Die Daten

Verbrauchsmaterialien sind das Herzstück des Plasmaschneidens, aber es war mühsam, sie zu organisieren und ihre Verwendung zu dokumentieren, und die Vorhersage ihrer Lebensdauer war keine exakte Wissenschaft. Die datenreiche Verbrauchsmaterialtechnologie soll dies ändern.

Anmerkung des Herausgebers: Das Folgende basiert auf „Neue Trends bei der Optimierung von Plasmaschneid-Verbrauchsmaterialien“, vorgestellt auf der FABTECH 2022 in Atlanta von Soumya Mitra, Leiterin des Ingenieurteams, und Kristopher Rich, Marketingdirektor, Hypertherm Associates.

Für Hersteller war das Geschäftsumfeld noch nie so schwierig. Allein im Jahr 2021 stiegen die Stahlpreise um bis zu 215 %. Die Liefererwartungen der Kunden stiegen, während die Stabilität der Lieferkette abnahm.

Der Fachkräftemangel hält unterdessen unvermindert an. Im Jahr 2021 meldete die American Welding Society einen Mangel an mehr als 400.000 qualifizierten Schweißern. Fachkräfte sind schwer zu finden und wenn sie eingestellt werden, verlassen sie das Unternehmen oft schnell. Ja, es ist manchmal eine unvermeidliche Realität eines angespannten Arbeitsmarktes, aber es kann auch passieren, weil qualifizierte Leute Zeit damit verbringen, Dinge zu tun, die sie nicht tun möchten: Überstunden leisten, um die verlorene Zeit nach einem Maschinenausfall auszugleichen; Umgang mit inkonsistenten Einstellungen und anderen Fehlern von ungeschulten, unmotivierten Kollegen. Die Unannehmlichkeiten gehen weiter, daher ist es kein Wunder, dass sie sich auf die Suche nach grüneren Weiden machen.

Kunden fordern weiterhin enge Maßtoleranzen von den Herstellern. Angesichts des anhaltenden Mangels an Schweißern wenden sich Unternehmen zunehmend der Schweißautomatisierung zu – einer Technologie, die eine genaue Passung erfordert, die wiederum präzises Schneiden erfordert.

Außerdem können sich Hersteller keinen übermäßigen Einsatz sekundärer Vorgänge wie Entgraten und Schleifen leisten. Sie müssen Arbeitsumgebungen sauberer, sicherer und ergonomischer gestalten. Darüber hinaus möchten sie alle ungeplanten Ausfallzeiten vermeiden.

Darüber hinaus sind spezialisierte Anwendungen auf dem Vormarsch. Auf dem mechanisierten Markt des Plasmaschneidens schneiden etwa 90 % der Hersteller mit Brennern, die auf Standard-XY-Tischen montiert sind. Aber immer mehr Betriebe ziehen Fasenschneiden, 3D-Schneiden, Fugenhobeln und andere spezielle Plasmaanwendungen in Betracht. Diese erfordern speziell entwickelte Verbrauchsmaterialien, die den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen gerecht werden, und diese müssen effektiv verwaltet werden.

Tatsächlich ist der Löwenanteil der Ausfallzeiten beim Plasmaschneiden auf eine einzige Ursache zurückzuführen: Probleme bei der Verbrauchsmaterialverwaltung. Ein Bediener baut sie falsch zusammen, passt Teile nicht zusammen oder verschiebt Verbrauchsmaterialien über ihre Nutzungsdauer hinaus. In den kommenden Jahren könnten Verbrauchsmaterialien jedoch dazu beitragen, dass die Effizienz des Plasmaschneidens neue Höhen erreicht – nicht mit der rohen Kraft der Schneidleistung, sondern mit Daten.

Eine Stromversorgung zum Plasmaschneiden mag das Gehirn sein, aber die Verbrauchsmaterialien sind das Herzstück des Betriebs. Sie sind unglaublich wichtig, und doch kommt ihre falsche Anwendung auch unglaublich häufig vor. Ein Bediener wählt möglicherweise das falsche Verbrauchsmaterial für die Aufgabe. Oder sie verfügen möglicherweise über die falsche „Stapelung“ an Verschleißteilen. Jeder Brenner kann aus drei bis sieben Teilen bestehen, und wenn diese nicht zueinander passen oder falsch zusammengebaut sind, kann das Plasmaschneiden schnell schiefgehen.

