RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2282866 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 16.04.09 0974949.9 (13) (1) T3 Int.Cl. B23K 7/00 (06.01) B23K 7/ (06.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 18.01.12 Europejski Biuletyn Patentowy 12/03 EP 2282866 B1 (4) Tytuł wynalazku: Sposób cięcia gazowego części ze stali ze zwiększaniem ciśnienia i/lub natężenia przepływu gazowego tlenu po zapoczątkowaniu przebijania (30) Pierwszeństwo: 24.04.08 FR 082747 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 16.02.11 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 11/07 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 31.07.12 Wiadomości Urzędu Patentowego 12/07 (73) Uprawniony z patentu: L'Air Liquide Société Anonyme pour l'etude et l'exploitation des Procédés Georges Claude, Paris, FR (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 2282866 T3 MICHEL SAEZ, Lamorlaye, FR SÉBASTIEN BULLY, Maisons Laffitte, FR (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Iwona Sierzputowska SULIMA-GRABOWSKA-SIERZPUTOWSKA BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J. Skr. poczt. 6 00-96 Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
SGS-223/VAL EP 2 282 866 B1 Opis 1 2 30 [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu cięcia gazowego części według części przedznamiennej zastrzeŝenia 1 (patrz np. JP 9/070464), umoŝliwiającego uniknięcie lub ograniczenie do minimum rozprysków roztopionego metalu pomiędzy podgrzaniem i przebiciem blachy, który to proces jest dostosowany szczególnie do urządzeń niewyposaŝonych w urządzenie do stopniowego uzyskiwania ciśnienia tlenu do cięcia. [0002] Cięcie gazowe jest procesem cięcia powszechnie stosowanym do cięcia stali, a bardziej ogólnie materiałów Ŝelaznych, tzn. zawierających Ŝelazo. [0003] W warunkach przemysłowych proces ten realizuje się na urządzeniach lub maszynach mających 1 lub 2 palniki w urządzeniach najprostszych oraz od 6 do 12 palników działających równolegle w urządzeniach bardziej złoŝonych, przy czym zazwyczaj maszyna do cięcia gazowego ma od 1 do 8 palników. [0004] W istocie, cięcie gazowe jest procesem cięcia poprzez umiejscowione i ciągłe spalanie metalu strumieniem czystego tlenu. Proces ten jest dobrze znany w przemyśle. Proces najpierw inicjuje się za pomocą płomienia gazowego o wysokiej temperaturze, podczas fazy zwanej inicjowaniem lub podgrzewaniem, umoŝliwiającej miejscowe doprowadzenie części przeznaczonej do cięcia do temperatury jej zapłonu, a mianowicie typowo rzędu 110 C, po czym rozpoczyna się reakcja spalania, którą następnie podtrzymuje się dopływem strumienia tlenu podczas fazy przebijania, a następnie właściwego cięcia, wzdłuŝ całej Ŝądanej trajektorii cięcia. [000] Materiałami, które moŝna ciąć gazowo, są głównie materiały zawierające Ŝelazo, w szczególności stale niskostopowe lun niestopowe, a zwłaszcza stale węglowe. [0006] Głównymi parametrami wpływającymi na wydajność cięcia są: urządzenia tnące, zwłaszcza wybór dyszy tnącej, jakość gazów (palnego i tlenu), materiał do cięcia oraz umiejętności operatora. [0007] Cięcie gazowe wykorzystuje się głównie do cięcia części stalowych o grubości powyŝej mm poniewaŝ w przypadku mniejszych grubości osiąga się granice procesu, a mianowicie jakość i wydajność cięcia niemoŝliwe do przyjęcia w warunkach przemysłowych. [0008] W przypadku grubości powyŝej 30 mm zauwaŝono, Ŝe podczas przebijania litej blachy części przeznaczonej do cięcia, bezpośrednio po jej podgrzaniu, istnieją równieŝ
