Plasmasnijden geschiedenis en technieken

Plasmasnijden is ontstaan in de jaren 50 van de 20e eeuw. De basis voor deze snijtechniek ligt in een verbindingstechniek; het TIG-lassen.

Dit artikel is onderdeel van een serie over plasmasnijden. Lees hier deel 1, deel 3 en deel 4.

Geschiedenis

Het TIG lassen is in 1941, tijdens de tweede wereldoorlog in de Verenigde Staten ontdekt. Dit komt voort vanuit de behoefte om lichte metalen beter met elkaar te verbinden.

Bijna 10 jaar later, in 1950, ging men experimenteren met het TIG-lasproces. Zo werd ontdekt dat het afknellen van de gastoevoer de eigenschappen van het TIG-lassen veranderd. De lasboog wordt nauwer, waardoor de gassnelheid en hittebestendigheid toenemen. Hierdoor nemen ook het voltage en de temperatuur aanzienlijk toe.

Plaatwerk PlasmasnijdenPlasmasnijden is een snijmethode waarbij gas en elektriciteit worden omgezet in plasma.
Plasmasnijden PlaatwerkBij het plasmasnijden kan de temperatuur oplopen tot wel 25.000°C

Door de hoge temperaturen smelt het materiaal, vervolgens blaast door de hoge gassnelheden het gesmolten materiaal weg. Hierdoor ontstaat een snijvoeg.

Het plasmasnijden is vervolgens steeds nauwkeuriger geworden. Tegenwoordig is het proces veel intensiever. Temperaturen kunnen oplopen tot 25.000 °C. De plasmasnijtechniek is ontwikkelt om metalen te kunnen snijden die niet of minder geschikt zijn voor autogeen snijden zoals aluminium en roestvast staal.

Weetje!

Wat is plasma?

Plasma is een gas dat door extreme verhitting (deels) geïoniseerd is. Het wordt ook wel de vierde aggregatietoestand genoemd (solide, vloeibaar, gas en plasma). Door een hoge energietoevoeging raken bepaalde gasatomen elektronen kwijt. De vrijgekomen elektronen bewegen zich vrij door de ruimte en de achtergebleven kern is geïoniseerd.

Plasma is een uitstekende geleider van elektriciteit, reageert op verandering in de elektrische of magnetische velden en kan chemische reacties versnellen. Er zijn dan ook vele toepassingsmogelijkheden.

Wat is plasmasnijden?

Plasmasnijden is een smeltsnijtechniek om metalen zoals staal, RVS en aluminium te snijden. Het proces werkt als volgt:

Gas wordt naar het mondstuk van de toorts gevoerd. Aangekomen bij het mondstuk wordt het door een kleine opening in de toorts naar buiten gedreven. Het gas komt in aanraking met elektriciteit en wordt omgezet in geïoniseerd gas, ook wel plasma genoemd.

De toorts bevat een negatief geladen elektrode en het werkstuk is positief geladen. Tussen beide wordt een stroomkring tot stand wordt gebracht. De elektrische boog wordt door de vormgeving van het mondstuk sterk ingesnoerd. Hierdoor ontstaat een boog die uiterst smal en stabiel is, met een hoge energiedichtheid. Zo kan de temperatuur extreem hoog oplopen (tot 25.000 C).

Door de hoge uitdrijftemperatuur smelt het metaal weg en wordt door het plasmagas uit de snijvoeg geblazen. Er vind dus geen verbranding plaats, zoals dat wel het geval is bij autogeen snijden. Hierdoor ontstaat een nauwkeurige snede en kunnen zowel laag- als hooggelegeerde staalsoorten (RVS en aluminium) gesneden worden.

Principe van plasmasnijdenHet gas wordt door een kleine opening in de toorts gedreven. Door een uiterst smalle en stabiele boogkring neemt de energiedichtheid toe. Door de intense hitte smelt het materiaal weg.

Variaties op het plasmasnijden

Het plasmasnijden kan op veel verschillende manieren ingezet worden. Er zijn veel verschillende technieken en machines, ieder met hun eigen voordelen en toepassingsgebieden.

  • Fijnstraal plasmasnijden
  • Snijden met een enkele gasstroom
  • Snijden met een dubbele gasstroom
  • Snijden met perslucht
  • Snijden met water

Fijnstraal plasmasnijden

Bij fijnstraal plasmasnijden wordt het snijgas sterk ingesnoerd. Deze insnoering wordt gerealiseerd door het boogplasma te roteren. Voordat het plasma de snijkop verlaat wordt een beschermgas toegevoegd. Soms past men ook een magneet toe die de plasmastroom nog sterker insnoert.

Door een sterke insnoering ligt de snijkwaliteit dicht bij die van lasersnijden. De snede is erg smal, recht en nauwkeurig. Omdat er sprake is van minder warmte inbreng, zal het materiaal minder vervormen.

Plasmasnijden met enkele gasstroom

Plasmasnijden met een enkele gaststroom wordt veel toegepast. Een wolfraamelektrode fungeert als negatief geladen deel in de snijkop. De toorts wordt in principe gekoeld door gas, maar kan, wanneer er veel snijwerk is, vervangen worden voor een toorts met waterkoeling.

Plasmasnijden met dubbele gasstroom

Plasmasnijden met een secundaire gasstroom geeft een verhoogde kwaliteit en hogere snijsnelheden. Om het ioniserende gas te beschermen en te sturen wordt een tweede gas toegevoegd.
De secundaire gasstroom werkt als beschermgas en voorkomt de vorming van oxidatie. Ook snoert het ioniserende gas nog verder in, waardoor een zeer krachtige straal gerealiseerd wordt.

Plasmasnijden met perslucht

Het is ook mogelijk om te plasmasnijden met perslucht. De perslucht die als ioniserend gas dient is goedkoper, maar heeft een aantal nadelen. Het plasmasnijden geeft veel meer lawaai en stofdeeltjes af. Daarnaast vereist deze techniek een aangepaste electrode (hafnium of zirkonium in een houder van koper).

Perslucht snijden is uitermate geschikt voor dunne materialen omdat de warmte inbreng gering is.

Plasmasnijden met water

Plasmasnijden met water is een techniek om dikker plaatwerk te snijden. Het water wordt langs de snijkop gevoerd en aan de omtrek weggespoten. Hierdoor wordt het gas ingesnoerd en de snijkop gekoeld.

Door de intensieve koeling is de warmt inbreng gering en behoudt het plaatwerk zijn natuurlijke eigenschappen, zonder dat er vervorming optreedt.