A plazma áramforrása biztosítja a működéshez szükséges feszültséget és a vágó áramot a fő és segéd ív (pilot arc) számára. A vágás elején az alacsony energiájú segédív a fúvóka és a nagyfeszültségű elektróda között világít. A segéd ív gyújtja meg a fő plazma ívet. Terhelés nélkül a plazmavágó feszültsége 240-400V között van, a vágó áram pedig 150-300A között szabályozható.

A plazmavágás alapvetően a plazmaégő típusától függ, amelynek részei a plazma fúvóka és az elektróda. Mind a plazmafúvóka, mind az elektróda élettartama korlátozott. Az elektróda élettartalmát leginkább a vágóáram intenzitása, az ív gyújtások száma és a használt plazmagáz típusa határozza meg. A fúvóka élettartamára pedig a fúvóka kialakítása, anyaga, hővezető képessége, üzemidő, ívgyújtások száma, átlyukasztások száma és a fúvóka hűtése van hatással. Általában rúd alakú volfrám elektródák és tű alakú cirkon vagy hafnium elektródákat használnak. A kopási hajlamnak köszönhetően a volfrám elektródákat csak inert plazma gázokkal és keverékükkel, valamint kis reakcióképességű és redukáló plazmagázokkal lehet használni. Ha tiszta oxigént használunk, vagy a plazmagáz tartalmaz oxigént, akkor az élettartam jelentősen növelhető cirkon vagy hafniumból készült elektróda alkalmazásával. Ha a plazmavágást oxigén jelenlétében végezzük, akkor növelhetjük az elektróda élettartamát úgy is, hogy két gázt használunk: a gyújtási eljárásnál kevésbé oxidáló gázt, a vágásnál pedig oxigént.

További plazmavágási lehetőség a víz alatti végzett plazmavágás. Ezt az eljárást a vízfelszín alatt 60- 100 mm-re végzik, ezáltal jelentősen csökkentve a zajt, növelve a biztonságot és csökkentve a környezet por és aeroszol szennyezését. Miután a víz alatt végzett vágás több energiát igényel, mint az atmoszférában végzett vágás, ezért itt csak kisebb vágási sebesség érhető el. Erősen ötvözött acélokat 20 mm-ig lehet gazdaságosan víz alatt vágni.

1.1.2. Plazmagázok

Plazmagáznak hívjuk az összes gázt, vagy gázkeveréket, amelyeket a plazma előállítására, vagy vágásra alkalmazunk. A plazmavágás két fő fázisa a plazmagyújtási és vágási fázis. Ezért a plazmagázok feloszthatók gyújtásnál és vágásnál használt gázokra, amelyek különböznek a gázok típusának és áramlási mennyiségének szempontjából. A vágógázok mellett a plazmaégő kialakításától függően lehetnek még másodlagos, segédgázok, illetve víz. A plazmagáz döntő szerepet játszik a minőségben és a vágás gazdaságosságban. Különböző anyagok és különböző anyagvastagságok különböző plazmaközeget igényelnek. Ezek a közegek lehetnek gázok, gázkeverékek, vagy akár víz is. Az alkalmazott gáz kiválasztásnál a gáz fizikai és mechanikai tulajdonságait is számításba kell venni, annak érdekében, hogy nagy vágási sebességet és jó minőséget érjünk el. A plazmasugárral szemben támasztott követelmények a nagy energiatartalom, a jó hővezetés és a nagy mozgási energia is, amit a különböző plazmagázok fizikai tulajdonságai határoznak meg.

A kémiai tulajdonságok – redukáló, semleges, oxidáló hatású – szintén nagymértékben befolyásolják a vágási minőségét és az esetleges további utómunkák költségeit. Jelentős hatása van a minőségre annak is, ha plazmagáz kölcsönhatásba lép az olvadt fémmel. A fentiek értelmében különös figyelmet kell fordítani a plazmagáz kiválasztása a vágandó anyag és eljárás függvényében. Inert és aktív gázok és azok keverékei általában alkalmasak plazmagáznak. Plazmagáznak lehet használni argont, hidrogént, nitrogént, oxigént és ezek keverékeit, valamint levegőt. Előnyöket és hátrányokat tekintve egyik fent említett plazmagáz sem nevezhető optimális plazma közegnek. Ezért legtöbb esetben a fenti gázok keverékeit használják. A nem megfelelő gázkeverékek a fogyó alkatrészek fokozottabb kopásához és a plazmaégő idő előtti tönkremeneteléhez vezethet.

