A.8 Railonvalmistusmenetelmät 1 A.8.1 Eri materiaaleille soveltuvat leikkausmenetelmät Teräksiä voidaan leikata tavanomaisilla termisillä ja mekaanisilla leikkausmenetelmillä. Alumiinille sopivat parhaiten mekaaniset leikkausmenetelmät, mutta plasmaleikkaus on myös mahdollinen. A.8.2 Polttoleikkaus A.8.2.1 Periaatteet ja parametrit Periaatteet Polttoleikkaus on terminen leikkausmenetelmä, jossa leikattava metalli kuumennetaan sopivalla lämmönlähteellä leikkauskohdassa syttymispisteeseen ja poltetaan happisuihkulla, jolloin metalli palaa. Teräs kuumennetaan leikkauksen aloituskohdasta syttymislämpötilaan (vaaleanpunainen väri). Tämän jälkeen suunnataan happisuihku aloituskohtaan. Palaminen alkaa ja poltinta kuljetetaan suunniteltua leikkauslinjaa pitkin. Polttimen suuttimen keskellä on ulostuloreikä happipuhallusta varten. Keskireiän ympärillä on rengasmainen aukko tai useita reikiä rengasmaisesti, lämmitysliekkiä varten. Vaatimukset polttoleikattavalta teräkseltä: Teräksen syttymislämpötilan on oltava alhaisempi kuin sen sulamislämpötila. Leikkauksessa muodostuvan kuonan sulamislämpötilan on oltava alhaisempi kuin teräksen ja kuonan on oltava helposti juoksevaa. Polttoleikkaus happi-asetyleenillä rajoittuu edellä mainituista syistä seostamattomille teräksille. Parametrit Happipaine Leikkaustaulukko on tärkeä työkalu kun valitaan suutin (nro) ja leikkauspaineita. On huomioitava, että leikkaustaulukot koskevat vain laitetoimittajakohtaista suutinsarjaa. X11 Leikkaustaulukko Aineenpaksuus HA411 Suutinkoko Asetyleenipaine (bar) Happipaine (bar) 1 3 1 0,1 0,8 1,5 3 8 2 1,5 2,0 8 20 3 3,0 4,0 20 50 4 3,0 3,5 50 100 5 3,0 6,5
2 Liekin säätö Jos liekki on liian pieni, lisää ensin asetyleeniä ja sitten happea. Jos liekki on liian suuri, vähennä ensin happea ja sen jälkeen asetyleeniä. Kuumennusliekin ja työkappaleen välinen etäisyys Oikea etäisyys suuttimen ja työkappaleen välillä tulee, kun etäisyys kuumennusliekin (sydänliekin) kärjestä työkappaleeseen on 2-4 mm Leikkausnopeus Leikkausnopeuteen voi saada tietoa myös taulukoista. Käsivaraisessa leikkauksessa on kuitenkin vaikea määrittää leikkausnopeus mm/min. Tämän vuoksi on käytännöllisempää opetella kuuntelemaan äänestä ja näkemään leikkaustapahtuma. Käytännön harjoittelulla voidaan opetella oikea leikkausnopeus. Puhdas suutin, hyvä leikkausjälki Likaantunut tai vahingoittunut suutin on tavallisimmin syynä huonoon leikkausjälkeen. Puhdistus täytyy tehdä siten ettei leikkaushappikanavaa vahingoiteta. Puhdistuksessa on käytettävä oikeankokoista puhdistusneulaa. Tosiasioita jotka vaikuttavat leikkauspintaan 1. Oikein tehty polttoleikkaus 25 mm paksulle levylle. Leikkauskulmat ovat teräviä ja leikkauspinta tasainen. Polton jälki on pystysuorassa tai hieman taakse taipuneena jolla ei ole merkitystä. 2. Liian pieni kuumennusliekki. Leikkausnopeus tulee liian pieneksi ja kuona tarttuu leikkauspinnan alaosaan. Leikkauspintaan syntyy syviä uurteita. 3. Liian suuri kuumennusliekki. Yläreunat sulavat ja alareunoihin tarttuu kuonaa.
