Wie schneidet eine Maschine mit Leichtigkeit durch zähes Metall? Plasmaschneidmaschinen nutzen die Kraft von ionisiertem Gas bei unglaublich hohen Temperaturen, um Metalle zu durchtrennen. Dieser Artikel erklärt die Wissenschaft hinter dem Plasmastaat und wie diese Maschinen elektrische Lichtbögen und Hochgeschwindigkeitsgase nutzen, um präzise Schnitte zu erzielen. Der Leser erfährt etwas über die Geschichte, die Prinzipien und die Anwendungen der Plasmaschneidtechnik sowie über die Behebung häufiger Probleme. Tauchen Sie ein in dieses faszinierende Thema und entdecken Sie, wie das Plasmaschneiden die Welt um uns herum gestaltet.
Die moderne Industrie erfordert die Verarbeitung von Schwermetallen und Legierungen, und die Herstellung von Werkzeugen und Transportmitteln, die für die tägliche Arbeit notwendig sind, ist nicht von Metallen zu trennen.
So bestehen beispielsweise Kräne, Autos, Wolkenkratzer, Roboter und Hängebrücken aus präzise bearbeiteten Metallteilen.
Der Grund dafür ist einfach: Metallwerkstoffe sind sehr stabil und haltbar. Für die meisten Fertigungsprozesse, insbesondere für große und/oder robuste Gegenstände, metallische Werkstoffe sind eine natürliche Wahl.
Interessanterweise ist die Stärke von metallischen Werkstoffen auch ihr Nachteil: Da Metalle nicht leicht zu beschädigen sind, ist es sehr schwierig, sie in bestimmte Formen zu bringen. Wenn man ein Bauteil bearbeiten muss, das die gleiche Größe und Festigkeit wie ein Flugzeugflügel hat, wie kann man dann präzises Schneiden und Formen erreichen?
In den allermeisten Fällen erfordert dies die Verwendung eines Plasmaschneiden Maschine. Auch wenn dies wie etwas aus einem Science-Fiction-Film klingen mag, sind Plasmaschneidmaschinen seit dem Zweiten Weltkrieg weit verbreitet.
In der Theorie ist das Prinzip einer Plasmaschneidmaschine sehr einfach. Es wird durch Manipulation einer der häufigsten Formen von Materie im bekannten Universum verarbeitet.
In diesem Artikel werden wir den geheimnisvollen Schleier der Plasmaschneidmaschinen lüften und sehen, wie dieses magische Werkzeug unsere Welt gestaltet.
Während des Zweiten Weltkriegs produzierten die amerikanischen Fabriken dank der großartigen Innovationen der Privatindustrie in der Massenproduktion Rüstungen, Waffen und Flugzeuge fünfmal schneller als die Achsenmächte.
Die Frage, wie man Flugzeugteile effektiver zuschneiden und verbinden kann, hat einige technologische Innovationen ausgelöst.
Viele Fabriken, die Militärflugzeuge herstellen, haben ein neues Schweißverfahren eingeführt, das die Verwendung von inerten Schutzgasschweißen.
Die bahnbrechende Entdeckung besteht darin, dass das durch den Strom elektrolysierte Gas eine Barriere in der Nähe der Schweißnaht bilden kann, um die Oxidation zu verhindern. Diese neue Methode macht die Schweißnähte sauberer und die Verbindungsstruktur stabiler.
In den frühen 1960er Jahren machten Ingenieure eine weitere Entdeckung. Sie fanden heraus, dass eine Erhöhung des Luftstroms und eine Verkleinerung der Porengröße dazu beitragen können, die Schweißtemperatur. Das neue System kann höhere Temperaturen erreichen als jedes handelsübliche Schweißgerät.
Bei so hohen Temperaturen dient dieses Werkzeug nicht mehr als Schweißgerät. Stattdessen ist es eher eine Säge, die zähes Metall wie ein heißes Messer durch Butter schneidet.
Die Einführung des Plasmalichtbogens revolutionierte die Geschwindigkeit, Genauigkeit und Vielfalt der Schneidewerkzeugeund kann auf verschiedene Metalle angewendet werden. Im nächsten Abschnitt werden wir die wissenschaftlichen Grundlagen dieses Systems vorstellen.
