برشکاری پلاسما

معمولاً سه حالت ماده، یعنی جامد، مایع و گاز را در نظر می‌گیرند، ولی حالت چهارمی از ماده وجود دارد که پلاسما نامیده می‌شود. برای ماده شناخته شده خیلی معروف یعنی آب، سه حالت یخ، آب و گاز (بخار) وجود دارد که اگر به آن انرژی گرمایی اعمال شود، یخ از حالت جامد به مایع تبدیل شده و اگر انرژی گرمایی بیشتری اعمال شود، تبدیل به حالت گاز می‏شود. زمانی که انرژی گرمایی قابل توجهی به گاز وارد شود، گاز به پلاسما تبدیل می‌شود که چهارمین حالت ماده است.

 ...

تعریف پلاسما

معمولاً سه حالت ماده، یعنی جامد، مایع و گاز را در نظر می‌گیرند، ولی حالت چهارمی از ماده وجود دارد که پلاسما نامیده می‌شود. برای ماده شناخته شده خیلی معروف یعنی آب، سه حالت یخ، آب و گاز (بخار) وجود دارد که اگر به آن انرژی گرمایی اعمال شود، یخ از حالت جامد به مایع تبدیل شده و اگر انرژی گرمایی بیشتری اعمال شود، تبدیل به حالت گاز می‏شود. زمانی که انرژی گرمایی قابل توجهی به گاز وارد شود، گاز به پلاسما تبدیل می‌شود که چهارمین حالت ماده است.

یونیزاسیون

اگر انرژی گرمایی بسیار زیادی به آب وارد شود، به بخار تبدیل می‌شود که شامل دو گاز اکسیژن و هیدروژن خواهد بود. اگر انرژی بیشتری اعمال شود، ذاتاً خصوصیات دمایی و الکتریکی بخار تغییر خواهد کرد که به این فرایند، یونیزاسیون گفته می‌شود و در آن، الکترون و یون‌های آزاد در میان اتم‌های گاز ایجاد می‌شود. زمانی که این اتفاق می‌افتد، گازی که تبدیل به پلاسما شده، رسانای الکتریسیته خواهد شد زیرا الکترون‌های آزاد، برای انتقال جریان برق در دسترس خواهند بود. اصول رسانایی فلزات، در مورد رسانایی پلاسما نیز وجود خواهند داشت. مثلاً هر گاه شدت جریانی که از یک مقطع عبور می‌کند کاهش یابد. مقاومت افزایش خواهد یافت. برای رسیدن به ولتاژ بالاتر، می‌بایستی همین مقدار الکترون از مقطع عرضی عبور کند و دمای فلز افزایش یابد. برای تولید گاز به همین مقدار پلاسما نیاز است. اگر مقطع عرضی کاهش یابد گاز پلاسمای داغ‌تری به‌دست خواهد آمد.

برشکاری پلاسما

برشکاری با قوس پلاسما از حدود 45 سال پیش توسعه یافته و اصولاً برای برشکاری فولادهای زنگ نزن و آلومینیم به کار برده می‌شد زیرا از لحاظ اقتصادی توجیه چندانی برای برشکاری فولادهای معمولی نداشت.در این زمینه سه محدودیت وجوددارد که عبارتند از:

1. کیفیت سطح برش ایجاد شده نسبتاً پایین بود

2. قابلیت اطمینان تجهیزات

3. ناتوانی ماشین‌های برش قدیمی که سرعت کمی در برشکاری دستی داشتند

به دلیل محدودیت‌های فوق، برش پلاسما با رشدی سریع مواجه نشد تا این که روش برش پلاسما توسط تزریق آبدر 1970 اختراع شد و رشد چشمگیری پیدا کرد. این فرایند نسبتاً جدید با فرایندهای معمولی متفاوت بود. در این فرایند، آب اطراف قوس الکتریکی برشکاری پلاسمای خشک[4]، تزریق می‌شد که نتیجه اصلی آن بهبود چشمگیر کیفیت سطوح برش روی همه فلزات حتی فولادهای معمولی بود. امروزه به‌خاطر پیشرفت‌های روی طراحی تجهیزات و بهبود در کیفیت برش، تقاضاهای بی سابقه قبلی نظیر مشعل چندتایی برش فولاد معمولی، فراگیر شده است.

شکل 1، فرایند برشکاری پلاسما را نشان می‌دهد. قاعده اصلی آن است که قوس شکل گرفته بین الکترود و قطعه کار توسط سوراخ دقیق کوچکی منقبض می‌شود که خود باعث افزایش سرعت و دمای پلاسمای خارج شده از نازل مسی می‌شود. دمای پلاسما خارج شده بیشتر از 20 هزار درجه سلسیوس و سرعت آن تقریباً به اندازه سرعت صوت است.

هنگام برشکاری، شدت جارش گاز پلاسما افزایش می‌یابد به‌طوری که جت پلاسما از میان قطعه کار عبور کرده و مواد ذوب شده حاصل از برشکاری را جابه‌جا کرده و به خارج منتقل می‌سازد.

