Schneiden und Trennen: Mit Gasen von A wie Acetylen bis W wie Wasserstoff

Schneiden und Richten wird zur Formgebung von Materialien genutzt. Es haben sich zahlreiche Verfahren entwickelt, die je nach Anwendung auszuwählen sind. In der Metallverarbeitung überwiegt das thermische Trennen, wie z. B. das Brennschneiden. Je nach Anlagenaufbau ermöglichen Laser das Schweißen oder Schneiden verschiedenster Materialien. Das autogene Richten ist ein Verfahren, bei dem gezielte Wärmeeinwirkung mit einer Flamme eingesetzt wird, um Verformungen in metallischen Werkstücken auszugleichen. Dabei wird das Material lokal erwärmt, sodass es sich ausdehnt. Beim anschließenden Abkühlen zieht sich der erhitzte Bereich zusammen und „zieht“ das Werkstück in die gewünschte Form. Dieses Verfahren wird häufig im Stahlbau und bei Schweißkonstruktionen angewendet, um Spannungen oder Verzüge zu korrigieren.

Das Plasmaschneiden ist eine spezielle Form des Schmelzschneidens. Dabei wird ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem Werkstück erzeugt. Das durch diesen Lichtbogen strömende Gas – meist Argon, Stickstoff oder Druckluft – wird so stark erhitzt, dass es in den Plasmazustand übergeht. Der dabei entstehende, extrem heiße und energiereiche Plasmastrahl schmilzt das Metall punktgenau auf und bläst das verflüssigte Material mit hoher Geschwindigkeit aus der Schnittfuge. So können präzise und saubere Schnitte durch elektrisch leitende Metalle wie Stahl, Edelstahl oder Aluminium erzielt werden.

Beim Plasmaschneiden unterscheidet man zwischen Brenn- und Schmelzschneiden. Beim Brennschneiden wird das Werkstück mit Hilfe von Sauerstoff geschnitten. Durch die Verbrennung entsteht zusätzliche Energie, wodurch eine hohe Schnittgeschwindigkeit erreicht wird.

Das Schmelzschneiden eignet sich für Metalle, bei denen die Schmelztemperatur unter der Zündtemperatur liegt und die daher nicht brennschneidbar sind. Hierbei wird das Material durch intensive Hitzeeinwirkung aufgeschmolzen und anschließend mit einem Gasstrahl aus der Schnittfuge entfernt.

Das Prinzip des thermischen Trennens mit der Sauerstoff-Kernlanze beruht darauf, dass das Eisen der Kernlanze in einem unter Druck zugeführten Sauerstoffstrom verbrennt und die für den Trennprozess notwendige Energie liefert. Dabei entstehen Temperaturen von 2 000 bis 2 200 °C. Die Sauerstoff-Kernlanze besteht aus einem Mantelrohr und einer dem Innendurchmesser des Rohres angepassten Anzahl von Kerndrähten. Bei diesem Verfahren wird ohne Brenngas gearbeitet. Die Kernlanze wird in ein spezielles Griffstück eingespannt, an ihrem vorderen Ende mit einer externen Flamme auf Zündtemperatur gebracht und unter dosierter Zugabe von Sauerstoff verbrannt. Um ein Bauteil abzutrennen, ist eine Trennfuge erforderlich.

Flammrichten ist das sinnvollste Verfahren, um Schweißschrumpfungen schnell und werkstoffschonend zu beseitigen. Dazu eignet sich besonders die Acetylen-Sauerstoff-Flamme. Voraussetzung ist, dass Brennergröße und Brennerart optimal auf die Stärke des zu richtenden Bauteils abgestimmt sind.
Hinsichtlich der Schrumpfspannungen wird unterschieden in Querschrumpfung, Winkelschrumpfung und Längsschrumpfung. Schrumpfungen verkürzen die neben der Schweißnaht liegenden Materialzonen. Sie werden bei Kehlnähten durch die Winkelschrumpfung noch verstärkt. Die Verkürzungen direkt neben der Schweißnaht gehen in die langen Zonen im ungeschweißten Werkstoff über. Das führt zu Verwerfungen und Beulen in entfernten Werkstoffbereichen. Die zu langen Zonen müssen gestaucht werden; das Strecken verkürzter Zonen ist meist nicht möglich.

Das Prinzip des Flammrichtens beruht auf örtlich begrenzter Erwärmung des Materials in Verbindung mit einer Dehnungsbehinderung. Das bewirkt das Stauchen der erwärmten Bereiche und beim Erkalten ein Schrumpfen der zu langen Zonen. Der Schrumpfpunkt sollte nicht unnötig hoch erhitzt werden.
Wichtig ist, einen möglichst scharf umgrenzten Werkstoffbereich schnell auf ca. 600 bis 650 °C zu erwärmen. Das ist ausschließlich mit der Acetylen-Sauerstoff-Flamme möglich, die im Vergleich zu anderen Brenngasen im höchsten Temperaturbereich arbeitet. Die erfolgreiche Anwendung setzt die Beachtung grundsätzlicher Regeln voraus. Dabei kommt es darauf an, die Ursache der Oberflächenveränderung zu erkennen. In der Regel sind es die beschriebenen Schrumpfungen.

Das Fugenhobeln nennt man auch Brennfugen. Dieses Verfahren ist den Vorgängen beim Brennschneiden ähnlich. Die Brennschneiddüse hat lediglich eine größere Bohrung für Sauerstoff. Durch die Größe der Bohrung kann der Strahl des Sauerstoffs besser gelenkt werden und ist weicher. Für das Fugenhobeln eignen sich die gleichen Werkstoffe wie fürs Brennschneiden.

Flammstrahlen spielt eine große Rolle bei der Beton- und Stahlsanierung sowie beim Ingenieurbau. In wachsender Zahl müssen Gebäude, Fahrbahnen, Hallenböden oder Stahlkonstruktionen aus Gründen der Werterhaltung und im Hinblick auf die statische Unbedenklichkeit instandgesetzt werden. Dazu leistet die energiereiche Acetylen-Sauerstoff-Flamme einen unverzichtbaren Beitrag, denn sie arbeitet materialschonend und technisch einwandfrei. Vom Flammstrahlen wird gesprochen, wenn Beton- oder Natursteinoberflächen von Gummi-Abrieb, Öl, Benzin, Fett oder Tausalz befreit werden sollen, um beispielsweise die Haftung eines Schutzbelages zu verbessern. Der Wärmeschock der autogenen Flamme führt bereits nach kurzer Vorwärmzeit durch die auftretenden interkristallinen Kräfte zum sogenannten Abspratzen der oberen Schlämmeschicht.

Flammentrosten

Das Flammentrosten nutzt die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Walzhaut und Stahl. Dabei bewirken die thermische Energie und die reduzierende Wirkung der Acetylen-Sauerstoff-Flamme den Erfolg. Der festhaftende Oberflächenbelag wird so in ein lose aufliegendes Pulver überführt, das leicht abgebürstet werden kann.