Oxybrandersnijden Uitgelegd: Proces, Voordelen en Nadelen

Wat is oxybrandersnijden?

Oxybrandersnijden en -lassen zijn processen die brandgassen (of vloeibare brandstoffen zoals benzine) en zuurstof gebruiken om metalen te lassen of te snijden. De Franse ingenieurs Edmond Fouché en Charles Picard ontwikkelden in 1903 als eersten de zuurstof-aceteenlastechniek.

In plaats van lucht wordt zuiver zuurstof gebruikt om de vlamtemperatuur te verhogen, zodat het werkstukmateriaal (bijv. staal) lokaal kan smelten bij kamertemperatuur.

Een gewone propaan/lucht-vlam brandt bij ongeveer 2.250 K (1.980 °C; 3.590 °F), een propaan/zuurstof-vlam bij 2.526 K (2.253 °C; 4.087 °F), een oxywaterstofvlam bij 3.073 K (2.800 °C; 5.072 °F) en een aceteen/zuurstof-vlam bij ongeveer 3.773 K (3.500 °C; 6.332 °F).

Voordat gesneden wordt, moet de snijbrander het staal aan het startpunt voorverwarmen tot de ontbrandingstemperatuur. Bij deze temperatuur van ongeveer 960 °C (afhankelijk van het legeringstype) heeft het staal zijn beschermende eigenschappen tegen zuurstof verloren, maar is het nog steeds vast.

Vervolgens wordt zuiver zuurstof door de monding op het verwarmde gebied gericht. Deze fijn hoge-druk zuurstofstraal verandert het voorverwarmde, onbeschermde staal door een exotherme reactie in geoxideerd vloeibaar staal (slijk).

Deze slijk heeft een lager smeltpunt dan staal, zodat de zuurstofstraal de vloeibare slijk uit de kerf kan blazen zonder het niet-geoxideerde vaste staal te beïnvloeden. Deze exotherme reactie is een continu proces en creëert een snede naarmate de brander voortbeweegt. Om de reactie in stand te houden, blijft de snijbrander het staal tijdens het snijden verwarmd.

Alleen metalen wier oxiden een lager smeltpunt hebben dan het basismetaal zelf kunnen met dit proces worden gesneden. Anders vormt het metaal direct bij oxidatie een beschermende korst die de oxidatie stopt. Alleen zachte stalen en sommige lage legeringen voldoen aan deze voorwaarde en kunnen effectief met het oxybrandproces worden gesneden.

Hoe werkt het oxybrandproces?

Oxybrandersnijden is een chemische reactie tussen zuiver zuurstof en staal om ijzeroxide te vormen. Het kan worden beschreven als snelle, gecontroleerde roestvorming. Voorverwarmsvlammen brengen het oppervlak of de rand van het staal op ongeveer 980 °C (helder rood).

Daarna wordt zuiver zuurstof in een fijn, hoge-druk straal naar het verwarmde gebied gericht. Terwijl het staal oxideert en weggeblazen wordt om een holte te vormen, worden de voorverwarmsvlammen en de zuurstofstraal met constante snelheid bewogen om een continue snede te vormen.

Alleen metalen wier oxiden een lager smeltpunt hebben dan het basismetaal kunnen worden gesneden. Alleen koolstofarme stalen en sommige lage legeringen voldoen aan deze voorwaarde.

Hier zijn de basisstappen:

Stap 1: Voorverwarmen

Voordat u kunt snijden, moet het staal op de ontbrandingstemperatuur (~980 °C) worden gebracht. Op deze temperatuur reageert het staal gemakkelijk met zuurstof. De hitte wordt geleverd door de voorverwarmsvlammen van een oxybrandbrander. In de brander wordt het brandgas met zuurstof gemengd tot een hoog ontvlambaar mengsel.

Een monding heeft meerdere gaten in een cirkelpatroon om het mengsel in meerdere kleine straalen te bundelen. Het brandstof-zuurstofmengsel wordt buiten de monding ontsteekt, zodat de voorverwarmsvlammen net buiten de mondingstip ontstaan.

Veelvoorkomende brandgassen zijn aceteen, propaan, aardgas en enkele gemengde gassen. Door de brandstof-zuurstofverhouding aan te passen, wordt de vlam geoptimaliseerd voor de hoogst mogelijke temperatuur in de kleinst mogelijke vlam. Dit concentreert de warmte op een klein oppervlak van de staalplaat.

