Začátek 20. století byl pro autogenní technologie počátkem velkého rozmachu. Ze svařování a dělení materiálu se postupně vyvinuly další blízce související výrobní operace, které přispěly k upevnění pozice autogenních aplikací na trhu. V současnosti lze ale s jistotou říct, že kvůli technickému pokroku jsou plamenné technologie čím dál více vytlačovány z výrobních provozů a nahrazovány modernějšími metodami. Pořád však lze nalézt oblasti, ve kterých si tyto technologie díky svým vlastnostem drží svoje postavení.
KYSLÍKOVÉ ŘEZÁNÍ NELEGOVANÝCH A NÍZKOLEGOVANÝCH OCELÍ
Kyslíkové řezání lze v jednoduchosti přirovnat ke klasickému hoření, kde je nutná přítomnost všech tří činitelů z tzv. trojúhelníku hoření: hořlavá látka (dělený materiál), oxidační činidlo (kyslík) a iniciační zdroj (plamen, ohřátý dělený materiál). Samotný princip je tedy založen na spalování železa v proudu kyslíku. Povrch řezaného materiálu se nejprve ohřeje na zápalnou teplotu pomocí plamene vznikajícího hořením směsi hořlavého plynu a kyslíku. Poté již stačí začít se spalováním děleného kovu otevřením proudu řezacího kyslíku. Vznik exotermické reakce mezi kyslíkem a řezaným materiálem generuje potřebné teplo pro tavení a spalování řezaného dílu. Vznikající oxidy kovu jsou tlakovou energií kyslíku vyfukovány za vzniku řezné spáry. Omezujícím prvkem této technologie je především řezaný materiál, který musí splňovat následující podmínky řezatelnosti:
- zápalná teplota musí být nižší než jeho teplota tavení,
- teplota tavení oxidů kovu musí být nižší než teplota tavení řezaného kovu,
- tvořící se oxidy musí být dostatečně tekuté,
- generované teplo vzniklé spalováním musí eliminovat tepelné ztráty.
Těchto podmínek se běžně dosahuje u nelegovaných a nízkolegovaných ocelí, jejichž chemické složení obsahuje omezené množství legujících prvků. Kyslíkem lze řezat materiály až do tloušťky 300 mm, při použití speciálních hořáků i více než 1 m. Je však nutné počítat s velkým tepelným ovlivněním děleného materiálu a nepravidelnou, deformovanou plochou řezu. Při nutnosti řezání materiálů s omezenou řezatelností, jako jsou litiny či vysokolegované oceli, lze využít kyslíkového řezání v kombinaci s železným práškem.
ROVNÁNÍ A PŘEDEHŘEV PLAMENEM
Při tavném svařování a výrobních procesech, kde je základní materiál teplotně ovlivněn, dochází vlivem nerovnoměrného ohřevu ke vzniku vnitřního napětí a deformaci. Rovnání plamenem je účinná a dlouhodobě používaná metoda umožňující obnovení požadovaného tvaru součásti. Pokřivené, ohnuté a zkroucené výrobky se pomocí plamene rovnají rychle a bez poškození materiálu. Technologie je založena na principu roztažnosti kovů při ohřevu, respektive smrštění při ochlazení. Důležité je použít správné hořáky, neboť materiál je nutné lokálně a rychle ohřát. Blízké, ale ještě stále studené okolí oblasti ohřevu brání roztažení a dochází ke vzniku plastické deformace. Následné rychlé ochlazení je doprovázeno smrštěním, které se projevuje vznikem tahového napětí, jež srovnává danou součást. U velkých součástí lze použít víceplamenné nástavce s kolečkovým pojezdem.
Pro dosažení kvalitních svarů s omezením výskytu trhlin, pórů, studených spojů nebo křehkých struktur je nutné součást či okolí svarového spoje u některých materiálů před svařováním předehřát. Pro předehřev se používají hořáky s vícebodovým výstupem plamene, který umožňuje plošné a rovnoměrnější zahřívání základního materiálu.