3 4. Liian pieni happipaine. Leikkausnopeus tulee liian pieneksi. Tästä johtuen yläreuna lämpenee liikaa ja sulaa. 5. Liian korkea happipaine. Yläreunat sulavat ja leikkauspinta on epätasainen. 6. Liian pieni leikkausnopeus. Kuona tarttuu leikkauspinnan alaosaan ja tekee esteen leikkaussuihkulle. Leikkauspintaan syntyy syviä uurteita. 7. Liian suuri leikkausnopeus. Epätasaisia leikkausuria, jotka kaartuvat taaksepäin. Liian suuri leikkausnopeus estää läpileikkautumisen. 8. Epätasainen polttimen kuljetus. Leikkauspinta on aaltomainen ja epätasainen. 9. Likainen suutin. Kuonaa tai roiskeita tarttuu suuttimeen leikkaussuihku ei ole tasainen ja suora. Leikkauspinnasta tulee aina epätasainen. 10. Oikein tehty leikkaus. Oikein tehty leikkaus ylhäältä katsottuna. Vertaa leikkausta 1. 11. Suutin liian lähellä työkappaletta tai liian suuri kuumennusliekki. Liian voimakkaasta kuumentamisesta yläreunat sulavat. Samalla kuonanmuodostus lisääntyy ja uurteet syvenevät. Vertaa kuvaan kolme. 12. Suutin liian kaukana työkappaleesta. Kuumennusalueesta tulee leveä mistä johtuu, että leikkausurasta tulee leveä ja yläreunat sulavat
8.2.2 Polttimet 4 Polttimia on kahta lajia, injektoripolttimia ja painepolttimia. Injektoripolttimessa polttokaasun paine on aina selvästi pienempi kuin happipaine. Kaasujen sekoittuminen tapahtuu niin, että happikanavasta virtaa happi ja sen imuvaikutukseen joutuva asetyleeni (polttokaasu) virtaavat injektorin läpi seoskaasuputkeen. Standardin EN ISO 5172 mukaisesti injektoripolttimessa on tunnusmerkintä i. Painepolttimessa polttimeen virtaavan polttokaasun (asetyleenin, nestekaasun tai maakaasun) ja happipaineet voivat olla yhtä suuret. Standardin EN ISO 5172 mukainen painepolttimen merkintä on II. 8.2.3 Leikkauskoneet Polttoleikkauskoneita käytetään paljon erilaisissa töissä. On olemassa paikallaan pysyviä polttoleikkauskoneita ja siirreltäviä koneita. Koneellisella leikkauksella saadaan hyvä leikkauspinta, joka sopii hitsaukseen ilman koneistusta. CNC-ohjattu leikkaustyöasema Siirrettävä polttokone tekee tasaisen ja suoran leikkauksen Erilaisten hitsausrailojen valmistus Railonvalmistusta yhdellä, kahdella ja kolmella polttimella
5 A.8.2.4 Polttoleikatun pinnan laatu Standardissa SFS-EN ISO 9013 esitetään leikattujen pintojen geometriset tuotemäärittelyt ja laatutoleranssit. A.8.3 Kaari- ja kaasutalttauksen periaatteet Kaaritalttaus on uran tekoa kaaripoltto-tai kaarisulatusleikkauksella. Tavanomaisin menetelmä on paineilmahiilikaaritalttaus, jossa ura tehdään hiilielektrodilla. Kaasutalttaus muistuttaa kaaritalttausta. Teho ei ole yhtä hyvä, mutta menetelmä on käyttökelpoinen hitsausviisteiden valmistuksessa ja avattaessa hitsausvirheitä. Kaasutalttausta voidaan käyttää samoille materiaaleille kuin polttoleikkausta. Mikäli taltataan pidempiä matkoja on helpompi käyttää taka-askellusta. (katso kuva) Kaasutalttaus
6 A.8.4 Muut leikkausprosessit A.8.4.1 Plasmaleikkaus Plasmaleikkaus on leikkausmenetelmä, jossa leikattava aine sulatetaan ja poistetaan leikkauskohdasta plasmasuihkulla. Plasmalla tarkoitetaan sähköä johtavassa tilassa olevaa kaasuseosta. Kaasu saadaan plasmatilaan nostamalla kaasun lämpötila riittävän korkeaksi esimerkiksi valokaaren avulla. Plasman muodostaman valokaaren lämpötila on normaalia valokaarta ja polttoleikkauksessa käytettävää kaasuliekkiä huomattavasti korkeampi. Lämpötila on yli 20 000 C. Tämän vuoksi plasmaleikkausta voidaan käyttää useimpiin metallisiin materiaaleihin. Tyypilliset aineenpaksuudet ovat 3 40 mm. Plasmaleikkaus on käyttökelpoinen etenkin ruostumattomille teräksille. On tärkeätä, että purseet poistetaan liitettävistä osista, jotta ei vieraita ainesosia joudu valmiiseen hitsiin. Plasmakaaren sytyttämiseen käytetään typpeä, vetyä, argonia happea tai paineilmaa. Plasma leikkauslaitteiston muodostavat virtalähde, kaapelit ja letkut sekä plasmapoltin. Työympäristö plasmaleikkauksessa Sähköturvallisuus Katkaise virta aina virtalähteestä kun: kun siirrät maadoitusta kun vaihdat suutinta kun säädät elektrodin korkeutta Melu Melutaso plasmapoltossa on 90 115 db. Käytä kuulosuojaimia. Säteilyriski Käytä hitsauskypärää ja vähintään 11 DIN hitsauslasia. Käytä käsineitä ja tiiviitä vaatteita, jotka suojaavat ultravioletti säteilyltä. Älä käytä piilolinssejä voimakkaan lämpösäteilyn vuoksi. Savu ja kaasu Metallisavua muodostuu = käytä imuria
