CH637559A5

CH637559A5 - Method of making burr-free severing cuts in plasma-cutting

Info

Publication number: CH637559A5
Application number: CH1087677A
Authority: CH
Inventors: Herbert Flasskamp; Klaus Baumgaertner
Original assignee: Messer Griesheim Gmbh
Priority date: 1976-09-09
Filing date: 1977-09-06
Publication date: 1983-08-15
Also published as: FR2364088A1; DE2640506A1; FR2364088B1; DE2640506C3; NL7709588A; AT369305B; ATA540677A; ES461629A1; DE2640506B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bartfreien Trennschnitten beim Plasmaschneiden von niedriglegierten, kohlenstoffarmen Stählen, insbesondere Baustahl. The invention relates to a method for producing beard-free separating cuts in the plasma cutting of low-alloy, low-carbon steels, in particular structural steel.

Beim Plasmaschneiden von Baustählen unter Verwendung der bisher üblichen Plasmaschneidgase, wie Argon, Argon-Wasserstoff-Gemisch, Luft oder Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch, beispielsweise gemäss DE-PS 1 231 093, zeigt die Praxis, dass bartfreie Trennschnitte nicht beliebig oft reproduzierbar sind. Bei den meisten Plasmaschnitten in dieser Art haftet an der Unterseite der Schnittkante geschmolzenes Material an, welches nur mittels eines zusätzlichen Bearbeitungsvorganges, z. B. durch Schleifen oder Hobeln, entfernt werden kann. When plasma cutting structural steels using the previously customary plasma cutting gases, such as argon, argon-hydrogen mixture, air or nitrogen-hydrogen mixture, for example according to DE-PS 1 231 093, practice shows that beard-free separating cuts cannot be reproduced as often as desired. In most plasma cuts of this type, molten material adheres to the underside of the cutting edge, which material can only be processed by means of an additional processing operation, e.g. B. can be removed by grinding or planing.

Dadurch wird jedoch die Anwendung des Plasmaschneidverfahrens bei Baustählen unwirtschaftlich. However, this makes the application of the plasma cutting process in structural steels uneconomical.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sind in der Zwischenzeit Plasmaschneidverfahren bekannt geworden, bei denen der Plasmaschneidstrahl von einem Wasserstabilisierungsmantel umgeben ist. Durch dieses Verfahren, wie es in verschiedenen Veröffentlichungen, beispielsweise US-PS 3 641 308, DE-OS 2 130 394, beschrieben ist, wird es möglich, bartfreie Trennschnitte mittels eines Plasmaschneid-bogens zu erreichen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass zusätzliche, kostenverursachende Einrichtungen notwendig sind. In order to avoid these disadvantages, plasma cutting methods have become known in the meantime, in which the plasma cutting jet is surrounded by a water stabilization jacket. This method, as described in various publications, for example US Pat. No. 3,641,308, DE-OS 2 130 394, makes it possible to achieve beard-free separating cuts by means of a plasma cutting arc. However, this method has the disadvantage that additional, cost-causing devices are necessary.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ohne zusätzliche, den Plasmastrahl beeinflussende Medien bartfreie Trennschnitte erreichbar sind. The object of the present invention is to create a method of the type mentioned at the outset in which beard-free separating cuts can be achieved without additional media influencing the plasma jet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das Verfahren gemäss Anspruch 1 und das Gasgemisch gemäss Anspruch 5 gelöst. The object is achieved according to the invention by the method according to claim 1 and the gas mixture according to claim 5.

Durch die Verwendung eines Gasgemisches der angege-5 benen Zusammensetzung als Plasmaschneidgas werden überraschenderweise bartfreie Trennschnitte auch bei niedriglegierten, kohlenstoffarmen Stählen, wie Baustahl, erreicht, so dass zusätzliche Einrichtungen, wie dies beispielsweise beim Plasmaschneidverfahren mit Wasserstabilisie-lo rung der Fall ist, nicht mehr notwendig sind. By using a gas mixture of the specified composition as plasma cutting gas, beard-free separating cuts are surprisingly achieved even with low-alloy, low-carbon steels, such as structural steel, so that additional devices, as is the case, for example, with the plasma cutting process with water stabilization, are no longer the case are necessary.

Für die Durchführung des Verfahrens wird bevorzugt ein Gasgemisch eingesetzt, welches zusätzlich 1 bis 5 Vol.-% Wasserstoff enthält. A gas mixture which additionally contains 1 to 5% by volume of hydrogen is preferably used to carry out the process.