Az argon az egyetlen semleges gáz, amit a levegő bontásából állítható elő. Nagy atomsúlya miatt a nagy impulzus sűrűségű plazma sugár elősegíti az olvadt anyag eltávolítását a vágott résből. Alacsony ionizációs energiája miatt, az argon viszonylag egyszerűen ionizálható. Ezért a tiszta argon gyakran alkalmazzák a plazmaív meggyújtásánál. Viszonylag kis hővezetési képessége és entalpiája miatt a tiszta argon nem ideális vágógáznak, mivel relatív csak kis vágási sebességet enged meg és használata nem jó minőségű felületet produkál.

A hidrogént az argonnal összehasonlítva láthatjuk, hogy a hidrogénnek nagyon kicsi az atomsúlya, de jó a hővezető képessége. A kétatomos hidrogén molekula ionizációja és újra egyesülése kezdetben nagy energiatartalmat biztosít az ívnek. A hidrogén önmagában még nem alkalmas plazmaközegként. Azonban, ha a hidrogén kedvező fizikai tulajdonságait (nagy energiatartalom és entalpia) ötvözzük az argon kedvező atomsúlyával, akkor egy gyorsan haladó nagy kinetikus energiájú, valamint megfelelő hőtartalommal rendelkező ívet kapunk, amivel az anyag könnyen és jól vágható lesz.

Az argon-hidrogén gázkeveréket gyakran alkalmazzák erősen ötvözött acélok és alumínium vágásához. Akár pár százaléknyi hidrogén hozzáadásával az argonhoz jelentős javulás érhető el minőségében és vágási sebességben. Továbbá a hidrogénredukáló hatása miatt sima, oxidmentes lesz a vágott felület. Ezt a keveréket gyakorlatban 150 mm-es lemezekig használják. A hidrogén aránya 35%, de ez az érték a vágandó anyagvastagság függvénye. A hidrogén mennyiségének 35% fölé növelése a gázban már nem növeli észrevehető mértékben a vágási sebességet. Amennyiben a hidrogén részaránya gázban több mint 40%, akkor a vágási felületen az anyag visszahajlik és megnő a sorjaképződés is.

A nitrogén a fizikai tulajdonságok szempontjából valahol az argon és a hidrogén között van. Atomsúlya messze meghaladja a hidrogénét, de jóval az argon alatt van. A nitrogén hővezető képessége jobb, entalpiája magasabb, mint az argoné, de a hidrogéné alatt van. Nitrogén az ív koncentrációjára gyakorolt hatása alapján hasonlóan viselkedik, mint a hidrogén. Hőtartalma is hasonló a hidrogénéhez. A nitrogén plazmagázként való alkalmazása lehetővé teszi a munkadarab gyors és oxidmentes vágását vékony falvastagság esetén. Hátránya, hogy a vágott él nagyon barázdált lesz. A tökéletesen párhuzamos élek vágása nehezen kivitelezhető. A tiszta nitrogén alkalmazása azonban minőségi problémákat vet fel. A nitrogén abszorpciója a vágott felületen a hegeszthetőség szempontjából kedvezőtlen hatás.

A nitrogén-hidrogén gázkeveréket gyakran alkalmazzák erősen ötvözött acél és alumínium vágásához. Ezzel a gázkeverékkel párhuzamos éleket lehet vágni észrevehetően nagyobb sebességgel, mint tiszta argon esetén. A vágott felületek oxidációja szintén kisebb mértékű, mint ha tiszta nitrogént használtunk volna. Ezek a gázkeverékek 20% hidrogéntartalomig formáló gázként használathatók.

Az argon- hidrogén-nitrogén gázkeveréket erősen ötvözött acél és alumínium vágásához alkalmazzák. Használatával jobb minőség, kevesebb pozíció probléma és sorjaképződés érhető el, mint argonhidrogén gázkeverék alkalmazásával. A legáltalánosabban használt gázkeverékek 50-60% argont, 30-50% nitrogén és hidrogént tartalmaznak. A hidrogén mennyisége a vágandó munkadarab vastagságától függ: vastagabb anyaghoz több hidrogént kell használni.

