Plasmaschneiden von Edelstahl

Edelstahlteil, plasmageschnitten mit Stickstoff

Plasmaschneiden eignet sich auch zum Schneiden von Edelstahl, wobei einige Randbedingungen beachtet werden sollten. Edelstahlzuschnitt bleiben eine Herausforderung für Plasma. Warum das so ist? Ein Grund liegt in den Eigenschaften der zum Schneiden erforderlichen Gase: Argon/Wasserstoff, Argon/Stickstoff (Formiergas). Diese Gase weisen andere Eigenschaften und Verhalten im Lichtbogen auf, die Schnittwinkel sind größer als bei Sauerstoff, die Nachläufe um Ecken oder in Innenkonturen sind ausgewaschener, die Gase reagieren auch empfindlicher an Konturenden, Konturecken und an Luftspalten durch bestehende Schnittfugen. Möglicherweise liegt es an den atomaren Eigenschaften der hier zum Einsatz kommenden Gase und der zugehörigen Düsen, Elektroden.

Schneiden von Edelstahl mit Stickstoff:

Folgende Schnitteigenschaften stellen sich ein:

Schwarze verzundere Schnittflanken,
hohe Gratbildung,
unsaubere Schnittfugen.

Prinzipiell sind die erzielbaren Edelstahl-Schnittqualitäten mit Plasma heute bei weitem besser, als dies noch vor wenigen Jahren der Fall war, dennoch sind wir gespannt, was die Zukunft bringen wird.

Besonderheiten beim Schneiden von Edelstahl:

1. Nicht jeder Plasmabrenner eignet sich in gleicher Art und Weise für diese Aufgabe.

2. Um Edelstahl optimal schneiden zu können, empfiehlt sich der Einsatz von Argon/Wasserstoff-Gemisch, dass es bereits fertig gemischt in Flaschen zu kaufen gibt. Aufgrund der hohen Energie eignet sich Argon/Wasserstoff zum Schneiden von dickem Edelstahl ab 5 mm. Unterhalb von 5 mm dünnem Edelstahl kann mit Argon/Sticksoff (Formiergas 5%, oder 10%) geschnitten werden. Achtung: Nicht jeder Brenner kann derartige Gase verarbeiten. Daher vorher sorgfältig prüfen und den Hersteller zu Rate ziehen! Die modernen Qualitätsplasmastromquellen bieten modellabhängig diese Option an.

Sind kleine Löcher zu schneiden, so kann man mit der Geschwindigkeit und der Stromstärke herunter gehen, natürlich sind dann auch die passenden Verschleißteile auszuwählen. Die Höhenregelung sollte generell beim Schneiden kleiner Löcher "eingefroren" werden, d.h. die Z-Achse darf nicht in die Bohrung abgesenkt werden.

Die Schnittgeschwindigkeiten beim Edelstahlzuschnitt weichen je nach gewähltem Gas vom Zuschnitt im Vergleich zum Schwarzmaterial ab, sie sind in der Regel langsamer.

3. Seit einigen Jahren gibt es Plasma-Brenner, die sich der Thematik Edelstahlschneiden angenommen haben. Beim Wasser-Injektionsplasma-Verfahren wird dem Brenner in seinen Sekundärkreislauf Wasser beigemischt. Beim Schneiden verdampft das Wasser im Lichtbogen und setzt sich im Schnittspalt ab. Aus Plasmasicht können damit ordentliche Schnittqualitäten in Edelstahl erzeugt werden. Auch im Streifenschneiden von Alu wird dieses Verfahren eingesetzt, da die Schnittfugen schneller abkühlen und Verspannungen des Materials reduzieren.
Durch Weiterentwicklungen und Optimierungen der Verschleißteile bei den Qualitätsplasmaschneidbrennern konnten ebenso erhebliche Schnittverbesserungen erreicht werden. Auf dem Gebiet der Edelstahlzuschnitte mit Plasma hat sich in den letzten Jahren erfreulicherweise viel Positives getan.

4. Eine weitere zu berücksichtigende Alternative stellt das Wasserstrahlschneiden das, dass nahezu jeden Stoff hervorragend schneiden kann.