Die Leichtigkeit, mit der eine Plasmaschneidmaschine Metall durchdringen kann, ist auf die einzigartigen Eigenschaften des Plasmazustands zurückzuführen. Was ist also ein Plasmazustand?
In der Welt gibt es vier Zustände der Materie. Die meisten Stoffe, mit denen wir in unserem täglichen Leben in Berührung kommen, sind fest, flüssig oder gasförmig. Der Zustand der Materie wird durch die Wechselwirkung zwischen den Molekülen bestimmt. Nehmen Sie Wasser als Beispiel:
Festes Wasser ist Eis. Eis ist ein Feststoff, der aus elektrisch neutralen Atomen besteht, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind. Da die Wechselwirkung zwischen den Molekülen stabil ist, bleibt es in einer festen Form.
Flüssiges Wasser ist Trinkwasser.Die Moleküle üben immer noch Kräfte aufeinander aus, aber sie bewegen sich langsam. Flüssigkeiten haben ein festes Volumen, aber keine feste Form. Die Form der Flüssigkeit ändert sich je nach der Form des Behälters.
Gasförmiges Wasser ist Wasserdampf. In Wasserdampf bewegen sich die Moleküle schnell und es gibt keine Verbindung zwischen ihnen. Da es keine Kraft zwischen den Molekülen gibt, haben Gase keine feste Form und kein festes Volumen.
Die von den Wassermolekülen aufgenommene Wärmemenge (umgewandelt in Energie) bestimmt ihre Eigenschaften und ihren Zustand. Einfach ausgedrückt: Mehr Wärme (mehr Energie) führt dazu, dass die Wassermoleküle einen kritischen Zustand erreichen, in dem die chemischen Bindungen zwischen ihnen auseinanderbrechen.
Bei niedrigen Temperaturen sind die Moleküle fest miteinander verbunden und der Stoff befindet sich in einem festen Zustand. Durch die Aufnahme von mehr Wärme werden die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen geschwächt und die Substanz wird flüssig.
Wenn noch mehr Wärme absorbiert wird, verschwinden die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen fast völlig, und der Stoff wird zu einem Gas. Was passiert nun, wenn wir das Gas weiter erhitzen? Dann tritt es in den vierten Zustand, den Plasmazustand, ein.
Wenn ein Gas extrem hohe Temperaturen erreicht, geht es in einen Plasmazustand über. Die Energie beginnt, die Moleküle vollständig voneinander zu trennen, und die Atome beginnen sich zu spalten.
Normalerweise bestehen Atome aus Protonen und Neutronen im Atomkern (siehe Atomtheorie) sowie aus Elektronen, die den Atomkern umgeben.
Im Plasmazustand sind die Elektronen von den Atomen getrennt. Sobald die Wärmeenergie dazu führt, dass die Elektronen die Atome verlassen, beginnen sie sich mit hoher Geschwindigkeit zu bewegen. Die Elektronen tragen eine negative Ladung, während die verbleibenden Atomkerne positiv geladen sind. Diese positiv geladenen Atomkerne werden als Ionen bezeichnet.
Wenn Hochgeschwindigkeitselektronen mit anderen Elektronen oder Ionen kollidieren, setzen sie enorme Mengen an Energie frei. Es sind genau diese Energien, die dem Plasma seine besonderen Eigenschaften und seine unglaublichen Schneidfähigkeiten verleihen.
Allgemeines Wissen über den Plasmazustand:
Nahezu 99% der Materie im Universum befinden sich in einem Plasmazustand. Aufgrund seiner extrem hohen Temperatur ist er auf der Erde nicht häufig anzutreffen; in Himmelskörpern wie der Sonne ist er jedoch sehr verbreitet. Auf der Erde kann man diesen Zustand bei Blitzen beobachten.
Plasmaschneidmaschinen sind nicht die einzigen Geräte, die mit Plasmaenergie arbeiten. Geräte wie Neonröhren, Leuchtstoffröhren und Plasmabildschirme funktionieren alle auf der Grundlage des Plasmazustands. Diese Geräte verwenden den "kalten" Plasmazustand. Obwohl kaltes Plasma nicht verwendet werden kann für Metall schneidenhat sie immer noch erhebliche Anwendungsmöglichkeiten.
