Wärmeverzug reduzieren und andere Fehlerquellen

Ein elementarer Nachteil beim Brennschneiden ist die in den Werkstoff eingebrachte thermische Energiemenge, die sehr hoch ist und die zu vielen Problemen führen kann. Die offensichtlichste Begleiterscheinung ist der Längenverzug des Materials. Das zu schneidende Blech dehnt sich durch die zusätzliche thermische Energie aus, so dass die Maßhaltigkeit der Brennteile in der Gefahr steht, aus den Grenzen zu laufen.  

Ein weiterer Nachteil der hohen thermischen Energie ist die Gefügeveränderung des Blechs im Randzonenbereich der Schneidflanken. Bei hochfesten Werkstoffen kann es auch zu Spannungsrissen führen.

Nebenbei erwärmt die thermische Energie auch die Brennschneidmaschine, die zusätzliche Vorrichtungen zur Kompensation der Wärme benötigt und die Halle erwärmt sich unkontrolliert, was im Winter durchaus kein Nachteil ist, doch im Sommer für unangenehm hohe Betriebstemperaturen sorgen kann. Die Brennschneidanlage muss mit den hohen Temperaturen umgehen können, sonst kann es vorkommen, dass sich die Portalbrücke deformiert, verspannt und Lager frühzeitig verschleißen.

Fazit: Die Einbringung der thermischen Energie ist in den meisten Fällen nicht gewollt, sie führt zu Komplikationen und sollte daher vermieden bzw. reduziert werden.

Nun die Lösung ist nicht ganz so trivial, wie es scheint. Das Aufheizen des Werkstoffs auf die Entzündungstemperatur gehört nun mal zum Wesen des oxygenen Schneidprozesses dazu. Mit anderen Worten, beim Brennschneiden fällt immer viel thermische Energie an. Je dicker das Material, desto länger die Vorheizzeit, desto mehr Spannungen werden in das Material eingebracht. Ebenso je mehr Ausschnitte, Löcher zu brennen sind.

Diese Tipps sind in der Praxis anzutreffen - sie gelten nicht universell für jedes Problem und müssen auf jeden Betrieb individuell angepasst werden. Daher keine Gewähr, dass es auch bei Ihnen einwandfrei so wirkt, wie hier aus der Anwendungspraxis vorgestellt.

Tipp 1: Prozesswechsel

Daher besteht die erste Lösung darin, erst gar nicht Autogen zu schneiden sondern auf andere geeignete Schneidprozesse umzusteigen, sofern dies technisch und wirtschaftlich möglich ist. Und genau da liegt das Problem, bis auf wenige Ausnahmen ist ein Ausweichen auf anderen Schneidprozesse kaum möglich.
Mit Wasserstrahl kann man zwar auch sehr dick schneiden, mittlerweile Bleche über 300 mm Dicke, doch die Schnittkosten würden komplett aus dem Ruder laufen und die Schnittqualität gegenüber dem Brennschneiden wäre bei maximaler Schneidleistung kaum erzielbar.
Plasmaschneiden bietet sich vor allem im dünneren Blechdickenbereich bis 35 mm max. 40 mm Materialdicke an. Auch Schneiddicken bis 50 mm sind im Einzelfall möglich, sogar bis 80 mm, wenn die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung dies für sinnvoll ermittelt. Im Normalfall ist es aus Kostengründen sinnvoll nur bis 40 mm mit Plasma zu schneiden und ab da an den Autogenbrenner einzusetzen, wenn keine anderen Gründe dagegen sprechen. Wobei die Rechtwinkligkeit beim Plasmazuschnitt dabei schlechter ausfällt als beim Brennschneiden.
Im unteren Blechdickenbereich könnte der Faserlaser eingesetzt werden, wobei vom technischen Fortschritt Faserlaser, Stand 2021, bis 50 mm dicken Stahl schnell zuschneiden können.

Doch wer besitzt schon alle vier Schneidtechnologien in seiner Fertigung und kann beliebig auf ein anderes System ausweichen? Daher ist die Praktikabilität dieses Vorschlags nicht ganz einfach umzusetzen.

Das Schneiden hochfester Stähle, wie Hardox® 400, Hardox® 500 von SSAB oder N-A-XTRA®, XABO® von ThyssenKrupp oder DILLIDUR® von Dillinger etc. ist aufgrund der Gefügeänderungen im Stahl problematisch. Bevor Sie hochfeste Stähle Brennschneiden, stimmen Sie sich mit Ihrem Kunden ab, in wieweit dieser Schneidprozess zulässig ist und prüfen Sie die möglichen Gefügeveränderungen durch eine entsprechende Laboruntersuchung.

Beim Brennschneiden ist nicht nur die Maßhaltigkeit der Zuschnitte von Bedeutung, sondern auch eine möglichst geringe Gefügeänderung des Materials. Durch Einbringung von thermischer Energie, die durch den autogen Schneidprozess entsteht, besteht die Gefahr einer Gefügeänderung im Material mit der auch die Leistungsdaten des hochfesten Stahls und damit die Sicherheit späterer Verwendung gefährdet sein kann.

Sollte die Überprüfung positiv erfolgt sein und damit dem Verwenden des Schneidprozesses Brennschneiden nichts mehr im Wege stehen, so kommen für das Schneiden hochfester Stähle häufig Wasserbrenntische mit einem heb- und senkbaren Wasserspiegel zum Einsatz, siehe Bild unten.

Das Wasserbad bindet thermische Energie und reduziert damit die Hitze im Stahl beim Brennschneiden hochfester Stähle.

Da nicht auszuschließen ist, dass durch zurückspritzende Wassertropfen die Flamme des Brennschneiders erlischt, muss mit dem richtigen Wasserniveau so lange experimentiert werden, bis der Bediener die ideale Wasserstandshöhe für den Brennzuschnitt ermittelt hat. Danach läuft der Schneidprozess stabil ab.

Alternativ können hochfeste Stähle im unteren Blechdickenbereich bis ca. 60 mm Dick auch mit dem Plasmabrenner geschnitten werden. Doch auch bei diesem Prozess empfiehlt sich der Wasserbrenntisch. Wobei der Plasmabrenner den Vorteil mit sich bringt auch ganz unter Wasser schneiden zu können. Entsprechende Technik und Maschine vorausgesetzt. Natürlich kann in Grenzen auch der Faserlaser für das Schneiden eingesetzt werden, wobei auch dieser thermische Energie einbringt und nicht (Stand 2021) unter Wasser schneiden kann. Die Flankenaufhärtung ist beim Laserschneiden hoch, siehe Vergleich der Schneidverfahren.

Wenn absolut keine thermische Energie gewünscht wird, dann bleibt nur noch der Zuschnitt mit dem Wasserstrahl übrig. Das Wasserstrahlschneiden besitz den Vorteil das Material quasi spanend abzutragen und erzeugt somit weder Aushärtung an der Schnittflanke noch Gefügeänderung im Randbereich der Schneidkontur. Allerdings erhöht sich die Schnittgewindigkeit beim Schneiden hochfester Stähle in der Regel um den Faktor 2 bis 3. Typisch wäre eine Schnittgeschwindigkeit von ca. 9 mm/min bei 60 mm dickem hochfesten Stahl bei 4.000 Bar Wasserinjektionsschneiden (Stand 2020).  

Wenn Sie Hersteller für Brenntische mit Wasserbett suchen oder sich über Streifenbrenner oder eine ergänzende Plasmaschneidanlage weiter informieren wollen, haben wir Ihnen hier einige Links für Sie zusammen gestellt. Im Marktplatz können Sie natürlich noch nach vielen weiteren Keywords suchen.