Autogenes Brennschneiden (auch Autogenschneiden oder Brennschneiden genannt) ist eine recht beliebte Variante des thermischen Schneidens, die in der Industrie eingesetzt wird. Es gibt mehrere verschiedene Gasarten, die für dieses Verfahren verwendet werden können, wobei die Endergebnisse deutlich variieren.
Einer der Hauptgründe für die Beliebtheit dieses Verfahrens ist die Bandbreite der Materialien, die damit geschnitten werden können – die Materialstärke, die mit dem Brennschneiden bearbeitet werden kann, reicht von 0,5 mm bis 250 mm. Die Ausrüstungskosten für das Brennschneiden sind im Branchenvergleich ebenfalls relativ günstig, und der gesamte Prozess kann maschinell und nicht nur manuell durchgeführt werden.
Der Prozess des Brennschneidens
Im Grunde genommen ist das Brennschneidverfahren relativ einfach – in seiner einfachsten Form ist eine Brennschneidmaschine eine Düse, die sowohl den primären Sauerstoffstrom als auch mehrere sekundäre Ströme der Kombination aus Sauerstoff und Gas, die als Brennstoff dient, leitet.
Das betreffende Metallstück wird zunächst mit der Kombination aus Gas und Sauerstoff vorgewärmt (auf etwa 700-900 Grad Celsius, eine so genannte „Zündtemperatur“). In diesem Zustand ist das Metallstück nicht heiß genug, um zu schmelzen, aber immer noch heiß genug, um den Schneidprozess durchführen zu können.
Nach dem Erhitzen des fraglichen Metallstücks leitet die Primärdüse einen Sauerstoffstrom auf das erhitzte Stück, wodurch eine chemische Reaktion zwischen dem Metallstück und dem Sauerstoff ausgelöst wird. Bei dieser Reaktion entsteht eine „Schlacke“, d. h. Eisenoxid, das sofort durch denselben Sauerstoffstrom weggeblasen wird, der die Reaktion ausgelöst hat, so dass die Düse selbst mit dem Schneiden des Metallstücks fortfahren kann.
Das Brennschneiden als Ganzes hat vier Hauptvoraussetzungen, um überhaupt durchgeführt werden zu können:
- Der Grad der Sauerstoffverdünnung sollte so gering wie möglich sein, da er sich negativ auf die Leistung des gesamten Schneidprozesses auswirken kann.
- Wie wir bereits erwähnt haben, muss die Temperatur des Metallstücks unter dem Schmelzpunkt liegen, damit der Schneidprozess wie geplant ablaufen kann.
- Der Umfang der Oxidationsreaktion zwischen dem Metall und dem Sauerstoff muss groß genug sein, damit die Zündtemperatur auf demselben Niveau bleibt.
- Der Schmelzpunkt des entstehenden Oxids muss unter der aktuellen Temperatur des Metalls liegen, sonst würde die „Schlacke“ nicht durch den Sauerstoffstrom weggeblasen werden.
Es ist wichtig zu erwähnen, dass verschiedene Materialien (Edelstahl, verschiedene Nichteisenmetalle, Gusseisen usw.) unterschiedliche Oxidschmelzniveaus haben, was die Zugabe von Pulver erforderlich macht, um die Oxidschmelztemperatur zu senken und eine „Schlacke“ zu erzeugen, die weggeblasen werden kann.
Verschiedene Gasarten
Es sollte keine große Überraschung sein, dass beim Brennschneiden verschiedene Gasvarianten für die Durchführung von Brennschneidprozessen verwendet werden können. Es gibt drei Hauptmerkmale, anhand derer sich ein bestimmter Brenngastyp unterscheiden lässt:
- Die Gasmenge, die für den Beginn des Verbrennungsprozesses benötigt wird;
- Die höchstmögliche Flammentemperatur – normalerweise an der Spitze des Innenkegels;
- Die erzeugte Wärme des verbrannten Gases.
