Was ist Plasmaschneiden?
Plasmaschneiden ist ein Verfahren zum Schmelzen und Schneiden von Metall mit Hilfe eines hoch erhitzten Plasmastroms, der durch eine Plasmaentladung zwischen dem Metall des Werkstücks und einer Wolframelektrode erzeugt wird.
Die Oberflächentemperatur des Werkstücks, das mit einer Plasmaentladung oder einem Plasmastrahl besprüht wird, kann bis zu 20 000 °C erreichen, wodurch es möglich ist, jede Art von Metall zu schneiden. Der Bereich um den Plasmastrahl herum wird ebenfalls heiß, so dass es üblich ist, die Düse mit Kühlwasser oder ähnlichem zu kühlen.
Anwendungen des Plasmaschneidens
Das Plasmaschneiden wird vor allem zum Schmelzen von Edelstahl und Aluminiumlegierungen, die sich mit Gas nur schwer schmelzen lassen sowie zum Hochgeschwindigkeitsschneiden von Baustahl eingesetzt. Im Prinzip können fast alle Metalle und einige nichtmetallische Werkstoffe geschnitten werden. In der Praxis wird es jedoch häufig für Baustahlbleche von dünnen Blechen bis zu 30 mm verwendet.
Zu den häufigsten Anwendungen gehören das Baugewerbe, die Herstellung von Spezialfahrzeugen wie Lastwagen, Gabelstaplern und Hydraulikbaggern, Anlagen wie Kraftwerke und Hafenkräne sowie das Schneiden von Stahl für Eisenbahnen, Brücken und Schiffe.
Funktionsweise des Plasmaschneidens
Je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto mehr ändert er seinen Zustand von fest zu flüssig und von flüssig zu gasförmig. Wenn die Temperatur des Gases weiter steigt, trennen sich die Atome des Gases in freie Elektronen und Ionen und werden zu einem ionisierten Gas. Die Elektronen werden dann aus ihren Atomumlaufbahnen befreit und wandeln sich in ein Plasma um, das als vierter Aggregatzustand bezeichnet wird.
Plasmaentladungen werden durch eine Plasmabogenentladung zwischen dem Werkstück und einer Hartmetallelektrode erzeugt. Die Lichtbogenentladung bringt das Werkstück bei hohen Temperaturen zum Schmelzen.
Um die Dichte des Plasmalichtbogens weiter zu erhöhen, wird der Lichtbogen durch Wasserkühlungsdüsen oder andere Mittel gebremst und gekühlt. Der Plasmalichtbogen ist dann eingeschnürt, und die Energie wird nicht mehr verteilt, sondern kann auf einen einzigen Punkt konzentriert werden.
Es gibt verschiedene Methoden des Plasmaschneidens, abhängig von der Art des Gases, das die von den Elektroden ausgehende Plasmaentladung umgibt:
1. Luft-Plasmaschneiden
Bei dieser Schneidmethode wird Luft als Plasmastrahl verwendet. Dies ist die modernste Methode des Plasmaschneidens und es wurden bereits viele kleine Geräte entwickelt. Es gibt kleine Plasmaschneidgeräte für den persönlichen Heimgebrauch.
2. Sauerstoff-Plasmaschneiden
Bei diesem Schneidverfahren wird Sauerstoff als Plasmastrahl verwendet. Dabei werden die Plasmaentladung und die Verbrennungswärme des Sauerstoffs genutzt, was ein Schneiden mit sehr hoher Energie ermöglicht. Es wird zum Schneiden von Stahl mit automatischen Hochgeschwindigkeitsschneidanlagen verwendet, insbesondere zum Schneiden von Stahl bei Brücken und im Schiffbau.
3. Wasserstoff-,Argon-Plasmaschneiden
Bei diesem Schneidverfahren werden Wasserstoff, Argon und Stickstoffgas gemischt. Der Wasserstoff hat eine reduzierende Wirkung, die der geschnittenen Metalloberfläche einen schönen metallischen Glanz verleiht. Dieses Verfahren wird hauptsächlich zum Schneiden von Nichteisenmetallen verwendet.
4. Stickstoff-Plasmaschneiden
Dies ist das älteste Schneidverfahren mit Stickstoff als Plasmastrahl. Aufgrund der durch die verwendeten Gase entstehenden Stickoxide wird es in den letzten Jahren immer seltener angewandt und wurde durch das Sauerstoffplasma ersetzt.
Weitere Informationen zum Plasmaschneiden
1. Vorteile des Plasmaschneidens
Bearbeitungsmöglichkeit einer großen Vielfalt von Materialien
Das Plasmaschneiden kann für fast alle Werkstoffe verwendet werden, die sich unter Strom setzen lassen. Es wird häufig zum Schneiden von dünnen Blechen bis zu 30 mm aus Baustahl verwendet.
Schneiden von gekrümmten Linien
Beim Plasmaschneiden können sowohl gekrümmte als auch gerade Linien geschnitten werden und es können komplexe und vielfältige Produktformen hergestellt werden.
Schneiden von rostfreiem Stahl und Aluminiumlegierungen
Brennschneiden ist eine Methode zum Schneiden von Metallen durch Oxidation. Edelstahl und Aluminiumlegierungen lassen sich nur schwer schneiden, da sie nicht leicht oxidieren. Mit Plasma ist das Schneiden einfach.
Hohe Schneidgeschwindigkeit
Da als Wärmequelle Hochtemperaturplasma verwendet wird, ist die Schnittgeschwindigkeit höher als beim Gas- oder Laserschneiden. Außerdem wird die Schnittfläche weniger verformt und die Auswirkungen des Schmelzens werden reduziert.
Niedrige Betriebskosten
Es wird kein brennbares Gas wie beim Brennschneiden benötigt und eine 200-V-Stromversorgung und ein Luftkompressor genügen. Das für die Entladung verwendete Wolframkarbid ist nicht verbrauchbar.
2. Nachteile des Plasmaschneidens
200-V-Stromversorgung erforderlich
Es ist nicht geeignet für Außenbereiche, in denen es keine 200-V-Stromversorgung in der Nähe gibt oder in denen nur 100 V verteilt sind.
Schlackenaufbereitung erforderlich
Beim Plasmaschneiden muss die Schlacke aus dem Schmelzbereich behandelt werden. Wenn Schlacke in der Anlage verbleibt, treten bei den folgenden Arbeitsgängen Fehler auf, die die Qualität des Produkts erheblich beeinträchtigen.