Einrichtung und Verfahren für PAC
Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, lernen Sie anhand von geeigneten Diagrammen den Aufbau und Ablauf des Plasmaschneidens (PAC) kennen.
Wie beim Plasma-Lichtbogenschweißen kann PAC in zwei Modi verwendet werden: übertragener Lichtbogen und nicht übertragener Lichtbogen; Ersteres ist jedoch das industriell genutzte Hauptverfahren. Ein Schaltbild für eine Plasmaschneidanlage mit übertragenem Lichtbogen ist in Abb. 19.16 dargestellt. Der Prozess arbeitet mit dcen, um einen verengten übertragenen Bogen zu erzeugen.
In diesem Modus wird der Plasmastrahl zum Schneiden zwischen der Elektrodenspitze und dem Werkstück hergestellt. Das Einleiten des Lichtbogens erfolgt jedoch durch einen Pilotlichtbogen zwischen der Elektrode und der Düsenspitze. Die Düse ist über einen Strombegrenzungswiderstand und einen Pilotlichtbogen-Relaiskontakt mit dem Werkstück (positiv) verbunden.
Der Pilotlichtbogen wird durch einen Hochfrequenzgenerator ausgelöst. Die Schweißstromquelle hält den schwachen Pilotlichtbogen im Brenner aufrecht. Das Plasmagas wird beim Durchgang durch den Lichtbogen ionisiert und durch die Düsenöffnung geblasen, um einen Pfad mit geringem Widerstand für die Einrichtung des Hauptplasmabogens zwischen der Elektrode und dem Werkstück bereitzustellen. Wenn der Hauptlichtbogen hergestellt ist, wird der Pilotlichtbogen durch den Relaisbetrieb automatisch gelöscht, um ein unnötiges Aufheizen der Düsenspitze zu vermeiden.
Da die Brennerspitze hohen Temperaturen im Bereich zwischen 10.000 und 14.000 ° C ausgesetzt ist, besteht sie fast immer aus wassergekühltem Kupfer. Das Brennerdesign ist auch so, dass eine Grenzschicht aus Gas zwischen dem Plasma und der Düse erzeugt wird.
Der nicht übertragene Plasmastrahl wird manchmal zum Schneiden dünner Materialien verwendet. Die Installation für ein solches System beinhaltet die gleiche Ausrüstung wie für den übertragenen Lichtbogen, aber der Aufbau des Brenners und der Stromlaufplan sind unterschiedlich (siehe Abb. 19.17). Das zu schneidende Werkstück bildet keinen Teil der elektrischen Schaltung.
Der Lichtbogen wird in diesem Fall zwischen einer Wolframelektrode (negativ) und einer Kupferdüse (positiv) gestrahlt und der Plasmastrahl nimmt die gewünschte Form an. Der Lichtbogen wird in dem Moment ausgelöst, in dem die Elektrodenspitze den Rand der Düse berührt, und die Elektrode wird durch eine geeignete Vorrichtung im Schneidkopf bewegt. Bevor der Lichtbogen gezündet wird, strömt das Gas durch die Düse. Während des Schneidvorgangs wird der Abstand zwischen der Düsenspitze und dem Werkstück so klein wie möglich gehalten. Manchmal berührt die Düsenspitze das Werkstück. Oben hat der Schnitt eine Breite, die der Düsenöffnung entspricht, während der Schnitt unten schmaler ist.
Diese Art von Plasmabrenner wird nur zum Schneiden von Metall mit einer Dicke von 3 bis 5 mm verwendet, weshalb er in der Industrie nur begrenzt eingesetzt wird. Der Rest der Diskussion in diesem Abschnitt beschränkt sich daher nur auf Plasmaschneidsysteme mit übertragenem Lichtbogen.
Verschiedene Varianten des PAC-Verfahrens mit übertragenem Lichtbogen werden verwendet, um die Schnittqualität für bestimmte Anwendungen zum Schneiden von Materialien im Bereich von 3 bis 38 mm Dicke zu verbessern. Zur Verbesserung der Qualität wird eine zusätzliche Abschirmung in Form von Gas oder Wasser verwendet.
Die wichtigsten Variationen des Prozesses sind:
(i) Dual-Flow-Plasmaschneiden
(ii) wassergeschütztes Plasmaschneiden und
(iii) Plasmaschneiden mit Wasserinjektion.