Solche Probleme haben verschiedene Ursachen, die erste ist die Organisation (siehe Abbildung 1). Eine schlecht organisierte Schublade für Verbrauchsmaterialien kann zu allen möglichen Problemen führen, insbesondere für Bediener, die ihre Arbeit schnell vorbereiten müssen. Im schlimmsten Fall verfügt eine Plasma-Bedienerstation möglicherweise nur über einen Eimer voller nicht gekennzeichneter Verbrauchsteile, von denen einige neu sind, andere kurz vor oder sogar außerhalb ihrer Nutzungsdauer stehen. Der Lagerbestand ist ein Chaos, und qualifizierte, gut bezahlte Leute verschwenden am Ende ihre Zeit damit, die Mülleimer zu durchsuchen, auszuwählen, was ihrer Meinung nach funktioniert, und auf das Beste zu hoffen.

Beim Plasmaschneiden wird das Mischen und Verwirbeln von ionisiertem Gas maßgeschneidert und gesteuert. Die Art und Weise, wie dieses Gas fließt, prägt im Wesentlichen den Plasmabogen. Falsche, nicht passende oder alte oder beschädigte Verbrauchsmaterialien stören den Fluss und führen zu nicht optimal geschnittenen Teilen.

ABBILDUNG 1. Eine schlecht organisierte Schublade für Verbrauchsmaterialien kann die Effizienz des Plasmaschneidens beeinträchtigen.

Beispielsweise kann ein falscher Wirbelring den Gasstrom drosseln, was zu einer unvollständigen Durchdringung oder einem so schlechten Schnitt führt, dass das Teil zerstört wird. Die falsche Düse mit dem falschen Bohrungsdurchmesser kann zu ähnlichen Ergebnissen führen. Auch der falsche Wirbelring oder die falsche Düse können zu Winkligkeit und Krätze führen (siehe Abbildung 2). Verschiedene Wirbelringe sehen vielleicht gleich aus, aber die Größe und Anzahl ihrer Löcher und ihre Anordnung sind wirklich wichtig, ebenso wie die Art und Weise, wie sie zusammengebaut werden.

Jede Anwendung hat ihr eigenes Gasflussrezept. Ein Verbrauchsmaterialsatz, der 0,25 Zoll schneidet. Platte unterscheidet sich von dem Verbrauchsmaterialsatz, der zum Schneiden von 0,5 oder 1 Zoll benötigt wird. Platte. Einige davon sind häufig, andere nicht. Wenn ein Bediener also von einer 0,25-Zoll-Version umsteigen muss. Job zu einem 1-in. Bei diesem Job muss er bestimmte Verbrauchsteile austauschen, andere jedoch dort lassen, wo sie sich im Verbrauchsmaterialstapel befinden.

Stellen Sie sich dieses häufige Szenario vor: Ein Bediener benötigt ein Verbrauchsteil, um einen bestimmten Auftrag auszuführen. Er wühlt in der unordentlichen Schublade und kann nicht finden, was er braucht, aber er findet ein ähnlich aussehendes Bauteil. Nah genug, denkt er und schlägt den Stapel an Verbrauchsmaterialien in der Fackel zusammen. Da der Austausch von Verbrauchsmaterialien so mühsam ist, meiden manche Bediener ihn wie die Pest und schneiden mit Verbrauchsmaterialien, die weit über ihre Lebensdauer hinausgehen. All diese Szenarien führen zu schlechten Schnitten, die Nacharbeiten wie übermäßiges Schleifen und Kantenvorbereitung erfordern – genau Dinge, die sich Hersteller heutzutage wirklich nicht leisten können.

Natürlich gibt es einen Grund, warum die Organisation von Verbrauchsmaterialien eine Herausforderung darstellt. Viele Plattenschneidebetriebe verfügen über eine große Sammlung an Verschleißteilen, und je mehr Teile sie verwenden, desto schwieriger wird es, den Überblick zu behalten. Darüber hinaus variieren die Anforderungen an die Arbeitsqualität und damit auch die Wahl des Verbrauchsmaterials. Für eine Präzisionsschneideaufgabe sind möglicherweise neue Verbrauchsmaterialien erforderlich, während bei einer Arbeit mit geringen Anforderungen möglicherweise die Lebensdauer älterer Verbrauchsmaterialien etwas verlängert werden kann. Aus diesem Grund kann eine Verbrauchsmaterialschublade neue und alte Verbrauchsmaterialteile enthalten. Die älteren Teile müssen möglicherweise bald weggeworfen werden, und einige hätten wahrscheinlich schon vor langer Zeit weggeworfen werden sollen.

