Zahlreiche Fertigungsbetriebe investieren viel Zeit und Geld ins Schmirgeln, Spanen und Zuschleifen von Werkstücken, die mit einer Plasmaanlage geschnitten wurden, um Bart zu entfernen. Wie kann also der Bediener des Brenners ein Bartbildungsproblem beheben, wenn die Schnittqualität von so vielen Variablen abhängt? Die sorgfältige Kontrolle von Prozessvariablen ermöglicht es dem Bediener, die Bartbildung und die damit zusammenhängenden Nachbesserungskosten zu minimieren oder zu eliminieren.
Bart entsteht, wenn das beim Schneiden geschmolzene Metall nicht vollständig aus der Fuge entfernt wird, erhärtet und oxidiert. Es ist das häufigste Schnittqualitätsproblem, das beim Plasmaschneiden auftritt. Bart kann als dicke, blasige Ablagerung entlang der Unterkante der Platte (Bart durch zu niedrige Schnittgeschwindigkeit), eine kleine harte Wulst ungeschnittenen Materials (Bart wegen zu hoher Schnittgeschwindigkeit) oder als dünne Schicht entlang der Oberfläche der Platte (Oberflächen-Metallspritzer) auftreten.
Die Bartbildung hängt von zahlreichen Prozessvariablen, einschließlich der Vorschubgeschwindigkeit, des Abstands zum Werkstück, der Stromstärke, Spannung und des Zustands des Verschleißteils, ab. Weitere Faktoren sind Materialvariablen wie die Stärke und Art des Materials, Materialgüte und chemische Zusammensetzung, Oberflächenzustand, Glätte und sogar Temperaturveränderungen im Material, die während des Schneidvorgangs auftreten. Die drei wichtigsten Faktoren, die im Hinblick auf die Bartbildung berücksichtigt werden müssen, sind jedoch die Schnittgeschwindigkeit, Stromstärke und der Abstand zum Werkstück.
Bartbildung durch langsame Schnittgeschwindigkeiten
Ist die Schnittgeschwindigkeit zu niedrig, dann greift der Plasmastrahl nach mehr Material zum Schneiden. Der Durchmesser des Lichtbogens wird größer und die Fuge so lange breiter, bis der Hochgeschwindigkeitsbereich des Plasmastrahls kein geschmolzenes Material mehr aus der Fuge auswirft. Die Folge ist, dass sich geschmolzenes Material entlang der Unterkante der Platte kugelförmig ansammelt. Das wird als „Bart bei niedriger Geschwindigkeit“ bezeichnet. Extrem niedrige Geschwindigkeiten führen zu einem Erlöschen des Lichtbogens, da nicht ausreichend Metall vorhanden ist, um die Übertragung des Lichtbogens zu ermöglichen. Das Erhöhen der Stromstärke oder Verringern des Abstands zum Werkstück hat (bei gleichbleibender Materialstärke und Geschwindigkeit) den gleichen Effekt wie das Verringern der Schnittgeschwindigkeit. Beide Veränderungen führen dazu, dass mehr Energie vom Plasmastrahl auf einen bestimmten Materialbereich in einem bestimmten Zeitraum zugreift. Eine zu hohe Stromstärke oder zu kleiner Abstand zum Werkstück führt ebenfalls zum so genannten „Bart bei niedriger Geschwindigkeit“. (Etwas Bartbildung an den Ecken durch langsame Schnittgeschwindigkeiten ist beim Plasmaschneiden normal, da die Geschwindigkeit bei einem abrupten Richtungswechsel nicht konstant bleiben kann.)
Bartbildung durch langsame Schnittgeschwindigkeiten vermeiden:
- Schnittgeschwindigkeit in Intervallen von 5 ipm erhöhen
- Abstand in Intervallen von 1/16 Zoll oder 5 Volt erhöhen
- Stromstärke in Intervallen von 10 A verringern
- Wird die Schnittqualität durch keine dieser Maßnahmen verbessert, dann verwenden Sie versuchsweise eine kleinere Düsengröße
Bartbildung bei hoher Geschwindigkeit
Wird zu schnell geschnitten, dann hinkt der Lichtbogen in der Fuge hinterher und verursacht eine kleine, harte Bartwulst aus ungeschnittenem Material oder zusammengerolltem Bart entlang der Unterseite der Platte. Ein solcher Bart aufgrund hoher Schnittgeschwindigkeiten ist hartnäckiger und kann gewöhnlich nur durch umfassende maschinelle Nachbearbeitung entfernt werden. Bei extrem hohen Schnittgeschwindigkeiten wird der Lichtbogen instabil und schwingt die Fuge hinauf und hinab, wodurch ein „Hahnenschwanz“ aus Funken und geschmolzenem Material entsteht. Bei diesen Geschwindigkeiten durchbricht der Lichtbogen das Metall nicht immer oder erlischt einfach.
Ein großer Abstand zum Werkstück oder eine niedrige Stromstärke können (bei gleichbleibender Metallstärke und Schnittgeschwindigkeit) ebenfalls zur einer Bartbildung bei hoher Geschwindigkeit führen, da beide Veränderungen zu einer Verringerung der Energie des Plasmastrahls führen.