2 1 2 30 pewne powtarzające się problemy, takie jak rozpryski roztopionego metalu na dyszę, niespodziewane cofnięcia się płomienia powodujące uszkodzenia urządzeń do cięcia, wady cięcia spowodowane przez zanieczyszczone dysze, błędy prostopadłości powierzchni po cięciu oraz trudności z rozpoczęciem cięcia. [0009] W istocie, większość tych problemów powstaje lub jest powodowana na skutek przywierania rozprysków roztopionego metalu, które tworzą się bezpośrednio po podgrzaniu blachy, tzn. podczas przebijania blachy. [00] Zjawisko to nasila się gdy uŝywa się dyszy wysokociśnieniowej, zazwyczaj powy- Ŝej 8 barów, i mającej duŝe natęŝenie przepływu tlenu, a mianowicie co najmniej 3900 1/h, z racji natychmiastowej reakcji zachodzącej przy doprowadzeniu duŝej ilości tlenu. [0011] Zjawisko to wzmaga się zresztą jeszcze bardziej gdy wiele palników do cięcia gazowego pracuje równolegle, jak równieŝ w przypadku uŝycia dysz zwanych wysokociśnieniowymi, w których chwilowe natęŝenie przepływu tlenu tnącego osiąga od 7 do 12 barów. [0012] Celem wynalazku jest zatem zaproponowanie ulepszonego procesu cięcia gazowego, pozwalającego uniknąć opisanych wcześniej problemów lub ograniczyć je do minimum tak, aby ograniczyć do minimum rozpryski roztopionego metalu lub uniknąć ich podczas przebijania blachy na początku cięcia. [0013] Rozwiązaniem według wynalazku jest sposób cięcia gazowego części z metalu zawierającego Ŝelazo, zgodnie z zastrzeŝeniem 1. [0014] W zaleŝności od przypadku, sposób według wynalazku moŝe mieć jedną lub większą liczbę następujących cech charakterystycznych: - gaz palny z etapu a) i tlen z etapów a), b) i c) doprowadza się przez dyszę usytuowaną na wprost górnej powierzchni części. - w etapie a) podgrzewanie prowadzi się do osiągnięcia co najmniej temperatury zapłonu metalu części, w obrębie tej umiejscowionej strefy części, korzystnie temperatury wyŝszej niŝ lub równej 110 C. - w etapie b) dyszę odsuwa się od górnej powierzchni części w taki sposób, aby ustawić tę dyszę w odległości przebijania (d) zawartej pomiędzy 1 i cm, zazwyczaj rzędu od 2 cm do 3 cm od górnej powierzchni części. - po odsunięciu dyszy od górnej powierzchni części, lecz przed przebiciem na całej grubości części, dyszę przemieszcza się względem części w taki sposób, aby co najmniej zainicjować szczelinę cięcia.
3 1 2 30 - pierwsze ciśnienie tlenu jest niŝsze niŝ około 2 bary, a drugie ciśnienie tlenu jest wyŝsze niŝ 2 bary, korzystnie wyŝsze niŝ barów. - grubość części jest większa niŝ 2 mm, a korzystnie zawiera się pomiędzy 30 i 0 mm. - część jest ze stali. - gaz palny uŝywany w etapie a) zawiera acetylen, etylen, gaz ziemny lub LPG (gaz płynny). - stosuje się szereg dysz tnących rozmieszczonych na szeregu palników pracujących równocześnie dla równoczesnego wykonania szeregu cięć w obrębie tej części. [001] Wynalazek stanie się lepiej zrozumiały w świetle zamieszczonego w dalszym ciągu szczegółowego opisu zasady przebijania i sposobu postępowania, sporządzonego w odniesieniu do załączonych figur. [0016] Figury 1 do 4 przedstawiają zasadę sposobu cięcia gazowego blachy stalowej o grubości 30 mm, zgodnie z wynalazkiem. [0017] Sposób cięcia gazowego według wynalazku rozpoczyna się klasycznym i umiejscowionym etapem podgrzewania (w 6) blachy