ESAB Videncenter.

Hvad er plasmaskæring?

Og hvordan virker det?

Plasma defineres i Websters som en “samling af ladede partikler … indeholdende omtrent lige mange positive ioner og elektroner og udvisende nogle egenskaber som en gas, men adskiller sig fra en gas ved at være en god leder af elektricitet …”. Man kan også tænke på det som en elektrisk opvarmet gasstrøm. Jeg kan godt lide at tænke på det som en tilstand, hvor alle elektronerne fra hvert atom flyder fra atom til atom i stedet for blot at kredse i kredsløb. Uanset hvad der foregår i en plasmastrøm, er det ret ligetil at skære metaller med den. Man tager den strøm af elektricitet, der strømmer gennem en gas, og indsnævrer den gennem en lille åbning. Nu er denne strøm virkelig tæt og bevæger sig meget hurtigt. Den resulterende strøm kan smelte og blæse gennem de fleste metaller ganske let. Det er en plasmabrænder.

Plasmaskærebrændere bruger normalt en kobberdyse til at indsnævre gasstrømmen med den lysbue, der strømmer igennem den. Denne lysbue hopper fra en elektrode i brænderen til noget andet – normalt det ledende materiale, der skæres. Det er en “overført lysbue”. Der findes nogle systemer, der anvender en “ikke-transfereret” lysbue, hvor den hopper fra elektroden tilbage til dysen, men de anvendes normalt ikke til skæring. Så det betyder, at plasmaskæring kun anvendes til materialer, der er ledende, primært blødt stål, rustfrit stål og aluminium. Men mange andre metaller og legeringer er også ledende, f.eks. kobber, messing, titan, monel, inconel, støbejern osv. Problemet er, at smeltetemperaturen for nogle af disse metaller gør dem vanskelige at skære med en kant af god kvalitet.

Elektroden er normalt lavet af kobber, men med en metalindsats på det punkt, hvor buen hæfter. Det skyldes, at kobberet ville smelte for hurtigt, hvis lysbuen hæftede sig direkte på det. Wolfram er et godt elektrodemateriale, så mange elektroder har en wolframindsats. Nogle mindre fakler bruger en “blyant”-elektrode, der er lavet helt af wolfram med en skærpet ende. Problemet med wolfram er, at det brænder op i nærvær af ilt. Så når der anvendes ilt eller trykluft som skæregas, er indsatsen fremstillet af et materiale kaldet Hafnium. Hafnium holder meget længere i tilstedeværelse af ilt, men det slides stadig en lille smule ved hver start af lysbuen.

Så hvorfor bruge ilt i en plasmabrænder? Af samme grund som man bruger Oxygen i en acetylenbrænder – Oxygenet i plasmastrømmen reagerer med blødt stål. Derfor bruges ren ilt kun ved skæring af blødt stål, eller “kulstofstål”. Den kemiske reaktion mellem ilten i plasmagassen og grundmetallet er med til at fremskynde skæreprocessen og forbedre kantkvaliteten. Men da ilt ikke har den samme reaktion med rustfrit stål eller aluminium, kan der anvendes billigere gasser til disse metaller, f.eks. kvælstof eller trykluft (som alligevel mest består af kvælstof).

Andre specialgasser anvendes undertiden til andre formål. Argongas anvendes ved plasmamærkning (et helt andet emne). En blanding af argon og brint anvendes ofte ved skæring af tykkere rustfrit stål eller aluminium. Nogle mennesker bruger en blanding af brint og kvælstof eller metan og kvælstof, når de skærer tyndere rustfrit stål. Hver blanding har sine fordele (forbedret skærekvalitet) og sine ulemper (omkostninger & håndtering).

Så det er nogle af de grundlæggende principper for plasmaskæring – en lysbue, der bæres i en gasstrøm fra en elektrode gennem en åbning og derefter ind i det ledende metal, der skæres. Der er masser af andre overvejelser, som jeg vil komme ind på senere, f.eks. hvirvlende gasser, kerf, højdekontrol, lysbuestart, skjoldgas osv. Men uanset om det er håndholdt eller monteret på en CNC-maskine, er det grundlæggende det samme.