Da sich überraschender Weise gezeigt hat, dass ein Gas-i5 gemisch, wie man es durch Konzentrieren eines vom Kopf der Drucksäule eines Zweisäulenapparates zur Luftzerlegung entnommenen Stickstoff-Neon-Helium-Gemisches in einer Stripperkolonne erhält, als Plasmaschneidgas beim Plasmaschneiden von Baustahl verwendbar ist, wird das so 20 erhaltene Gasgemisch gemäss einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens verwendet. Since it has surprisingly been found that a gas-i5 mixture obtained by concentrating a nitrogen-neon-helium mixture taken from the top of the pressure column of a two-column apparatus for air separation in a stripper column can be used as plasma cutting gas in the plasma cutting of structural steel, the gas mixture thus obtained is used according to a preferred development of the method.

Auf diese Weise können bei der Luftzerlegung anfallende Stickstoff-Neon-Helium-Gemische, die bisher üblicherweise von Zeit zu Zeit durch ein am höchsten Punkt des Konden-25 sators einer Luftzerlegungsanlage angeschlossenes Ablassrohr mit regelbarem Ventil in die Atmosphäre abgeblasen wurden, sofern sie nicht als Ausgangsmaterial für die Gewinnung von Neon-Helium-Gemischen Verwendung fanden, in sinnvoller Weise verwendet werden. Es ist hierfür lediglich 30 notwendig, diese Gasgemische in der angegebenen Weise zu konzentrieren und in Flaschen oder ähnliche Behälter abzufüllen. In this way, nitrogen-neon-helium mixtures resulting from air separation, which were previously usually blown off into the atmosphere from time to time through an outlet pipe with a controllable valve connected to the highest point of the condenser of an air separation unit, provided that they are not as Starting material for the extraction of neon-helium mixtures were used in a meaningful way. It is only necessary for this to concentrate these gas mixtures in the manner indicated and to fill them in bottles or similar containers.

Je nach Art und Auslegung der Luftzerlegungsanlage kann der Stickstoffanteil zwischen 50 und 80 Vol.-% liegen. 35 Untersuchungen haben ergeben, dass besonders vorteilhafte Schneidergebnisse in bezug auf die Bartfreiheit und Schneidgeschwindigkeit erreicht werden, wenn der Stickstoffgehalt im Gasgemisch im Bereich von 60 bis 80 Vol.-% liegt, wobei der Neonanteil 15 bis 30 Vol.-% und der Heliumanteil 5 bis 40 10 Vol.-% betragen. Depending on the type and design of the air separation plant, the nitrogen content can be between 50 and 80% by volume. 35 investigations have shown that particularly advantageous cutting results with regard to freedom from beard and cutting speed are achieved if the nitrogen content in the gas mixture is in the range from 60 to 80% by volume, the neon content being 15 to 30% by volume and the helium content 5 up to 40 10 vol .-%.

Für den Fall, dass das einer Luftzerlegungsanlage entnommene Gasgemisch eine Zusammensetzung von beispielsweise 57 Vol.-% Stickstoff, 28 Vol.-% Neon, 12 Vol.-% Helium und als Rest Wasserstoff, Argon, Sauerstoff und 45 Kohlendioxid aufweist, kann die oben erwähnte vorteilhafte Zusammensetzung des Gasgemisches mit höherem Stickstoffanteil in einfacher Weise durch Zumischen von Stickstoff erreicht werden. Vorteilhafterweise wird das Zumischen an der Plasmaschneidanlage vorgenommen. Hierzu 50 werden an der Plasmaschneidanlage eine Gasflasche mit dem angegebenen Gasgemisch und eine Gasflasche mit Stickstoff befestigt. Beide Gasflaschen sind über eine Gasmischeinrichtung mit der Plasmaschneidgasversorgungsleitung verbunden, die zum Plasmaschneidbrenner führt. Durch einfache 55 Einstellung an der Gasmischeinrichtung kann das optimale Gasgemisch mit höherem Stickstoffanteil und entsprechend niedrigem Neon- und Heliumanteil erhalten werden. In the event that the gas mixture taken from an air separation plant has a composition of, for example, 57% by volume of nitrogen, 28% by volume of neon, 12% by volume of helium and the remainder hydrogen, argon, oxygen and 45 carbon dioxide, the above mentioned advantageous composition of the gas mixture with a higher nitrogen content can be achieved in a simple manner by admixing nitrogen. Mixing is advantageously carried out on the plasma cutting system. For this purpose, a gas bottle with the specified gas mixture and a gas bottle with nitrogen are attached to the plasma cutting system. Both gas bottles are connected to the plasma cutting gas supply line via a gas mixing device, which leads to the plasma cutting torch. The optimum gas mixture with a higher nitrogen content and a correspondingly low neon and helium content can be obtained by simply adjusting the gas mixing device.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse in bezug auf die Be-60 schaffenheit der Schnittkanten und in bezug auf die Arbeitsspannung werden erhalten, wenn man gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ein Gasgemisch verwendet, welches die folgende Zusammensetzung aufweist: Particularly advantageous results in relation to the nature of the cut edges and in relation to the working voltage are obtained if, according to a preferred embodiment of the method, a gas mixture is used which has the following composition:

75 Vol.-% Stickstoff 65 16,8 Vol.-% Neon 5,6 Vol.-% Helium 2,5 Vol.-% Wasserstoff 75 vol.% Nitrogen 65 16.8 vol.% Neon 5.6 vol.% Helium 2.5 vol.% Hydrogen

Rest: Argon, Sauerstoff, Kohlendioxid. Rest: argon, oxygen, carbon dioxide.

