In diesem Artikel gehen wir auf die wichtigsten Faktoren ein, die zur Qualität des Plasmaschneidens beitragen.
Mittleres Gas
Das Gas wird für den Schneidvorgang verwendet. Der Prozess kann mehr als ein Gas umfassen, beispielsweise ein Primärgas und ein zweites Gas. Derzeit wird Luft aufgrund seiner relativ geringen Kosten häufig als Mediumgas verwendet. Einige Geräte erfordern auch Lichtbogenstartgas. Welches Verfahren tatsächlich für die Arbeit ausgewählt wird, hängt vom Material und der Dicke des Werkstücks sowie der verwendeten Schneidmethode ab.
Das Mediumgas wird verwendet, um den Plasmastrahl zu bilden und das geschmolzene Metall und Oxid zu entfernen, das beim Schneidprozess entsteht. Ein übermäßiger Gasfluss entzieht dem Lichtbogen mehr Wärme, wodurch die Länge des Strahls kürzer wird, was zu einer verringerten Schneidleistung und einer Instabilität des Lichtbogens führt. Ein zu geringer Gasfluss führt dazu, dass der Plasmalichtbogen seine Geradlinigkeit und Schnittfestigkeit verliert. Der Schnitt erfolgt flacher und die Wahrscheinlichkeit, dass Schlacke entsteht, ist höher. Daher muss der Gasfluss mit dem Schneidstrom und der Schneidgeschwindigkeit kompatibel sein. Bei Plasmalichtbogenschneidemaschinen wird die Durchflussrate meist durch den Gasdruck gesteuert, da bei fester Brenneröffnung auch der Gasdruck die Durchflussrate steuert. Der Gasdruck, mit dem eine bestimmte Materialstärke geschnitten wird, wird in der Regel nach den Anforderungsspezifikationen des Kunden ausgewählt. Für bestimmte Spezialanwendungen müssen Versuche zur Bestimmung des Gasdrucks durchgeführt werden. Zu den am häufigsten verwendeten Gasen gehören Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Luft, H35 und Argon-Stickstoff-Mischgas.
A: Luft enthält etwa 78 % Stickstoff; Vom Volumen her entsteht beim Schneiden mit Luft eine Art Schlacke, die dem Schneiden mit Stickstoff sehr ähnlich ist. Luft enthält außerdem etwa 21 % Sauerstoff. Die Anwesenheit von Sauerstoff kann den Schneidvorgang beschleunigen. Das Schneiden von kohlenstoffarmen Stahlmaterialien kann auch mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Darüber hinaus ist die Luft eine gut zugängliche Ressource mit geringeren Kosten. Diese Tatsachen machen die Luft zu einem weit verbreiteten Mediumgas. Die alleinige Verwendung von Luft zum Schneiden hat jedoch Nachteile. wie Schlacke, Schnittoxidation und Stickstoffanstieg. Darüber hinaus kann sich die verkürzte Lebensdauer von Elektrode und Düse negativ auf die Produktivität auswirken und die Kosten erhöhen.
B. Sauerstoff kann die Geschwindigkeit beim Schneiden von Weichstahlmaterialien erhöhen. In diesem Sinne ist die Verwendung von Sauerstoff zum Schneiden dem Brennschneiden sehr ähnlich. Der Hochtemperatur- und Hochenergie-Plasmalichtbogen beschleunigt den Schneidprozess. Um die Lebensdauer der Elektrode zu verlängern, muss dieser Prozess jedoch mit einer Elektrode durchgeführt werden, die Oxidation bei hohen Temperaturen widersteht und vor Stößen während des Lichtbogenüberschlags geschützt ist.
C. Wasserstoff wird üblicherweise als Hilfsgas zum Mischen mit anderen Gasen verwendet. Beispielsweise ist das bekannte Gas H35, eine Mischung aus 35 % Wasserstoff und 65 % Argon, aufgrund der Anwesenheit von Wasserstoff eines der Gase mit einer hohen Plasmalichtbogen-Schneidfestigkeit. Wasserstoff kann die Lichtbogenspannung erheblich erhöhen, sodass der Wasserstoffplasmastrahl einen hohen Enthalpiewert aufweist. Beim Mischen mit Argon wird die Plasmastrahlschneidfestigkeit erheblich verbessert. Im Allgemeinen wird für Metallmaterialien mit einer Dicke von mehr als 70 mm üblicherweise Argon + Wasserstoff als Gas verwendet. Wird der Argon + Wasserstoff-Plasmalichtbogen mit einem Wasserstrahl weiter verdichtet, lässt sich zudem eine höhere Schneidleistung erzielen.