7 Typpi on palamaton mutta tukahduttava kaasu. Otsonia muodostuu kun ilman happi saa ultraviolettisäteilyä. Otsoni on myrkyllinen kaasu ja voi vahingoittaa keuhkoja. 8.4.2 Laserleikkaus Laserleikkaus on aina koneellista ja tekee tasaisen leikkauspinnan ja kapean leikkausuran (levy 0,2 3.5 mm). Laserilla voidaan leikata useita materiaaleja, pois lukien materiaalit, joilla on suuri heijastus esim. alumiini, kupari, hopea ja kulta. Laserleikkauksen periaate Lasersäde on valonsäteilyä, joka muodostuu elektromagneettisesta säteilystä tietyssä ja vakioidussa aallonpituudessa. Säde jossa suuri on tehotiheys, fokusoidaan pieneksi pisteeksi työkappaleen pinnalle niin korkeassa lämpötilassa, että materiaali sulaa. On olemassa erityyppisiä leikkauslasereita, tavallisin on CO2 laser, joka soveltuu parhaiten metallisille materiaaleille. Teräksen leikkauksessa käytetään usein miten leikkauskaasuna puhdasta happea. Laserseos tässä tyypissä muodostuu hiilidioksidista, heliumista ja typestä. Kuten nimi viittaa on hiilidioksidi johtava kaasu, kun taas heliumia ja typpeä käytetään lisäämään tehoa leikkaukseen. Itse laserprosessi muodostetaan siten, että sähköistä energiaa (suurjännitteistä) johdetaan laserputkeen. Katso kuva. Leikkauskaasun tehtävänä on puhaltaa pois sula materiaali, samalla kaasu suojaa linssiä roiskeilta ja savulta. Teräksen leikkauksessa hyödynnetään happea antamaan energialisäys, joka saadaan metallin oksidien palamisesta. Energialisäys helpottaa saavuttamaan suuria leikkausnopeuksia erityisesti ohuilla materiaaleilla. Laserleikkauksen työympäristö Laserin käytössä on säteilyonnettomuusriski. Laserit jaetaan neljään vaarallisuusluokkaan. Työsuojeluviranomaiset antavat ohjeita toimenpiteistä, jotka on otettava huomioon eri vaarallisuusluokissa. Ne voivat koskea säteen suojausta, hätäkatkaisijoita, suojalaseja, varoituskilpiä jne.
8 8.4.3 Mekaaninen leikkaaminen Pyörösahan käyttö Konesahaus On olemassa erityyppisiä koneita materiaalien katkaisuun, vannesaha, kylmäsaha, sirkkeli ja putkenkatkaisulaite. Se mikä on paras riippuu käyttöalueesta. Tärkeintä on, että noudatetaan koneentoimittajan ohjeita, syöttöpaineesta, syöttönopeudesta ja sahan hammasvalinnasta. Konesahauksen etuna on esim. suorakulmaiset leikkauspinnat, jotka vaativat vähän jälkityötä. Sopivia materiaalimuotoja ovat, putket, lattateräkset, profiiliputket, palkit ja kulmaraudat. Joissakin konetyypeissä on myös automaattinen materiaalin syöttö. Konesahauksen käyttöalueet: Kylmäsahaus on tavallinen teollisuudessa. Sillä voidaan sahata kaikenmuotoisia materiaaleja mutta erityisesti se soveltuu ohutseinäisten putkien katkaisuun. Konesahaus soveltuu myös muototeräksien kulmasahaukseen. Konesahaus voidaan myös automatisoida. Vannesaha soveltuu samoihin katkaisuihin kuin kylmäsaha ja voi olla hieman nopeampi. Pyörösahalla on samat ominaisuudet kuin vannesahalla, mutta rajoituksia voi olla muototerästen koolla, johtuen terän halkaisijasta. Putkenkatkaisulaite Erityisesti ohutseinämäiset ruostumattomat putket ovat vaikeita katkoa. Putki puristuu helposti kasaan. Putkenkatkaisulaite (kuva alhaalla) toimii siten, että laite kiertyy putken ympäri tai päinvastoin. Tuloksena on leikkauspurseesta vapaa ja suorakulmainen katkaisu. Tällä vältetään jälkityö, oikaisuhionta ja purseen poisto. Ajatuksia konesahaukseen: Älä katko kuumaa materiaalia Käytä aina jäähdytysnestettä Älä sekoita materiaaleja, terästä, ruostumatonta terästä tai alumiinia; Vaihda terä tai vanne aina, kun materiaali vaihtuu. Sovita syöttöpaine materiaalin mukaan Valitse sopiva hammastus materiaalin mukaan Sovita syöttönopeus materiaalin mukaan Noudata laitetoimittajan ohjeita Putkenkatkaisulaite
9 Koneistetut hitsausrailot Useimmat railot tehdään erilaisilla leikkausmenetelmillä ja hiomalla, mutta kun tarvitaan esim. U railoa täytyy tämä tehdä höyläämällä, jyrsimällä tai sorvaamalla. Esim. atomivoimalan reaktorikattilan seinämänpaksuus on n. 200 mm. Mitkään muut railomuodot eivät sovellu tähän kuin U-railo. Ruostumattomaan teräkseen on myös vaikea valmistaa hitsausrailoja tavanomaisilla menetelmillä varsinkin kun aineenpaksuus on yli 10 mm. Sama koskee myös lujia teräksiä joita ei voida leikata. Jyrsitty U-railo, joka päättyy suorareunaiseen V-railoon