Haben Sie sich jemals gefragt, wie massive Stahlkonstruktionen mit solcher Präzision geschnitten werden? Das Brennschneiden, ein bemerkenswertes, aber oft verkanntes Verfahren, hat die Metallverarbeitungsindustrie revolutioniert. In diesem Artikel befassen wir uns mit der Wissenschaft hinter dem Brennschneiden, erkunden seine Anwendungen und entdecken, wie es die Art und Weise, wie wir Metall formen und gestalten, verändert hat. Lassen Sie sich von der Kraft und Vielseitigkeit dieser Spitzentechnologie überraschen!
Autogenes Schneiden, auch bekannt als Brennschneiden oder Autogenschneiden, ist ein hocheffizientes thermisches Schneidverfahren, das in der Geräteherstellung weit verbreitet ist. Bei diesem Verfahren wird die exotherme Reaktion zwischen reinem Sauerstoff und erhitztem Metall genutzt, um präzise Schnitte in Eisenwerkstoffe zu erzeugen.
Aufgrund ihrer Einfachheit und leichten Bedienbarkeit eignen sich Autogenschneidanlagen besonders für die Bearbeitung von Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl. Sie zeichnen sich durch präzise Schnitte in geraden Linien, Kreisen und komplexen Formen aus und können eine breite Palette von Materialstärken verarbeiten, typischerweise von 5 mm bis 300 mm.
Jüngste Fortschritte in der CNC-Technologie, fotoelektrische Nachführsysteme und Hochleistungsschneiddüsen haben das Automatisierungspotenzial des Autogenschneidens deutlich erhöht. Diese Innovationen haben zu einer verbesserten Schneidpräzision, höherer Produktivität und geringerer Abhängigkeit vom Bediener geführt.
Beim autogenen Schneiden wird ein Brenner verwendet, der ein Brenngas (in der Regel Acetylen) mit Sauerstoff mischt, um eine Hochtemperaturflamme zu erzeugen. Diese Flamme heizt das Metall an der Schneidstelle auf seine Zündtemperatur vor (ca. 870 °C bei Baustahl). Anschließend wird ein Strahl aus reinem Sauerstoff auf den vorgewärmten Bereich gerichtet, wodurch eine schnelle Oxidationsreaktion ausgelöst wird. Das dabei entstehende geschmolzene Oxid wird durch die Kraft des Sauerstoffstrahls aus der Schnittfuge ausgestoßen, wodurch ein sauberer Schnitt entsteht.
Für eine optimale Schneidleistung sollte die Sauerstoffreinheit über 99,5% liegen. Acetylen ist zwar aufgrund seiner hohen Flammentemperatur (3160 °C) und Schneideffizienz das bevorzugte Brenngas, aber alternative Brenngase wie Propan, Erdgas oder MAPP-Gas können bei bestimmten Anwendungen oder wenn Acetylen nicht verfügbar ist, verwendet werden.
Der Schneidbrenner ist die entscheidende Komponente der Autogenschneidausrüstung. Seine Konstruktion beeinflusst die Schneidgeschwindigkeit, die Qualität und die Gesamteffizienz. Moderne Brenner verfügen oft über Funktionen wie Mehrflammenvorwärmung, Hochgeschwindigkeitsdüsen und ergonomisches Design, um Leistung und Bedienerkomfort zu verbessern.
Autogenschneidsysteme reichen von tragbaren manuellen Anlagen mit Gasflaschen bis hin zu hoch entwickelten automatisierten Maschinen. Moderne Systeme können mehrere Schneidköpfe, numerische Computersteuerung (CNC) und integrierte CAD/CAM-Software für komplexe Schneidvorgänge umfassen. Diese automatisierten Systeme sind vor allem in der Massenproduktion von Vorteil, da sie einen höheren Durchsatz und eine höhere Konsistenz bieten.
Zu den wichtigsten Vorteilen des Brennschneidens gehören:
Es ist jedoch zu beachten, dass das autogene Schneiden auf Eisenwerkstoffe beschränkt ist und sich möglicherweise nicht für hochpräzise Anwendungen oder das Schneiden dünner Werkstoffe (unter 5 mm) eignet, für die Plasma- oder Laserschneiden geeigneter sein könnte.
Brennschneiden, auch Autogenes Schneiden genannt, ist ein thermisches Schneidverfahren, bei dem eine Kombination aus Brenngas und Sauerstoff zum Schneiden von Metallen verwendet wird. Dabei wird das Metall auf seine Zündtemperatur vorgewärmt und dann mit einem hochreinen Sauerstoffstrom schnell oxidiert. Dieser Prozess erzeugt einen kontinuierlichen, präzisen Schnitt durch das Werkstück.
