Vad är skärbränning och hur fungerar det exakt?
Autogen skärbränning är en metod för att skära vanliga konstruktionsstål. Den används både manuellt (handskärbrännare, oftast skärskärningar) och mekaniserat (skärbränningsmaskin, kvalitetsskärningar). Den autogena skärbränningsmetoden (mekaniserad) har förlorat i betydelse på grund av utvecklingen av höghållfasta stål och andra skärmetoder, såsom laserskärning och plasmaskärning. Ändå är det fortfarande en ekonomisk skärmetod för plåttjocklekar från 20 mm. Autogen skärning är en förbrännings-/oxidationsprocess (under oxidationen reagerar metaller med syre) där en väsentlig del av den energi som krävs för processen kommer från förbränningen av materialet. Autogen skärning möjliggör samtidig bearbetning med flera skärbrännare.
Värmeflamman, en blandning av brännbar gas och syre, värmer upp skärstället till antändningstemperatur. När denna temperatur uppnåtts tillförs skärsyre och skärprocessen inleds. I skäroxygenstrålen förbränns stålet till järnoxid (slagg). Trycket och utströmningshastigheten hos skäroxygenstrålen driver ut slaggen ur skärfogen. För att skärbränningsprocessen ska kunna utföras måste stålet vara ”skärbrännbart”. Grundvillkoret är alltså att antändningstemperaturen (~1 150 °C) är lägre än smältpunkten (~1 500 °C).
Vilket brännande gas bör användas – och påverkar syrets renhet processen?
Brännande gaser för skärprocessen
För värmeflamman vid skärning med gasbrännare kan de ”vanliga” brännbara gaserna användas:
- Acetylen
- Propan
- Naturgas (metan)
- Etylen
Vid mekaniserad skärbränning är lönsamheten ett viktigt kriterium, men även driftsförhållanden som gasförsörjning, gaspriser, gasförbrukning etc. För att starta skärprocessen och fortsätta skärbränningen är en kraftfull värmeflamma (brännbar gas) viktig.
Förbränningen av kolväteföreningar sker i två steg. I den primära flamman sker en ofullständig förbränning genom den tillförda värmeoxiden. Genom att ta upp syre från omgivningsluften förbränns bränslegasen fullständigt i den sekundära flamman. Bränslegaserna skiljer sig åt i flammetemperatur och tändnings- och förbränningshastighet och därmed i primärflammans effekt (kJ/cm2 . S).
Vid autogena processer är effekten av primärflamman av särskild betydelse.
Acetylen
- Högsta flammetemperatur och primärflammavärmeeffekt
- Hög skärprestanda jämfört med andra brännande gaser
- Vid en permanent gasförbrukning > 500 l/h måste flera gasflaskor kopplas ihop (flaskbunt). Därför är gasförsörjningen mer komplicerad än vid propan/eten
Propan
- Lägre primär flamkraft, vilket minskar skärprestandan (särskilt vid sneda skär)
- Långa uppvärmnings- och hålstansningstider
- Syreförbrukningen för värmeflamman är ungefär fyra gånger högre jämfört med acetylen
- Propan lagras i flytande form, vilket innebär att större gasmängder är tillgängliga.
Syrets uppgifter
Skärande syre
Skärsyre är processgasen och har följande uppgifter:
- oxidera (bränna) stålet
- driva ut reaktionsprodukterna (slagg, järnoxider) ur skärfogen och på så sätt bilda skärfogen
Uppvärmningssyre
Uppvärmningssyre behövs för att förbränna bränn gasen (uppvärmningsflamma). En hög flammaprestanda ger effektivare skärbränning. Standardrenheten/kvaliteten på syret är 99,5 volymprocent (2,5). Denna kvalitet är tillräcklig för skärbränningsprocessen. Med en högre syrenhet, t.ex. 99,95 volymprocent (3,5), uppnås en högre skärprestanda med bättre skärkvalitet.
Gasförbrukningen beror på brännarens storlek. Skärtabeller är viktiga dokument för att säkerställa skärkvaliteten och skärprestandan – grunden för att skapa parametrar vid autogent skärbränning.
Vilka material kan skäras och vad säger kolekvivalenten?
Material som uppfyller villkoren för skärning är:
- Olegerat stål
- Låglegerat stål
- Gjutstål
- Titan
Skärbarhet hos stållegeringar:
Det är inte bara C-halten som påverkar skärbarheten, utan även antalet och mängden andra legeringsämnen:
Legeringsämnen | Egenskaper |
| Kol | Kol
|
| Kisel | Stål med max. 2,5 % Si, vid max. 0,25 % C-halt. |
| Mangan | Rena manganstål upp till 13 % Mn och 1,3 % C. |
| Krom | Ökande Cr-halt minskar skärbarheten, max. Cr-halt 2,2 %. Värmeflamma vid skärbränning med Cr-stål med lätt acetylenöverskott. |
| Nickel | Stål med max. 5 % Ni kan skäras utan problem. |
| Koppar | Stål med max. 0,7 % Cu. |
| Wolfram | W-halten kan vara max 10 % vid 0,8 % C. |
| Molybden | Mo försämrar skärbarheten, är jämförbart med Cr. |
| Al | Vanliga Al-halter påverkar inte skärbarheten. |
Kolförening CÄQ:
Ca. 80 % av konstruktionsstålen kan skäras utan problem, dvs. utan extra uppvärmning. Vid plåttjocklekar > 30 mm bör förvärmning övervägas. För att bestämma förvärmningen kan koläquivalentformeln användas. För att bedöma från vilken plåttjocklek eller för vilket material förvärmning är nödvändig för att undvika härdning kan koläquivalenten för stål användas.
Arbetsmiljöskydd vid skärbränning
Vid skärbränning kan flera arbetsmiljörelaterade belastningar uppstå:
| TYP AV BELASTNING | BESKRIVNING AV GRÄNSVÄRDEN |
| Rök, damm | Rök och damm bildas genom reaktion mellan syre och stål eller legeringar (oxider). Rök: Är en gasformig förbränningsrest som kan innehålla sot och oxidpartiklar. Damm: Samlingsbeteckning för finfördelade fasta partiklar i gaser, särskilt i luften. MAK-värde: 5,0 mg/m³ |
| Nitrosgaser eller kväveoxider (NOx) | En reaktion mellan N₂ och O₂ (termisk NOx, NO + NO₂) som utgår från värmeflamman. Förhöjda koncentrationer av NOx i inandningsluften påverkar lungfunktionen negativt. MAK-värde: NO₂: 3 ppm, NO: 25 ppm |
| Optisk strålning | Den optiska strålningen från värmeflamman kan orsaka ögonskador. Det är obligatoriskt att bära skyddsglasögon med skyddsnivå 4–5. |
| Buller | Ljudnivån vid skärning, särskilt med högpresterande munstycken, kan överstiga 85 dB (exponeringsgränsvärde). Det rekommenderas att använda hörselskydd. |
Skadliga gaser, ångor, rök och damm måste sugas upp, särskilt i trånga utrymmen.