Cięcie tlenem, zwane także cięciem gazowym jest znane i od wielu lat powszechnie stosowane w wielu gałęziach przemysłu. Okazuje się także, że metoda ta, chociaż najstarsza, ma wciąż ogromny potencjał rozwojowy i dzięki postępowi technologicznemu zyskuje nowe możliwości. Wykorzystanie wodoru w cięciu tlenem to nowy rozdział, który oznacza poprawę rezultatów w wielu obszarach.

Zdecydowanie największą zaletą technologii cięcia tlenowego jest zdolność do obróbki stali niskowęglowych i niskostopowych o dużych grubościach, w tym aspekcie metoda ta w zasadzie nie ma konkurencji. Jednocześnie charakteryzuje się ona mniejszą dynamiką cięcia i większą strefą wpływu ciepła, chociażby w porównaniu do technologii plazmowej. Badania nad wykorzystaniem wodoru, prowadzone obecnie m.in. przez czołowych producentów palników, mają na celu sprawdzenie, czy w tym obszarze udało się osiągnąć bardziej satysfakcjonujące wyniki.

Zielona rewolucja. Wykorzystanie wodoru to nowy kierunek w technologii cięcia tlenem

Nacisk na rozwiązania ekologiczne, mające na celu ograniczenie emisji CO2 zmusił przemysł do poszukiwania alternatywnych surowców i technologii. Jednym z nich jest wodór, który może znaleźć szersze zastosowanie w przemyśle maszyn do cięcia CNC. Już od jakiegoś czasu jest testowany m.in. przez producentów palników jako alternatywa dla acetylenu lub propanu w procesie cięcia tlenem. Bezpieczny i przede wszystkim ekologiczny, bo produktem jego użycia nie są szkodliwe gazy wodór, może się okazać przełomowym rozwiązaniem. Także pod względem innych parametrów, takich jak szybkość przebicia, dynamika cięcia, wpływ strefy ciepła. Na ekologii zalety zastosowania wodoru zdecydowanie się nie kończą.

Dekarbonizacja procesu cięcia tlenem

Badania nad użyciem wodoru w procesie cięcia tlenem wkroczyły w decydującą fazę, a rozwiązania, takie jak w pełni zautomatyzowane palniki i konsole gazowe, umożliwiające wykorzystanie tego pierwiastka zamiast np. acetylenu, mają być dostępne w sprzedaży już w 2025 roku.

Jest to przede wszystkim bezpieczny i wyjątkowo czysty system cięcia, ponieważ emisja dwutlenku węgla, czyli jednego z kluczowych związków objętych regulacjami dotyczącymi emisji przemysłowych ze względu na globalne problemy środowiskowe, jest w teorii równa zeru. W porównaniu z konwencjonalnymi systemami wykorzystującymi paliwa kopalne, cięcie z użyciem wodoru wytwarza wyjątkowo małą ilość dymu. Jest to system cięcia nowej generacji, który znacznie poprawia warunki pracy. Gdy jako paliwo gazowe wykorzystywany jest wodór, jedyną emisją jest czysta woda H2O.

Większa dynamika i lepsze parametry przebijania. Cięcie tak szybkie jak acetylenem, tak bezpieczne jak propanem

Do tej pory to acetylen pełnił rolę gazu podgrzewającego, umożliwiającego osiąganie bardzo wysokich temperatur w krótkim czasie, co przekładało się na szybkie i efektywne cięcie. Badania jednak pokazują, że użycie wodoru pozwala na znacznie szybsze podgrzewanie wstępne, a także uzyskanie lepszych wyników pod względem dynamiki cięcia, w porównaniu do acetylenu czy też propanu.

Dzięki doskonałej koncentracji ciepła, czas przebijania zostaje znacząco skrócony, co przekłada się na wyższą wydajność całego procesu cięcia gazem wodorowym. Wstępne testy przeprowadzone przez firmę GCE (zgodnie z informacją prasową przekazaną przez firmę) wykazały, że podgrzewanie płyty o grubości 50 mm trwa od dwóch do trzech sekund, przy użyciu wodoru. Dla porównania, podgrzanie tej samej płyty przy użyciu propanu zajmuje od 10 do 11 sekund, co pokazuje znacznie wyższą wydajność wodoru jako paliwa gazowego. Cytując product managera w firmie GCE, „skoncentrowany płomień cięcia wodorem, który ogrzewa określony punkt, zmniejsza ryzyko nadmiernego przegrzania metalowej płyty, co wspomaga i przyspiesza procedury przebijania”.

Natomiast jeśli chodzi o prędkość cięcia, wstępne testy wykazały, że wodór osiąga około 10% lepszy wynik niż podczas cięcia przy użyciu acetylenu, uważanego do tej pory za gaz najbardziej skuteczny. Natomiast jeśli chodzi o uzyskanie dużej prędkości i wysokiej jakości cięcia w technologii tlenowej,: „standardowa prędkość cięcia stali o grubości 30 mm za pomocą płomienia acetylenowo-tlenowego wynosi od 400 do 450 mm/min. Z naszym palnikiem tlenowo-wodorowym osiągnęliśmy wyniki laboratoryjne wynoszące co najmniej 480 mm/min”. Informacje przekazane oficjalnie przez firmę GCE.