Der Schneidemechanismus erfolgt in den folgenden Stufen:
Für ein erfolgreiches Brennschneiden müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein:
Brennschneidmaschinen sind automatisierte Systeme, die manuelle Schneidbrenner ersetzen und eine höhere Produktivität, eine bessere Schnittqualität, eine geringere Ermüdung des Bedieners und eine bessere Kosteneffizienz bei Metallverarbeitungsprozessen bieten.
1) Halbautomatische Brennschneidmaschine:
Dieses System besteht aus einem kompakten, selbstfahrenden Schlitten, der die Schneiddüse entlang einer vorgegebenen Bahn führt. Während die Bewegung des Schlittens automatisiert ist, muss die Bahn manuell eingestellt werden, so dass ein Gleichgewicht zwischen Automatisierung und Bedienerkontrolle besteht.
2) Profilbrennschneidmaschine:
a) Gantry-Typ: Verwendet eine robuste Gantry-Struktur, bei der sich die Schneiddüse über präzisionsgefertigte Radmechanismen entlang des Werkstückprofils bewegt, was Stabilität und Genauigkeit bei komplexen Schneidvorgängen gewährleistet.
b) Schwenkarm-Typ: Verwendet ein Gelenkarmsystem, das schwenkbar ist, um die Schneiddüse zu führen, und bietet so eine größere Flexibilität für das Schneiden komplizierter Profile, besonders geeignet für gebogene oder unregelmäßige Formen.
3) Photoelektrische Verfolgungsbrennschneidmaschine:
Dieses fortschrittliche System verfügt über fotoelektrische Sensoren, die vorgezeichnete Muster oder Schablonen erkennen und ihnen folgen. Der Schneidbrenner wird automatisch entlang des Profils geführt und ermöglicht so ein hochpräzises automatisches Schneiden komplexer Formen mit minimalem Bedienereingriff.
4) CNC-Brennschneidmaschine:
Computer Numerical Control (CNC) ist eine hochentwickelte Steuerungsmethode, bei der digitale Anweisungen den Maschinenbetrieb steuern. Bei CNC-Brennschneidsystemen interpretiert ein Computer die programmierten Schneidpfade und führt sie aus, wobei er Parameter wie Brennerbewegung, Schneidgeschwindigkeit und Gasfluss steuert. Diese Technologie ermöglicht:
Moderne CNC-Brennschneidmaschinen verfügen häufig über eine mehrachsige Steuerung, die Fasenschnitte und 3D-Profilierungen ermöglicht und damit ihre Möglichkeiten für fortschrittliche Metallverarbeitungsprozesse noch erweitert.
Zum Brennschneidprozess gehören vor allem der Druck des Schneidsauerstoffs, die Schneidgeschwindigkeit, die Effizienz der Vorwärmflamme, der Neigungswinkel der Schneiddüse und des Werkstücks sowie der Abstand zwischen Schneiddüse und Werkstück.
1) Druck des Schneidsauerstoffs:
Sie wird beeinflusst von der Dicke des Werkstücks, der Art der Schneiddüse und der Reinheit des Sauerstoffs.
Beim Schneiden von dünnen Materialien ist eine kleinere Größe der Schneiddüse und niedrigerer Sauerstoffdruck gewählt werden sollte.
Die Reinheit des Sauerstoffs hat einen erheblichen Einfluss auf die Schneidgeschwindigkeit, den Gasverbrauch und die Schnittqualität.
2) Schnittgeschwindigkeit:
Sie hängt von der Dicke des Werkstücks und der Form der Schneiddüse ab. Mit zunehmender Dicke nimmt die Schnittgeschwindigkeit ab.
Die Schnittgeschwindigkeit sollte weder zu schnell noch zu langsam sein, da dies zu übermäßigem Widerstand und unvollständigen Schnitten führen kann.
Die Korrektheit der Schnittgeschwindigkeit wird hauptsächlich anhand des Widerstands im Schnitt beurteilt.
3) Wirkungsgrad der Vorwärmflamme:
Zum Vorwärmen beim Brennschneiden wird eine neutrale oder eine leicht oxidierende Flamme verwendet, eine aufkohlende Flamme sollte nicht verwendet werden.
Der Wirkungsgrad der Vorwärmflamme wird durch den Verbrauch des Brenngases pro Stunde ausgedrückt.