przeznaczonej do cięcia, jak to przedstawiono na Figurze 1, poprzez podanie do dyszy (lub dysz) 1 palnika 2 do cięcia gazowego mieszaniny gazowej składającej się z tlenu i gazu palnego, z wytworzeniem płomienia grzejnego 3, którego zadaniem jest podgrzanie blachy przeznaczonej do cięcia, aby osiągnęła ona miejscowo (w 6) temperaturę swego zapłonu około 110 C, dla utrzymania jednorodnego strumienia tlenu tnącego, który jest następnie dostarczany. [0018] W istocie, aby wykonać operację cięcia gazowego, naleŝy doprowadzić kolejno co najmniej jeden płomień zwany grzejnym i jeden centralny strumień tlenu zwany tlenem tnącym. [0019] Płomień grzejny musi być zdolny do podgrzania, bardzo szybko i miejscowo, powierzchni blachy to temperatury zapłonu materiału, a mianowicie klasycznie rzędu około 110 C w przypadku stali. [00] Po jej osiągnięciu uwalnia się tlen tnący i rozpoczyna się reakcja spalania Ŝelaza zawartego w stali. Sprawą pierwszorzędnej wagi jest więc prawidłowe określenie gazu palnego najlepiej przystosowanego do szybkiego osiągnięcia temperatury zapłonu. [0021] W istocie, szereg mieszanin gazów palnych z tlenem umoŝliwia uzyskanie temperatury wyŝszej od 100 C. Mieszaniny te ujęto w poniŝszej tabeli.
4 Tabela Mieszanina gazowa Osiągana temperatura (w C) O 2 + acetylen 310 O 2 + etylen 2924 O 2 + wodór 286 O 2 + propan 2830 1 2 [0022] Płomień grzejny składa się z jądra i kity. W przypadku cięcia gazowego, interesujące są tylko właściwości jądra. Jądro jest powierzchnią, na której odbywa się spalanie mieszaniny gazu utleniacza i gazu palnego doprowadzanej do palnika. To spalanie umoŝliwia uzyskanie bardzo wysokich temperatur. Ilość energii, jaką moŝna przekazać blasze jest funkcją mocy tego jądra. Dlatego teŝ trzeba, by ta moc była skupiona na małej powierzchni, aby uzyskać silne podgrzanie miejsca, w którym rozpoczyna się operacja cięcia. Tę ilość energii określa się jako moc właściwą (moc na jednostkę danej powierzchni w KJ/cm 2.s) [0023] Acetylen jest gazem mającym największą moc właściwą: 8 KJ/cm 2.s w przypadku mieszaniny o stosunku objętościowym 1/1. Ta moc moŝe osiągnąć 16 KJ/cm 2.s w przypadku stosunku 1m 3 gazu palnego na 2 m 3 tlenu. [0024] TakŜe acetylen ma największą szybkość spalania w tlenie. Pojęcie to jest waŝne, gdyŝ informuje o podatności na cofanie się płomienia i pozostaje jednym z czynników blokujących stosowanie maszyn do cięcia gazowego. [002] Po osiągnięciu temperatury zapłonu, np. po załoŝonym ustalonym czasie podgrzewania, wysyła się strumień 4 tlenu do podgrzanej strefy 6, jak to pokazano na Figurze 2, równocześnie korzystnie nieco unosząc, tzn. odsuwając dyszę tnącą 1 od górnej powierzchni a części przeznaczonej do cięcia, korzystnie odsuwając ją na odległość d rzędu około 2 cm do 3 cm. [0026] Aby uniknąć rozprysków roztopionego metalu, naleŝy kontrolować ciśnienie (i/lub natę- Ŝenie przepływu) strumienia 4 tlenu tnącego, np. ograniczyć ciśnienie do maksymalnej wartości rzędu od 0,2 do 1 bara, a następnie rozpocząć powolne przemieszczanie palnika 2 względem części przeznaczonej do cięcia zgodnie z Ŝądaną trajektorią cięcia, tzn. zgodnie z kierunkiem strzałki na Figurze 3, aby uzyskać odprowadzanie roztopionego metalu w kierunku tylnej części 9 szczeliny cięcia w trakcie powstawania. [0027] Zgodnie z wynalazkiem przemieszczanie palnika 2 rozpoczyna się gdy blacha nie jest jeszcze przebita na całej swej grubości.