D. Stickstoff ist ein häufig verwendetes Gas. Der mit einer höheren Spannung betriebene Stickstoffplasmalichtbogen weist eine bessere Stabilität und eine höhere Strahlenergie als Argon auf, selbst beim Schneiden von flüssigem Metall mit hochviskosen Materialien wie Edelstahl. Beim Schneiden von Nickelbasislegierungen ist die Menge an Krätze, die an der unteren Schnittkante entsteht, ebenfalls gering. Stickstoff kann allein oder gemischt mit anderen Gasen verwendet werden. Beispielsweise werden in automatisierten Schneidprozessen häufig Stickstoff und Luft als Mediumgase eingesetzt. Diese beiden Gase sind zu den empfohlenen Optionen für das Hochgeschwindigkeitsschneiden von Kohlenstoffstahl geworden. Manchmal wird Stickstoff auch als Ausgangsgas für das Sauerstoffplasma-Lichtbogenschneiden verwendet.
E. Argongas reagiert bei hohen Temperaturen kaum mit Metallen und der Argonplasmabogen ist sehr stabil. Darüber hinaus weisen die verwendeten Düsen und Elektroden eine lange Lebensdauer auf. Allerdings ist die Spannung des Argon-Plasmalichtbogens niedrig, der Enthalpiewert nicht hoch und die Schnittfestigkeit begrenzt. Im Vergleich zum Luftschneiden wird die Schnittdicke um etwa 25 % reduziert. Darüber hinaus ist in der Argongasschutzumgebung die Oberflächenspannung der Metallschmelze relativ groß, etwa 30 % höher als in der Stickstoffumgebung, sodass mehr Schlacke erzeugt wird. Selbst beim Schneiden mit einer Mischung aus Argon und anderen Gasen besteht die Möglichkeit, dass Schlacke entsteht. Daher wird beim Plasmaschneiden selten reines Argon allein verwendet.
Schnittgeschwindigkeit
Auch die Schnittgeschwindigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl einer Plasmaschneidmaschine. Jedes Plasmaschneidsystem verfügt über einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich. Benutzer können die Geschwindigkeit gemäß den Produktanweisungen oder durch die Durchführung von Tests anpassen. Im Allgemeinen kann die Geschwindigkeit anhand von Faktoren wie Dicke, Material, Schmelzpunkt, Wärmeleitfähigkeit und der Oberflächenspannung nach dem Aufschmelzen des Werkstücks bestimmt werden.
Eine moderate Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit kann die Schnittqualität verbessern. Dadurch wird der Schnitt etwas schmaler und die Schnittfläche glatter, wodurch die Gefahr einer Verformung verringert wird.
Wenn die Schnittgeschwindigkeit zu hoch ist, kann die lineare Energie des Schnitts niedriger sein als die erforderliche Energie. Der Strahl im Schlitz kann die Schmelze nicht sofort schnell wegblasen, so dass ein großer Schleppwiderstand entsteht.
Bei zu geringer Schnittgeschwindigkeit kommt es zur Überhitzung. An der Anode des Plasmalichtbogens erfolgt der eigentliche Schnitt. Um die Stabilität des Lichtbogens selbst aufrechtzuerhalten, wird der CNC-Punkt daher zwangsläufig in einen Leitungsstrom in der Nähe des Schlitzes umgewandelt, der dem Lichtbogen am nächsten liegt. Auf diese Weise überträgt der Strahl radial mehr Wärme. In diesem Fall wird der Schnitt erweitert. Das geschmolzene Material auf beiden Seiten des Einschnitts sammelt sich und verfestigt sich entlang der Unterkante und bildet eine nicht leicht zu reinigende Schlacke. Die Oberkante des Einschnitts wird erhitzt und geschmolzen, um eine abgerundete Ecke zu bilden.
Bei extrem geringer Geschwindigkeit kommt es sogar zum Erlöschen des Lichtbogens, da der Einschnitt zu breit ist.
Strom
Der Strom (Stromstärke) bestimmt die Dicke und Geschwindigkeit des Schnitts. Daher ist die Stromstärke ein Schlüsselfaktor für die Durchführung hochwertiger Schnellschnitte. Konkret beeinflusst die Strömung diese Aspekte:
- Bei einem höheren Strom erzeugt das System eine höhere Lichtbogenenergie, eine höhere Schnittfestigkeit und eine höhere Schnittgeschwindigkeit.
- Bei einem höheren Strom erzeugt das System einen Lichtbogen mit größerem Durchmesser und erzeugt so einen dickeren Schnitt.
- Ein zu hoher Strom führt jedoch zu einer anormalen thermischen Belastung der Düse. Dies führt zu einer kürzeren Lebensdauer der Düse und beeinträchtigt die Schnittqualität.
Die Stromversorgung Ihrer Plasmaschneidanlage muss mit der für das Schneiden vorgesehenen Stromstärke übereinstimmen. Eine zu hohe Stromstärke verursacht unnötige Kosten. Allerdings kann eine zu kleine Stromstärke nicht nur die Schneidleistung beeinträchtigen, sondern auch das Schneidsystem beschädigen.
Düsenhöhe
Unter der Düsenhöhe versteht man den Abstand zwischen der Düsenstirnfläche und dem Werkstück, der einen Teil der gesamten Lichtbogenlänge ausmacht. Beim Plasmalichtbogenschneiden wird im Allgemeinen eine externe Konstantstrom- oder Steilstromversorgung verwendet.
