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Tomás Barbosa
Produktdirektor auf, Guzeros

Plasmaschneider-Technologie

Kurze Geschichte der Plasmatechnologie

Die Geschichte der Plasmatechnologie in industriellen Anwendungen reicht bis in die 1950er Jahre zurück, als sie erstmals als potenzielles Schneidverfahren erkannt wurde. Der entscheidende Durchbruch gelang jedoch erst 1968. Dick Couch führte die radiale Wassereinspritzung ein, eine patentierte Düsentechnologie, die den Plasmalichtbogen einschränkte. Diese Innovation erhöhte die Energiedichte und verbesserte Kühlung, was schnellere Schnittgeschwindigkeiten und qualitativ hochwertigere Schnitte ermöglichte.

Plasma schneiden

Definition von Plasmaschneiden

Beim Plasmaschneiden handelt es sich um einen thermischen Schneidprozess, bei dem ein Hochtemperatur-Plasmalichtbogen elektrisch leitende Materialien durchschmilzt. Dieses Verfahren kann eine Vielzahl von Metallen durchtrennen, darunter Stahl, Edelstahl, Aluminium und mehr.

So funktioniert Plasmaschneiden

Bei einer Plasmaschneidemaschine oder einem Plasmaschneider wird ein Gas (z. B. Stickstoff, Sauerstoff, Argon oder sogar Luft) durch eine schmale Düse gedrückt. Anschließend wird diesem Gasstrom ein elektrischer Strom zugeführt, der ihn ionisiert und in Plasma umwandelt. Dieser Plasmalichtbogen, der Temperaturen von bis zu 22.000 °C erreichen kann, wird dann auf das Werkstück gerichtet. Die starke Hitze des Plasmas schmilzt das Metall und der Hochgeschwindigkeitsgasstrahl bläst das geschmolzene Metall weg, wodurch ein sauberer Schnitt entsteht.

Arten des Plasmaschneidens

Elektrode Gasplasma Düse + -

Es gibt verschiedene Arten des Plasmaschneidens, jede mit ihren eigenen Vorteilen:

  1. Konventionelles Plasmaschneiden: Dies ist die einfachste Form, bei der typischerweise Stickstoff oder Luft als Plasmagas verwendet wird. Es ist kostengünstig, liefert aber möglicherweise nicht die höchste Schnittqualität.
  2. Hochauflösendes Plasmaschneiden: Diese Methode wird auch als High Tolerance Plasma Arc Cutting (HTPAC) bezeichnet und nutzt fortschrittliche Düsendesigns und Magnetfeldeinschränkungen, um einen fokussierteren Lichtbogen zu erzeugen. Dies führt zu präziseren Schnitten und einer geringeren Schnittfugenbreite.
  3. Wasserinjektions-Plasmaschneiden: Dieser Prozess führt Wasser radial um den Plasmabogen herum ein und verengt ihn dadurch weiter. Dies führt zu höheren Plasmatemperaturen, schnelleren Schnittgeschwindigkeiten und einer verbesserten Schnittqualität.
  4. Wassermantel-Plasmaschneiden: Im Gegensatz zur Wasserinjektion umgibt diese Technik den Lichtbogen mit einer kaskadierenden Wasserhülle. Es verbessert nicht die Schnittqualität, sondern reduziert den Geräuschpegel und verlängert die Lebensdauer der Düse.
  5. Dual-Gas-Plasmaschneiden: Bei dieser Technik werden ein primäres Plasmagas und ein sekundäres Schutzgas verwendet. Das Sekundärgas trägt dazu bei, den Lichtbogen zu verengen und geschmolzene Schlacke auszublasen, was zu saubereren Schnitten führt.

Plasmaschneidtechnologie

Komponenten eines Plasmaschneiders

Eine typische Plasmaschneidanlage besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten:

  1. Stromversorgung: Wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um und reguliert den Strom.
  2. Plasmabrenner: Erzeugt und hält den Plasmabogen aufrecht.
  3. Elektrode: Stellt den elektrischen Anschluss für den Lichtbogen her.
  4. Düse: Verengt und fokussiert den Plasmabogen.
  5. Gasversorgungssystem: Liefert das Plasmagas und manchmal ein sekundäres Schutzgas.
  6. CNC-Steuerung (für automatisierte Systeme): Steuert die Bewegung des Brenners.