Dual Flow Plasmaschneiden:
In diesem Prozess wird die Schutzgasumhüllung um den Plasmaschneidstrahl gelegt, wie in Abb. 19.18 gezeigt. Das übliche Plasmagas ist Stickstoff, während die Auswahl des Schutzgases vom zu schneidenden Material abhängt. Bei Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt kann es sich um Kohlendioxid oder Luft handeln, bei Edelstahlkohlenstoffdioxid und einem Argon-Wasserstoff-Gemisch für Aluminium.
Wassergeschirmtes Plasmaschneiden:
Diese Technik ähnelt dem Dual-Flow-Plasmaschneiden, mit der Ausnahme, dass das Schutzgas durch Wasser ersetzt wird, was zu einem verbesserten Erscheinungsbild und einer längeren Lebensdauer der Düsen führt. Die Rechtwinkligkeit des Schnittes und die Schnittgeschwindigkeit sind jedoch gegenüber herkömmlichen PAC-Verfahren nicht wesentlich verbessert.
Wasserinjektions-Plasmaschneiden:
Diese Variante des PAC-Prozesses verwendet einen symmetrisch auftreffenden Wasserstrahl in der Nähe der Düsenöffnungsöffnung, um den Plasmastrahl weiter einzuschränken, wie in Abb. 19.19 dargestellt. Der Wasserstrahl verhindert auch eine turbulente Vermischung atmosphärischer Gase mit dem Plasma. Die Düsenspitze kann aus Keramikmaterial bestehen, um Doppelbogenbildung zu vermeiden. Doppelbögen entstehen, wenn der Lichtbogen von der Elektrode zur Düse und dann zum Werkstück springt, wobei normalerweise die Düse beschädigt wird.
Abb. 19.19 Plasmaschneidanlage mit Wasserinjektion.
Das mit Wasser verengte Plasma erzeugt einen engen, scharf definierten Geschwindigkeitsabfall, der höher ist als derjenige, der mit herkömmlichen PAC-Verfahren erreicht werden kann. Da das meiste Wasser als Sprühwasser aus der Düse austritt, kühlt es die Schnittkante und erzeugt scharfe Ecken.
Wenn das Plasmagas und der Wasserbogen tangential injiziert werden, wirbelt der Plasmastrahl, wenn er die Öffnung verlässt, was zu einer senkrechten Fläche von hoher Qualität auf einer Seite der Schnittfuge führt. Die andere Seite der Schnittfuge ist abgeschrägt. Daher muss die Verfahrrichtung so gewählt werden, dass ein senkrechter Schnitt am Teil und der Schrägschnitt am Schrott erzeugt wird, wie in Abb. 19.20 für kreisförmige Schnitte dargestellt.
Gasauswahl:
Die Plasmagasauswahl hängt von dem zu schneidenden Material und der gewünschten Schnittqualität ab. Kohlenstoffstähle werden unter Verwendung von Druckluft (80% Stickstoff und 20% Sauerstoff) oder Stickstoff für Plasmagas geschnitten. Stickstoff wird auch für die Wasserinspektionsmethode von PAC verwendet. In einigen Systemen wird Stickstoff für das Plasmagas verwendet und Sauerstoff wird stromabwärts der Elektrode in den Plasmastrahl injiziert. Diese Anordnung erhöht die Schneidgeschwindigkeit, ohne die Lebensdauer der Elektrode zu beeinträchtigen.
Die meisten Nichteisenmetalle werden unter Verwendung von Stickstoff, Stickstoff-Wasserstoff-Gemischen oder Argon-Wasserstoff-Gemischen geschnitten. Titan und Zirkonium werden wegen ihrer Anfälligkeit für Versprödung durch reaktive Gase mit reinem Argon geschnitten.
In einigen Fällen wird beim Schneiden von Nichteisenmetallen mit einem Zweistromsystem Stickstoff für das Plasmagas verwendet, während Kohlendioxid als Schutzgas verwendet wird. Für eine bessere Schnittqualität wird ein Argon-Wasserstoff-Gemisch als Plasmagas und Stickstoff als Schutzgas verwendet.
Eine typische PAC-Einheit, bestehend aus einer Gleichstromquelle, einem Schneidbrenner, einer Hochfrequenzeinheit, Gas- und Kühlwassersystemen, kann 24 bis 30 Litern pro Minute Argon, 8 bis 13 Litern pro Minute Wasserstoff, 30 bis 150 Litern pro Minute verwenden. min Stickstoff und 1-5 bis 2 Liter / min Wasser. Tabelle 19.5 zeigt die Daten zu PAC mit einem Schlüsselloch-Durchdringungsbogen und konventionellem Acetylenschneiden.
