ESAB Kunskapscenter.

Vad är plasmaskärning?

Och hur fungerar det?

Plasma definieras i Websters som en ”samling laddade partiklar … som innehåller ungefär lika många positiva joner och elektroner och som uppvisar vissa egenskaper som en gas men som skiljer sig från en gas genom att vara en god ledare för elektricitet …”. Man kan också se det som en elektriskt uppvärmd gasström. Jag gillar att tänka på det som ett tillstånd där alla elektroner från varje atom flödar från atom till atom, i stället för att bara kretsa runt. Oavsett vad som händer i en plasmeström är sättet att skära metaller med den ganska okomplicerat. Ta strömmen av elektricitet som flödar genom en gas och dra in den genom en liten öppning. Nu är strömmen riktigt tät och rör sig mycket snabbt. Den resulterande strömmen kan smälta och blåsa igenom de flesta metaller ganska lätt. Det är en plasmabrännare.

Plasmaskärbrännare använder vanligtvis ett kopparmunstycke för att begränsa gasströmmen med ljusbågen som flödar genom det. Denna ljusbåge hoppar från en elektrod i brännaren till något annat – vanligtvis det ledande material som ska skäras. Det är en ”överförd ljusbåge”. Det finns vissa system som använder en ”icke överförd” ljusbåge där den hoppar från elektroden tillbaka till munstycket, men dessa används vanligtvis inte för skärning. Det betyder alltså att plasmaskärning endast används för material som är ledande, främst mjukt stål, rostfritt stål och aluminium. Men många andra metaller och legeringar är också ledande, t.ex. koppar, mässing, titan, monel, inconel, gjutjärn osv. Problemet är att smälttemperaturen för vissa av dessa metaller gör dem svåra att skära med en kant av god kvalitet.

Elektroden är vanligen tillverkad av koppar, men med ett metallinlägg vid den punkt där ljusbågen fäster. Det beror på att kopparen skulle smälta för snabbt om ljusbågen fäste direkt på den. Volfram är ett utmärkt elektrodmaterial, så många elektroder har ett volframinsats. Vissa mindre brännare använder en ”penna”-elektrod som är helt gjord av volfram med en vässad ände. Problemet med volfram är att det brinner upp i närvaro av syre. När man använder syre eller tryckluft som skärgas är insatsen därför tillverkad av ett material som kallas Hafnium. Hafnium håller mycket längre i närvaro av syre, men det slits fortfarande lite vid varje start av ljusbågen.

Så varför använda syre i en plasmabrännare? Av samma anledning som man använder syre i en acetylenbrännare – syret i plasmaströmmen reagerar med mjukt stål. Därför används ren syre endast vid skärning av mjukt stål, eller ”kolstål”. Den kemiska reaktionen mellan syret i plasmagasen och grundmetallen bidrar till att påskynda skärprocessen och förbättra kantkvaliteten. Men eftersom syre inte har samma reaktion med rostfritt stål eller aluminium kan billigare gaser användas för dessa metaller, t.ex. kväve eller tryckluft (som ändå till största delen består av kväve).

Andra specialgaser används ibland för andra ändamål. Argongas används vid plasmamärkning (ett helt annat ämne). En blandning av argon och väte används ofta när man skär tjockare rostfritt stål eller aluminium. Vissa använder en blandning av väte och kväve eller metan och kväve vid skärning av tunnare rostfritt stål. Varje blandning har sina fördelar (förbättrad skärkvalitet) och sina nackdelar (kostnad & hantering).

Så detta är några av grunderna för plasmaskärning – en ljusbåge som förs i en gasström från en elektrod genom en öppning och sedan in i den ledande metallen som skärs. Det finns många andra överväganden som jag kommer att ta upp senare, t.ex. virvlande gaser, skåravstånd, höjdkontroll, bågstart, skyddsgas osv. Men oavsett om den är handhållen eller monterad på en CNC-maskin är grunderna desamma.