærdning, kan kulstofækvivalenten for stål anvendes.
Arbejdssikkerhed ved brændeskæring
Ved brændeskæring kan der opstå flere arbejdsmiljømæssige belastninger:
| Type belastning | Beskrivelse og grænseværdier |
| Røg, støv | Ved reaktion mellem ilt og stål eller legeringer (oxider) dannes røg og støv. Røg: Er et gasformigt forbrændingsrestprodukt, der kan indeholde sod og oxidpartikler. Støv: Er en samlebetegnelse for fint fordelte faste partikler i gasser, især i luften. MAK-værdi: 5,0 mg/m³ |
| Nitrogengasser eller nitrogenoxider (NOx) | Fra varmeflammen udgår en reaktion mellem N₂ og O₂ (termisk NOx, NO + NO₂). Forhøjede koncentrationer af NOx i indåndingsluften har en negativ indvirkning på lungefunktionen. MAK-værdi: NO₂: 3 ppm, NO: 25 ppm |
| Optisk stråling | Den optiske stråling fra varmeflammen kan forårsage øjenskader. Det er obligatorisk at bære beskyttelsesbriller med beskyttelsesniveau 4-5. |
| Støj | Støjniveauet ved brændeskæring, især med højtydende dyser, kan være over 85 dB (eksponeringsgrænseværdi). Det anbefales at bære høreværn. |
Skadelige gasser, dampe, røg og støv skal suges op, især i trange rum.