فرایند برشکاری پلاسما فرایندی آلترناتیو برای فرایند برشکاری توسط اکسیژن[5] تلقی می‌شود. این فرایند از این جهت با برش اکسیژن متفاوت است که در برش پلاسما، استفاده از قوس باعث ذوب فلز می‌شود، اما در برش توسط اکسیژن، اکسیژن فلز را اکسید کرده و حرارت حاصل از فرایند گرمازا، باعث ذوب فلز می‌شود. بنابراین، برخلاف برش توسط اکسیژن، برشکاری پلاسما برای فلزاتی مانند فولاد زنگ نزن، آلومینیم، چدن و آلیاژهای غیرآهنی به کار می‌رود.

انقباض قوس الکتریکی

در جوشکاری آرگون، خصوصیات قوس الکتریکی که از میان یک نازل مسی که توسط آب خنک می‌شود و بین یک الکترود (کاتد) و قطعه کار (آند) قرار دارد، به شدت تغییر می‌کند. به جای پخش شدن قوس، نازل قوس را داخل مقطع عرضی کوچکی منقبض می‌کند. این عمل، مقاومت گرمایی قوس را بشدت افزایش می‌دهد به‌طوری که دما و ولتاژ قوس افزایش می‌یابد. همان‌طور که در شکل 2 مشاهده می‌شود، قوس الکتریکی با سرعت بسیار زیاد و به‌طور کاملاً موازی که به صورت جت پلاسمای بسیار داغ بود، از نازل خارج می‌شود.

 در هر دو صورت فوق، هر دو دیسشارژ با گاز آرگون بوده و ولتاژ یکسان می‌باشد و شدت جریان AM200 اعمال شده است. تنها تفاوت آن است که در TIG جت پلاسما به آرامی توسط نازل به قطر 16/3 اینچ منقبض شده است و پلاسمای داغ‌تری از قوس متناظر آن تولید می‌کند.

انواع جت پلاسما

هنگامی که منبع تغذیه بین الکترود و قطعه کار قرار می‌گیرد، جت پلاسما به صورت انتقال‌یافته[8] می‌تواند عمل کندو هنگامی که منبع تغذیه بین الکترود و نازل قرار گیرد جت پلاسما به صورت غیرانتقال‌یافته [9] عمل می‌کند. دو حالت فوق در شكل3 نشان داده شده است.

 گرچه در هر دو حالت، یک جریان پلاسمای داغ از نازل خارج شده اما حالت انتقال‌یافته همیشه برای فرایند برشکاری به کار می‌رود، زیرا زمانی که قوس در تماس الکتریکی با قطعه کار قرار می‌گیرد، گرمای قابل استفاده وارد شده به طور موثرتری به کار برده می‌شود. خصوصیات جت پلاسما می‌تواند به شدت توسط تغییر نوع گاز، نرخ جارش گاز، شدت جریان قوس و اندازه قطر نازل تغییر یابد. مثلاً، اگر از نرخ پایین جارش گاز استفاده شود، جت پلاسما منبع گرمای متمرکز بسیار بالایی خواهد داشت که برای جوشکاری ایده‌آل است. اگر نرخ جارش گاز به حد کافی بالا باشد، جت پلاسما از قطعه کار عبور کرده و آن را خواهد برید. در این حالت، سرعت جت پلاسما برای دور کردن مواد مذاب ایجاد شده در حد کافی بالا خواهد بود. در فرایند برشکاری، دمای قوس پلاسما بیشتر از آنچه که در شکل 2 ارائه شده است، می‌باشد زیرا جارش بالای گاز، لایه مرزی نسبتاً خنکی از گاز یونیزه، داخل سوراخ نازل را فرم می‌دهد و باعث انقباض بیشتر قوس پلاسما می‌شود. ضخامت این لایه مرزی می‌تواند توسط حرکت چرخشی گاز برش، افزایش بیشتری یابد. عمل چرخش، سرما را بیرون رانده و گاز یونیزه را به صورت شعاعی بیرون می‌راند و لایه مرزی ضخیم‌تری ایجاد می‌کند. در اکثر مشعل‌های برشکاری پلاسما، از مکانیزم حرکت چرخشی گاز استفاده می‌شود تا حداکثر انقباض قوس ایجاد گردد.

