Kyslíkové kopí.

Kyslíkové kopí je hodně starou, ale málo známou metodou termického řezání materiálů. Přestože se jedná o velmi jednoduchý princip, moc se o něm neví. Ovšem ten kdo má rád holywoodské akční filmy, již kyslíkové kopí pravděpodobně viděl. S oblibou se tam totiž používá na nelegální průnik do podzemních bankovních sejfů plných zlatých cihel...

Co je to kyslíkové kopí?

Kyslíkové kopí bylo patentováno v roce 1901, ale poprvé bylo úspěšně vyzkoušeno v chemické laboratoři Thomase Fletchera v Londýně již v roce 1888. Jedná se tedy o více než stoletý princip termického řezání materiálů a troufáme si říci, že se jedná o princip nedoceněný. Vlastní princip kyslíkového kopí je na následujícím obrázku. Jedná se o trubku z nízkouhlíkové oceli, kterou proudí čistý kyslík minimální čistoty 99,5% (běžný technický kyslík). Pokud ohřejeme konec trubky na zápalnou teplotu oceli 1050-1250°C (podle obsahu uhlíku), dojde k prudké exotermické reakci a trubka začne hořet.

Princip kyslíkového kopí.

Pro zpomalení hoření je trubka naplněna ocelovými tyčemi (dráty). Průměry trubek se u současných výrobků pohybují v rozmezí cca 6 - 10 mm. Trubka i dráty uvnitř by měly být z nízkouhlíkové oceli, ale jak je popsáno dále, funguje to i s uhlíkovou "jedenáctkou".

Princip řezací tyče.

V maximální dosažitené teplotě hořícího kopí se údaje v literatuře rozcházejí. Výrobci kopí udávají svorně teplotu až 5500°C, ale odborné studie říkají, že maximální dosažitelná teplota je cca 4000°C. Avšak i to je dostatečné pro řezání celé řady materiálů. Řezaný materiál je v místě řezu nataven a proudem kyslíku vyfukován ven z řezné spáry. Lze takto řezat, prorážet (vrtat) a drážkovat celou řadu materiálů. Nejčastěji se kyslíkové kopí využívá na řezání kovových materiálů, betonu a železobetonu. S výhodou lze řezat materiály neřezatelné běžným kyslíkoacetylenovým řezákem (hliník, měď, Weldox, Hardox i vysocelegované oceli). Kromě řezání lze také drážkovat, odstaňovat svary, vrtat a prorážet beton a kov, odstraňovat tvrdonávary a podobně. Ukázky z použití kopí jsou na následujících obrázcích.

Ukázky použití kyslíkového kopí.

Kyslíkové kopí lze bez problémů používat i pod vodou (potápěči si určitě vzpomenou na Caldo). Kyslíkové kopí není vhodné na jemnou a přesnou práci. Ideální použití je pro práce destrukčního charakteru (bourání, šrotováni apod). Každý majitel kovošrotu si láme hlavu s tím, jestli pro destrukční řezání použít ke kyslíku Acetylen, Propan-Butan, Apachi, nebo jiný (nejlevnější z drahých) plyn s dostatečnou výhřevností. Avšak snad žádný majitel kovošrotu netuší, že stačí jenom ten kyslík...

Naše vlastní kopí.

K napsání tohoto článku nás inspiroval prospekt na řezací ultratermický systém PRIME-CUT, který se nám dostal do rukou. Prospekt je v češtině, ale zařízení, původem z USA, se do ČR již nedodává. Na prospektu je popisováno sériově vyráběné kyslíkové kopí v celé řadě variant. Naskenovaný prospekt je níže.

(kliknutím na každý obrázek vždy otevřete okno s velkým obrázkem)

Originální prospekt na kyslíkové kopí Prime-Cut.

Po prostudování dostupné literatury, jsme došli k názoru, že postavit si takové kopí není nic složitého. A tak jsme se do toho pustili...

Jak je vidět na následujících obrázcích, je to opravdu velmi jednoduché. Všechny součástky seženete v každé svářecí technice. Jenom pro kulový kohout budete muset do železářství či prodejny s topenářskými a instalatérskými potřebami. Celé to přijde maximálně na 500,- kč (bez lahve a redukčního ventilu).

Rukojeť našeho kopí před sestavením.

