ESAB Tietokeskus.

Mitä on plasmakaarileikkaus?

Ja miten se toimii?

Plasma määritellään Webstersissä ”varattujen hiukkasten kokoelmaksi … joka sisältää suunnilleen yhtä paljon positiivisia ioneja ja elektroneja ja jolla on joitakin kaasun ominaisuuksia, mutta joka eroaa kaasusta siinä, että se johtaa hyvin sähköä …”. Voit ajatella sitä myös sähköisesti lämmitettynä kaasuvirtana. Ajattelen sitä mielelläni tilana, jossa kaikkien atomien kaikki elektronit virtaavat atomista atomiin sen sijaan, että ne vain kiertäisivät toisiaan. Riippumatta siitä, mitä plasmavirran sisällä tapahtuu, tapa leikata metalleja sillä on melko suoraviivainen. Otetaan kaasun läpi virtaava sähkövirta ja supistetaan se pienen aukon läpi. Nyt virta on todella tiheä ja liikkuu hyvin nopeasti. Tuloksena syntyvä virta voi sulattaa ja puhaltaa useimpia metalleja melko helposti. Tuo on plasmapoltin.

Plasmaleikkauspolttimissa käytetään yleensä kuparisuutinta supistamaan kaasuvirtaa, jonka läpi valokaari virtaa. Tuo valokaari hyppää polttimessa olevasta elektrodista johonkin muuhun – yleensä leikattavaan johtavaan materiaaliin. Tämä on ”siirretty valokaari”. Joissakin järjestelmissä käytetään ”ei-siirrettyä” valokaarta, jossa valokaari siirtyy elektrodista takaisin suuttimeen, mutta niitä ei yleensä käytetä leikkaamiseen. Tämä tarkoittaa siis sitä, että plasmaleikkausta käytetään vain johtaviin materiaaleihin, pääasiassa mietoon teräkseen, ruostumattomaan teräkseen ja alumiiniin. Mutta myös monet muut metallit ja seokset ovat johtavia, kuten kupari, messinki, titaani, monel, inconel, valurauta jne. Ongelmana on, että joidenkin näiden metallien sulamislämpötilan vuoksi niitä on vaikea leikata hyvälaatuisella terällä.

Elektrodi on tavallisesti valmistettu kuparista, mutta siinä on metallinen insertti kohdassa, johon valokaari kiinnittyy. Tämä johtuu siitä, että kupari sulaisi liian nopeasti, jos valokaari kiinnittyisi suoraan siihen. Volframi on loistava elektrodimateriaali, joten monissa elektrodeissa on volframi-insertti. Joissakin pienemmissä polttimissa käytetään lyijykynätyyppistä elektrodia, joka on tehty kokonaan volframista ja jonka pää on teroitettu. Volframin ongelmana on, että se palaa hapen läsnä ollessa. Kun leikkauskaasuna käytetään happea tai paineilmaa, polttimen sisus on valmistettu Hafnium-nimisestä materiaalista. Hafnium kestää paljon pidempään hapen läsnä ollessa, mutta se kuluu silti hieman jokaisen valokaaren käynnistyksen yhteydessä.

Miksi siis käyttää happea plasmapolttimessa? Samasta syystä kuin käytät happea asetyleenipolttimessa – plasmavirran happi reagoi mietoteräksen kanssa. Siksi puhdasta happea käytetään vain leikattaessa mietoa terästä eli ”hiiliterästä”. Plasmakaasun hapen ja perusmetallin välinen kemiallinen reaktio nopeuttaa leikkausprosessia ja parantaa terän laatua. Mutta koska happi ei reagoi samalla tavalla ruostumattoman teräksen tai alumiinin kanssa, näille metalleille voidaan käyttää halvempia kaasuja, kuten typpeä tai paineilmaa (joka on suurimmaksi osaksi typpeä joka tapauksessa).

Muita erikoiskaasuja käytetään joskus muihin tarkoituksiin. Argon-kaasua käytetään plasmamerkkauksessa (aivan toinen aihe). Argonin ja vedyn seosta käytetään usein, kun leikataan paksumpaa ruostumatonta terästä tai alumiinia. Jotkut käyttävät vedyn ja typen tai metaanin ja typen seosta leikatessaan ohuempaa ruostumatonta terästä. Jokaisella seoksella on omat etunsa (parempi leikkauslaatu) ja haittansa (kustannukset & käsittely).

Näissä on siis joitakin plasmaleikkauksen perusasioita – valokaari kuljetetaan kaasuvirrassa elektrodista aukon läpi ja sitten leikattavaan johtavaan metalliin. On paljon muita näkökohtia, joita käsittelen myöhemmin, kuten pyörteiset kaasut, viilto, korkeuden säätö, valokaaren käynnistys, suojakaasu jne. Mutta riippumatta siitä, onko se käsikäyttöinen vai CNC-koneeseen asennettu, perusasiat ovat samat.