Edelstahl mit Plasma schneiden? ► Das solltest Du beachten

Kategorie(n): Metall Bearbeitung

Mit einem handgeführten Plasmaschneider lassen sich alle leitfähigen Materialien trennen, darunter kannst Du auch Edelstahl mit Plasma schneiden. Obwohl Letzteres zu den beständigsten Werkstoffen zählt, brauchst Du zum Schneiden kein besonders leistungsfähiges Gerät. Auch kostengünstige Plasmaschneider für den Hobbygebrauch mit einer Leistung von 40 oder 50 Ampere schneiden Edelstahl (V2A) in handelsüblicher Dicke zuverlässig und schnell. Bei der Bearbeitung des relativ harten Werkstoffs gilt es jedoch einiges zu beachten – vor allem, wenn Du sehr exakte Schnitte erzielen möchtest.

Ein Überblick: Edelstahl ist nicht gleich Edelstahl

Eine allgemeine Definition für Edelstahl besteht darin, dass es sich um legierte oder unlegierte mit einem spezifischen Reinheitsgrad handelt. So sollten Schwefel oder Phosphor, die auch als „Eisenbegleiter“ bekannt sind, nicht mehr als 0,025 Prozent des Massenanteils ausmachen.

Veredlung von Stahl

Um sich bestimmte Eigenschaften eines Edelstahls zu züchten, kommen diverse Legierungsbestandteile zum Einsatz. Beispielsweise erhöht eine Beigabe von Chrom die Härte und Korrosionsbeständigkeit. Cobalt und Mangan sind gängige Zusätze, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Niob und Vanadium sorgen für mehr Elastizität, während Molybdän die Zugfestigkeit erhöht. Das dem Titanstahl seinen Namen gebende Titan macht ebenso wie Wolfram den Edelstahl hitzebeständiger. Die Veredlungsmöglichkeiten sind vielfältig und die richtige Auswahl des Werkstoffs richtet sich immer nach den technischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung.

Es ist weit verbreiteter Irrtum, dass Edelstahl immer rostfrei ist. Edel zu sein, bedeutet zunächst einmal, dass der Stahl veredelt wurde. In welcher Hinsicht, das ist egal. So gibt es beispielsweise wetterfeste Baustähle, die sehr wohl rosten. Die Rostschicht bleibt aber als Patina an der Oberfläche und frisst sich nicht in das Material hinein, so dass das Material an sich mit der Zeit nicht abgetragen wird.

Korrosionsbeständiger Edelstahl erhält seine Wunscheigenschaft durch einen spezifischen Chromanteil. Das Chrom sorgt für eine Passivierung (schützende Oxidschicht) an der Oberfläche, die ein Rosten verhindert. Dies ist ein natürlicher Prozess. Es gibt jedoch auch Herstellungsprozesse, in deren Rahmen eine chemische Passivierung durchgeführt wird, um besonders gleichmäßige Oberflächen zu erhalten. 

Rostfreier Stahl kann trotzdem angegriffen werden, wenn er mit Partikeln aus gewöhnlichem Eisen in Kontakt kommt. Dann entsteht Rost, der sich zu zunächst oberflächlichem Flugrost ausweiten kann, danach aber auch tiefergehen kann. Diese Art der Korrosion nennt man Pitting. Darüber hinaus ist es wichtig zu wissen, dass viele Edelstähle gegenüber Substanzen wie Silberputzmittel, Streusalz, Salz- oder Schwefelsäure und Chlorreinigern empfindlich sind.

Grundsätzlich werden Edelstähle nach der EN 10027-2 aufgrund diverser Reinheitsspezifikationen in zwei Gruppen unterschieden:

• 10 bis 18 – unlegierte Edelstähle
• 20 bis 89 – legierte Edelstähle

Darüber hinaus gibt es etliche Spezialstähle mit besonderen Komponenten und Eigenschaften. Jedem Edelstahl ist eine eigene Werkstoffnummer zugewiesen, aus der man die wichtigsten Eigenschaften ablesen kann. Weil wir das alles aber nicht abdecken können, konzentrieren wir uns auf zwei Edelstahlsorten, auf die dieser Blogbeitrag zum Plasmaschneiden zugeschnitten ist.

