Technologie des Autogenschneidens

Brennschneiden von 25 mm dickem Baustahl
Brennschneiden von 25 mm dickem Baustahl

Grundsätzlich gilt: Der kohlenstoffhaltige Werkstoff wird durch die Heizflamme auf Zündtemperatur erwärmt und dann im Schneidsauerstoffstrahl verbrannt.

Bedingungen für das das autogene Brennschneiden:

  • Die Entzündungstemperatur des Werkstoffs muss niedriger als seine Schmelztemperatur sein.
  • Der Schneidsauerstoff muss eine Reinheit von min. 99,5% besitzen.
  • Die Schmelztemperatur der entstehenden Oxide muss niedriger als die Schmelztemperatur des Werkstoffs sein.
  • Reines Eisen erfüllt die Bedingungen optimal, ebenso niedriglegierte Stähle.
  • Der Kohlenstoffgehalt muss zwischen 0,1 und 1,5% liegen. Wobei ab 0,3 - 1,5% die Gefahr der Rissbildung besteht und vor- bzw. nachgeglüht werden sollte. Idealerweise sollte der Kohlenstoffgehalt daher zwischen 0,1% bis 0,3% liegen.

Mit steigendem Kohlenstoffgehalt erhöht sich die Entzündungstemperatur, und die Schmelztemperatur nimmt ab, so dass ein Stahl mit mehr als 1,6 % bis 1,8 % C die Voraussetzung des Brennschneidens nicht mehr erfüllt. Stahl mit 0,1% C hat eine Entzündungstemperatur von 1050° C und eine Schmelztemperatur von 1526° C. Daraus folgt: 1050 < 1526 = Bedingung erfüllt, Brennschnitt möglich, OK!

Das Lochstechen

Beim Lochstechen erzeugt der Schneidsauerstoff einen starken Funkenflug (der sich durch den Einsatz von proportionalgeregelten Gasventilen reduzieren lässt) und baut einen Schlackehaufen beim Lochstechen am Lochrand auf, bis das Material durchgestossen ist. Dieser Schlackehaufen am Rand kann je nach Materialdicke sehr groß werden und führt beim Überfahren des Brennstrahls zum Prozessabbruch - der Schnitt erlischt. Der Bediener übernimmt daher oft die Aufgabe, diese Schlackehaufen manuell, während des Schneidprozesses, mit einem Schaber zu entfernen. Genau daher ist eine Automatisierbarkeit des Autogenschneidens nur bedingt möglich. Auch die Brennerhöhe und die Gasdichtigkeit der Schläuche überwacht der Maschinenbediener manuell. 

Schneidprozess in Gang halten

Da beim Schneiden von Stahl viel Wärme in den Brenntisch und in das Schneidgut als Ganzes abgeleitet wird, reicht die beim Verbrennen mit Sauerstoff freiwerdende Wärme nicht aus, um den Oxidationsprozeß kontinuierlich in Gang zu halten. Deshalb wird zusätzliches Gas durch die Heizflamme zugeführt, welches die Aufgabe hat, den Werkstoff auf die Entzündungstemperatur zu bringen und die Wärmeverluste auszugleichen.

Weitere Störgrößen beim autogenen Brennschneiden

Neben Kohlenstoff beeinflussen Legierungsbestandteile wie Chrom, Nickel, Wolfram etc. die Brennschneidbarkeit des Strahls.

Keine Regel ohne Ausnahme:

Titan und Titanlegierungen sowie manche Edelstahlsorten – sie lassen sich Brennschneiden, obwohl die Voraussetzungen nicht erfüllt sind.

Begriffs-Lexikon:

Lunker in Werkzeugstahl
Lunker in Werkzeugstahl bedeutet einen unschönen Schnitt

Es ist hilfreich, wenn man einige Fachbegriffe der autogenen Schneidwelt kennt. Wir haben exemplarisch einige für Sie zusammengestellt.

Lunker:

Als Lunker bezeichnet man Hohlräume im Metall, die beim Erstarren der Schmelze entstehen. Sie stellen beim Brennschneiden ein großes Problem dar, da aufgrund des Lufteinschlusses ein Flammenabriss entsteht. Auch beim Plasmaschneiden stören Lunker je nach Größe und beenden oder beeinflussen den Schnitt.

 

Martensit:

Feinnadeliges, sehr hartes und sprödes Gefüge. Es entsteht beim Abschrecken von Austenit mit derart hohen Abkühlgeschwindigkeiten, dass dem Kohlenstoff keine Zeit zur Diffusion aus dem Gitter bleibt. Beim Erwärmen (Anlassen) geht Martensit schließlich bei hohen Temperaturen (bis 720 °C) und langen Glühzeiten (bis 10 h) in Ferrit mit eingelagertem kugeligen Zementit über. Man unterscheidet folgende Martensitarten: Lanzettenmartensit, Plattenmartensit, kubischer Martensit, Verformungsmartensit.

Kohlenstoffgehalt:

Kohlenstoff ist das Element, das aus Eisen Stahl macht. Je nach Kohlenstoffgehalt entwickelt der Werkstoff Stahl ein ganz bestimmtes Gefüge (Eisen-Kohlenstoff-Diagramm). Es verleiht ihm charakteristische Eigenschaften, z. B. Festigkeit, Umformbarkeit, Schweißbarkeit etc. So teilt man Stähle nach ihrem Kohlenstoffgehalt in untereutektoidisch, eutektoidisch (0,8% C) und übereutektoidisch ein.

Bis zu einem C-Gehalt von 0,2 % sind unlegierte Stähle gut schweißbar.

Bis zu einem C-Gehalt von 0,3% können unlegierte Stähle sehr gut brenngeschnitten werden.

Kohlenstoffäquivalent:

Ist eine Vergleichsgröße, die etwas über die Schweißbarkeit eines Stahls aussagt. Unlegierte Stähle sind bis zu einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 % schweißbar. Stahl enthält aber meist noch eine Reihe andere Legierungselemente, die sich unterschiedlich stark auf die Schweißbarkeit auswirken können. Daher hat man versucht, eine Formel zu entwickeln, in die der Einfluss dieser Elemente mit eingeht. Aufgrund der Vielzahl von Stählen ist leicht einzusehen, dass es kaum eine einzige Gleichung zur hinreichenden Beschreibung des Problems geben kann. Im Schrifttum finden sich daher auch mehrere Gleichungen. Hier soll beispielhaft die vom International Institute of Welding empfohlene Formel für einen Stahl mit mehr als 0,18 % C genannt werden: CE (%) = %C + %Mn /6 + (%Cu + %Ni) / 15 + (%Cr + %Mo + %V) / 5. (Quelle: Wikipedia)

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