ESAB Kenniscentrum.

Wat is Plasma Arc Cutting?

En hoe werkt het?

Plasma wordt in Websters gedefinieerd als een “verzameling geladen deeltjes … die ongeveer evenveel positieve ionen als elektronen bevat en een aantal eigenschappen van een gas vertoont, maar zich van een gas onderscheidt doordat het een goede geleider van elektriciteit is …”. Je kunt het ook zien als een elektrisch verwarmde gasstroom. Ik zie het graag als een toestand waarin alle elektronen van elk atoom van atoom naar atoom stromen, in plaats van alleen maar rondjes te draaien. Ongeacht wat er in een plasmastroom gebeurt, is de manier om er metalen mee te snijden vrij eenvoudig. Neem die stroom elektriciteit die door een gas stroomt, en vernauw hem door een kleine opening. Nu is die stroom heel dicht en beweegt heel snel. De resulterende stroom kan de meeste metalen vrij gemakkelijk smelten en doorblazen. Dat is een plasmatoorts.

Plasmasnijtoortsen gebruiken gewoonlijk een koperen mondstuk om de gasstroom te vernauwen met de vlamboog die erdoorheen stroomt. Die vlamboog springt van een elektrode in de toorts naar iets anders – meestal het geleidende materiaal dat wordt gesneden. Dat is een “overgedragen vlamboog”. Er zijn enkele systemen die gebruik maken van een “niet-overgebrachte” boog, waarbij de boog van de elektrode terugspringt naar het mondstuk, maar die worden gewoonlijk niet gebruikt om te snijden. Dat betekent dus dat plasmasnijden alleen wordt gebruikt voor materialen die geleidend zijn, voornamelijk zacht staal, roestvrij staal en aluminium. Maar veel andere metalen en legeringen zijn ook geleidend, zoals koper, messing, titanium, monel, inconel, gietijzer, enz. Het probleem is dat de smelttemperatuur van sommige van die metalen het moeilijk maakt om ze met een goede snijkwaliteit te snijden.

De elektrode is meestal gemaakt van koper, maar met een metalen inzetstuk op het punt waar de boog aanhecht. Dat is omdat het koper te snel zou smelten als de boog er rechtstreeks op zou aansluiten. Wolfraam is een uitstekend elektrodemateriaal, dus veel elektroden hebben een wolfraaminzetstuk. Sommige kleinere toortsen gebruiken een “potlood” stijl elektrode gemaakt volledig uit wolfraam met een geslepen einde. Het probleem met wolfraam is dat het opbrandt in aanwezigheid van zuurstof. Dus wanneer zuurstof of perslucht als snijgas wordt gebruikt, wordt het inzetstuk gemaakt van een materiaal dat Hafnium heet. Hafnium gaat veel langer mee in de aanwezigheid van zuurstof, maar het slijt nog steeds een beetje bij elke start van de boog.

Waarom gebruik je dan zuurstof in een plasmatoorts? Dezelfde reden waarom u zuurstof gebruikt in een acetyleentoorts – de zuurstof in de plasmastroom reageert met zacht staal. Daarom wordt zuivere zuurstof alleen gebruikt bij het snijden van zacht staal, of ‘koolstofstaal’. Die chemische reactie tussen de zuurstof in het plasmagas en het basismetaal helpt om het snijproces te versnellen en de kwaliteit van de snijkanten te verbeteren. Maar aangezien zuurstof niet dezelfde reactie vertoont met roestvrij staal of aluminium, kunnen voor die metalen minder dure gassen worden gebruikt, zoals stikstof of perslucht (die toch voor het grootste deel uit stikstof bestaat).

Andere speciale gassen worden soms voor andere doeleinden gebruikt. Argon gas wordt gebruikt bij plasma markeren (een heel ander onderwerp). Een mengsel van Argon en Waterstof wordt vaak gebruikt bij het snijden van dikker roestvrij staal of Aluminium. Sommige mensen gebruiken een mengsel van Waterstof en Stikstof, of Methaan en Stikstof bij het snijden van dunner Roestvrij staal. Elk mengsel heeft zijn voordelen (betere snijkwaliteit) en zijn nadelen (kosten & hantering).

Dit zijn dus enkele van de basisprincipes van plasmasnijden – een boog die in een gasstroom van een elektrode door een opening wordt gevoerd en dan in het geleidende metaal dat wordt gesneden. Er zijn veel andere overwegingen die ik later zal behandelen, zoals wervelende gassen, kerf, hoogtecontrole, boogstart, beschermgas, enz. Maar of het nu hand-held is of gemonteerd op een CNC machine, de basis is hetzelfde.