1 2 30 [0028] Po przesunięciu palnika zwiększa się stopniowo ciśnienie i/lub natęŝenie przepływu strumienia 4 tlenu tnącego wysyłanego w kierunku tworzącej się szczeliny 9, przy czym palnik 2 ponownie zbliŝa się do górnej powierzchni a blachy, kontynuując przemieszczanie (w kierunku ) palnika 2 wzdłuŝ Ŝądanej trajektorii cięcia. [0029] Innymi słowy, zgodnie z wynalazkiem rozpoczyna się przebijanie i cięcie blachy po umiejscowionym podgrzaniu 6 blachy, stosując ciśnienie i/lub natęŝenie przepływu strumienia 4 tlenu, które jest/są niŝsze od wartości stosowanych podczas właściwego cięcia. [0030] Później cięcie gazowe przebiega normalnie, tzn. zgodnie z procesem spalania egzotermicznego, który polega na spalaniu Ŝelaza w stali tworzącej część przez tlen pod ciśnieniem, z wytwarzaniem tlenków Ŝelaza. Tlenki Ŝelaza tworzą roztopiony ŜuŜel odprowadzany ze szczeliny 9 cięcia tlenem pod wpływem ciśnienia strumienia 4 tlenu tnącego, tzn. wyrzucany pod blachę. [0031] Podczas fazy podgrzewania (Fig. 1) zainicjowanie reakcji spalania odbywa się z uŝyciem mieszaniny gazowej zawierającej tlen jako utleniacz i gaz palny, taki jak acetylen, który zapala się, aby uzyskać płomień spalający słuŝący do doprowadzenia metalu do temperatury spalania, a następnie do wywołania właściwego spalania zwanego spalaniem Ŝelaza (Fig. 2 do 4), to jest Ŝelaza w nim zawartego. Podtrzymanie reakcji spalania metalu odbywa się w drodze doprowadzania wyłącznie tlenu pod ciśnieniem, podczas całego cięcia części. [0032] Cięcie gazowe według wynalazku moŝna realizować ręcznie lub maszynowo, zwłaszcza z uŝyciem maszyny wyposaŝonej w szereg palników 2 pracujących równolegle, dla wycinania identycznych części (duŝe serie) z blachy stalowej lub podobnej. [0033] Sposób według wynalazku jest szczególnie przystosowany do cięcia blach o grubości zawartej pomiędzy od 2 do 30 mm i 140 mm, a typowo rzędu od około 30 do 0 mm. [0034] Sposób według wynalazku moŝna realizować przy uŝyciu zwykłej dyszy do cięcia gazowego lub przy uŝyciu dyszy o podwójnym przepływie tlenu. Te dwa typy dysz są standardowe. [003] Tak więc, zwykła dysza składa się typowo z podłuŝnego korpusu mającego centralny, osiowy kanał przepływu tlenu, mogący dostarczać centralny strumień tlenu, oraz szereg obwodowych kanałów gazowych mogących doprowadzać, podczas fazy podgrzewania, którą czasami nazywa się fazą inicjowania, jeden lub większą liczbę obwodowych strumieni gazu palnego mieszającego się z tlenem i spalającego się z wytworzeniem płomienia spalającego, zwanego płomieniem grzejnym, wykorzystywanego podczas umiejscowionego podgrzewania blachy. [0036] Dysza z podwójnym strumieniem tlenu jest podobna do zwykłej dyszy, lecz ma ponadto jeden lub większą liczbę dodatkowych wewnętrznych kanałów przepływu gazu, połączonych w