All dies führt zu einem Szenario, in dem die Schnittqualität von der Erfahrung des Bedieners in dieser Umgebung abhängt. Ein erfahrener Bediener (häufig in der ersten Schicht) weiß, welche Verschleißteile wann gut funktionieren; Er weiß möglicherweise, wie man eine Düse oder einen Schild „liest“ und erkennt, ob sie sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähert. Vielleicht verbringt er ein paar Minuten damit, in der Schublade zu wühlen, aber er wühlt schon seit Jahren in derselben Schublade herum, also kennt er sich aus. Wenn wir jedoch zur zweiten oder dritten Schicht vorspulen, ändert sich das Szenario. Neuere Betreiber stöbern durch und geben ihr Bestes, aber es kann am Ende sein, dass sie die Verbrauchsmaterialien nicht zusammenpassen oder sich für die völlig falschen Verbrauchsmaterialien entscheiden.

Schlimmer noch: Probleme mit den Verbrauchsmaterialien können nur eine der Hauptursachen für Probleme mit der Schnittqualität sein. Wenn ein Teil beispielsweise übermäßig viel Schlacke aufweist, kann eine falsche Stromstärke (z. B. wenn Sie mit 130 Ampere schneiden, obwohl Sie mit 200 Ampere schneiden sollten) ein Faktor sein, der dazu beiträgt. Und da das Plasmaschneiden auf der Reaktion des ionisierten Gases beruhen kann (z. B. Reaktion von Sauerstoff mit Eisen in Kohlenstoffstahl), ist auch die Wahl des Gases von Bedeutung. Insgesamt beinhaltet das Plasmaschneiden das Zusammenspiel unzähliger Variablen, und je konsistenter und wiederholbarer diese Variablen sind, desto besser.

Als grundlegenden ersten Schritt können Geschäfte ihre Verbrauchsmaterialien organisieren und dann den Auswahlprozess standardisieren und dokumentieren (siehe Abbildung 3). Sie können Bediener auch darin schulen, Verbrauchsmaterialien zu prüfen und zu dokumentieren, was sie sehen.

Düse und Elektrode müssen häufig gewechselt werden, da sie schneller verschleißen als die anderen Komponenten. Daher prüfen die Bediener in der Regel auch die anderen Komponenten, einschließlich Abschirmungen und Wirbelringen, und tauschen sie aus, wenn ihr Zustand dies erfordert. Im Idealfall sollten Best Practices und die Nutzung von Verbrauchsmaterialien dokumentiert werden.

Als nächsten Schritt entscheiden sich einige Betriebe dafür, auf das Sammeln von Verbrauchsmaterialien zu verzichten und sie alle durch ein kartuschenbasiertes Verbrauchsmaterialsystem zu ersetzen. Jede Kartusche besteht aus verschiedenen Teilen und Teilen, die in einen herkömmlichen Plasmabrenner eingebaut werden (siehe Abbildungen 4 und 5). Wenn der Bediener auf eine neue Stromstärke umsteigen muss, tauscht er das Brenner-Verschleißteil gegen eine Kartusche aus, die für diese Stromstärke ausgelegt ist. Die werkseitig ausgerichteten Komponenten in dieser Kartusche sind auf einen ähnlichen Verschleiß ausgelegt. Die Verwendung der Kartusche führt zu einem Arbeitsgang, bei dem keine Mischung aus alten und neuen Verschleißteilen erforderlich ist, wodurch sich die Schnittqualität verbessert.

Unabhängig davon, welche Verbrauchsmaterialien eine Werkstatt verwendet, ob traditionell oder auf Kartuschenbasis, sind Verfahren für die Inspektion, Organisation und den Austausch von Verbrauchsmaterialien erforderlich. Diese Verfahren dienen als Grundlage für die Schulung der Bediener und die Produktionsplanung. Wenn jeder – über mehrere Schichten hinweg – die Grundlagen des Plasmaschneidens kennt, welche Verbrauchsmaterialien zu was passen und wann es Zeit ist, verschlissene Komponenten auszutauschen, werden ungeplante Ausfallzeiten beim Plasmaschneiden mit Sicherheit drastisch sinken.

ABBILDUNG 2. Ein Schnitt mit Schlacken und inkonsistenten Schlepplinien zeigt Probleme mit dem Gasfluss, die wahrscheinlich auf abgenutzte oder nicht passende Verbrauchsmaterialien wie Wirbelringe zurückzuführen sind.