Plasmaschneideinstellungen

Für eine optimale Schnittleistung ist die richtige Einstellung entscheidend. Zu den wichtigsten Einstellungen gehören:

  • Stromstärke: Bestimmt die Dicke des Materials, das geschnitten werden kann, und beeinflusst die Schnittgeschwindigkeit.
  • Stromspannung: Beeinflusst die Form des Plasmalichtbogens und die Qualität des Schnitts.
  • Gasdruck: Beeinflusst die Geschwindigkeit und Qualität des Schnitts.
  • Schnittgeschwindigkeit: Muss mit anderen Parametern in Einklang gebracht werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Lichtbogenstartmethoden

Es gibt drei Hauptmethoden zum Starten des Lichtbogens:

  1. Hochfrequenz-(HF)-Lichtbogenstart ohne Pilot: Wird in kostengünstigen Systemen verwendet und eignet sich gut zum manuellen Schneiden, kann jedoch empfindliche elektronische Geräte beeinträchtigen.
  2. HF-Pilotlichtbogen: Ähnlich wie HF-Start, bietet jedoch einen Pilotlichtbogen zur einfacheren Übertragung auf das Werkstück.
  3. Mechanischer Rückstoßlichtbogen: Wird in fortschrittlichen Systemen verwendet, verwendet keinen HF-Strom und ist daher für CNC-Anwendungen geeignet.

Anwendungen des Plasmaschneidens

Branchen, die Plasmaschneiden einsetzen

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit, Geschwindigkeit und Präzision findet die Plasmaschneidtechnologie in zahlreichen Branchen Anwendung. Zu den Schlüsselindustrien gehören:

  1. Stahlherstellung
  2. Automobilindustrie
  3. Luft- und Raumfahrt und Luftfahrt
  4. Schiffbau
  5. Konstruktion
  6. Verteidigungsindustrie
  7. Eisenbahn
  8. Energiesektor
  9. HVAC und Metallverarbeitung
  10. Kunstwerke und Beschilderung

Spezifische Schneidanwendungen

Beim Plasmaschneiden geht es nicht nur um gerade Schnitte. Es kann eine Vielzahl spezialisierter Schneidaufgaben ausführen:

  • Fasenschneiden: Erstellen abgewinkelter Kanten zur Schweißnahtvorbereitung.
  • Fugenhobeln: Materialabtrag ohne das Werkstück zu durchtrennen.
  • Lochschneiden: Erstellen präziser Löcher, häufig mit Technologien wie True Hole® von Hypertherm.
  • Feines Strukturschneiden: Schneiden komplizierter Designs und kleiner Details.
  • Markierung: Mit reduzierter Leistung Teile markieren, ohne sie durchzuschneiden.

Vorteile des Plasmaschneidens für Hersteller

Plasmaschneiden bietet mehrere wesentliche Vorteile:

  1. Hervorragende Schnittqualität und Vielseitigkeit: Plasma kann eine Vielzahl leitfähiger Materialien mit hoher Präzision schneiden.
  2. Geschwindigkeit: Plasmaschneiden ist deutlich schneller als herkömmliche Methoden wie das Autogenschneiden, insbesondere bei dünneren Materialien.
  3. Kosteneffizienz: Während die anfänglichen Ausrüstungskosten höher sein können, führen die Geschwindigkeit und Vielseitigkeit des Plasmaschneidens häufig zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten.
  4. Sicherheit: Plasmaschneiden ist im Allgemeinen sicherer als Autogenschneiden, da keine brennbaren Gase erforderlich sind.
  5. Minimale Wärmeeinflusszone: Die fokussierte Natur des Plasmalichtbogens führt zu einer geringeren Materialverzerrung.