6 1 2 30 sposób umoŝliwiający przepływ z centralnym kanałem tlenu, mogących odprowadzać część centralnego strumienia tlenu i rozprowadzać ją wokół centralnego strumienia tlenu tnącego, aby wytworzyć kurtynę lub osłonę tlenową wokół centralnego strumienia tlenu podczas cięcia. [0037] Wynalazek moŝna realizować z uŝyciem obwodu gazu, takiego jak pokazany na Figurach i 6, który jest połączony z kaŝdym z palników 2 wyposaŝonych w dyszę 1. [0038] Figura przedstawia obwód w połoŝeniu zamkniętym, tzn. w konfiguracji, którą naleŝy przyjąć podczas podgrzewania i na początku cięcia, aŝ do właściwego przebicia części, jak to przedstawiono na Figurach 1 do 3, podczas gdy Figura 6 przedstawia obwód w poło- Ŝeniu otwartym, tzn. w konfiguracji, którą naleŝy przyjąć po przebiciu i podczas cięcia, jak to przedstawiono na Figurze 4. [0039] Jak widać, obwód gazu ma główny przewód gazowy 23 z wlotem 21 tlenu (O 2 ) pod ciśnieniem, np. barów, oraz wylot 22 tlenu połączony z palnikiem (palnikami) w sposób umoŝliwiający przepływ. [0040] Główny przewód 23 ma ponadto zawór, np. typu ¼ obrotu, umoŝliwiający kontrolowanie przepływu gazu w głównym przewodzie 23, zwłaszcza podczas cięcia (patrz Fig. 4). [0041] Ponadto obwód ma przewód obejściowy 2 czyli by-pass, umoŝliwiający ominięcie zaworu 24, na którym zamontowany jest reduktor 26 ciśnienia gazu umoŝliwiający kontrolowanie ciśnienia (lub natęŝenia przepływu) gazu płynącego tym przewodem obejściowym 2, np. reduktor 26 ciśnienia o zakresie roboczym od 0 do 2 barów. [0042] Gdy obwód jest w połoŝeniu zamkniętym, jak to pokazano na Figurze, to wówczas tlen pod wysokim ciśnieniem ( barów) dopływający przewodem 21 płynie przewodem obejściowym 2, lecz nie przewodem głównym 23, poniewaŝ zawór 24 jest zamknięty. Gaz rozpręŝa się wówczas w reduktorze 26 do Ŝądanego niskiego ciśnienia, np. 0, bara, stosowanego podczas etapów przedstawionych na Figurach 1 do 3, a następnie płynie do wylotu 22, w kierunku palnika. [0043] Gdy uzyska się przebicie, zawór 24 przechodzi do połoŝenia otwartego i obwód znajduje się w konfiguracji z Figury 6 dla wykonania właściwego cięcia, takiego jak przedstawione na Figurze 4. Gaz płynie wówczas głównie przewodem głównym 23 przez zawór 24, nie rozpręŝając się. Płynie on więc pod wysokim ciśnieniem ( barów) w kierunku palnika. [0044] Zawór 24 moŝe być elektrozaworem sterowanym automatycznie lub zdalnie, przez układ sterowania numerycznego typu CNC lub dowolny inny układ sterujący, względnie przez przystosowany do tego komputer. [004] Podobnie, poziomem ciśnienia reduktora 26 moŝna takŝe sterować automatycznie za pomocą układu CNC lub podobnego.