Plasmaschneidmaschinen gibt es in verschiedenen Formen und Größen. Es gibt riesige Plasmaschneidmaschinen, die von Roboterarmen für präzises Schneiden gesteuert werden, sowie einfache handgeführte Plasmaschneidmaschinen, die in Werkstätten eingesetzt werden.
Unabhängig von ihrer Größe beruhen alle Plasmaschneidmaschinen auf den gleichen Prinzipien und sind ähnlich aufgebaut.
Wenn eine Plasmaschneidanlage in Betrieb ist, werden komprimierte Gase wie Stickstoff, Argon oder Sauerstoff durch einen engen Kanal geleitet. In der Mitte des Kanals befindet sich eine negative Elektrode. Wenn die negative Elektrode mit Strom versorgt wird und die Düse mit dem Metall in Kontakt kommt, bildet sich ein elektrisch leitender Stromkreis, der hochenergetische Funken zwischen der Elektrode und dem Metall erzeugt.
Während das Inertgas durch den Kanal strömt, erhitzen die Funken das Gas, bis es den vierten Aggregatzustand erreicht. Diese Reaktion erzeugt einen Plasmastrom mit einer Temperatur von bis zu 16.649 Grad Celsius und einer Strömungsgeschwindigkeit von bis zu 6.096 Metern pro Sekunde, der das Metall schnell in Schlacke verwandelt.
Das Plasma selbst wird von einem Strom durchflossen. Solange die Elektrode kontinuierlich mit Strom versorgt wird und das Plasma in Kontakt mit dem Metall ist, ist der Lichtbogenzyklus kontinuierlich.
Um Oxidation und Schäden durch unbekannte Eigenschaften des Plasmas zu verhindern, wird das Plasmaschneiddüse ist mit einer weiteren Reihe von Kanälen ausgestattet, die kontinuierlich Schutzgas abgeben, um den Schneidbereich zu schützen. Der Gasdruck des Schutzgases kann den Radius des säulenförmigen Plasmas wirksam steuern.
Plasmaschneidmaschinen sind in der modernen Industrie zu einem gängigen Werkzeug geworden. Sie werden in vielen Werkstätten für kundenspezifische Fahrzeuge sowie bei der Herstellung kundenspezifischer Fahrgestelle und Karosserien durch Automobilhersteller eingesetzt.
Bauunternehmen setzen Plasmaschneidmaschinen bei Großprojekten ein, um große Balken und Metallplatten zu schneiden und herzustellen. Schlüsseldienste können mit Plasmaschneidmaschinen Löcher in Sicherheitsbereiche bohren, wenn Kunden ausgesperrt sind.
Unter ein CNC (Computer Numerical Control) müssen Sie das Material nicht mehr anfassen. Sie müssen lediglich die Form, die Sie schneiden möchten, auf dem Computer zeichnen, und der Schneidevorgang wird automatisiert.
Plasma ist ein Gas, das auf extrem hohe Temperaturen erhitzt und stark ionisiert wird. Die Lichtbogenleistung wird auf das Werkstück übertragen, das schmilzt und weggeblasen wird, wodurch ein Arbeitszustand des Plasmas entsteht Lichtbogenschneiden.
Die Druckluft tritt in den Schneidbrenner ein und wird von der Gaskammer in zwei Ströme aufgeteilt, so dass Plasmagas und Hilfsgas entstehen. Der Plasmagasbogen schmilzt das Metall, während das Hilfsgas die verschiedenen Teile des Schneidbrenners kühlt und das geschmolzene Metall wegbläst.
Das Schneidnetzteil besteht aus einem Hauptstromkreis und einem Steuerkreis. Das Blockdiagramm des elektrischen Prinzips ist in der Abbildung dargestellt:
Der Hauptstromkreis besteht aus einem Schütz, einem dreiphasigen Leistungstransformator mit hohem Leckwiderstand, einem dreiphasigen Brückengleichrichter, einer Hochfrequenz-Lichtbogenzündspule und Schutzelementen. Er weist eine steile äußere Kennlinie auf, die durch den hohen Ableitwiderstand verursacht wird. Der Steuerkreis schließt den gesamten Schneidprozess über den Tastschalter am Schneidbrenner ab:
Vorgasversorgung - Hauptstromversorgung - Hochfrequenzlichtbogenzündung - Schneidvorgang - Lichtbogenstopp - Stopp.