Um sich weiter zu verbessern, stößt die Branche jedoch auf eine Art technologische Hürde. Um zu verstehen, warum, stellen Sie sich zwei Szenarien vor, in denen Plasmaschneiden auf einem herkömmlichen XY-Tisch zum Einsatz kommt. Im ersten Szenario könnte ein Bediener versuchen, das letzte Restleben aus den Verbrauchsmaterialien herauszuholen. Schließlich können Bediener auftretende Probleme beobachten und entsprechende Maßnahmen ergreifen, um sie zu kompensieren.

Umgekehrt könnte ein hochautomatisierter Plasmaschneidbetrieb die Verbrauchsmaterialien sehr häufig austauschen, lange bevor die Verschleißteile das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben. Da die Kosten für Fehler und Ausschuss hoch sind, beschließt das Unternehmen, die zusätzlichen Kosten für Verbrauchsmaterialien zu übernehmen.

Beide Strategien können funktionieren, aber sie sind auch ungenau. Ein Bediener könnte die Lebensdauer einiger Verschleißteile verlängern und am Ende schlechte Schnittkanten erhalten. Schlimmer noch: Schlechte Kantenqualität und anschließendes übermäßiges Schleifen könnten sich in den Arbeitsgang „einbrennen“, ohne dass jemand auf die Idee kommt, dass es einen besseren Weg geben könnte. Wenn Betriebe hingegen Brennerkomponenten zu häufig austauschen, geben sie mehr für Verbrauchsmaterialien aus und führen oft mehr Wechsel als nötig durch.

Die Betreiber geben mit der ihnen zur Verfügung gestellten Technologie ihr Bestes. Schließlich erhalten sie vom Brenner selbst keine Echtzeitinformationen. Erfahrene Bediener beobachten den Lichtbogen, lauschen dem hohen Pfeifen des Plasmas, um seinen Zustand zu bestimmen, und überwachen den Betrieb an der Steuerung. Wenn sich die Tonhöhe der Pfeife ändert, könnten sie vermuten, dass die Düsenbohrung erodiert. Natürlich wissen sie es erst, wenn sie das System stoppen und die Verbrauchsmaterialien überprüfen. Das Schlimmste ist, dass dies alles reaktiv ist. Das Problem ist bereits aufgetreten.

Das beginnt sich jedoch zu ändern. Bei einigen der neuesten Fortschritte beim Plasmaschneiden sind Sensoren direkt in die Verschleißteilkartusche des Brenners integriert. Derzeit wird die Technologie im Leichtindustriemarkt eingesetzt, hauptsächlich um das Schneidsystem für verschiedene Anwendungen einzurichten. In diesem Segment benötigt eine Werkstatt möglicherweise Verbrauchsmaterialien für das Handschneiden, das maschinelle Schneiden und sogar das Fugenhobeln. Die Kartuschen sind je nach Anwendung farblich gekennzeichnet (siehe Abbildung 6), um dem Bediener die richtige Auswahl zu erleichtern. Die Kartusche verfügt über einen Chipsatz, der direkt mit der Systemsteuerung kommunizieren kann. Das bedeutet, dass sich das Plasmasystem anhand seiner Verbrauchsmaterialkartusche effektiv selbst einrichtet.

Der Chip im Verbrauchsmaterial zeichnet außerdem Daten zu jeder ausgeführten Arbeit auf. Über eine App können die Informationen in den Patronen mit dem Smartphone ausgelesen werden. Wenn Bediener oder Techniker also die Daten auf der Kartusche scannen, können sie sehen, wann, wo und wie das Verbrauchsmaterial verwendet wurde. Sie können Details einschließlich System-Setup-Informationen, Druck und aktuelle Einstellungen sehen; an welche Plasmasysteme die Verbrauchsmaterialien angeschlossen waren; Nutzungsinformationen; wie viele Schnitte es durchgeführt hat und wie viele Stunden der Übertragungsbogen hat; und wie viele Übertragungslichtbögen ausgelöst und mit dem Werkstück in Kontakt gebracht wurden. Die Daten zeigen auch, wie oft das System in den Pilotmodus wechselte, in dem das Plasma im Inneren des Verbrauchsmaterials Lichtbögen erzeugt, bevor es auf die Werkstückoberfläche übertragen wird. Je mehr „Piloten“ durchgeführt werden, desto kürzer dürfte die Lebensdauer der Verbrauchsmaterialien sein.

Die Chip-Technologie am Brenner erhöht die Fehlersicherheit (Wortspiel beabsichtigt). Wenn die Verbrauchsmaterialkartusche und die Plasmasystemsteuerung kommunizieren, befinden sie sich auf derselben Seite. Wenn eine Diskrepanz zwischen den Einstellungen des Plasmasystems und dem Verbrauchsmaterial besteht, warnt das System den Bediener, der dann über das weitere Vorgehen entscheiden kann.