Die Effizienz der Vorwärmflamme hängt von der Dicke des Werkstücks ab.
4) Neigungswinkel der Schneiddüse und des Werkstücks:
Der Neigungswinkel von Schneiddüse und Werkstück wird in erster Linie durch die Dicke des Werkstücks bestimmt.
Der Neigungswinkel der Schneiddüse und des Werkstücks wirkt sich direkt auf die Schnittgeschwindigkeit und den Widerstand aus.
Eine Rückwärtsneigung kann den Widerstand verringern und die Schnittgeschwindigkeit erhöhen.
5) Abstand zwischen der Schneiddüse und der Werkstückoberfläche:
Der Abstand zwischen der Schneiddüse und der Werkstückoberfläche sollte auf der Grundlage der Länge der Vorwärmflamme und der Dicke des Werkstücks bestimmt werden, im Allgemeinen etwa 3 bis 5 mm.
Wenn δ<20mm ist, kann die Flamme länger sein, und der Abstand kann entsprechend vergrößert werden.
Wenn δ>=20mm ist, sollte die Flamme kürzer sein, und der Abstand kann verringert werden.
6) Qualitätsanforderungen an Brennschneidarbeiten:
Die Oberfläche des Brennschnittes sollte glatt und sauber sein, mit gleichmäßigen groben und feinen Linien. Die beim Brennschneiden entstehende Eisenoxidschlacke lässt sich leicht ablösen. Der Spalt des Brennschneidens sollte schmal und gleichmäßig sein, und es sollte kein Schmelzen des Materials auftreten. Stahlplatte Kanten.
Bewertungskriterien und Einstufung der Schnittqualität:
a) Oberflächenrauhigkeit: Die Oberflächenrauheit bezieht sich auf den Abstand zwischen den Spitzen und Tälern auf der Schnittfläche (Durchschnitt von fünf beliebigen Punkten), angegeben durch G.
b) Ebenheit: Die Ebenheit bezieht sich auf den Grad der Unebenheit entlang der Schnittrichtung, die senkrecht zur Schnittfläche verläuft. Sie wird als Prozentsatz der Dicke δ des geschnittenen Stahlblechs berechnet und mit B angegeben.
c) Grad des Schmelzens der Oberkante: Dies bezieht sich auf das Ausmaß des Schmelzens oder Zusammenbrechens während des Brennschneidens, das sich durch das Vorhandensein von zusammengebrochenen Ecken und die Bildung von intermittierenden oder kontinuierlichen Tropfen oder geschmolzenen Streifen zeigt, angegeben durch S.
d) Hängende Schlacke: Unter Schlackenanhaftung versteht man das Anhaften von Eisenoxid an der Unterkante der Schnittfläche. Sie wird nach dem Grad der Anhaftung und der Schwierigkeit der Entfernung in verschiedene Klassen eingeteilt, die mit Z gekennzeichnet sind.
e) Maximale Fehlerabstände: Der maximale Fehlerabstand bezieht sich auf das Auftreten von Rillen auf der Schnittfläche entlang der Schnittlinienrichtung aufgrund von Vibrationen oder Unterbrechungen, die eine plötzliche Abnahme der Oberflächenrauheit verursachen. Die Tiefe der Rille liegt zwischen 0,32 mm und 1,2 mm, und die Breite der Rille überschreitet nicht 5 mm. Solche Rillen werden als Fehler betrachtet. Der maximale Fehlerabstand wird mit Q angegeben.
f) Geradheit: Die Geradheit bezieht sich auf den Abstand zwischen der geraden Linie, die den Anfangs- und Endpunkt entlang der Schnittrichtung verbindet, und der kronenartigen Wolkenschnittfläche. Sie wird mit P angegeben.
g) Rechtwinkligkeit: Die Rechtwinkligkeit bezieht sich auf die maximale Abweichung zwischen der tatsächlichen Schnittfläche und der senkrechten Linie zur Oberfläche des zu schneidenden Metalls.
7) Ursachen und Vorbeugungsmethoden für häufige Fehler:
(1) Übermäßige Breite und raue Oberfläche des Schnitts:
Dies wird durch einen zu hohen Schneidsauerstoffdruck verursacht. Wenn der Schneidsauerstoffdruck zu niedrig ist, kann die Schlacke nicht weggeblasen werden, wodurch die Schlacke zusammenklebt und schwer zu entfernen ist.