Stap 2: Prikken

Zodra het oppervlak of de rand de ontbrandingstemperatuur heeft bereikt, wordt een straal zuiver zuurstof geopend om door de plaat te prikken. Dit heet de "snijzuurstof", en de straal wordt gevormd door een enkele boorgat in het midden van de monding.

Zodra de snijzuurstofstraal het voorverwarmde staal treft, begint de snelle oxidatie. Dit is een exotherme reactie: er komt meer warmte vrij dan er nodig is om het proces te starten.

Het geoxideerde staal vormt vloeibare slijk, die uit de weg moet worden geruimd zodat de zuurstofstraal door de plaat kan prikken. Afhankelijk van de dikte duurt dit van een fractie van een seconde tot enkele seconden.

Tijdens het prikken duwt de zuurstofstraal zich steeds dieper in de plaat, en wordt de gesmolten slijk uit het prikgat geblazen. Dit kan resulteren in een enorme fontein van gesmolten staal, of – bij correcte uitvoering – in een kleine slijkpoel op de plaat.

Stap 3: Snijden

Zodra de snijzuurstofstraal door de hele plaat heen is, kan de brander met constante snelheid gaan bewegen, waardoor een continue snede ontstaat. De gevormde slijk wordt door de zuurstofstraal uit de bodem van de plaat geblazen.

De warmte van de chemische reactie tussen zuurstof en staal verwarmt de plaat net voor de snede voor, maar niet betrouwbaar genoeg om zonder voorverwarmsvlammen te snijden. Daarom blijven de voorverwarmsvlammen tijdens het snijden aan, om warmte toe te voegen terwijl de brander voortbeweegt.

Dit zijn de basisprincipes. Er zijn echter veel andere factoren die de kwaliteit van de snijrand beïnvloeden, zoals snelheid, snijzuurstofdruk, voorvlaminstelling, snijhoogte, plaattemperatuur, enz.

Kenmerken van oxybrand ten opzichte van plasma

• Materiaal. Oxybrandersnijden wordt gebruikt voor het snijden van zachte staal. Alleen metalen wier oxiden een lager smeltpunt hebben dan het basismetaal kunnen worden gesneden. Alleen zachte staal en sommige lage legeringen voldoen.
• Wanddikte. Oxybrand stelt snijden van dikker gewand materiaal toe dan plasma. Plasma kan geen dikke wanden snijden vanwege de enorme hoeveelheden energie die nodig zijn om vergelijkbare diktes te bereiken.
• Snijhoek. Oxybrand stelt snijden van steilere hoeken tot 70° toe (in tegenstelling tot 45° bij plasma) dankzij de concentratie van de zuurstofstraal.
• Rechte sneden. De plasma-bundel heeft de neiging af te buigen bij te steile hoeken. Deze afbuiging kan echter gecompenseerd worden door automatisering.
• Kosten. Oxybrand is een meer economische oplossing dan plasma snijden. Initiële investeringskosten, verbruiksmaterialen en exploitatiekosten zijn allemaal lager. Echter, verwerkingssnelheden zijn typisch lager onder een wanddikte van 20 mm (in aanmerking nemend 3D-profilering in de zware staalindustrie).

Voordelen en nadelen van oxybrandsnijden

Bij oxybrandsnijden worden brandgas en zuurstof gebruikt om de snijvlam te genereren. Messer Cutting Systems levert gassen waaronder aceteen, MAPP, propaan en aardgas, evenals informatie afgestemd op uw eisen.

Voordelen:

• Rechte snijkwaliteit en hoge nauwkeurigheid.
• Afschuivende sneden (bevel strip cutting).
• Prikken in zachte staal tot 4 inch dik (101 mm) tot 5 inch (127 mm).
• Randstart en snijden van staal van 10 inch (254 mm) tot 12 inch (304 mm) dik.
• Met meerdere branders tegelijkertijd meerdere delen produceren, wat tijd en arbeid bespaart.

Nadelen:

• Kan onder normale omstandigheden geen roestvrij staal snijden.
• Langzamere snijsnelheden vergeleken met plasma snijden.
• Dun materiaal kan vervormen (warpen) door de hitte.
• Moeilijk gaten te produceren die kleiner zijn dan tweemaal de staaldikte.