Die Stromversorgung des Hauptstromkreises wird durch das Schütz gesteuert, der Gasfluss wird durch das Magnetventil geregelt, und der Hochfrequenzoszillator zündet den Lichtbogen und stellt den Betrieb ein, nachdem der Lichtbogen entstanden ist.
Darüber hinaus verfügt der Steuerkreis über die folgenden internen Sperrfunktionen:
Thermischer Kontrollschalter, der nicht mehr funktioniert.
(1) Nicht durchschneiden:
a: Die Dicke des Blechs überschreitet den zulässigen Bereich des Geräts.
b: Die Schnittgeschwindigkeit ist zu hoch.
c: Die Neigung des Schneidbrenners ist zu groß.
d: Der Druck der Druckluft ist zu hoch oder zu niedrig.
e: Die Netzspannung ist zu niedrig.
(2) Instabilität des Plasmalichtbogens:
a: Der Schneidbrenner bewegt sich zu langsam.
b: Die Stromversorgung erfolgt über zwei Phasen, und die Betriebsspannung sinkt.
c: Der Druck der Druckluft ist zu hoch.
Wenn Sie Teile des Schneidbrenners einbauen oder austauschen, demontieren Sie diese in der Reihenfolge Schutzabdeckung-Leitungsdüse-Gasverteiler-Elektroden-Schneidbrennerkörper mit dem Schneidbrennerkopf nach oben und montieren Sie sie in umgekehrter Reihenfolge.
Achten Sie beim Einsetzen der Düse darauf, dass sie konzentrisch zur Elektrode sitzt. Die Schutzabdeckung muss fest angezogen und die Düse fest angedrückt werden. Wenn sie zu locker sitzt, kann das Schneiden nicht durchgeführt werden.
Verwenden Sie den Schneidbrenner vernünftig. Berühren Sie die Düse mit dem Werkstück, bevor Sie den Lichtbogen zünden. Wenn das Schneiden beendet ist, lassen Sie den Griffknopf los, um den Lichtbogen zu stoppen, und bewegen Sie dann den Schneidbrenner von der Werkstückoberfläche weg, um die Lebensdauer der Teile zu verlängern. Wenn der zentrale Hohlraum der Düse die Schneidqualität beeinträchtigt, sollte sie rechtzeitig ausgetauscht werden.
Wenn die Mitte der Elektrode um mehr als 2 Millimeter zurückgesetzt ist oder der Lichtbogen nicht gezündet werden kann, kann die Elektrode umgekehrt eingebaut oder aktualisiert werden.
Wenn die Schutzabdeckung oder der Gasverteiler gerissen oder stark beschädigt ist, sollte sie rechtzeitig ausgetauscht werden.
Wenn die Isolierung des Schneidbrennerkörpers, die Kunstlederummantelung, die Isolierung des Kabels oder die Gasleitung beschädigt ist, sollte sie rechtzeitig repariert oder ersetzt werden.
Um den Schneidbrenner zu entfernen, ziehen Sie den Kunstledermantel zurück, lösen Sie die Anschlussdrähte des Schalters, ziehen Sie den Griff nach hinten und lösen Sie dann die Anschlussverbindungen des Schneidbrennerkörpers.
Wenn Sie eine neue keramische Schutzabdeckung austauschen, tragen Sie vor dem Einschrauben etwas Vaselineöl auf die O-Ring-Dichtung am Schneidbrennerkörper auf, um die Lebensdauer der Dichtung zu verlängern.