5. Eine weitere Möglichkeit bietet des Laserschneiden insbesondere mit dem Faserlaser. Manche Plasmabrennerhersteller erweitern ihr Sortiment durch Faserlaserstrahlquellen, die sich unter bestimmten Bedingungen sogar an bestehende Plasmaschneidanlagen adaptieren lassen sollen. Der Faserlaser bietet im dünneren Blechdickenbereich unterhalb 6-8 mm auch im Edelstahlbereich ein interessantes wirtschaftliches Potential mit dem Nebeneffekt, hohe Schnittgenauigkeiten und Schnittqualitäten zu liefern, wenn gleich der Investitionsaufwand bei weitem höher ist und die Rauheit der Schnittoberfläche noch nicht das Niveau des Plasmaschnitts erreicht. Neuste Faserlaser schneiden Edelstahl auch oberhalb von 20 mm Materialdicke, doch sollte man dabei genau auf die Betriebskosten achten, damit die Kosten nicht aus dem Ruder laufen. Mit dem Laser, ebenso wie mit dem Wasserstrahl umgeht man eine Menge der Nachteile, die mit dem Plasmazuschnitt von Edelstahl entstehen: Die Schnittflanken sind senkrecht, die Innenradien extrem klein, die Genauigkeiten liegen wesentlich höher.

Edelstahlzuschnitt: Links lasergeschnitten, rechts mit Plasma geschnitten — Edelstahlzuschnitt: Linkes Teil mit Laser geschnitten, rechts mit Plasma geschnitten

Vergleich der Zuschnitte in Edelstahl: Plasmazuschnitt versus Laserzuschnitt

Material: Zuschnitte aus 1.4301 Edelstahl

Dicke: 10 mm

Kontur: Außenschnitt eines Bauteils mit Länge ca. 120 mm Breite ca. 60 mm. Eine Innenaussparung mit Breite ca. 15 mm.

Geschnitten mit:

Linkes Teil: Laserzuschnitt

CO2-Laser mit Stickstoff: Ohne Kommentar! Klicken Sie auf das Bild rechts.

Rechtes Teil: Plasmazuschnitt (Stand 2011)

Für den Schnitt wurde ein Plasmabrenner mit Qualitätsplasma verwendet. Als Plasmagas kam H35 Wasserstoff zum Einsatz und N2 als Schutzgas. Der Schneidstrom wurde auf 130 A eingestellt. Die Schnittgeschwindigkeit betrug ca. 975 mm/min.
Es wurden folgende Schnittoptimierungen am CNC-Code durchgeführt, um ein gutes Schnittbild zu erzeugen: Ecken verrunden, Radien an Innenecken, diverse Verweilzeiten des Plasmabrenners in den Ecken wurden ausprobiert.
Hier sehen Sie das beste erzielbare Ergebnis beim Plasmazuschnitt mit Wasserstoff H35. (Stand 2011)

Die Rauheit des Plasmazuschnittes kann als hervorragend bezeichnet werden, wenn gleich heutige Brenner nochmals eine Leistungssteigerung erreichen. Die Außenkontur ist ebenfalls fast tadellos und kann dem Laserzuschnitt Paroli bieten. Doch, wie erwartet und in den Grundlagenkapiteln zuvor beschrieben, macht die Innenkontur dem Plasmaschneidprozess im Edelstahlbereich zu schaffen. Bei Normalstahl und Aluminium gäbe es das Problem in dieser Form nicht.

Heutige Plasmabrenner setzen unter Umständen andere Gase beim Edelstahlzuschnitt ein und verwenden auch eine andere Brennertechnologie, sie erzielen weitaus bessere Ergebnisse als dies noch vor wenigen Jahren der Fall war. Eine Schnittverbesserung läßt sich auch durch einen geringeren Strom von beispielsweise 80 A oder weniger erzielen sowie mit Stromrampen und einer besonderen Gassteuerung, die moderne Systeme heute einsetzen.

Doch ohne Neid müssen wir feststellen, dass im Bereich Edelstahl der Laser auch heute noch die Nase vorn hat, wenn es um Genauigkeiten, feine Innenkonturen und kleine Innenradien geht.