Oxigént használnak plazmagázként ötvözetlen és alacsonyan ötvözött acélok vágáshoz. Ha oxigén keveredik, az olvadékhoz az olvadék viszkozitása csökken, folyósabbá válik. Ez a jelenség általánosságban lehetővé teszi, hogy sorjamentes és éles éleket érjünk el. Nagyobb vágási sebesség akkor érhető el, ha nitrogénnel keverjük az oxigént, vagy levegőt használunk. A nitrogén vagy levegő alkalmazása, szemben az oxigénnel nem okoz lényeges nitrogéntartalom növekedést a vágott felületben, így minimalizálva a porozitás megjelenésének lehetőségét hegesztés során. Nagy vágási sebesség következtében a hőhatás övezet szélessége nagyon kicsi lesz és így a vágott fél mechanikai tulajdonságai nem romlanak. A nagy vágási sebesség az oxigén a fémmel szembeni nagy reakcióképességének tulajdonítható.

A levegő alapvetően nitrogénből (78,18%) és oxigénből (20,8%) áll. A levegő nagy energiatartalmú gázkeverék. A levegőt plazmagázként ötvözetlen, vagy gyengén, illetve erősen ötvözött acélok és alumínium vágásához használják. A levegőt általában kézi vágáshoz, vagy vékony lemezek vágásához használják. Azonban a levegő jelentősen növeli a vágott felület nitrogéntartalmát. Amennyiben a vágott felületeket utólagosan nem távolítják el hegesztésnél problémákat, porozitást okoz, alumínium vágása esetén pedig a vágott élek elszíneződhetnek.

1.2.2. A lézervágási eljárást befolyásoló paraméterek

Ha a fém vagy nemfém szerkezeti anyagok vágásáról van szó, a lézer, mint univerzális szerszám, sok esetben az első választás. A lézersugár közel minden kontúrt gyorsan és rugalmasan vág, még akkor is, ha a formája apró és összetett, valamint az anyag nagyon vékony. A megmunkálási folyamatot és az eredményt különféle vágógázok és nyomásértékek befolyásolják.

Fókuszpozíció és fókuszátmérő: a fókuszpozíció befolyásolja a munkadarabon lévő vágásrés teljesítménysűrűségét és formáját. A fókuszátmérő meghatározza a résszélességet, valamint a vágórés formáját is.

Lézerteljesítmény: a megmunkálási küszöbérték átlépéséhez (azaz annak a pontnak az eléréséhez, amikor az anyag olvadni kezd) egy meghatározott mennyiségű energiára van szükség.

Fúvókaátmérő: a megfelelő fúvóka kiválasztása döntő fontosságú a munkadarab minősége szempontjából. Ezért a gázsugár formáját és a gázmennyiséget is a fúvóka átmérője határozza meg.

Üzemmód: a folyamatos hullámú üzem vagy impulzusok, amelyekkel a lézerenergia folyamatosan vagy megszakításokkal éri el a munkadarabot, az üzemmód irányítása alatt állnak.

Vágási sebesség: a vágási sebesség az adott vágási feladat és a megmunkálandó anyag függvényében kerül meghatározásra. Alapvetően érvényes, hogy minél nagyobb lézerteljesítmény áll rendelkezésre, annál gyorsabb lehet a vágás. Ezenkívül a vágási sebesség csökken az anyagvastagság növekedésével. Amennyiben a sebesség túl nagyra vagy túl alacsonyra lett beállítva az adott anyaghoz, az erősebb érdességmélységhez és sorjaképződéshez vezethet.

Polarizációs érték: majdnem minden CO₂-lézer lineárisan polarizált lézerfényt bocsát ki. A kontúrok vágásánál a vágási iránnyal a vágási eredmény is megváltozik: Ha a fény a vágási iránnyal párhuzamosan halad, az élek simák lesznek. Ha a fény a vágási irányra merőlegesen halad, akkor sorja keletkezik. Ezért a lineárisan polarizált fényt legtöbb esetben felváltja a cirkulárisan polarizált fény. A polarizációs érték megmutatja, hogy mennyire sikerült elérni a kitűzött cirkuláris polarizációt, valamint döntő fontosságú a vágási minőség szempontjából. A szilárdtest lézereknél a polarizációt nem szabad megváltoztatni, a vágási eredmények az iránytól függenek.

Vágógázok és vágónyomás: minden vágási folyamathoz különféle folyamatgázok kerülnek felhasználásra, amelyek eltérő nyomással jutnak át a vágásrésen. Az argon és a nitrogén vágógáz előnye például, hogy nem lépnek reakcióba a vágásrésben megolvadt fémmel. Ezzel egyidőben megvédik a vágási felületet a környezettől.