Bartbildung bei hoher Geschwindigkeit vermeiden:
- Zunächst die Düse nach Anzeichen von Abnutzung (Einbuchtungen, vergrößerte oder eiförmige Öffnung) absuchen
- Die Schnittgeschwindigkeit in Intervallen von 5 ipm verringern
- Abstand in Intervallen von 1/16 Zoll oder 5 Volt verkleinern
- Stromstärke erhöhen (aber maximal 95 % des für die Düsenöffnung zugelassenen Werts)
Bart in Form von Metallspritzern auf der Oberseite
Metallspritzer auf der Oberfläche sind eine Ansammlung von wieder erhärtetem Metall, das auf die Oberseite des Wertstücks gespritzt wurde Diese Form von Bart lässt sich gewöhnlich problemlos entfernen. Die Ursachen sind häufig eine abgenutzte Düse, zu hohe Schnittgeschwindigkeiten oder ein großer Abstand zum Werkstück. Die Metallspritzer werden durch den wirbelnden Plasmastrahl verursacht, der in einem bestimmten Winkel geschmolzenes Material vor die Fuge schleudert statt nach unten weg durch die Fuge.
Bart in Form von Metallspritzern auf der Oberseite vermeiden:
- Zunächst die Düse nach Anzeichen von Abnutzung absuchen
- Die Schnittgeschwindigkeit in Intervallen von 5 ipm verringern
- Abstand in Intervallen von 1/16 Zoll oder 5 Volt verkleinern
So wirkt sich die Schnittgeschwindigkeit auf die Schnittqualität aus
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Schnittgeschwindigkeit korrekt
Schnittgeschwindigkeit zu hoch
Schnittgeschwindigkeit zu niedrig |
Bartfreier Bereich
Zwischen den beiden Extremen, hohe und niedrige Geschwindigkeit, befindet sich ein Bereich, in dem bartfrei oder mit minimaler Bartbildung geschnitten wird. Sich in diesem Bereich zu bewegen, ist der Schlüssel zur Minimierung von Nachbesserungen an mit Plasma geschnittenen Werkstücken.
Dieser Bereich ist vom eingesetzten Plasmagas abhängig: So ist der Bereich für bartfreies Schneiden beim Schneiden von unlegiertem Stahl mit Stickstoff- und Luftplasmagasen relativ schmal; beim Schneiden mit Sauerstoffplasma fällt der Bereich für bartfreies Schneiden hingegen größer aus. (Sauerstoff-Plasmagas reagiert mit unlegiertem Stahl und erzeugt feinere Spritzer geschmolzenen Metalls; jeder Tropfen hat dabei eine geringere Oberflächenspannung. Dieser Nebel geschmolzenen Metalls wird leichter aus der Fuge geschleudert).
Der Bereich für bartfreies Schneiden wird zudem durch den Materialtyp beeinflusst. So werden die Schnitte in kaltgewalzten Stahlarten sauberer als in heißgewalzten und in gebeiztem Stahl sauberer als in nicht gebeiztem Stahl.
Optimale Schnittgeschwindigkeit ermitteln:
- 1. Methode: Führen Sie eine Reihen von Testschnitten mit verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten durch und wählen Sie die Geschwindigkeit aus, die den besten Schnitt erzeugt. Nachlauflinien (kleine Rillen in der Schnittoberfläche) sind ein guter Indikator für die Schnittgeschwindigkeit. Langsame Schnittgeschwindigkeiten verursachen vertikale Nachlauflinien, die senkrecht zur Plattenfläche verlaufen. Schnelle Schnittgeschwindigkeiten verursachen hingegen schräge, S-förmige Nachlauflinien, die parallel zur Platte und entlang ihrer Unterkante verlaufen. Der Bediener kann durch Betrachten der Nachlauflinien feststellen, ob die Geschwindigkeit erhöht oder verringert werden muss, um bartfrei zu schneiden. Viele Bediener tendieren dazu, die Geschwindigkeit der Anlage zu verringern, sobald sich Bart bildet, obwohl häufig eine höhere Schnittgeschwindigkeit erforderlich ist.
- 2. Methode: Beobachten Sie den Lichtbogen (durch eine angemessene Schweißbrille) während des Schneidvorgangs und passen Sie die Geschwindigkeit dynamisch an, um die optimalen Lichtbogeneigenschaften zu erhalten. Dazu beobachten Sie den Winkel des Lichtbogens beim Austritt aus der Unterseite des Werkstücks. Wenn Sie mit Luftplasmagas schneiden, sollte der Lichtbogen vertikal unten aus dem Schnitt austreten. Wird mit Stickstoff oder Argon/Wasserstoffgas geschnitten, dann ist ein leicht zurückhängender Lichtbogen am besten; bei Sauerstoff-Plasmagas produziert die optimale Schnittgeschwindigkeit einen leicht nach vorne ragenden Lichtbogen.