Vorbeugung: Stellen Sie den Druck des Schneidsauerstoffs auf ein Niveau ein, das der gewünschten Schnittbreite und Oberflächenrauheit entspricht.
(2) Unebene Oberfläche oder Schmelzen der Kanten:
Dies wird durch eine zu hohe Intensität der Vorheizflamme verursacht oder langsames Schneiden Geschwindigkeit. Eine unzureichende Intensität der Vorwärmflamme kann zu Unterbrechungen im Schneidprozess und einer unebenen Oberfläche führen.
Vorbeugung: Achten Sie auf eine angemessene Vorwärmflammenintensität, um einen gleichmäßigen Schnitt zu erzielen.
(3) Übermäßiger Widerstand nach dem Schneiden:
Dies geschieht, wenn die Schnittgeschwindigkeit zu hoch ist, was zu übermäßigem Widerstand und unvollständigen Schnitten führt. In schweren Fällen kann die Schlacke nach oben fliegen und eine erneute Erhitzung verursachen.
Vorbeugung: Stellen Sie die Schnittgeschwindigkeit auf ein angemessenes Niveau ein, um einen ordnungsgemäßen Schnitt ohne übermäßigen Widerstand zu erzielen.
8) Möglichkeiten zur Verbesserung der Oberflächenqualität des Schnitts:
(1) Angemessener Sauerstoffdruck beim Schneiden:
Ein zu hoher Schneidsauerstoffdruck kann zu einem breiteren Schnitt und einer rauen Oberfläche führen, während gleichzeitig Sauerstoff verschwendet wird. Ein unzureichender Schneidsauerstoffdruck kann dazu führen, dass die Schlacke zusammenklebt und schwer zu entfernen ist.
Lösung: Stellen Sie den Druck des Schneidsauerstoffs auf einen Wert ein, der der gewünschten Schnittqualität entspricht.
(2) Angemessene Intensität der Vorwärmflamme:
Eine zu hohe Intensität der Vorwärmflamme kann zum Schmelzen der Kanten auf der Schnittfläche führen, während eine zu geringe Intensität Unterbrechungen im Schneidprozess und eine unebene Oberfläche verursachen kann.
Lösung: Achten Sie auf eine angemessene Intensität der Vorwärmflamme, um einen gleichmäßigen Schnitt zu erzielen.
(3) Angemessene Schnittgeschwindigkeit:
Eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit kann zu übermäßigem Widerstand, unvollständigen Schnitten und nach oben fliegender Schlacke führen, was eine erneute Erhitzung zur Folge hat. Wenn die Schnittgeschwindigkeit zu langsam ist, können die Kanten des Stahlblechs schmelzen, Gas verschwendet werden und bei dünneren Blechen kann es zu übermäßiger Verformung und Anhaftung kommen, was die Reinigung nach dem Schnitt erschwert.
Lösung: Stellen Sie die Schnittgeschwindigkeit auf einen Wert ein, der der gewünschten Schnittqualität entspricht.
Vorteile des Brennschneidens
Nachteile des Brennschneidens
Weit verbreitet in der Stahlherstellung zum präzisen Schneiden von Blechen und zur Vorbereitung von Schweißfasen, was effiziente Fügeprozesse im Stahlbau und in der Schwerindustrie ermöglicht.
Hocheffektiv bei der Entfernung von Anschnittsystemen in großen Gussstücken, die eine Dicke von mehr als 300 mm erreichen können. Dies macht ihn unschätzbar wertvoll für Gießereien und die Produktion von schweren Industriekomponenten.
Es wird hauptsächlich zum Schneiden verschiedener Kohlenstoffstahlsorten und niedrig legierter Stähle eingesetzt und bietet eine kostengünstige Lösung für Materialien mit dickem Querschnitt, bei denen andere Schneidmethoden weniger effizient oder wirtschaftlich sind.
Bei der Verarbeitung von kohlenstoffreichem Stahl oder niedrig legierten Stahlsorten, die zum Abschrecken neigen, sind besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um Kantenverhärtung oder Rissbildung zu vermeiden:
Autogenes Schneiden wird häufig im Schiffbau, im Baugewerbe und in der Abbruchindustrie eingesetzt, wo seine Fähigkeit, dicke Bleche und unregelmäßige Formen zu schneiden, von Vorteil ist.
In der Rohrherstellung wird das Brennschneiden zur Herstellung von präzisen Schrägen und Sattelschnitten eingesetzt, die eine ordnungsgemäße Passung im Rohrleitungsbau und in der Druckbehälterfertigung ermöglichen.