Základem je klasický kulový ventil (4) se závity G3/8. Pro přívod vzduchu je použita kyslíková hadicová koncovka typu BV 12 (2) s vestavěnou pojistkou proti zpětnému šlehnutí (pro sichr). Koncovka je k ventilu upevněna klasickou převlečnou (kyslíkovou) maticí (1) G1/4 přes redukční šroubení (dvojnipl) G1/4-G3/8 (3). Problémem je upevnění řezací tyče k ventilu. Zde by byla ideální nějaká kleština. Jenže jsme byli nedočkaví a nechtělo se nám nic vymýšlet. Použili jsme tedy pro odzkoušení jednoduché provizorní řešení, které se ukázalo jako vyhovující. Do ventilu jsme zašroubovali dvojnipl G3/8-G3/8 (5), který má vnitřní průměr akorát na uvažovanou trubku o průměru 10 mm. Trubka je fixována přesuvnou maticí G3/8 (7) pomocí gumového O-kroužku (6) (těsnění do autogenního řezacího nástavce). O-kroužek zajistí jednak upevnění tyče proti vypadnutí a dále utěsnění spoje proti unikání kyslíku. Vše do sebe pasovalo bez jakýchkoliv úprav. Pouze závitové spoje, které nejsou těsněny "na kužel" jsme utěsnili teflonovou páskou.

Sestavená rukojeť kopí.

Průměr řezací tyče jsme tedy díky tomu dvojniplu zvolili 10 mm. Pro první pokus jsme použili ocelovou trubku délky 1 metr, která byla pochromovaná. To rozhodně není ideální. Lepší je použití trubky z nízkouhlíkové oceli bez povrchové úpravy. Dovnitř trubky jsme nacpali běžné ocelové svářecí dráty o průměru 1,6 mm typu G-102. Opět to není ideální. Sice mají nízký obsah uhlíku, ale zase jsou pro změnu poměděné. Opět by bylo lepší (a levnější) použít holé ocelové dráty. Naše první trubka dále bohužel nebyla slabostěnná, a proto jsme ji napěchovali dráty o průměru 1,6 mm. Lepší by bylo použití slabostěnné trubky 10x1 mm a tuto napěchovat dráty o průměru 2 mm. Díky většímu průměru drátů by tak mezi nimy byly větší mezery pro dostatečný průtok kyslíku a také by se pavděpodobně zpomalilo hoření. Délka trubky může být prakticky libovolná. Ale s desetimetrovou "štanglí" byste se asi nikam stejně netrefili a deseticentimetrový "špaček" zase shoří dřív než se rozkoukáte. Optimum tedy bude 1 až 2 metry.

Řezací tyč před a po hoření.

Jako zdroj kyslíku slouží běžná kyslíková tlaková láhev z autogenu s klasickým redukčním ventilem. Z literatury jsme se dozvěděli, že tlak kyslíku by měl být v rozmezí cca 2 - 5,5 Bar. K propojení "hodin" s rukojetí slouží opět klasická autogenní kyslíková (modrá) hadice o světlosti 6 mm. Její délku je vhodné volit v souladu s bezpečnostními předpisy pro svařování plamenem. Rozhodně je nutné při práci s kopím tyto bezpečnostní předpisy dodržovat!

Jdeme řezat.

První pokusy jsme uskutečnili na volném prostranství, za dodržování všech bezpečnostních opatření. Měli jsme k dispozici malou kyslíkovou láhev 10l. Hadici jsme zvolili o délce 5 m (bezpečnostní minimum).

Naše kompletní sestava pro řezání kyslíkovým kopím.

Samostanou kapitolou je zapalování tyče. K dosažení potřebné teploty je ideální opět kyslíkoacetylenový plamen. Ovšem na prospektu i v literatuře nás zaujala myšlenka zapalování elektrickým proudem. To koneckonců používají i v těch filmech. K sériově vyráběným kopím se totiž pro zapálení dodává akumulátor 12V. Řezací tyč je pak připojena na jeden pól zdroje a druhý pól je připojen na měděnou destičku. Škrtnutím tyče o destičku dojde k zapálení kopí. Připadalo nám to dost drastické vzhledem k akumulátoru. Navíc při použití běžného startovacího akumulátoru nám tento může při zkratu i explodovat. Jenže autogen po ruce nebyl a myšlenka zapálení elektrickým proudem byla lákavá. Takže co teď... Jedna možnost se přímo nabízela. Svářečka! Ano, místo akumulátoru použít zdroj bezpečného napětí a dostatečného proudu, kterému zároveň zkrat nevadí. Použili jsme naše testovací a zkušební trafo Telwin Utility 1650 (co si tenhle tranďáček s námi už musel vytrpět...). Svářecí kleště připojit na kus plechu tl. 6 mm (kdo by dnes obětoval měděnou destičku, že?), zemnící kleště na řezací trubku, posuvným jádrem trafa "natočit" asi tak 100A a jde se na to!

