Standzeitprobleme

Eines der häufigsten Probleme beim Plasma-Lichtbogen-Schneiden (PAC) ist die kurze Standzeit der Teile. Dieses Problem ist für den Hersteller zweifach ärgerlich: Er hat höhere Ausgaben für Verschleißteile, und muss aufgrund des häufigen Austauschs von Teilen und der Fehlerbehebung Ausfallzeiten der Maschine in Kauf nehmen. Die meisten Unternehmen führen Aufzeichnungen über die Standzeit von Teilen auf der Basis von Lochstichen, der Lichtbogennutzungszeit oder der Anzahl der verarbeiteten Platten. Der Bediener ist in der Regel der Erste, der weiß, wenn Teile nicht so lange halten wie erwartet. Hier erhalten Sie einige technische Tipps, mit denen der Bediener oder das Wartungspersonal das Standzeitproblem eines Teils beheben kann.

WARNUNG! Lesen Sie alle sicherheitsrelevanten Informationen in Ihrem Betriebshandbuch, bevor Sie Geräte für die Pilotlichtbogen-Steuerung (PAC) in Betrieb nehmen oder reparieren. PAC-Systeme arbeiten mit Hochspannung und Gleichstrom (DC). Ein elektrischer Schlag kann tödlich sein.

Problem

Die Elektrode und Düse fallen vorzeitig aus, und verursachen dadurch eine Verschlechterung bei der Schnittqualität, einen Ausfall des Lochstechens oder einen plötzlichen Lichtbogenverlust während des Schneidvorgangs.

Hintergrund

Die Elektrode leitet den negativen Gleichstrom der Stromquelle. Sie besteht aus einem Kupfer-Halter mit einem Hafnium- oder Wolfram-Spenderelement: Metalle mit hohen Schmelzpunkten, mit denen ein stabiler Lichtbogen erzeugt werden kann. Das Spenderelement wird durch die Hitze des Lichtbogens und die ultraschnellen Plasmagasstrahlen langsam abgenutzt. Bei einer gewöhnlichen Abnutzung bildet sich ein kleiner konkaver Einbrand am Ende des Teils, der durch den Verschleiß jedes Mal um einige tausendstel Zoll tiefer wird, bis zu einer Tiefe von 0,04 bis 0,125 Zoll. Wenn der Einbrand zu tief wird, greift der Lichtbogen auf den Kupfer-Halter über und schmilzt diesen. Die Elektrode „fällt aus“, wenn sie keinen Lichtbogen mehr erzeugen und aufrecht erhalten kann. Es ist ratsam, die Elektrode auszutauschen, bevor sie ausfällt.

Die Düse fokussiert den Plasmastrahl. Die Öffnung in der Düse sollte exakt rund und konzentrisch sein. Sowohl der Durchmesser als auch die Länge der Öffnung sind wichtig: Eine Beschädigung der Öffnung wirkt sich auf die Form des Lichtbogens aus und damit auf die Qualität des geschnittenen Teils. Der Plasmalichtbogen wird durch die Düsen geleitet, ohne das Kupfermaterial zu berühren, weil die Wände der Düse durch eine Grenzschicht wirbelnden Gases geschützt sind. Wenn der Lichtbogen die Düse berührt, wird Einiges von diesem Material abgeschmolzen. Eine geringfügige Abfasung oder eine Weitung der Öffnung an der vorstehenden Kante der Öffnung gehören zum normalen Verschleiß einer Düse. In jeder Pilotphase wird die Fläche des Teils etwas beschädigt, was im Bereich der Öffnung zu einer Verfärbung aufgrund von Wärmeentwicklung führt. Auf der inneren Oberfläche können sich Ablagerungen von Hafniumoxid bilden, wodurch der Gasdurchfluss gestört wird. Die Düse „fällt aus“, wenn sie keinen geraden Lichtbogen und keinen guten, sauberen Schnitt mehr erzeugen kann.

Die gewöhnliche Standzeit beläuft sich bei modernen Luft- und Sauerstoffplasmaanlagen auf 1–2 Stunden Lichtbogennutzungszeit und mehrere Hundert Lochstiche. Einige Anlagen kommen auf bis zu 1.000 oder mehr Starts, bevor ein Teil ausgetauscht werden muss.

Fehlerbeseitigung

Der erste Schritt bei der Behebung von Standzeitproblemen ist die sorgfältige Untersuchung der Teile und die Bestimmung, welches Teil ausgefallen ist. Die Teile zeigen in der Regel sichtbare Spuren im Hinblick auf die Ursache des Ausfalls.

Es gibt 3 mögliche Fälle:

Fall 1: Elektrode defekt und Düse defekt

Wenn eine Inspektion der Teile ergibt, dass sowohl die Elektrode als auch die Düse arg verschlissen sind, ist es wahrscheinlich, dass die Elektrode den Ausfall der Düse verursacht hat. Da die Elektrode vor der Düse liegt, wird letztere beschädigt, wenn geschmolzenes Material aus dem Ende des Teils ins Düseninnere schießt. Von einem solchen Ausfall sind alle Teile betroffen, wenn sie lange genug in Betrieb waren.

