Wie Metallverarbeiter die Qualität des Plasmaschnitts optimieren können

Mar 07, 2023

Beim Plasmaschneiden reagieren verschiedene Gaskombinationen unterschiedlich mit der geschnittenen Metallkante und beeinflussen die Schweißbarkeit der Oberfläche. Die Auswahl der geeigneten Gaskombination und Stromstärke für die Materialarten und -dicken ist der Schlüssel zur Gewährleistung hochwertiger Schweißnähte.

Beim automatisierten Plasmaschneiden ist es von entscheidender Bedeutung, konsistent präzise geschnittene Teile mit minimaler Fase und wenig oder gar keiner Schlacke zu liefern. Automatisierte Plasmaschneidsysteme können mit einer Vielzahl von Gaskombinationen präzise geschnittene Teile herstellen, aber es ist das, was sich unter der Oberfläche befindet, das die Qualität des Endprodukts beeinflusst.

Verschiedene Gaskombinationen reagieren unterschiedlich mit der geschnittenen Metallkante und beeinflussen die Schweißbarkeit der Oberfläche. Die Auswahl der geeigneten Gaskombination und Stromstärke für die Materialarten und -dicken ist der Schlüssel zur Gewährleistung hochwertiger Schweißnähte. Welche Gase zum automatisierten Plasmaschneiden verwendet werden können, hängt von der Art des verwendeten Brenners ab.

Kostengünstige automatisierte Plasmaschneidsysteme sind mit Eingasbrennern ausgestattet, die zum Schneiden aller Metallarten mit Druckluft aus der Werkstatt konzipiert sind. Diese Art von Plasmasystem erfreut sich bei Metallverarbeitern großer Beliebtheit, die dekorative Metallarbeiten und relativ kleine Stückzahlen für die allgemeine Plattenschneidproduktion durchführen.

Die durch Luftplasma gelieferte Schnittqualität kann jedoch geringer sein, als für einen Auftrag erforderlich ist. Beispielsweise enthält die Oberfläche einer mit Luft geschnittenen Stahlplatte häufig große Mengen gelöster Nitride. Die Luft in der Werkstatt besteht zu etwa 78 % aus Stickstoff und zu 21 % aus Sauerstoff. Wenn GMAW direkt auf die Schnittfläche aufgetragen wird, werden beim Erstarren des Metalls häufig Nitride in der Schweißnaht eingeschlossen. Durch Schleifen der Schnittkantenfläche vor dem Schweißen wird dieses Nitrierungsproblem beseitigt.

Wenn Aluminium mit Luftplasma geschnitten wird, ist die Schnittfläche stark oxidiert und sieht sehr körnig aus. Die Aluminium-Schnittfläche muss vor dem Schweißen geschliffen werden. Auch die Schnittfläche von Edelstahl ist stark oxidiert. Durch die Bildung von Nickeloxiden ist die Oberfläche dunkelgrau und eher krustig. Solche Oberflächen sind ohne vorheriges Schleifen nicht schweißbar.

Flaschengase wie Stickstoff oder Stickstoff/Wasserstoff (95 % Stickstoff/5 % Wasserstoff) können bei einigen Eingas-Brennersystemen für Nichteisenmetalle verwendet werden, um die Qualität der Schnittoberfläche zu verbessern. Allerdings beträgt die erforderliche Gesamtdurchflussrate für einen 125-A-Einzelgas-Plasmabrenner bis zu 550 Kubikfuß/Stunde (CFH). Dadurch steigen die Gaskosten, da eine Flasche mit einer Kapazität von 330 CFH in 36 Minuten leer ist.

Mit Einzelgasbrennern konfigurierte Plasmasysteme haben eine deutlich kürzere Lebensdauer der Verbrauchsmaterialien und höhere Betriebskosten als Plasmasysteme mit flüssigkeitsgekühlten Doppelgasbrennern. Luftplasmaanlagen sind nicht mit langlebiger Technologie ausgestattet.

