Autogen skjæring – en av de eldste skjæreprosessene innen metallbearbeiding
Hva er skjærebrenning og hvordan fungerer det egentlig?
Autogen skjæring er en metode for å skjære vanlig konstruksjonsstål. Den brukes både manuelt (håndskjærebrenner, vanligvis skjæresnitt) og mekanisert (skjæremaskin, kvalitetssnitt). Den autogene skjæringen (mekanisert) har mistet betydning på grunn av utviklingen av høyfast stål og andre skjæreprosesser, som laserskjæring og plasmaskjæring. Likevel er det fortsatt en økonomisk skjæreprosess for platetykkelser fra 20 mm. Autogen skjæring er en forbrennings-/oksidasjonsprosess (under oksidasjonen reagerer metaller med oksygen), hvor en vesentlig del av energien som kreves for prosessen, kommer fra forbrenningen av materialet. Autogen skjæring gjør det mulig å arbeide med flere skjærebrennere samtidig.
Varmeflammen, en blanding av brenngass og oksygen, varmer opp skjærepunktene til antennelsestemperatur. Når denne er nådd, tilsettes skjæroksygen, og skjæreprosessen starter. I skjæresyrestrålen forbrennes stålet til jernoksid (slagg). Trykket og strømningshastigheten til skjæresyrestrålen driver slaggen ut av skjæresporet. For å kunne utføre skjæresveiseprosessen må stålet være «skjæresveisbart». Grunnleggende betingelse er derfor at antennelsestemperaturen (~1150 °C) er lavere enn smeltetemperaturen (~1500 °C).
Hvilket brenngass bør brukes – og har renheten av oksygenet innvirkning på prosessen?
Brenngasser for skjæreprosessen
For varmeflammen ved brennsaging kan de «vanlige» brenngassene brukes:
- Acetylen
- Propan
- Naturgass (metan)
- Etylen
Ved mekanisert skjærebrenning er økonomien et viktig kriterium, men også driftsforhold som gassforsyning, gasspriser, gassforbruk osv. For å starte skjæreprosessen og den videre skjærebrenningen er det viktig med en kraftig varmeflamme (brenngass).
Forbrenningen av hydrokarbonforbindelser foregår i to trinn. I primærflammen skjer en ufullstendig forbrenning på grunn av tilført varmeoksygen. Ved opptak av oksygen fra omgivelsesluften forbrennes brenngassen fullstendig i sekundærflammen. Brenngassene skiller seg fra hverandre i flammevarme og antennings- og forbrenningshastighet, og dermed også i primærflammeeffekt (kJ/cm2 . S).
I autogene prosesser er effekten av primærflammen av særlig betydning.
Acetylen
- Høyeste flamme temperatur og primærflammeeffekt
- Høy skjæreytelse sammenlignet med andre brennbare gasser
- Ved et permanent gassforbruk > 500 l/t må flere gassflasker kobles sammen (flaskebunt). Derfor er gassforsyningen mer kostbar enn ved propan/etylen
Propan
- Lavere primærflammeeffekt; dermed redusert skjæreytelse (spesielt ved skråskjæring)
- Høye oppvarmings- og hullstikktider
- Oksygenforbruket til oppvarmingsflammen er ca. fire ganger høyere sammenlignet med acetylen
- Propan lagres i flytende tilstand, slik at større gassmengder er tilgjengelige
Oppgaver for oksygen
Skjæresyr
Skjæresyrer er prosessgassen og har følgende oppgaver:
- å oksidere (brenne) stålet
- å drive reaksjonsproduktene (slagg, jernoksider) ut av skjæresporet og dermed danne skjæresporet
Oppvarmingsoksygen
Oppvarmingsoksygen er nødvendig for å forbrenne brenngassen (oppvarmingsflamme). Høy flammeeffekt gir mer effektiv brennsaging. Standardrenheten/kvaliteten på oksygenet er 99,5 vol% (2,5). Denne kvaliteten er tilstrekkelig for brennsagingsprosessen. Med høyere oksygenrenhet, f.eks. 99,95 vol% (3,5), oppnås høyere skjæreytelse med bedre skjærekvalitet.
Gassforbruket avhenger av brennerstørrelsen. Skjæretabeller er viktige dokumenter for å sikre skjærekvalitet og skjæreytelse – grunnlaget for å lage parametere for autogen skjæring.
Hvilke materialer kan brennes, og hva sier karbonekvivalenten?
Materialer som oppfyller betingelsene for skjæring, er:
- Ulegeret stål
- Lavlegert stål
- Støpejern
- Titan
Skjærbarhet av stållegeringer:
Ikke bare C-innholdet påvirker skjærbarheten, men også antall og mengde av andre legeringselementer:
Legeringselementer | Egenskaper |
| Karbon | Alle ulegerte, rene karbonstål, også stål med maks. 0,3 % C. Høyere C-innhold krever også høyere forvarmingstemperatur, den øvre grensen for C er 2 %. |
| Silisium | Stål med maks. 2,5 % Si, ved maks. 0,25 % C-innhold. |
| Mangan | Rene manganstål opp til 13 % Mn og 1,3 % C. |
| Krom | Økende Cr-innhold reduserer skjærbarheten, maks. Cr-innhold 2,2 %. Varmeflamme ved skjæring med Cr-stål med lett overskudd av acetylen. |
| Nikkel | Stål med maks. 5 % Ni kan skjæres uten problemer. |
| Kobber | Stål med maks. 0,7 % Cu. |
| Wolfram | W-innholdet kan være maks. 10 % ved 0,8 % C. |
| Molybden | Mo forringer brennskjærbarheten, er sammenlignbar med Cr. |
| Al | Vanlige Al-andeler påvirker ikke skjærbarheten. |
Karbonekvivalent CÄQ:
Ca. 80 % av konstruksjonsstålene kan skjæres uten problemer, dvs. uten ekstra oppvarming. Ved platetykkelser > 30 mm bør forvarming vurderes. For å bestemme forvarmingen kan karbonekvivalentformelen brukes. For å vurdere fra hvilken platetykkelse eller for hvilket materiale forvarming er nødvendig for å unngå herding, kan karbonekvivalenten for stål brukes.
Arbeidsmiljø ved skjæring
Ved brennsaging kan det oppstå flere arbeidsmiljømessige belastninger:
| Type belastning | Beskrivelse og grenseverdier |
| Røyk, støv | Reaksjonen mellom oksygen og stål eller legeringer (oksider) danner røyk og støv. Røyk: Er et gassformig forbrenningsrestprodukt som kan inneholde sot og oksidpartikler. Støv: Er en samlebetegnelse for finfordelte faste partikler i gasser, spesielt i luften. MAK-verdi: 5,0 mg/m³ |
| Nitrogengasser eller nitrogenoksider (NOx) | En reaksjon mellom N₂ og O₂ (termisk NOx, NO + NO₂) som oppstår fra varmeflammen. Økte konsentrasjoner av NOx i luften vi puster inn, har en negativ innvirkning på lungefunksjonen. MAK-verdi: NO₂: 3 ppm, NO: 25 ppm |
| Optisk stråling | Den optiske strålingen fra varmeflammen kan forårsake øyeskader. Det er obligatorisk å bruke vernebriller med beskyttelsesnivå 4–5. |
| Støy | Støynivået ved brennsaging, spesielt med høyeffektdyser, kan være over 85 dB (eksponeringsgrense). Det anbefales å bruke hørselsvern. |
Skadelige gasser, damper, røyk og støv må suges opp, spesielt i trange rom.