Wysoka jakość cięcia przy małej strefie wpływu ciepła

Proces cięcia tlenem przy użyciu wodoru w dużej mierze przypomina cięcie termiczne z zastosowaniem propanu lub acetylenu. Jednak w porównaniu z tradycyjnymi gazami, podczas tego procesu wprowadza się aż o 60% mniej ciepła. Podczas testów okazało się bowiem, że stosunek wprowadzonego ciepła przy cięciu gazem wodorowym do cięcia np. propanem wynosi 3:5. Oznacza to, że ilość wprowadzanego ciepła jest znacznie mniejsza przy użyciu wodoru. Taka redukcja minimalizuje nagrzewanie materiału bazowego, co skutkuje znacznym ograniczeniem odkształceń termicznych. W efekcie wodorowy system cięcia pozwala na produkcję elementów o wysokiej jakości. Powierzchnia cięcia jest gładka, a krawędzie ostre, dostarczając produkt charakteryzujący się dużą precyzją.

W pełni zautomatyzowany system cięcia wodorem

Nowoczesne rozwiązania wykorzystują m.in. zaawansowane systemy czujników, których zadaniem jest dobór odpowiednich parametrów cięcia. Nowa generacja konsol gazowych firmy IHT pozwala na pełne wykorzystanie potencjału palnika do cięcia wodorem, umożliwiając prawidłowe ustawienie płomienia. Testowane paliki sprawiają, że proces cięcia jest w pełni zautomatyzowany, bezpieczny, eliminuje błędy nieuniknione podczas manualnej obsługi. Dostajemy pełen pakiet funkcjonalności, dzięki którym proces produkcyjny jest przewidywalny i powtarzalny: kontrolę gazów, palnik przystosowany do cięcia wodorem, pakiet czujników. Baza predefiniowanych danych, czyli gotowe do użycia parametry zapłonu płomienia, podgrzewania, przebijania i cięcia znacznie zwiększa efektywność procesu i eliminuje ludzkie błędy.

Oszczędność i mniejsze koszty. Niższe zużycie tlenu

Według firmy GCE, wstępne obliczenia opłacalności wskazują, że proces cięcia przy wykorzystaniu wodoru kosztuje około jedną piątą mniej niż acetylen i 30% mniej niż propan. Wpływa także na mniejsze wykorzystanie tlenu. System cięcia gazowego wodorem również wykorzystuje tlen pod wysokim ciśnieniem, ale jego zużycie jest nieporównywalnie niższe, niż w przypadku konwencjonalnych systemów cięcia gazowego. Testy wykazały, że podczas cięcia wodorem zużycie tlenu potrzebnego do procesu podgrzewania wstępne spada do 1/5 lub mniej, a całkowite zużycie tlenu, uwzględniając proces cięcia, zmniejsza się o około 20%. Dzięki temu możliwe jest znaczące obniżenie kosztów związanych z gazami. Warto mieć na uwadze także fakt, że ze względu na wysoką prędkość cięcia, zmniejsza się znacznie długość cięcia elementu, co ostatecznie wpływa oczywiście na obniżenie kosztów produkcji.

Łatwe usuwanie żużlu. Znacznie zmniejszona praca wtórna po cięciu

Jedną z kluczowych zalet cięcia gazowego wodorem jest łatwość usuwania żużlu powstającego podczas procesu. W porównaniu z tradycyjnymi gazami, usuwanie żużlu przebiega szybciej i bardziej efektywnie. Dzięki temu czas potrzebny na obróbkę wyciętych elementów ulega znacznemu skróceniu, co przekłada się na zwiększenie produktywności, redukcję kosztów oraz poprawę jakości końcowych produktów. Ponadto, proces cięcia wodorem generuje gładkie powierzchnie, a roboczogodziny wymagane do pielęgnacji i czyszczenia można w znacznym stopniu zredukować.

Zakończenie: podsumowanie i bezpieczeństwo

Cięcie gazowe wodorem to metoda, która może okazać się absolutnie przełomowa, nie tylko ze względów ekologicznych: największą zaletą wodoru jest brak emisji CO₂ podczas spalania. Badania i testy pokazują, że nad konwencjonalnymi gazami ma przewagę pod względem czasu przebijania, dynamiki cięcia, kosztów. Charakteryzuje się małą strefą wpływu ciepła oraz minimalnymi odkształceniami spowodowanymi wpływem ciepła wejściowego. Ponadto, wodór ma wyższą temperaturę samozapłonu oraz granicę wybuchowości, a zatem jest bezpieczniejszy niż propan i acetylen. Nowoczesne palniki do cięcia wodorem, które już na dniach będą dostępne dla maszyn Eckert, łączą pełnię potencjału tej technologii z rozwiązaniami gwarantującymi najwyższy poziom bezpieczeństwa.