Optimierung des Plasmaschneidens von dickem Duplex-Stahl: Parameter für quadratische Kanten und minimales Wärmeeinflussgebiet

Optimierung des Plasmaschneidens von dickem Duplex-Stahl: Parameter für quadratische Kanten und minimales Wärmeeinflussgebiet

Das Plasmaschneiden ist das Standardverfahren, um schnell und effizient durch dicke Platten zu schneiden. Doch wenn Ihr Material hochwertiger, korrosionsbeständiger Duplex-Edelstahl ist, sind die Konsequenzen deutlich höher. Ein schlechter Schnitt wirkt nicht nur optisch unvorteilhaft – er kann die spezifischen Eigenschaften gefährden, für die Sie den Stahl ausgewählt haben.

Duplex-Stähle (wie 2205 / UNS S32205) gewinnen ihre Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus einer nahezu 50/50 austenit-ferritischen Mikrostruktur. Übermäßige Hitze beim Schneiden kann dieses Gleichgewicht stören und eine große Wärmeeinflusszone (HAZ) erzeugen, mit nitrierten, oxidierten Kanten, die hart, spröde und anfällig für Korrosion sind.

Dieser Leitfaden bietet ein praktisches Rahmenkonzept zur Optimierung Ihrer Plasmaschneidparameter, um saubere, quadratische Kanten mit minimalem HAZ bei dickem Duplex-Stahl (typischerweise ½" / 12 mm und darüber) zu erzielen.

Das Ziel: Mehr als nur ein Schnitt

Bei Duplex-Stahl wird ein erfolgreiches Plasmaschneiden definiert durch:

1. Quadratische, nahtfreie Kanten: Minimale bis keine feuerfeste Schlacke, die umfangreiches Schleifen erfordert.

2. Minimale Wärmeeinflusszone (HAZ): Ein schmaler Bereich mikrostruktureller Veränderungen.

3. Erhaltene Korrosionsbeständigkeit: Die Schnittkante sollte kein Schwachpunkt für Lochfraß- oder Spaltkorrosion sein.

4. Lichtbogenstabilität: Ein gleichmäßiger, sauberer Schnitt ohne Fase oder Abrundung der Oberkante.

Um dies zu erreichen, ist ein präzises Gleichgewicht aus Leistung, Geschwindigkeit, Gas und Ausrüstung erforderlich.

Die vier Säulen der Optimierung

1. Ausrüstung und Verschleißteile: Die unverzichtbare Grundlage

Mit abgenutzten Teilen lässt sich kein optimaler Schnitt erzielen. Dies ist der wichtigste Schritt.

• Plasmasystem: A Hochdefinition (HD) oder XTRA-Definition (XD) plasmasystem wird für Materialstärken über 1" (25 mm) empfohlen. Diese Systeme verwenden einen eingeschnürten Lichtbogen und fortschrittliche Gassteuerung für einen präziseren, saubereren Schnitt. Konventionelles Luftplasma funktioniert zwar, erzeugt jedoch eine breitere Wärmeeinflusszone und mehr Fase.

• Verbrauchsmaterialien:  Verwenden Sie Originalverbrauchsmaterialien und ersetzen Sie diese vorher sobald sie vollständig abgenutzt sind. Eine abgenutzte Elektrode oder Düse verfälscht den Lichtbogen, erhöht die Schnittbreite und führt zu übermäßigem Wärmeeintrag ins Material.

• Torch Height Control (THC): Ein stabiler und gleichmäßiger Abstand ist entscheidend für saubere Kanten. Das manuelle Schneiden wird für kritische Arbeiten nicht empfohlen.

2. Gasauswahl: Der Schlüssel zur Chemie und Kühlung

Gas dient nicht nur dem Plasmabogen, sondern auch dem Schutz. Für Duplex-Stahl sollten Sie niemals Druckluft als Plasmagas verwenden. Der Sauerstoff und Stickstoff in der Luft kontaminiert die Schnittkante.

Die Standardgaseinstellung für Edelstahl und Duplex-Stähle ist Stickstoff oder Argon-Wasserstoff für das Plasma-Gas und CO2 oder Luft für das sekundäre Schutzgas.

• Plasma-Gas (Primär):

  • Stickstoff (N₂): Die gängigste und kosteneffektivste Wahl. Sie bietet eine gute Schnittqualität und Geschwindigkeit. Es kann jedoch zu einer leichten Nitrierung der Kanten kommen, was jedoch bei richtigen Parametern beherrschbar ist.