Präzisions-Plasmaschneidsysteme für die Großserienfertigung sind mit flüssigkeitsgekühlten Doppelgasbrennern, hochentwickelten automatischen Gaszufuhrsystemen und Prozessauswahl ausgestattet. In die CNC eingebettete Schnitttabellen passen die Schnittparameter an und wählen die erforderlichen Gase basierend auf dem ausgewählten Material und der ausgewählten Dicke aus.

Außerdem sind die meisten dieser Systeme mit einer Technologie ausgestattet, die Stromstärke und Gasfluss zu Beginn und am Ende jedes Schnitts erhöht. Dadurch wird eine gleichbleibende Schneidleistung gewährleistet und die Lebensdauer der Verschleißteile deutlich verlängert. Ohne sie ändert sich die Schnittqualität im Laufe der Lebensdauer eines Verschleißteilsatzes dramatisch.

Die Art des zu schneidenden Metalls, die Materialstärke und die Schweißbarkeit der Schnittfläche sind erforderlich, um zu bestimmen, welche Gaskombinationen empfohlen werden.

Gaskombinationen. Beim Plasma-, Laser- und Autogenschneiden wird Sauerstoff zum Schneiden von Stahl verwendet. Alle drei Verfahren hinterlassen einen sehr dünnen Eisenoxidfilm auf der Schnittfläche. Dieser Film kann durch eine Schleifbehandlung leicht entfernt werden. Wenn die Folie jedoch nicht entfernt wird, kann die auf die Schnittfläche aufgetragene Farbe einfach abplatzen (siehe Abbildung 2).

Stromstärke, Dicke. Die Auswahl der geeigneten Schneidstromstärke für die Materialstärke ist für die Erzielung hervorragender Ergebnisse beim Plasmaschneiden ebenso wichtig wie die Auswahl des geeigneten Gases (siehe Abbildungen 1 und 3).

Gaskombinationen. Für das allgemeine Schneiden sind die meisten automatisierten Präzisionsplasmasysteme darauf ausgelegt, Edelstahl von dünn bis 1½ Zoll dick mit Stickstoffplasma zu schneiden. Als Schutzgas kann entweder Stickstoff oder Werkstattdruckluft verwendet werden. Der Schnitt sollte oben und unten frei von Schlacke sein, eine relativ glatte Schnittfläche und eine minimale Abschrägung aufweisen.

Wenn Schweißgut von dünner Dicke bis ½ Zoll direkt auf die Schnittflächen aufgetragen werden soll. Material, Gase wie F5-Plasma (95 % Stickstoff/5 % Wasserstoff) und ein Stickstoffschild erzeugen wahrscheinlich schweißbare Schnitte. Oberflächenschleifen ist erforderlich. Einige Plasmasysteme verfügen über eine Gaszufuhr, die je nach Dicke und Schneidstromstärke Argon, Wasserstoff und Stickstoff zu maßgeschneiderten Plasmagasmischungen mischen kann.

Zum Schneiden von Blechen von ½ bis 1 ½ Zoll liefern Argon/Wasserstoff/Stickstoff-Plasmagasmischungen mit Stickstoffschutz erstklassige Ergebnisse. Mit diesen Kombinationen geschnittene Kanten sind typischerweise sehr glatt, sehr quadratisch und haben eine goldene Farbe. Einige Systeme können Stickstoffplasma und Leitungswasser als Schutzschild verwenden. Der Stickstoff/Wasser-Schneideprozess erzeugt eine sehr quadratische und schweißbare Kante zu geringen Kosten für das Schneiden dünner Bleche bis 1 ½ Zoll. Platte.

Beachten Sie, dass Gaskombinationen wie F5-Plasma mit Stickstoffschutz und Argon/Wasserstoff/Stickstoff-Plasma mit Stickstoffschutz ein enges Parameterfenster (Geschwindigkeit und Spannung) erfordern, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Möglicherweise sind einige Anpassungen der Schnittgeschwindigkeit und -spannung erforderlich.

In Abbildung 4 finden Sie repräsentative Ergebnisse verschiedener Gaskombinationen.