Wenn die Elektrode einen tiefen und breiten Einbrand hat, und das Kupfer durch Überhitzung strohfarben, blau oder schwarz geworden ist, ist eine zu geringe Kühlmittel-Durchflussmenge die wahrscheinliche Ursache. In extremen Fällen kann das Ende der Elektrode abgeschmolzen werden. Prüfen Sie die Durchflussmenge des Kühlmittels. Prüfen Sie bei mit Wasser gekühlten Brennern die Durchflussmenge des Kühlwassers per Eimertest an der Rückleitung zum Kühlmittelbehälter. Wenn dies nicht weiterhilft, prüfen Sie auf Pumpenprobleme, Knicke, Leckagen, verstopfte Filter und andere Behinderungen. Prüfen Sie bei mit Gas gekühlten Brennern auf einen geringen Gasdurchfluss.

Kleine Einbuchtungen am Ende der Elektrode mit einer entsprechenden Beschädigung im Inneren der Düse deuten auf einen niedrigen Gasdurchfluss hin. Ein zu niedriger Gasdurchfluss führt zu einer unkontrollierten Lichtbogenbildung zwischen Düse und Elektrode. Überprüfen Sie die Gasdurchflussmenge, die zum Brenner geleitet wird. Die beste Art, dies zu tun, ist mithilfe eines Durchflussmessers (0–400 cfh) und Schlauch am Brenneraustritt. Die Anlage muss dazu im Testmodus betrieben werden. Haben Sie dies nicht zur Hand, dann lässt sich der Gasdurchfluss schnell prüfen, indem nur das Plasmagas eingeschaltet und der Gasdurchfluss am Brenneraustritt gefühlt wird. Es sollte ein wirbelnder Gasstrahl mit Saugkraft spürbar sein.

Wenn die Elektrode eine dicke schwarze Ablagerungsschicht aufweist, prüfen Sie auf Gasverunreinigungen. Dies lässt sich schnell durch den Papierhandtuch-Test feststellen. Halten Sie ein sauberes Papierhandtuch unter den Brenner, während Gas durch die Anlage strömt. Es darf kein Anzeichne für Feuchtigkeit oder Verunreinigung vorliegen.

Fall 2: Elektrode in Ordnung und Düse defekt

Wenn die Elektrode praktisch wie neu aussieht und die Düse schwer beschädigt ist, dann ist die wahrscheinlichste Ursache des Ausfalls eine Doppellichtbogenbildung der Düse. Dies tritt auf, wenn der Lichtbogen die Düse berührt und das Kupfermaterial an der Öffnung abschmilzt.

Eine Beschädigung des Inneren der Düse, z. B. ein Schlitz oder ein „Schlüsselloch“, ist ein Anzeichen für einen niedrigen Druck in der Plasmakammer. Dadurch kann der Lichtbogen die Düse berühren. Prüfen Sie die Gasleitungen auf undichte Stellen, indem Sie die Leitungen mit Druck beaufschlagen und alle Armaturen mit Seifenschaum einpinseln.

Eine Beschädigung des Äußeren der Düse ist häufig ein Anzeichen für ein Problem mit dem Abstand zwischen Brenner und Werkstück. Prüfen Sie zunächst die Lochstechhöhe; sie sollte dem Doppelten der Schneidhöhe entsprechen, um Metallspritzer zu vermeiden. Ein zu tiefes Lochstechen ist die häufigste Ursache für einen vorzeitigen Ausfall der Düse. Prüfen Sie die Brennerhöhensteuerung auf einen ordnungsgemäßen Betrieb. Wenn der Brenner beim Drücken gegen die Platte Lochstiche ausführt, oder wenn er während eines Schnitts an der Platte kratzt, wird die Düse sofort zerstört.

Wenn die Düse einen äußerst heißen Eindruck macht, strohfarben, blau oder schwarz geworden ist, prüfen Sie den Sekundärgas-Durchfluss. Das Sekundärgas dient dem Kühlen der Düse und dem Schutz des vorderen Endes des Brenners.

Fall 3: Elektrode defekt und Düse in Ordnung

Wenn die Düse in gutem Zustand ist, die Elektrode aber eine tiefe konzentrische Einbrandmarkierung hat, dann ist die Plasmagasdurchflussmenge möglicherweise zu hoch. Wenn der wirbelnde Plasmagasstrahl zu stark ist, wird das Element zu schnell abgenutzt. Dies verursacht ein schnell tiefer werdendes Abnutzungsmuster. Prüfen Sie die volumetrisch ermittelte Plasmagasdurchflussmenge.

Es ist noch ein weiterer, vierter, Fall möglich: Wenn beide Teile praktisch wie neu aussehen, der Brenner jedoch nicht „gezündet“ hat und ein neuer Satz den Start des Brenners zulässt, ist das Problem nicht die Standzeit; es sind Schwierigkeiten beim Starten. Absolut funktionsfähige Elektroden und Düsen werden häufig entsorgt, weil sie nicht gezündet haben. Schwierigkeiten beim Starten werden am Häufigsten durch übermäßigen Plasmadruck während der Vorströmung verursacht, wenn der Brenner zünden will. Der Brenner „knistert und spritzt“ für gewöhnlich und lässt sich nur schwerlich starten.