  • Argon-Wasserstoff (H-35 oder ähnlich, z. B. 65 % Ar / 35 % H₂): Die Premium-Wahl für die beste Kantenqualität bei dicken Materialien. Das Wasserstoffgas erhöht die Wärmeleitfähigkeit, wodurch der Lichtbogen heißer und fokussierter wird. Dies ergibt eine sauberere Kante und entfernt Schweißspritzer effektiver. Erfordert ein System, das für den Mehrfachgas-Einsatz geeignet ist.

• Schutzgas (Sekundär):

  • Kohlendioxid (CO₂) oder manchmal Luft wird verwendet. Die Aufgabe des Schutzgases besteht darin, das geschmolzene Metall wegzublasen und die oberen Kanten abzukühlen, um Oxidation und Wärmeeinflusszone (HAZ) zu reduzieren.

3. Einstellen der Parameter: Die Kunst der Balance

Diese Parameter sind voneinander abhängig. Die unten stehenden Werte sind ein Ausgangspunkt für ein modernes Hochleistungs-Plasmaschneidsystem (z. B. Hypertherm, ESAB, Lincoln), das Stickstoff als Plasmagas verwendet. Konsultieren Sie immer das Handbuch Ihrer Maschine.

Das Zusammenspiel:

• Zu langsam / Zu hohe Stromstärke: Führt zu übermäßigem Wärmeeintrag in das Material. Dies verursacht eine breite Wärmeeinflusszone (HAZ), abgerundete Kanten an der Oberseite und schwer entfernbarer, schwerwiegende Schleifspuren bei niedriger Geschwindigkeit.

• Zu schnell / Zu geringe Stromstärke: Der Lichtbogen dringt nicht vollständig ein, was zu einer abgeschrägten Kante und hartnäckigen Schleifspuren bei hoher Geschwindigkeit führt, die sich am Plattenboden wieder anschweißen.

• Falscher Gasdruck: Niedriger Druck schwächt den Lichtbogen; ein hoher Druck kann Spritzer verursachen und den Lichtbogen instabil machen.

4. Best Practices nach dem Schneiden: Fertigstellen der Arbeit

Selbst ein perfekter Schnitt erfordert etwas Aufmerksamkeit.

• Kühlung: Lassen Sie die Platte natürlich abkühlen. Kühlen Sie sie nicht mit Wasser ab, da dies unerwünschte Spannungen verursachen kann.

• Entfernung von Schlacke: Ein gut optimierter Schnitt im Duplex-Stahl weist kaum oder keine Schlacke auf, die oft per Hand oder mit einem leichten Hammerschlag entfernt werden kann. Vermeiden Sie aggressives Schleifen an der Schnittkante.

• Reinigung: Entfernen Sie die Wärmetönung (die blaue/orange Oxidationsschicht) von den oberen und unteren Kanten. Diese Schicht ist arm an Chrom und korrosionsanfällig. Verwenden Sie eine spezielle edelstahldrahtbürste (niemals eine, die zuvor für Baustahl verwendet wurde) oder geeignete Schleifsegmente.

• Kritische Anwendungen: Für Bauteile, die sehr korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, kann eine leichte Nachbearbeitung durch Schleifen oder Drehen der Schnittkante sinnvoll sein, um die gesamte Wärmeeinflusszone zu entfernen und eine saubere, korrosionsbeständige Oberfläche wiederherzustellen.

Fehlerbehebung bei häufigen Problemen auf dem Duplex

Fazit: Präzision ist entscheidend

Das Schneiden von dickem Duplex-Stahl ist ein Beleg für das Prinzip "Müll rein, Müll raus". Verschleißteile oder falsche Gase können nicht durch Parameteranpassungen kompensiert werden.

Das Rezept für Erfolg lautet:

1. Beginnen Sie mit einem gut gewarteten Hochleistungsplasmasystem und neuen Verschleißteilen.

2. Verwenden Sie die richtigen Gase— Stickstoff oder Argon-Wasserstoff, niemals Luft.

3. Finden Sie den optimalen Punkt zwischen Stromstärke und Schneidgeschwindigkeit für Ihre spezifische Materialstärke. Verwenden Sie die Tabellen des Herstellers als Ausgangspunkt.

4. Beenden Sie den Vorgang korrekt indem Sie die Wärmefärbung an der Schnittkante entfernen, um den Korrosionsschutz wiederherzustellen.

Indem Sie den Plasmaprozess als präzise thermische Operation und nicht nur als grobes Schneidwerkzeug betrachten, stellen Sie sicher, dass Ihre hochwertigen Duplex-Stahlkomponenten von der Mitte bis zur Kante genau so funktionieren, wie sie konzipiert wurden.