Plasmaschneiden im Vergleich zu anderen Methoden

Im Vergleich zu anderen Schneidverfahren hat Plasma oft die Nase vorn:

Plasma vs. Autogenschneiden

AspektPlasmaabschnittAutogenschneiden
GeschwindigkeitSchneller, insbesondere bei dünneren MaterialienLangsamer, besser für sehr dicke Materialien
PräzisionHöhere PräzisionGeringere Präzision
MaterialbereichAlle leitfähigen MetalleBeschränkt auf Eisenmetalle
Anfängliche KostenHöherUntere
BetriebskostenUntereHöher (Gaskosten)
SicherheitSicherer (keine brennbaren Gase)Erfordert einen sorgfältigen Umgang mit Gasen

Manuelles vs. automatisiertes Plasmaschneiden

Manuelles Plasmaschneiden eignet sich hervorragend für nicht wiederholbare Aufgaben, bei denen die Schnittgenauigkeit nicht entscheidend ist. Es ist tragbarer und benötigt weniger Platz. Allerdings bieten automatisierte Systeme, einschließlich CNC- und Roboter-Plasmaschneider, eine höhere Präzision und Konsistenz, insbesondere bei komplexen oder sich wiederholenden Schnitten.

CNC-Plasmaschneidmaschinen vs. Cobot-Plasmaschneider

CNC-Plasmaschneiden ist für die Massenproduktion von unschätzbarem Wert und bietet Präzision und Produktivität. Es erfordert jedoch eine komplexe Programmierung. Cobot-Plasmaschneider (kollaborative Roboter) sind einfacher zu bedienen und flexibler, was sie ideal für das Schneiden großer Mengen/kleiner Stückzahlen und komplexer Geometrien macht.



Plasmaschneidausrüstung

Arten von Plasmaschneidmaschinen

  1. Handheld -Plasmaschneider
  2. CNC-Plasmaschneidtische
  3. Roboter-Plasmaschneidsysteme
  4. Rohr- und Rohrschneidemaschinen

So wählen Sie den richtigen Plasmaschneider aus

Berücksichtigen Sie Faktoren wie:

  • Materialart und -stärke
  • Erforderliche Schnittqualität
  • Produktionsvolumen
  • Verfügbarer Platz
  • Budget

Kostenüberlegungen

Die Kosten für Plasmaschneidgeräte können zwischen einigen Tausend Dollar für kleine, tragbare Geräte und über 100.000 Dollar für große, industrielle CNC-Systeme liegen. Berücksichtigen Sie laufende Kosten wie Verbrauchsmaterialien, Gas und Wartung.

Plasmaschneidsoftware und Automatisierung

Modernes Plasmaschneiden erfordert häufig hochentwickelte Software für Design, Verschachtelung und Maschinensteuerung. CAD/CAM-Verschachtelungssoftware kann den Materialverbrauch und die Schnittpfade optimieren, während CNC-Steuerungssoftware den Schneidprozess selbst verwaltet.

Mit dem Plasmaschneiden kompatible Materialien

Das Plasmaschneiden funktioniert mit allen elektrisch leitenden Materialien, einschließlich:

  • Weicher Stahl
  • Edelstahl
  • Aluminium
  • Kupfer
  • Messing
  • Gusseisen

Die Materialstärke kann je nach Leistung des Plasmaschneiders von dünnem Blech bis zu Platten mit einer Dicke von über 1 Zoll reichen.

Best Practices für das Plasmaschneiden

  • Sorgen Sie für angemessene Sicherheitsmaßnahmen, einschließlich Augen- und Gehörschutz
  • Halten Sie die richtige Brennerhöhe und Fahrgeschwindigkeit ein
  • Halten Sie die Verbrauchsmaterialien sauber und ersetzen Sie sie, wenn sie abgenutzt sind
  • Verwenden Sie das richtige Gas und den richtigen Druck für das zu schneidende Material
  • Warten und kalibrieren Sie Ihre Geräte regelmäßig

Abhängig von der Leistung des Systems kann Plasma Materialien mit einer Dicke von bis zu 4 Zoll schneiden, obwohl es am häufigsten für Dicken bis zu 1 Zoll verwendet wird.

Während das Plasmaschneiden im Allgemeinen sicher ist, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, sind dabei hohe Temperaturen und Elektrizität erforderlich. Befolgen Sie stets die Sicherheitsrichtlinien und tragen Sie geeignete Schutzausrüstung.

Beim Plasmaschneiden muss das Material elektrisch leitend sein, daher können nichtleitende Materialien wie Holz oder Kunststoff nicht geschnitten werden.

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