V2A und V4A

V2A und V4A sind historische Bezeichnungen, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts in Deutschland entstanden sind. Man wählte sie für die ersten korrosionsbeständigen Stahlsorten, die auch anderweitig nützliche technische Charakteristika aufwiesen. In der Abkürzung stand der Buchstabe V für Versuch(sschmelze) und der Buchstabe A für Austenit. Austenit ist eine Phase des reinen Eisens und auch seiner Mischkristalle mit einer besonderen Kristallstruktur (Anordnung der Atome in einer kubisch-flächenzentrierten Gitterstruktur). Diese Bezeichnungen sind heute jedoch mehrdeutig. Typischerweise sind mit V2A heutzutage meist die CrNi-Stähle mit den Werkstoffnummern 1.4301, 1.4541 und 1.4307 gemeint, während V4A für die CrNiMo-Stähle mit den Werkstoffnummern 1.4401, 1.4571 und 1.4404 steht. Schauen wir uns an, was wir diese Edelstähle beim Plasmaschneiden beachten müssen.

Das richtige Gas für saubere Schnitte

Grundsätzlich kannst Du Edelstahl mit einem herkömmlichen Plasmaschneider, der mit Druckluft arbeitet, schneiden. Allerdings musst Du mit einem vergleichsweise hohen Nachbearbeitungsaufwand rechnen. Das liegt an den Eigenschaften der eingesetzten Gase. Druckluft ist ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff. Beim Schneiden von Edelstahl geht es mit dem Metall eine chemische Reaktion ein. Die Folge sind:

• schwarze Verfärbungen der Seitenbereiche,
• die Bildung einer Zunderschicht an den Schnittkanten,
• eine hohe Gratbildung und
• unsaubere Schnittfugen.

Bei feinen Konturen in Edelstahl-Werkstücken kommen Plasmaschneider mit Druckluft schnell an ihre Grenzen. Für die meisten Hobbyanwendungen sollte die Schnittqualität ausreichen. Wenn Du jedoch Wert auf ein sehr sauberes und exaktes Schnittbild legst, dann solltest Du statt Druckluft andere Gase verwenden. Optimale Ergebnisse erzielst Du bei Edelstahl mit einem Gemisch aus

• Argon und Wasserstoff (ArH₂),
• Argon und Stickstoff (ArN₂) oder
• Stickstoff und Wasserstoff (N₂H₂).

Gemische mit Argon

Argon besitzt den Vorteil, dass es nicht mit dem Werkstück reagiert. Gemische aus Argon und Wasserstoff gibt es bereits fertig in Flaschen zu kaufen. Sie produzieren beim Schneiden nur wenig Rauch und Dämpfe. Aufgrund ihres hohen Energiegehalts eignen sie sich besonders für dickere Edelstahl-Werkstücke von mehr als 12 mm. Je stärker das Material, desto höher sollte der Wasserstoffanteil sein. Auch mit einem Gemisch aus Argon und Stickstoff lässt sich Edelstahl gut schneiden. Hier sind die Schnittkanten zwar etwas rauer, das Gemisch überzeugt aber mit einer geringen Bartbildung, die sich leicht entfernen lässt. Nachteil der Argon-Gemische: Sie sind vergleichsweise teuer. Zudem lässt sich nicht jeder Plasmaschneider mit ihnen betreiben. Schau Dir die jeweilige Produktbeschreibung genau an und kontaktiere im Zweifel den Hersteller.

Gute Alternative: Formiergas

Für dünneren Edelstahl empfiehlt sich eine Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff, auch als Formiergas bezeichnet. Es erzielt eine gute Schnittqualität und ist kostengünstiger als Argon-Gemische. Sind alle Parameter optimal eingestellt, erhältst Du einen glatten, fast bartfreien Schnitt, der nicht bearbeitet werden muss. Allerdings können sich durch den Stickstoff sogenannte Nitride an der Schnittkante ablagern. Das wird zum Problem, wenn Du das Werkstück schweißen möchtest. Die Nitride werden dann als Gas freigesetzt, wodurch sich kleine Blasen bilden: Die Schweißnaht wird porös. Um das zu verhindern, solltest Du die Nitride vor der Weiterverarbeitung gründlich entfernen.