Es gibt fünf Hauptgasarten, die regelmäßig für Brennschneidverfahren verwendet werden: Erdgas, MAPP, Acetylen, Propylen und Propan. Wir können auf jede einzelne von ihnen etwas ausführlicher eingehen.
Erdgas
Eine Gasart, die von allen fünf hier genannten die geringste Leistung aufweist, ist Erdgas. Seine Wärmeverteilung liegt bei 1.490 kj/m^3, was mindestens zehnmal weniger ist als bei drei der vier übrigen Gasarten. Es hat die langsamste Anzündgeschwindigkeit und die niedrigste Flammenspitzentemperatur (2.770 Grad Celsius) und ein nicht gerade geringes Verhältnis zwischen Brenngas und Sauerstoff – 1,8 zu 1.
MAPP (Methylacetylen-Propadien)
MAPP ist eine Kombination aus Propadien, Methylacetylen und einigen anderen Kohlenwasserstoffen. Seine Leistung ist insgesamt recht durchschnittlich, mit einer Flammenspitzentemperatur von 2.976 Grad Celsius und einer relativ hohen Wärmeabgabe sowohl für die Primär- als auch für die Sekundärflamme (15.445 kj/m^3 bzw. 56.431 kj/m^3). Diese Kombination von Parametern macht es zu einer relativ durchschnittlichen Gasart in Bezug auf die Schneidgeschwindigkeit, aber es kann bei höheren Druckwerten verwendet werden, was es zu einer guten Wahl für verschiedene Unterwasserschneidverfahren macht.
Acetylen
Wenn wir nach einer Gasart mit der höchsten Flammentemperatur (3.160 Grad Celsius) suchen, dann ist Acetylen die richtige Wahl. Natürlich macht die höchste Spitzentemperatur Acetylen zu der Gasart mit einer der schnellsten Schneidgeschwindigkeiten von allen. Seine Flamme ist auch viel schneller als die von Propan, und sie konzentriert sich hauptsächlich auf den inneren Kegel, wodurch die Gesamtfläche des Metalls, auf die die Hitze einwirkt, und damit auch der Prozentsatz der Verformung insgesamt reduziert wird.
Propylen
Eine weitere interessante Variante einer Gasart ist Propylen, ein flüssiges Erdölgas. Es bietet eine eher durchschnittliche Flammenspitzentemperatur (etwa die gleiche wie MAPP – 2896 Grad Celsius), kann dies aber durch eine hohe Wärmeabgabe im äußeren Kegel ausgleichen – etwa 72.000 kj/m^3. Gleichzeitig hat es den großen Nachteil, dass es ein hohes Brenngasvolumen benötigt – das Verhältnis von Sauerstoff zu Brenngas beträgt 3,7 zu 1.
Propan
Propan ist die letzte der fünf Gasarten, die eine eher niedrige Spitzenhitze erzeugt, aber einen größeren Wirkungsbereich für die Hitze um die Düse herum bietet. Durch die allgemeine Beschaffenheit von Propan ist die Schneidflamme im Vergleich zu Acetylen etwas breiter, aber die Gesamtschneidgeschwindigkeit ist mit der von Acetylen vergleichbar – auch wenn die Einstechgeschwindigkeit aufgrund der geringeren Spitzenhitze (2.828 Grad Celsius) langsamer ist.
Gasschneiden im Levstal
Das Brennschneiden ist ein recht vielseitiges Verfahren, das mit verschiedenen Gasarten und Düsenanordnungen unterschiedliche Schneidvarianten für verschiedene Anwendungsfälle bietet. Die Spezialisten von Levstal verwenden zwei ESAB SXE-P1 4500 Maschinen für das Sauerstoffstrahlschneiden (Brennschneiden) und sind in der Lage, Schwarzbleche mit folgenden Parametern zu bearbeiten: Dicke 15 – 150 mm, Breite bis zu 2800 mm, Schnittlänge bis zu 18000 mm.
