Schnittfehler beim Plasmaschneiden vermeiden - so gelingt der Plasmazuschnitt

Nicht nur der Typ des Plasmabrenners, Feinstrahl- oder Normalplasma, bestimmt das Schnittbild eines Plasmabrennteils, sondern seine physikalischen Schnitteigenschaften geben die grundlegenden Parameter vor.

Wenn man diese Zusammenhänge nicht kennt oder nicht berücksichtigt, wird man viele Fehler im praktischen Alltag nicht beheben können. Daher ist es wichtig, die Schnitteigenschaften des Plasmas zu verstehen und so das Instrument richtig anwenden zu können.

• Die Herstellung kleiner Bohrungen mit dem Plasma Cutter stellte früher oftmals ein Problem dar. Mit den modernen Qualitätsplasmabrennern mit spezieller Lochschneidtechnologie hingegen können ansehnliche kleine Löcher, in manchen Dickenbereichen sogar im Verhältnis von 1 zu 1 (Materialdicke zu Lochdurchmesser) produziert werden.
• Bisherige Lochgrenzen: Der kleinste Lochdurchmesser gleich min. 1½ der Materialdicke, d.h in 5 mm dickes Blech sollte das kleinste Loch 8 mm betragen. Ab 10 mm (Grenzen sind abhängig vom Plasma Cutter) gilt Faktor 1¼, ab 20 mm Materialdicke gilt Faktor 1, d.h. ein Loch mit einem Durchmesser von 20 mm in 20 mm dicken Baustahl sollte kein Problem für den Plasmaschneider sein. Vorsicht: Angaben sind natürlich vom Brennertyp und vom persönlichen Empfinden abhängig!
• Erzielbare Höchstleistungen aktueller Lochgrenzen - sofern man über den geeigneten Plasmabrenner UND die geeignete Führungsmaschine verfügt: Lochdurchmesser ab 6 mm Blechdicke Faktor 1 und zum Teil noch besser. D.h. ein 6 mm Loch in 6 mm Baustahl ist für gute Plasma Cutter und Schneidanlagen modernster Bauart möglich. Diese Angaben beziehen sich immer auf Normalstahl. Bei Edelstahl sind die meisten Plasmabrenner noch nicht so weit.
• Innenecken und Innenradien sind bei neusten Qualitätsplasmabrennern und Hochleistungsportalen heute ein geringeres Problem im Normalstahl-Bereich
• Die typische Kerbe kann durch die neuen Lochschneidtechniken der Qualitätsplasmen weitestgehend vermieden bis stark reduziert werden.
• Normalplasma erzeugen mehr Schlackereste und mehr Grat als moderne Qualitätsplasmabrenner
• Die Schnittergebnisse und Einstellparameter sind abhängig von örtlichen Gegebenheiten und der Materialzusammensetzung, der Maschine und der Bedienererfahrung und können in weiten Grenzen variieren.
• Gratbildung ist abhängig von der Material-Temperatur und dem Silizium-Gehalt des unlegierten Kohlenstoffstahls.
• Gratbildung bei anderen Legierungen als Normalstahl können größer sein.
• Eine Stärke beim Plasmaschneiden: Oberflächenbeschichtungen wie Rost, Öle, Farben sind weitaus unproblematischer für den Plasmaschneidprozess als dies beim Laser- oder Autogenschneiden der Fall ist
• Plasma erfordert eine gute Masseverbindung des Schneidgutes mit der Stromquelle und eine spezielle Erdung des Tisches aus Sicherheitsgründen. Herstellerangaben beachten!
• Falsch eingestellte Schnittparameter beeinflussen die Einstechzahlen beim Plasmaschneiden erheblich.
• • Auswahl Qualitäts- oder Normalplasma, abhängig von:
    • Geometrie
    • Größe und Komplexität —
    • Toleranz der Kontur
    • weiterer Verarbeitung des Teils
    • Enge Konturen oder enge Schnittspalte oder kleine Löcher oder exakt einzuhaltende Toleranzen von weniger als zwei/drei Zehnteln stellen für Plasma in der Regel ein Problem dar.

  Hinweis: In jedem Fall gelten die Vorschriften und die Schneidtabellen des Herstellers, daher zuerst die Anweisungen im Handbuch beachten und im Zweifel den Hersteller zu Rate ziehen.

Stellen Sie sich den Plasmastrahl wie Wasser vor, das aus einen Gartenschlauch ausströmt. Wird der Rasen gesprengt und der Schlauch schnell hin- und herbewegt, so dauert es ein wenig bis die Spitze des Strahls in sagen wir mal 10 Metern Entfernung auf den Rasen trifft. Der Wasserstrahl folgt der Bewegung nach und benötigt Zeit - dies ergibt einen Nachlauf.
Das gleiche Verhalten wie beim Wassersprengen finden Sie beim Plasmastrahl wieder, es kostet Zeit bis der Gasdruckstrom der Bewegung nachfolgen konnte. 