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Der Sauerstoffanteil im Gasgemisch sollte dabei vorzugsweise weniger als 100 vpm (Volumenteile pro Million) betragen. Mit einem derartigen Gasgemisch werden insbesondere in bezug auf die Arbeitsspannung sehr günstige Ergebnisse erreicht. So wurde beispielsweise festgestellt, dass beim s Schneiden eines 10 mm dicken Baustahlbleches (ST 37-2, un-geprimert) mit einer Geschwindigkeit von 1000 mm/min unter Verwendung einer unter der Bezeichnung PC 250-1 (Messer Griesheim GmbH) im Handel erhältlichen Plasmaanlage und eines unter der Bezeichnung PMC 250 (Messer Gries- io heim GmbH) im Handel erhältlichen Plasmaschneidbrenners und bei einem Schneidstrom von 240 A die Arbeitsspannung nur 80 Volt betragen hat, während die Arbeitsspannung sonst üblicherweise 140 Volt beträgt. The oxygen content in the gas mixture should preferably be less than 100 vpm (parts by volume per million). With such a gas mixture, very favorable results are achieved, in particular with regard to the working voltage. For example, it was found that when cutting a 10 mm thick structural steel sheet (ST 37-2, unprimed) at a speed of 1000 mm / min using a commercially available under the name PC 250-1 (Messer Griesheim GmbH) Plasma system and a plasma cutting torch commercially available under the name PMC 250 (Messer Gries-io heim GmbH) and with a cutting current of 240 A the working voltage was only 80 volts, whereas the working voltage is otherwise usually 140 volts.

Günstige Ergebnisse wurden auch mit dem Gas nach der is Erfindung beim Schneiden eines 10 mm dicken Feinkorn- Favorable results were also obtained with the gas according to the invention when cutting a 10 mm thick fine grain

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baustahls mit der Bezeichnung NA-XTRA 70 erzielt, wobei die Geschwindigkeit 1250 mm/min und der Schneidstrom 250 A betrug. structural steel with the designation NA-XTRA 70 achieved, the speed was 1250 mm / min and the cutting current was 250 A.

Durch die Verwendung eines Gasgemisches der angegebenen Zusammensetzung wird somit die Arbeitsspannung wesentlich herabgesetzt, was insbesondere im Hinblick auf die gültige'Schutzbestimmung gegen zufällige Berührung besonders vorteilhaft ist. Durch das Gasgemisch wird somit das gesamte Plasmaschneidverfahren in bezug auf die Berührungsgefahr sicherer. Durch die mit Hilfe des erfindungsge-mässen Verfahrens erreichte Reduktion der Arbeitsspannung wird gleichzeitig der für das Schneiden erforderliche Energieaufwand herabgesetzt. By using a gas mixture of the specified composition, the working voltage is significantly reduced, which is particularly advantageous with regard to the valid protection against accidental contact. The gas mixture thus makes the entire plasma cutting process safer with regard to the risk of contact. The reduction in working voltage achieved with the aid of the method according to the invention at the same time reduces the energy expenditure required for cutting.

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Claims

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2nd

PATENT CLAIMS

1. A process for the production of beard-free separating cuts in the plasma cutting of low-alloy, low-carbon steels, in particular structural steel, characterized in that a gas mixture as the plasma cutting gas

35 to 80 vol% nitrogen

Containing 15 to 50 vol .-% neon 5 to 19 vol .-% helium.

2. The method according to claim 1, characterized in that one uses a gas mixture which contains 1 to 5 vol .-% hydrogen.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that one uses a gas mixture having the following composition:

75 vol% nitrogen

16.8 vol.% Neon 5.6 vol.% Helium 2.5 vol.% Hydrogen

Rest: argon, oxygen, carbon dioxide.

4. The method according to claim 1, characterized in that a gas mixture is used as is obtained by concentrating a nitrogen-neon-helium mixture removed from the top of the pressure column of a two-column apparatus for air separation in a stripping column.

5. Gas mixture for performing the method according to claim 1, characterized by the following composition:

35 to 80 vol% nitrogen

15 to 50 vol.% Neon 5 to 19 vol.% Helium.