Plasmasnijden dicht langzamerhand het gat met lasersnijden

Sedert de jaren 50 van de vorige eeuw presenteert plasmasnijden zich al als een betrouwbare snijtechniek. De technologie is er de decennia die volgden alleen maar betrouwbaarder op geworden. De laatste jaren zijn ook enorme stappen gezet waardoor de plasmasnijmachine zich langzamerhand naast de lasersnijmachine kan plaatsen. Dat heeft vooral te maken met technische verbeteringen die een betere snedekwaliteit met zich mee brachten. Dit artikel brengt de voornaamste troeven van het plasmasnijden voor het voetlicht.

Bovendien zijn er geen beperkingen in het formaat (de lengte waarover het portaal beweegt is quasi onbegrensd) en de dikte van de plaat, waar een lasersnijmachine wel rekening mee moet houden.

Plasmasnijden is eigenlijk voortgekomen uit het TIG-lassen. Men ontdekte dat door de gastoevoer af te knellen de eigenschappen van het lasproces veranderden. Dit leidde tot een nauwere lasboog, en daarbij een hogere gassnelheid en hittebestendigheid wat op zijn beurt zorgde voor een aanzienlijke toename in het voltage en de temperatuur (tot 30.000 °C). Het gevolg: men kon voortaan metalen snijden in plaats van verbinden. Hoe gaat het nu precies in zijn werk? Bij plasmasnijden wordt het aangevoerde gas via een kleine opening in de nozzle van de toorts naar buiten gebracht. Daar komt het gas in aanraking met elektriciteit, waardoor het wordt omgezet in geïoniseerd gas, oftewel plasma. Men noemt dit de vierde aggregatietoestand. De gedeeltelijke ionisering door de extreme verhitting maakt dat bepaalde gasatomen elektronen kwijtraken. De vrijgekomen elektronen bewegen zich vervolgens vrij door de ruimte, de achtergebleven kern is geïoniseerd. De toorts van de plasma-installatie bevat een negatief geladen elektrode, terwijl het werkstuk positief geladen. Daardoor kan er een elektrische boog tot stand gebracht worden, die door de vormgeving van de nozzle sterk wordt ingesnoerd met als resultaat een uiterst smalle en stabiele boog met een hoge energiedichtheid. Door die hoge uitdrijftemperatuur smelt het metaal weg. Het plasmagas zal er dan weer voor zorgen dat het metaal uit de snijvoeg wordt weggeblazen. Geen verbranding dus, waardoor er een nauwkeurige snede ontstaat in zowel laag- als hooggelegeerde staalsoorten.

Verder springt ook zijn uitstekende prijs-kwaliteitverhouding in het oog. De investeringskosten liggen immers een stuk onder wat metaalbewerkers moeten neerleggen voor een lasersnijmachine.

Sterke troeven plasmasnijden
Toen plasmasnijden industrieel marktrijp was, zorgde het voor een revolutie waar metalen gesneden moesten worden. Juist door de hoge temperaturen die konden ontstaan, scoorde plasmasnijden van het begin zeer goed in het nauwkeurig snijden van dikke platen. Een troef die het tot op vandaag nog niet uit handen gegeven heeft. Door deze eigenschap, in combinatie met een betere kwaliteit van de snijrand wist het plasmasnijden de techniek van het autogeen snijden voor een groot deel uit de markt te spelen. Er vormt zich overigens ook geen oxidehuid tijdens het plasmasnijden, aangezien het een smeltsnijproces betreft. Een tweede belangrijk voordeel van het plasmasnijden is de mogelijkheid om traploos tot 45° te snijden. Men kan met andere woorden laskanten gaan aanbrengen, waardoor men zich een bewerking achteraf kan uitsparen. Verder springt ook zijn uitstekende
prijs-kwaliteitverhouding in het oog. De investeringskosten liggen immers een stuk onder wat metaalbewerkers moeten neerleggen voor een lasersnijmachine. Dat heeft alles te maken met de zwaardere eisen die een laser aan de snijtafel stelt. Een plasmasnijmachine hoeft niet met dezelfde snelheden te bewegen en wordt daardoor ook minder aan G-krachten blootgesteld, die een impact kunnen hebben op de straal. Hierdoor kan de constructie dus een stuk goedkoper. Bovendien zijn er geen beperkingen in het formaat (de lengte waarover het portaal beweegt is quasi onbegrensd) en de dikte van de plaat, waar een lasersnijmachine wel rekening mee moet houden.

Set 6 - Stainless SteelDoor het gebruik van water blijft de warmtebeïnvloede zone immers binnen de perken. Dat is vooral goed nieuws voor wie aluminium, rvs en edelstalen wil bewerken.

Beperkingen wegwerken
Aan de basis van het plasmanijden ligt een thermisch snijproces waarbij een extreme hitte ontstaat. Deze hitte speelt het plasmasnijden parten ten opzichte van het lasersnijden, want ze kan in de zone waar de warmtebeïnvloeding plaatsvindt voor problemen zorgen. Zo kan er bijvoorbeeld verharding, scheurvorming of verkleuring optreden. Dat vroeg om beheersing, waar de fabrikanten van plasmasnijmachines tot op zekere hoogte in slaagden door koeling toe te voegen aan het proces. Lange tijd moest het plasmanijden echter inzake snedekwaliteit het onderspit delven ten opzichte van het lasersnijden. Zeker in het dunnere plaatwerk en bij hittegevoeligere materialen zoals aluminium en rvs.

Veel fabrikanten legden dan ook de focus in het R&D-werk op het wegwerken van deze beperking. En met succes. Met de komst van technische verbeteringen in het plasmasnijden, ging de kwaliteit van de snijrand enorm omhoog en kan de plasmasnijmachine ook qua snelheid wat beter de concurrentie aan met het lasersnijden.

Set 6 - Stainless SteelEen tweede belangrijke voordeel van het plasmasnijden is de mogelijkheid om traploos tot 45° te snijden. Men kan met andere woorden laskanten gaan aanbrengen, waardoor men zich een bewerking achteraf kan uitsparen.

Recente vooruitgang in plasmasnijden
De ontwikkelingen vinden vooral plaats in de stroombron zelf. Zo kiest men ervoor om in plaats van een beschermgas een waterstraal te gebruiken. Dat heeft als gevolg dat de haaksheid van de snijvoeg nauwkeuriger wordt. Daarnaast kan men ook meer gaan spelen met de verhouding tussen de diameter van het gat en de plaatdikte. Waar men vroeger beperkt bleef tot 1:1 is nu zelfs 2:1 mogelijk. Water zorgt uiteraard ook voor een verkoelend effect, waardoor men bijvoorbeeld in dun aluminium minder last zal hebben van die typische verkleuring. Door het gebruik van water blijft de warmtebeïnvloede zone immers binnen de perken. Dat is vooral goed nieuws voor wie aluminium, rvs en edelstalen wil bewerken. De lagere warmte zal overigens ook zijn invloed hebben op de levensduur van de nozzle. Een tweede evolutie heeft te maken met het beter controleren van de gasstroom. De toevoeging van sensoren maakt dat het beëindigen van een snijbeweging beter geïdentificeerd kan worden, waardoor de vlamboog geleidelijk kan doven in plaats van abrupt afbreken. Dit zorgt voor een betere bescherming van de elektrode en dus minder slijtage en minder operationele kosten. 

Tekst: Valérie Couplez  Beeld: Astratec, Haco,   Hypertherm en Kjellberg Finsterwalde