Egal, welches Gasgemisch Du verwendest: Stelle vor dem Schneiden sicher, dass es sauber, trocken und ölfrei ist. Um die Gasqualität zu prüfen, benötigst Du nur einen Spiegel. Halte diesen vor die Düse und lass dann das Gas durch den Schneidbrenner strömen. Wenn sich Wasserdampf oder Ölspuren bilden, dann solltest Du zuerst auf Fehlersuche gehen, bevor Du Dir das Werkstück zur Hand nimmst.

Eine Einstellungssache

Wie bei allen anderen Werkstoffen solltest du auch beim Schneiden von Edelstahl die Leistung deines Plasmaschneiders an die Materialstärke anpassen. Für dünne Edelstahlteile reicht eine Stromstärke von 40 bis 50 Ampere. Setze eine Düse in der richtigen Größe ein. Hinweise zur Auswahl findest du im Handbuch deines Plasmaschneiders.

Auch die verwendeten Verschleißteile haben eine Auswirkung auf das Schnittbild. Für saubere Schnitte solltest du qualitativ hochwertige Düsen und Co. ohne Kerben und Grate verwenden. Stark abgenutzte Verschleißteile können das Werkstück ebenfalls beschädigen. Montiere die einzelnen Komponenten sorgfältig und beachte dabei die richtige Ausrichtung. Nur so werden ein guter elektrischer Kontakt und ein korrekter Gasdurchfluss gewährleistet. Ein Tipp: Bewahre die Verschleißteile nach dem Schneidvorgang auf einem sauberen Tuch auf, damit der Schneidbrenner nicht durch Schmutz, Staub und Fette verunreinigt wird. Denn auch darunter leidet die Schnittqualität.

Edelstahl trennen: Übung macht den Meister

Das Schneiden von Edelstahl braucht ein wenig Übung. Probiere dich zunächst an einem kleinen Stück aus, das du nicht mehr benötigst. Generell gilt: Niedrige Schneidgeschwindigkeiten führen zu schmalen Schnittfugen und feineren Schnitten. Bist du zu schnell, kann es dagegen passieren, dass tiefe Schnittriefen und Tropfen auf der Unterseite des Werkstücks entstehen, die sich nur schwer wieder entfernen lassen. Richte den Brenner rechtwinklig zum Werkstück aus und führe ihn ruhig über das Material. Für gerade Linien kannst du auch eine Führungsschiene oder ein Lineal verwenden. Allerdings solltest du auch nicht zu langsam schneiden, denn sonst wird die Schnittfuge zu breit. Das geschmolzene Metall kann dann nicht mehr ausgeblasen werden und setzt sich an der Unterseite ab.

Achte bei der Arbeit mit Edelstahl darauf, dass das Werkstück nicht mit anderen Leichtmetallen oder mit Rost in Berührung kommt. Was viele Hobbybastler nicht wissen: Selbst rostfreier Edelstahl kann unter bestimmten Voraussetzungen rosten.

Fazit: Plasmaschneider und Edelstahl

Mit einem handgeführten Plasmaschneider lässt sich auch Edelstahl schnell trennen. Wenn es dir dabei auf besonders saubere Schnitte ankommt, sind folgende Parameter wichtig:

• das passende Gas
• die richtige Stromstärke
• hochwertige Verschleißteile
• die optimale Schneidgeschwindigkeit

Reichen dir dagegen gröbere Schnittkanten aus, dann kannst du Edelstahl auch mithilfe von Druckluft schneiden. Der Vorteil: Druckluft ist vergleichsweise ungefährlich und frei verfügbar. Durch den enthaltenen Stickstoff kann es jedoch zur Nitridbildung an den Schnittkanten kommen. Möchtest du das Werkstück später noch schweißen, solltest du diese Nitridschicht unbedingt entfernen, da sich sonst Blasen bilden könnten.