Zapalovací plechová destička a kopí se zbytkem řezací tyče.

Začali jsme na tlaku kyslíku 2,5 Bar. Na zapalování jsme kulový ventil kopí pootevřeli tak na 1/3. První pokusy byly neúspěšné. Tyč jiskřila ale nechytla. Původní obavy, že tyč bude mít snahu se k zapalovacímu plechu přivařit, se ale nepotvrdily. Po krátkém laborování s tlakem kyslíku (museli jsme přidat), úrovní otevření ventilu (museli jsme ubrat) a stylu škrtání (sem a tam po hraně), tyč chytla. Po krátkém rozhoření jsme otevřeli ventil naplno a děly se věci! Tímhle jednoduchým nástrojem můžete rozpálit opravdu všechno...

Zhasnutí plamene se provede pouhým zavřením ventilu. Není zde žádný hořlavý plyn, takže nemá co dál hořet. Dále jsme vyzkoušeli znovuzapalování již částečně odhořené tyče. Po krátkém zácviku již bez problémů.

Takhle se taví ocel...

Naše kyslíkové kopí se ukázalo jako použitelné pro praxi. Jen ještě musíme zapracovat na lepších řezacích tyčích (viz výše) a celé zařízení si rozhodně ponecháme. Ještě bychom chtěli vyzkoušet řecací trubky menších průměrů (6 a 8 mm). Ta desítka má opravdu brutální výkon. Takže možná vymyslíme i tu kleštinu...

Ochrana a bezpečnost.

Pokud se do stavby pustíte taky, je nutné zmínit několik bezpečnostních zásad. Při práci používejte rukavice, především pak v případě, že budete zapalovat tyč elektrickým proudem. Jeden pól zdroje se připojuje na tyč, která je vodivě spojena s kulovým ventilem! Zařízení, které jsme navrhli nemá žádnou izolovanou rukojet, takže rukavice jsou opravdu nezbytné!! To, že ty rukavice musí být suché a zdroj proudu musí poskytovat bezpečné napětí, je zcela samozřejmé! Pro trvalou práci je ale vhodné zařízení vybavit rukojetí z izolačního materiálu.

Pro manipulaci s tlakovými lahvemi, kyslíkem obecně, hadicemi a redukčními ventily, je nutné dodržovat bezpečnostní ustanovení jako pro sváření plamenem. Tedy normy ČSN 05 0601 a ČSN 05 0610. Dále je nutné dodržovat vyhlášku č. 87/2000 Sb., kterou se stanoví podmínky požární bezpečnosti při svařování.

Při vlastní práci je nutné se chránit před odletujícími rozžhavenými částmi materiálu. Zejména při prorážení a děrování, kdy se materiál odráží zpět. Ideální je použití kožených ochranných prostředků (zástěra, rukávníky, kamaše či celý oblek) a klasické svářecí kukly se světlejším sklem číslo 4. Na hlavu opět koženou čepici.

Při dodržování obecně platných zásad, je kyslíkové kopí, levnou, efektivní a bezpečnou alternativou klasickému kyslíkoacetylenovému řezání. Pro destrukční práce na betonu asi i alternativou jedinou.

Další tipy pro práci s kyslíkovým kopím (anglicky Oxygen Lance) najdete v prospektu firmy Liebherr. Prospekt ve formátu PDF jsme pro vás připravili v sekci Ke stažení. Prospekt s názvem oxygen_lance.pdf je v angličtině.

Varování!

Pokud to budete zkoušet, všechny pokusy s kyslíkovým kopím děláte na vlastní riziko. Autor článku nenese žádnou odpovědnost za případná zranění či škody!