DRÁŽKOVÁNÍ KYSLÍKEM
Drážkování kyslíkem je rychlou a účinnou metodou odstraňování kovu. Pomocí speciální trysky lze snadno vytvořit hladkou a přesnou drážku požadovaných rozměrů na povrchu materiálu. Princip této technologie je velmi podobný kyslíkovému řezání. Po lokálním nahřátí kovu na zápalnou teplotu a spuštění proudu kyslíku je nadbytečný kov spalován na tekutou strusku a tlakem kyslíku vyfukován za vzniku drážky. Oproti kyslíkovému řezání je však velký rozdíl v poloze trysky vůči základnímu materiálu, protože vznikající struska není vyfukována skrz materiál, ale zůstává na povrchu. Z tohoto důvodu je nutno trysku vést téměř vodorovně s povrchem součásti, aby bylo dosaženo potřebného směru síly tlakového kyslíku.
ČIŠTĚNÍ PLAMENEM
Příprava povrchu plamenem patří k rychlým a ekonomickým metodám odstraňování vrstvy oxidů, okují, nátěrových hmot, mastnoty a prachu. K čištění povrchu dochází pomocí kombinace různého teplotního koeficientu roztažnosti poměrně studeného základního materiálu a ohřáté vrstvy oxidů, dynamického účinku plamene a spalování nečistot. Z důvodu omezení přehřátí základního materiálu, a především zvýšení pracovní efektivity jsou používány speciální listové nástavce, které dokážou díky své konstrukci ošetřit značnou část povrchu jedním průchodem.
PŘÍSLUŠENSTVÍ, BEZPEČNOST A POUŽÍVANÉ PLYNY
Na výstupní kvalitě výše uvedených technologií se odráží nejen zručnost obsluhy, ale i jakost vybavení, kterými jsou úkony prováděny. Vše začíná u hořlavého a oxidačního plynu. Běžně je používán kyslík čistoty 2.5 (99,5 %) a jako hořlavý plyn acetylen, propan, zemní plyn či Grieson. Pro nastavení požadovaného průtoku a redukci vstupního tlaku jsou používány redukční ventily Messer Constant 2000. Je nutné si uvědomit, že redukční ventil je díky své konstrukci vhodný jen pro určitý druh plynu a tlak, a nelze ho tedy zaměnit. Vedení plynů od zdroje zabezpečují kaučukové hadice bez doplňkových příměsí s minimální délkou 5 m bez nastavování spojkami. Z důvodu prodloužení životnosti hadic je jejich povrch hladký, aby se eliminovala zachytávání mastnot, nečistot a ostrých částic.
Autogenní technologie s sebou nese i určitá rizika, která pramení z užívání prudce hořlavých a hoření podporujících plynů. Při nesprávném nastavení tlaku technických plynů, kolizi hořáku se základním materiálem či netěsnosti hadic a přípojného šroubení prudce narůstá riziko zpětného šlehnutí. Lze mu ale předejít použitím bezpečnostních prvků, jako jsou pojistky proti zpětnému šlehnutí nebo suché předlohy, které se instalují na redukční ventil nebo přímo na hořák. Při umístění bezpečnostního prvku na redukční ventil je zaručena ochrana redukčního ventilu a tlakové lahve, případně potrubního rozvodu. Tato konfigurace však nezajišťuje ochranu hadic. Té lze dosáhnout umístěním pojistek na rukojeť hořáku, ale při jejich propálení není ochráněn redukční ventil a zdroj plynu. Kompletní ochranu získáme umístěním bezpečnostních prvků jak na redukčním ventilu, tak na hořáku. Hořlavý plyn musí být vybaven bezpečnostním prvkem vždy, u kyslíku ho lze doporučit.
ZÁVĚR
Ústup a vytlačování autogenních technologií je v současnosti jasným trendem, který je postupně utvrzován technickým pokrokem především v oblasti termického dělení materiálů pomocí laseru či plazmy. Avšak díky své jednoduchosti, operativnosti a nízkým pořizovacím nákladům plamenné technologie ze strojírenského průmyslu nezmizí.
Jan Šplíchal
www.messser.cz.