Plasmaschneiden von Edelstahl, Aluminium, Grauguss

Plasmaschneiden eignet sich auch zum Schneiden von Edelstahl, Aluminium und Grauguss, 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.

Hinweis zur Sicherheit: Beim Schneiden von Edelstahl entstehen für gesundheitsschädliche Stäube, die unbedingt abgesaugt werden müssen. Für ausreichend Frischluft ist zu sorgen.

Kann man Aluminium mit Plasma schneiden?

• Plasma eignet sich hervorragend zum Schneiden von Aluminium (Ausnahme: Aluminium-Lithium-Legierungen und bestimmt Oberflächenbeschichtungen).
• Aluminium kann mit Druckluft oder Stickstoff als Plasmagas geschnitten werden, je nach Stromquelle
• Durch automatisierte Gaskonsolen und optimierte Gasmischungen sind die Schnittqualitäten höher
• Es sind hierfür spezielle Verschleißteile, Düsen und Elektroden einzusetzen, die der jeweilige Hersteller vorgibt
• Die Schnittgeschwindigkeit ist etwas schneller als beim Schneiden von Edelstahl oder Stahl, dafür sinkt die maximal mögliche Schneiddicke um rund 15 bis 20% ab
• Die Schnittqualität kann als sehr gut bezeichnet werden, ja nach Brennermodell sind Schnittkanten mit nur einem kleinen Winkel Schnittschräge möglich, der Schnitt hat nur wenig Grat, meistens bartfrei und nur Spritzer, die leicht entfernt werden können. Die Schnittkanten sind metallisch blank und sauber.
• Die maximalen Schneiddicken hängen vom Plasmabrenner ab, so kann eine HT 4001 mit Zusatzstromquelle und einem Strom von 760 A bis zu 75 mm Aluminium trennen.
• Eine HiFocus 600i von Kjellberg Finsterwalde schneidet mit 600 A und Argon-Wasserstoff-Gemisch Edelstahl und Alu bis 150 mm / 160 mm Dicke. 150 mm Aluminium kann mit 250 mm/min Schnittgeschwindigkeit geschnitten werden.
• Problem beim Schneiden von Aluminium sind die entstehenden Rauchgase und Stäube, die dazu neigen können, sich im Filter selber zu entzünden. Hierzu ist der Einsatz spezieller Filter erforderlich.

Beispiele für Schnittgeschwindigkeiten einer Hypertherm Powermax 1650 Handplasmaanlage für Druckluft und einem Schneidstrom von 100 A, der Abstand zwischen Brenner und Werkstück beträgt für alle Schnitte und Materialien 3,2 mm:

• Aluminium 9,5 mm dick mit 2.336 mm/min bis zu max. 3.606 mm/min
• Aluminium max. 25,4 mm dick mit 533 mm/min bis zu max. 838 mm/min

Zum Vergleich: Schnittgeschwindigkeit bei Edelstahl

• Edelstahl 9,5 mm dick mit 2.006 mm/min bis zu max. 3.099 mm/min
• Edelstahl 25,4 mm dick mit 381 mm/min bis zu max. 584 mm/min
• Edelstahl max. 31,8 mm dick mit 228 mm/min bis zu max. 355 mm/min

Zum Vergleich: Schneidgeschwindigkeit bei Baustahl

• Baustahl 9,5 mm dick mit 1.955 mm/min bis zu max. 3.022 mm/min
• Baustahl 25,4 mm dick mit 457 mm/min bis zu max. 711 mm/min
• Baustahl max. 31,8 mm dick mit 305 mm/min bis zu max. 482 mm/min

Kann man Kupfer und Messing schneiden?

• Ja, auch Kupfer und Messing lassen sich hervorragend mit Plasma schneiden
• Als Plasmagas setzt man auch hier vereinfacht Druckluft oder Stickstoff ein, je nach Modell
• Es sind hierfür spezielle Verschleißteile, Düsen und Elektroden einzusetzen, die der jeweilige Hersteller vorgibt. Gibt der Hersteller für diese Nischenanwendung keine speziellen Schneidtabellen vor, so werden häufig der Einfachheit die Einstellparameter für Baustahl mit Druckluft angewendet. Die korrekten Schnittgeschwindigkeiten ermittelt man durch Versuche.   
• Dabei zeigt sich, dass die Schnittgeschwindigkeit geringer ist und auch der maximale Dickenbereich wesentlich abnimmt.
• Die Schnittqualität kann als dabei als gut bezeichnet werden, ja nach Brennermodell sind Schnittkanten mit nur einem kleinen Winkel Schnittschräge möglich, der Schnitt hat nur wenig Grat, meistens nur Spritzer, die leicht entfernt werden können. Die Schnittkanten sind meistens metallisch blank und sauber.