Auswirkungen einer größeren Höhe:
Wenn die Düsenhöhe erhöht wird, ändert sich die Stromstärke kaum. Allerdings führt die vergrößerte Lichtbogenlänge zu einer Erhöhung der Lichtbogenspannung und damit zu einer Erhöhung der Lichtbogenleistung. Gleichzeitig führt der längere Lichtbogen zu einer stärkeren Belastung durch die Umgebung und damit zu einem höheren Energieverlust. Dieser Energieverlust verringert zwangsläufig die effektive Schnittenergie, was zu einer Verringerung der Schnittfestigkeit führt. Da in diesem Fall die Blaskraft des Schneidstrahls geschwächt ist, kann es sein, dass sich an der Unterkante des Einschnitts mehr Schlackenreste befinden und die Oberkante zu stark geschmolzen ist, wodurch abgerundete Ecken entstehen. Darüber hinaus vergrößert sich unter Berücksichtigung der Form des Plasmastrahls der Durchmesser des Strahls nach außen, nachdem er die Brennermündung verlassen hat, und eine Vergrößerung der Höhe der Düse führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Schnittbreite. Um die Schnittgeschwindigkeit und Schnittqualität zu verbessern, wählen Anwender daher meist eine möglichst kleine Düsenhöhe.
Auswirkungen einer geringeren Höhe
Wenn die Düsenhöhe jedoch zu niedrig ist, kann es zu einem Doppelbogenphänomen kommen. Mit einer keramischen Außendüse können Sie die Düsenhöhe auf Null einstellen; Das heißt, die Endfläche der Düse berührt das Werkstück direkt und erzeugt einen hochwertigen Schnitt.
Lichtbogenleistung
Um einen hochverdichteten Plasmalichtbogen zu erzeugen, verwendet die Düse eine kleinere Düsenöffnung und eine längere Lochlänge und verstärkt die Kühlwirkung. Dadurch kann der durch den effektiven Querschnitt der Düse fließende Strom erhöht werden, sodass die Leistungsdichte des Lichtbogens steigt. Allerdings erhöht sich durch die höhere Kompression auch die Verlustleistung des Lichtbogens. Daher ist die zum Schneiden verwendete effektive Energie kleiner als die vom Netzteil abgegebene Leistung. Die Verlustquote liegt in der Regel zwischen 25 % und 50 %. Bei bestimmten Methoden, wie z. B. dem Wasserkompressionsplasmalichtbogen, ist die Energieverlustrate höher. Dies müssen Sie auch bei der Gestaltung Ihres Schneidprozesses und der Kostenplanung berücksichtigen.
In den meisten industriellen Anwendungen wird Plasmaschneiden zum Schneiden von Metallplatten mit einer Dicke von weniger als 50 mm eingesetzt. Das Schneiden mit herkömmlichen Plasmalichtbögen in diesem Dickenbereich führt häufig zu Abweichungen in der Schnittgröße entlang der Schnittoberkante und erhöht daher den erforderlichen zusätzlichen Bearbeitungsaufwand. Wenn Sauerstoff- und Stickstoffplasmalichtbögen zum Schneiden von Kohlenstoffstahl, Aluminium und Edelstahl verwendet werden und die Dicke der Platte im Bereich von 10 bis 25 mm liegt, ist normalerweise die Rechtwinkligkeit der Endkante umso besser, je dicker das Material ist. Die Winkeltoleranz der Schneide beträgt 1-4°. Wenn die Plattendicke weniger als 1 mm beträgt, erhöht sich die Schnittwinkelabweichung mit abnehmender Plattendicke von 3 ° – 4 ° auf 15 ° – 25 °.
Es wird allgemein angenommen, dass die Energie des Plasmalichtbogens eher im oberen Teil des Schnitts als im unteren Teil abgegeben wird. Dieses Ungleichgewicht der Energiefreisetzung steht in engem Zusammenhang mit vielen Prozessparametern, wie dem Grad der Plasmalichtbogenkompression, der Schnittgeschwindigkeit und dem Abstand zwischen Düse und Werkstück. Durch Erhöhen der Komprimierung des Lichtbogens kann der Hochtemperatur-Plasmastrahl ausgedehnt werden, um einen gleichmäßigeren Hochtemperaturbereich zu bilden, und gleichzeitig die Geschwindigkeit des Strahls erhöht werden, wodurch der Breitenunterschied zwischen den oberen und unteren Schnitten verringert werden kann. Eine übermäßige Kompression herkömmlicher Düsen führt jedoch häufig zu einer doppelten Lichtbogenbildung, die nicht nur Elektroden und Düsen verbraucht und den Prozess unmöglich macht, sondern auch zu einer Verschlechterung der Schnittqualität führt. Darüber hinaus vergrößern eine zu hohe Geschwindigkeit und eine zu große Düsenhöhe den Unterschied zwischen der oberen und unteren Schnittbreite.
Quelle aus Stylecnc
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