Plasma-Lichtbogenbearbeitung (PAM): Funktionsweise & industrielle Anwendungen

Heute lernen wir Plasma-Lichtbogenbearbeitung (PAM): Funktionsweise, Anwendungen, Vor- und Nachteile. Los geht's.

Was ist Plasma?

Bei „Plasma-Lichtbogenbearbeitung“ fragt man sich zuerst: Was ist Plasma? Schauen wir genau hin.

Erhitzt man ein Gas oder Luft auf hohe Temperaturen, steigt die Zahl der Atomkollisionen. Über 5500 °C ionisiert das Gas teilweise in positive, negative und neutrale Ionen. Über 11000 °C ionisiert es vollständig. Ein vollständig ionisiertes Gas nennt man Plasma. Plasmazustand liegt zwischen 11.000 °C und 28.000 °C.

Was ist Plasma-Lichtbogenbearbeitung?

Plasma-Lichtbogenbearbeitung (PAM) ist ein Metallschneideprozess, bei dem Metalle mit Plasma-Lichtbogen, Wolfram-Inertgas-Lichtbogen oder Brenner geschnitten werden. Hauptsächlich für Metalle, die nicht mit Acetylenbrenner geschnitten werden können. PAM wurde 1964 in der Industrie eingeführt als Verfahren für Lichtbogenschweißen mit geringerem Strombedarf. Auch als PAM bezeichnet. PAM nutzt einen hochgeschwindigen Strahl hochtemperierten Gases, um Material auf seinem Pfad zu schmelzen und zu verdrängen.

Je nach Werkstückmaterial werden unterschiedliche Gase verwendet. Werkstück kann Aluminium, Eisen oder Stahl sein. Beispiel: Für Aluminium Stickstoff, für Argon Wasserstoff. Meist Stickstoff und Wasserstoff.

Weiterführende Links:

• Wasserstrahlbearbeitung – Prinzip, Vor-/Nachteile, Anwendung
• Elektronenstrahlbearbeitung – Wie funktioniert der Prozess?
• Elektroerosion (EDM) – Prozess und Funktionsweise

Aufbau

PAM besteht aus einer Plasmapistole. Diese hat eine Wolframelektrode in der Kammer. Die Wolframelektrode ist mit dem Minuspol der Gleichstromquelle verbunden → Kathode. Der Pluspol ist mit der Düse verbunden → Anode.

Funktionsweise der Plasma-Lichtbogenbearbeitung

Bei Stromzufuhr entsteht ein Lichtbogen zwischen kathodischer Wolframelektrode und anodischer Düse. Trifft Gas auf den Plasma, kollidieren Gasatome mit Elektronen des Lichtbogens → ionisiertes Gas = Plasma. Dieses Plasma wird mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück gerichtet – Bearbeitung beginnt. Hinweis: Hohe Spannung nötig für Plasmazustand.

Im Prozess herrschen Hochtemperaturbedingungen. Heiße Gase aus der Düse → Überhitzungsgefahr. Zur Verhinderung: Wassermantel.

Wichtige PAM-Parameter:

• Strom: bis 500 A
• Spannung: 30–250 V
• Schneidgeschwindigkeit: 0,1–7,5 m/min
• Plattendicke: bis 200 mm
• Leistungsbedarf: 2–200 kW
• Materialabtragsrate: 150 cm³/min
• Plasmageschwindigkeit: 500 m/s
• Werkstückmaterial: Wie gesagt, jedes Metall. Aluminium und Edelstahl sehr empfohlen.

Weiterführende Links:

• Elektrochemische Bearbeitung (ECM) – Prinzip, Ausrüstung, Vor-/Nachteile, Anwendung
• Ultraschallbearbeitung (USM) – Hauptteile, Prinzip, Vor-/Nachteile, Anwendung
• Laserstrahlbearbeitung – Hauptteile, Prinzip, Funktionsweise, Anwendung

Vorteile

• PAM bearbeitet harte und spröde Metalle leicht.
• Anwendbar auf fast alle Metallarten.
• Hohe Schneidrate.
• Bessere Maßgenauigkeit bei kleinen Kavitäten.
• Einfacher, effizienter Prozess.
• Große Rolle bei automatischer Reparatur von Turbinenschaufeln.

Nachteile

• PAM erfordert diverse Ausrüstung – sehr hohe Kosten.
• Hoher Verbrauch an Inertgasen.
• Entstehung unnötig schmaler Oberflächen.
• Schädlichster Teil: Metallurgische Veränderungen an der Oberfläche.
• Bediener muss Vorsichtsmaßnahmen treffen. Prozess kann Augen schädigen – Schutzbrille/Helm Pflicht.

Anwendungen

• Vorwiegend für kryogene, hochtemperaturbeständige, korrosionsfeste Legierungen.
• Titanplatten bis 8 mm Dicke.
• Atom-U-Boot-Rohrsysteme, Schweißen von Stahlraketenmotorgehäusen.
• Prominent für Edelstahlrohre und Rohrmühlen.

In dieser High-Tech-Schweißtechnik hat PAM große Bedeutung. Trotz Nachteilen in allen Anwendungen hochgradig vorteilhaft.

Heute haben wir Plasma-Lichtbogenbearbeitung kennengelernt. Wenn Sie wertvolles Wissen gewonnen haben: Teilen Sie den Artikel – Sharing is Caring!