Verbrauchsmaterialkartuschen mit integriertem Chip helfen auch bei der Fehlerbehebung, da sie Fehlercodes und andere Betriebsparameter aufzeichnen können. Stellen Sie sich eine Schneidanwendung vor, bei der einige Verbrauchsmaterialien drei Stunden und andere sechs Stunden halten. Der Bediener scannt die Kartusche über ein Smartphone auf beiden Verbrauchsmaterialien und ruft den Verlauf jedes einzelnen auf. Durch den Vergleich der Daten mit anderen Betriebsdaten, die der Prozess möglicherweise erfasst, stellt das Unternehmen fest, dass das Verbrauchsmaterial mit der kürzeren Lebensdauer eine niedrigere Luftstromeinstellung hatte. Also passen sie den Luftstrom an – das Problem ist gelöst.

In solchen Situationen könnten die Daten dabei helfen, Lücken in der Ausbildung aufzudecken. Patronenchipdaten können bestimmten Betreibern zugeordnet werden. Wenn die Verbrauchsmaterialien eines Bedieners vorzeitig ausfallen, nutzt er dies, um das Problem zu lokalisieren und die besten Verfahren zum Plasmaschneiden im gesamten Unternehmen und in allen Schichten zu verbreiten.

Die Korrelation von Daten hilft auch dabei, Quellen von Inkonsistenzen zwischen Abläufen und zwischen Schichten aufzudecken. Beispielsweise stellen Werkstätten häufig fest, dass Plasmaschneidanlagen in der zweiten oder dritten Schicht mit höheren Gasdrücken arbeiten als die Systeme in der ersten Schicht. Warum? Weniger Systeme laufen in der zweiten und dritten Schicht. Derselbe Kompressor, der mehrere Maschinen versorgt, kann in der ersten Schicht nicht mit den erforderlichen Förderströmen Schritt halten, was zu niedrigen (und suboptimalen) Bedingungen führt. Oftmals bleiben solche Abweichungen verborgen, und die Betreiber tun einfach ihr Bestes, um sich anzupassen. Mit Daten kann ein Plasmabetrieb den Gasfluss über alle Schichten hinweg konstant halten, das Schneiden wiederholbarer machen und die Qualität insgesamt verbessern.

ABBILDUNG 3. In einer gut organisierten Verbrauchsmaterialschublade sind die Verbrauchsmaterialien nach Typ, Anwendung und verbleibender Lebensdauer gruppiert. Frische Verbrauchsmaterialien werden nicht zufällig neben gebrauchten Verbrauchsmaterialien fallen gelassen, die sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähern.

Daten helfen einem Shop, bessere Entscheidungen zu treffen. Für den zukünftigen Plattenhersteller könnte ein datenreiches Plasmasystem einen Präzisionsschneidauftrag in der Warteschlange erkennen und dann das Personal darauf hinweisen, dass die aktuellen Verbrauchsmaterialien mit hoher Wahrscheinlichkeit die Anforderungen an die Schnittqualität nicht erfüllen werden.

Anhand dieser Informationen kann der Bediener die Verbrauchsmaterialien wechseln, bevor er den Auftrag beendet. Alternativ könnte er die Arbeitsreihenfolge mit aktuellen Verbrauchsmaterialien ändern, um ein Nest in Angriff zu nehmen, bei dem Winkligkeit und andere Schnittvariablen nicht so wichtig sind. Sobald das erledigt ist, könnte er die Verbrauchsmaterialien wechseln und mit der Präzisionsschneidearbeit beginnen. Solche Daten könnten sogar Einfluss darauf haben, wie ein Unternehmen Teile verschachtelt, seine Aufträge plant oder sogar Angebote für seine Arbeit erstellt.

Beachten Sie, dass dies alles zukünftiges Potenzial darstellt und nicht den aktuellen Zustand. Sicherlich steckt das datenreiche Plasmaschneiden noch in den Kinderschuhen, aber sein Potenzial ist unbestreitbar. Sobald die Datenerfassung zunimmt und der Datensatz wächst, wird das Plasmaschneiden insgesamt intelligenter – im Idealfall, ohne dass frustrierte Bediener mehr einen Eimer mit Verbrauchsmaterialien durchsuchen, einen Wirbelring oder eine Düse greifen, sie hektisch in den Brenner einbauen und das System starten müssen , und einfach das Beste hoffen.