7 [0046] W istocie, to zasadniczo sterowanie zaworem 24 będzie umoŝliwiać zmianę ciśnienia tlenu, a więc przejście od jednego do drugiego etapu sposobu według wynalazku. [0047] Rozumie się, Ŝe sterowanie zaworem 24 odbywa się w sposób zsynchronizowany lub skoordynowany ze sterowaniem ruchów odsuwania lub zbliŝania dyszy palnika do górnej powierzchni płyty przeznaczonej do cięcia, jak równieŝ ze sterowaniem ruchu przemieszczania palnika względem płyty do cięcia, jak to objaśniono wcześniej. [0048] Obwód i jego róŝne części składowe mogą być przymocowane z uŝyciem płyty nośnej i mocującej, bądź z uŝyciem dowolnego analogicznego systemu na maszynie do cięcia gazowego. [0049] Gdy uŝywa się wielu palników równolegle, kaŝdy palnik moŝna zasilać obwodem przewodów doprowadzających gaz, właściwym i przeznaczonym dla tego palnika, bądź jeden i ten sam obwód moŝe zasilać gazem wiele palników. ZastrzeŜenia patentowe 1 2 30 1. Sposób cięcia gazowego części (, a, b) z metalu zawierającego Ŝelazo, z uŝyciem co najmniej jednego palnika (2) wyposaŝonego w dyszę tnącą (1), w którym działa się zgodnie z etapami: a) podgrzewania umiejscowionej strefy (6) części (, a, b) za pomocą płomienia (3) uzyskanego w drodze spalania gazu palnego i tlenu, b) wysyłania w kierunku umiejscowionej strefy (6) podgrzanej w etapie a) gazowego tlenu pod pierwszym ciśnieniem i/lub przy pierwszym natęŝeniu przepływu, dla zainicjowania początku przebijania, z przesuwaniem palnika (2) w kierunku () cięcia, znamienny tym, Ŝe ma ponadto następujący etap c): c) po zapoczątkowaniu przebijania części w etapie b), zwiększenia ciśnienia i/lub natęŝenia przepływu gazowego tlenu wysyłanego w kierunku strefy początku przebijania do drugiego ciśnienia wyŝszego od pierwszego ciśnienia i/lub do drugiego natęŝenia przepływu większego od pierwszego natęŝenia przepływu, do uzyskania całkowitego przebicia części (, a, b) oraz zbliŝenia dyszy (1) do górnej powierzchni (a) części () na odległość cięcia (d') zawartą pomiędzy 0, i 1, cm, przy czym d' < d, równocześnie ze zwiększeniem ciśnienia i/lub natęŝenia przepływu gazowego tlenu wysyłanego w kierunku przebijanej strefy.
8 1 2. Sposób według zastrzeŝenia 1, znamienny tym, Ŝe gaz palny z etapu a) i tlen z etapów a), b) i c) doprowadza się przez dyszę (1), która jest usytuowana na wprost górnej powierzchni (a) części (). 3. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrzeŝeń, znamienny tym, Ŝe w etapie a) podgrzewanie prowadzi się do osiągnięcia co najmniej temperatury zapłonu metalu części, w obrębie tej umiejscowionej strefy (6) części (, a, b), korzystnie temperatury wyŝszej niŝ lub równej 110 C. 4. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrzeŝeń, znamienny tym, Ŝe w etapie b) realizuje się ponadto odsunięcie dyszy (1) od górnej powierzchni (a) części tak, by ustawić tę dyszę w odległości przebijania (d) zawartej pomiędzy 1 i cm, typowo rzędu od 2 cm do 3 cm, od górnej (a) części ().. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrzeŝeń, znamienny tym, Ŝe po odsunięciu dyszy (1) od górnej powierzchni (a) części, lecz przed uzyskaniem przebicia na całej grubości części (), dokonuje się przemieszczenia dyszy (1) względem części () w taki sposób, by co najmniej zainicjować szczelinę cięcia (9). 6. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrzeŝeń, znamienny tym, Ŝe pierwsze ciśnienie tlenu jest niŝsze od około 2 barów, a drugie ciśnienie tlenu jest wyŝsze od 2 barów, korzystnie wyŝsze od barów. 7. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrzeŝeń, znamienny tym, Ŝe stosuje się szereg dysz tnących (1) umieszczonych na szeregu palników (2) pracujących równocześnie dla równoczesnego wykonania szeregu wycięć w obrębie tej części (, a, b). Uprawniony: L Air Liquide Société Anonyme pour l Etude et l Exploitation des Procédés Georges Claude Pełnomocnik: mgr inŝ. Iwona Sierzputowska Rzecznik patentowy
9
11 DOKUMENTY CYTOWANE W OPISIE Ta lista dokumentów cytowanych przez Zgłaszającego została przyjęta jedynie dla informacji czytającego i nie jest częścią europejskiego opisu patentowego. Została ona utworzona z duŝą starannością; Europejski Urząd Patentowy nie ponosi jednak Ŝadnej odpowiedzialności za ewentualne błędy i braki. Dokumenty patentowe cytowane w opisie JP 9070464 A [0001]