Stromstärke, Dicke. Wie bei Weichstahl ist die Auswahl der richtigen Schneidstromstärke ebenso wichtig, um hervorragende Ergebnisse beim Plasmaschneiden zu erzielen (siehe Abbildung 5).

Gaskombinationen. Für allgemeine Schneidzwecke schneiden die meisten automatisierten Präzisions-Plasmaschneidsysteme Aluminium von dünner Dicke bis 1 ½ Zoll mit entweder Werkstatt-Druckluft oder Stickstoffplasma. Als Schutzgas wird entweder Stickstoff oder Werkstattdruckluft verwendet. Auch hier sollte der Schnitt frei von Schlacke an der Ober- und Unterseite sein und eine relativ glatte Schnittfläche mit minimaler Abschrägung aufweisen. Allerdings ist die Schnittfläche wahrscheinlich stark oxidiert, rau und ziemlich körnig. Beim Schnittflächenschweißen ist Schleifen erforderlich.

Mischungen aus Argon/Wasserstoff/Stickstoffplasma und Stickstoffschutz, die erstklassige Ergebnisse liefern, müssen nur dann verwendet werden, wenn das Schweißgut direkt auf die Aluminiumschnittflächen von ¼ bis 1 ½ Zoll aufgetragen wird, um glatte, quadratische und schweißbare Kanten zu erzielen. Einige Systeme ermöglichen Stickstoffplasma- und Leitungswasserschutz. Bei dünner Stärke bis 1 Zoll. Durch das Stickstoff/Wasser-Verfahren entsteht kostengünstig eine quadratische und schweißbare Kante.

ABBILDUNG 1. Die Tabelle für jeden Schneidvorgang enthält eine Reihe möglicher Dicken. Prozessingenieure arbeiten an der Optimierung eines Dickenbereichs (normalerweise in der Mitte des gesamten Dickenbereichs). Dieser optimierte Bereich wird als Prozesskerndicke (PCT) bezeichnet. Dicken, die größer oder kleiner als die PCT sind, können zu unterschiedlichen Ergebnissen in Bezug auf Schnittqualität, Schnittgeschwindigkeit und Durchstechfähigkeit führen. Jede Kategorie verfügt über eine eindeutige Prozesskategorienummer (1 bis 5), die mit der Leistung korreliert, die Sie bei Auswahl dieses Prozesses erwarten können. Die Prozesskategorienummer für den von Ihnen ausgewählten Prozess ändert das Qualitäts-Geschwindigkeits-Verhältnis.

Abbildung 6 zeigt repräsentative Ergebnisse der aufgeführten Gaskombinationen.

Stromstärke, Dicke. Auch hier ist die Auswahl einer geeigneten Schneidstromstärke für die Erzielung hervorragender Ergebnisse beim Plasmaschneiden ebenso wichtig wie die Auswahl der Gaskombinationen (siehe Abbildung 5).

Betriebe, die Plasmaschneiden einsetzen, werden auch mit den Laser- und Wasserstrahlschneidverfahren konkurrieren. Heutzutage verlangen die Kunden von Herstellern, dass plasmageschnittene Teile präzise sind, eine minimale Abschrägung aufweisen, wenig oder gar keine Schlacke aufweisen und über schweißbare Schnittkanten verfügen.

Die Technologie der Profilzerspanung hat in den letzten 50 Jahren unglaubliche Veränderungen erfahren. Die meisten Auftragswerkstätten, die Plasmaschneiden durchführen, sind mit hochauflösenden Präzisionsplasmasystemen ausgestattet. Die Hersteller von Präzisionsplasmageräten investieren weiterhin in ihr Streben nach kontinuierlicher Verbesserung des Plasmaschneidens. Die Vielfalt der Gasoptionen, die mit Plasmaschneidsystemen verwendet werden können, ermöglicht es Herstellern, das Gas auszuwählen, das für eine bestimmte Anwendung am sinnvollsten ist.

Hersteller sollten die Projektspezifikationen prüfen, bevor sie entscheiden, welche Gaskombination für die Aufgabe am besten geeignet ist.