| Nein. | Fehler | Verursacht | Lösungen |
| 1 | Schalten Sie den Netzschalter ein, die Netzkontrollleuchte leuchtet nicht | 1. Die Sicherung im Stromversorgungsschalter ist defekt | ersetzen. |
| 2. Die Sicherung hinter dem Stromkasten ist defekt | Prüfen und ersetzen | ||
| 3. Der Steuertransformator ist defekt | ersetzen. | ||
| 4. Der Netzschalter ist defekt | ersetzen. | ||
| 5. Die Kontrollleuchte ist defekt | ersetzen. | ||
| 2 | Schneidgasdruck kann nicht voreingestellt werden | 1. Die Luftquelle ist nicht angeschlossen oder es ist keine Luft in der Luftquelle | Anschließen der Luftquelle |
| 2. Der Netzschalter ist nicht in der Position "on". | Auslöser | ||
| 3. Das Druckreduzierventil ist beschädigt | Reparieren oder ersetzen | ||
| 4. Schlechte Verdrahtung des Magnetventils | Verdrahtung prüfen | ||
| 5. Das Magnetventil ist defekt | ersetzen. | ||
| 3 | Wenn Sie die Taste des Schneidbrenners während des Betriebs drücken, wird kein Luftstrom erzeugt. | 1. Leckage in der Pipeline | Reparieren Sie den undichten Teil |
| 2. Das Magnetventil ist defekt | ersetzen. | ||
| 4 | Nachdem die leitende Düse das Werkstück berührt hat, drücken Sie die Taste des Schneidbrenners, und die Arbeitsanzeige leuchtet auf, aber der Lichtbogen wird nicht ausgelöst. | 1. KT1 ist defekt | ersetzen. |
| 2. Der Hochfrequenztransformator ist defekt | Prüfen oder ersetzen | ||
| 3. Oxidation der Funkenstaboberfläche oder falscher Spaltabstand | Polieren oder Einstellen | ||
| 4. Kurzschluss des Hochfrequenzkondensators C7 | ersetzen. | ||
| 5. Der Luftdruck ist zu hoch | Absenken | ||
| 6. Der Verlust der leitfähigen Düse ist zu kurz | ersetzen. | ||
| 7. Unterbrechung oder Kurzschluss des Brückengleichrichterelements des Gleichrichters | Prüfen und ersetzen Sie es | ||
| 8. Schlechter Kontakt oder offener Stromkreis des Schneidbrennerkabels | Reparieren oder ersetzen | ||
| 9. Das Erdungskabel des Werkstücks ist nicht mit dem Werkstück verbunden. | Verbunden mit dem Werkstück | ||
| 10. Auf der Oberfläche des Werkstücks befindet sich eine dicke Farbschicht oder Schmutz | Reinigen und leitfähig machen | ||
| 5 | Die Schneidkontrollleuchte leuchtet nicht auf, wenn die leitende Düse das Werkstück berührt und die Taste des Schneidbrenners gedrückt wird | 1. Thermischer Kontrollschalter Aktion | Warten auf Abkühlung oder erneutes Arbeiten |
| 2. Der Schalter des Schneidbrenners ist beschädigt | ersetzen. | ||
| 6 | Steuerung der Sicherung zum Auslösen nach Hochfrequenzstart | 1. Hochfrequenztransformator beschädigt | Prüfen und ersetzen |
| 2. Steuertransformator beschädigt | Prüfen und ersetzen | ||
| 3. Kurzschluss der Schützspule | ersetzen. | ||
| 7 | Die Sicherung des Hauptschalters ist defekt | 1. Kurzschluss des Gleichrichterelements | Prüfen und ersetzen |
| 2 Ausfall des Haupttransformators | Prüfen und ersetzen | ||
| 3. Kurzschluss der Schützspule | Prüfen und ersetzen | ||
| 8 | Hochfrequentes Auftreten, aber keine Lichtbogenbildung | 1. Die Gleichrichterkomponente ist defekt (im Inneren des Geräts ist ein abnormales Geräusch zu hören) | Prüfen und ersetzen |
| 2. Der Haupttransformator ist beschädigt | Prüfen und ersetzen | ||
| 3. C1-C7 unten | Prüfen und ersetzen | ||
| 9 | Langfristige Arbeitsunterbrechung und Lichtbogenausfall | 1. Die Temperatur des Haupttransformators ist zu hoch, und der Thermoschalter löst aus | Abkühlung vor der Arbeit abwarten, auf Absenkung achten |
| Funktioniert das Temperaturgebläse und die Windrichtung |
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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