Die Ecken sind oben scharfkantig und von unten sind sie verwaschen, eben nachlaufend.

Besonders negativ fällt diese Eigenschaft in Innenkonturen und kleinen Löchern auf. Dies ist dann auch eine große Einschränkung gegenüber dem Laserstrahl. Besonders die Maßhaltigkeit von Löchern zeichnete sich in der Vergangenheit durch hohe Abweichungen aus.

Ein weiterer Zusammenhang der sich aus der Massenträgheit und dem damit verbundenen Nachlauf ergibt, liegt in der Begrenzung der Schneidkopfgeschwindigkeit, mit der der Brenner bewegt wird. Je schneller das Antriebssystem schneidet, desto größer ist der Nachlauf des austretenden Gasstromes.

Nach der Zündung des Pilotlichtbogens erfolgt der Start des Hauptlichtbogens. Mit Hilfe des ausströmendes Gases wird der Lichtbogen auf das Material übertragen und der Hauptstrom frei gegeben. Damit nun ein Stromfluss zustande kommt, muss der elektrische Kreislauf geschlossen sein. Das bedeutet, das zu schneidende Material muss eine elektrische Leitfähigkeit besitzen und es muss eine Masseverbindung zur Stromquelle bestehen.
Der Energieerhaltungssatz aus der Physik erklärt das nun folgende Verhalten: Ist eine Innenkontur nahezu fertig ausgeschnitten, so löst sich bereits das Innenteil des Ausschnitts und fällt nach unten weg bzw. wenn die Kontur groß genug ist, trifft der Strahl mit seinem Durchmesser in jedem Fall auf den zuvor erzeugten Schnittspalt des Anfangs. Da der Strom aber nicht gerne durch die Luft abfließt, sucht er sich seinen elektrischen Gegenpol im Material, so dass sich die Restenergie des Strahls im Restmaterial entlädt und damit die bei Plasma berühmten Ausfahrkerben (üblicher Fachbegriff beim Beenden einer geschlossenen Kontur, wenn der Brenner aus der Sollgeometrie entfernt wird: engl. "Leadout") erzeugt.

Somit wird beim Beenden des Plasmastrahls die Schnittkontur durch die plasmatypische Kerbe beschädigt.

Die Strahlform des Lichtbogens sorgt für die Schnittschräge. Hierbei gilt: Je dünner das Material, desto größer tritt die Schräge beim Plasmazuschnitt in Erscheinung. Bei dicken Materialien stabilisiert sich der Gasstrahl, so dass häufig sogar konventionelle Plasmabrenner im Dickblechbereich geringe Schnittschrägen erzielen können, wenn gleich die Schnittschrägen bei Verwendung eines Qualitätsplasmabrenners weitaus besser ausfallen.

Die konische Form des Lichtbogens erfordert eine Z-Achsen-Höhensteuerung, die den Lichtbogen in einem günstigen Abstand nachführt.

Die Höhe des Plasmabrenners beim Zuschnitt ist mit dem Augenmaß nicht einstellbar, da die Schnitthöhe sich in einem Bereich von wenigen Zehntel-Millimetern bis zu wenigen Millimetern bewegt.

Im Brennfleck herrschen Temperaturen von rund 30.000 Kelvin - in einem solchen Lichtbogen kann das Auge nichts mehr erkennen. Außerdem arbeitet das Plasmaschneidverfahren mit recht hohen Schnittgeschwindigkeiten, bei denen jede nachträgliche Korrektur zu spät käme. Diese Aufgabe übernimmt in der Regel eine hochwertige elektronische Regeleinheit oder ein mechanisches System.

Hochwertige CNC-gesteuerte Schneidmaschinen und Anwendungen bei denen dickeres Material geschnitten werden soll, sind häufig mit einer elektronischen Lichtbogen Höhenregelung und einer CNC gesteuerten Z-Achse ausgestattet - Kurzbezeichnung: LIBO.

Anfang der 1990er gab es nur wenige Hersteller die in der Lage waren, lichtbogengesteuerte Höhenregelungen sogenannte "LIBO" zu bauen. Häufig wurde die Höhenregelung des Plasmaschneidkopfes über einen mechanischen Abstandsteller geregelt, der über einen Pneumatikzylinder den Brennkopf auf das Blech drückte. Über einen zur Schneiddüse einstellbaren Auflageschlitten mit Kugelrollen konnte der Relativabstand von der Düse zu den Kugelrollen eingestellt werden. Das ist eine sehr einfache Lösung mit einigen Nachteilen, die aber auch heute noch bei einfachen Anwendungen zum Beispiel im Dünnblechbereich in der Klimaindustrie vorzufinden ist und dort durchaus ihre Berechtigung hat. Diese mechanische Höhenregelung des Plasmaschneidkopfes nennt man "Platerider".