منبع قدرت

خصوصیات قوس الکتریکی یک دستگاه، بستگی زیادی به منحنی ولتاژ و آمپراژ آن دارد. منبع قدرت موردنیاز در فرایند پلاسما، بایستی از نوع ولت- آمپر سراشیبی تندبوده و ولتاژ بالایی داشته باشد. گرچه ولتاژ موردنیاز هنگام فرایند برشکاری بین 50 تا 60 ولت است، ولی ولتاژ مدار باز برای شروع به ایجاد قوس بایستی بیشتر از v_DC400 باشد. در اکثر کاترهای امروزی، یک قوس راهنما داخل بدنه مشعل بین الکترود و نازل باعث یونیزه شدن گاز شده و برای اولین بار، انتقال پلاسمای اولیه به قوس را ایجاد می‌کنند. چون این قوس باید به داخل قطعه کار منتقل شود، «قوس انتقال‌یافته» نامیده می‌شود. در روش‌های دیگر، ایجاد قوس توسط لمس نوک مشعل با قطعه کار صورت می‌گیرد که باعث ایجاد جرقه می‌شود. برای این کار استفاده از مدار فرکانس بالا لازم است. از آنجا که از اکثر انرژی قوس (تقریباً دوسوم) برای برشکاری استفاده می‌شود، می‌بایستی الکترود به قطب منفی و قطعه کار به قطب مثبت متصل شود.

ترکیب گازها

در سیستم‌های پلاسمای معمولی از الکترود تنگستنی، گاز پلاسمای خنثی که می‌تواند آرگون یا آرگون-هیدروژن یا نیتروژن باشد، استفاده می‌شود. در فرایندهای گوناگون، می‌توان از گازهای اکسیدکننده مانند هوا یا اکسیژن نیز استفاده کرد. در این حالت، الکترود می‌بایستی از جنس مس یا «هف نیوم» باشد. در ضمن، مقدار فلوی جریان گاز پلاسما مهم بوده و می‌بایستی برحسب سطح شدت جریان و قطر سوراخ نازل تنظیم شود. اگر مقدار فلوی جریان گاز برای سطح شدت جریان کم باشد یا سطح شدت جریان برای قطر سوراخ نازل بسیار زیاد باشد، قوس شکسته شده و به دو قوس تبدیل می‌شود که یکی بین الکترود و نازل و دیگری نازل و قطعه کار ایجاد می‌شود. این حالت به پدیده «دوقوسی»معروف بوده و معمولاً اثر فاجعه انگیز آن به شکل ذوب نازل بروز می‌کند.

برشکاری معمولی توسط قوس پلاسما

از جت پلاسمایی که توسط تکنیک‌های انقباض قوس خشک معمولی تولید می‌شود، می‌توان برای برش هر فلزی با سرعت برشی نسبتاً بالا استفاده کرد. همچنین رنج ضخامت‌هایی که می‌توان عملیات برشکاری را در مورد آنها انجام داد، از 8/1 اینچ شروع شده و حداکثر آن به ظرفیت شدت جریان مشعل و خصوصیات فیزیکی فلز بستگی خواهد داشت. مثلاً، یک مشعل با مکانیزم خوب و ظرفیت شدت جریان هزار Amp می‌تواند فولاد زنگ نزن را تا ضخامت 5 اینچ و آلومینیم را تا ضخامت 6 اینچ، برش دهد. در اکثر کاربردهای صنعتی، ضخامت ورق‌ها به ندرت از 1 تا 2/1 اینچ تجاوز می‌کند. در این رنج، پلاسماهای معمولی سطوح برش را شیب‌دار و لبه فوقانی را گرد می‌کنند.

کیفیت برش

همان‌طور که در شکل 4 مشاهده می‌شود، کیفیت لبه‌های برش پلاسما، مشابه فرایند برشکاری توسط اکسیژن است. با توجه به اینکه عملیات برشکاری در فرایند پلاسما توسط ذوب صورت می‌گیرد، یکی از مشخصه‌های ویژه آن، توزیع گرمای غیرمتعادل بر سطوح برش است. لذا مقدار بیشتری از ذوب به سمت فوقانی سطح فلز رفته و باعث می‌شود لبه‌های بالایی گرد شده و سطوح برش شیب دار شوند. از دیگر خصوصیات این نوع برش، ایجاد تفاله زیرسطح تحتانی فلز است که دلیل آن جارش مذاب می‌باشد.

همانطور که در شکل 5 مشاهده می‌شود، اگر گرمای اعمال شده به بالای سطح برش، بیشتر از گرمای اعمال شده به پایین آن باشد، زاویه برش مثبت ایجاد خواهد شد. برای کاهش این زاویه می‌بایستی تا حد امکان قوس پلاسما را منقبض کرد. افزایش انقباض پلاسما باعث می‌شود پروفیل دمای جت پلاسما یکنواخت‌تر شده و متناظر با آن، سطح برش قائمه شود. متاسفانه نازل‌های معمولی به برقراری ایجاد دو قوس (یک قوس بین الکترود و نازل و دیگری بین نازل و قطعه کار) دارند که باعث صدمه زدن به الکترود و نازل می‌شود.

در صورت استفاده از دستگاه‌های برشکاری پلاسمای معمولی برای برشکاری انواع مختلف فلزات با ضخامت‌های مختلف، مشکل ایجاد خواهد شد. مثلاً، اگر از این دستگاه‌ها برای برش فولادهای زنگ نزن، فولادهای معمولی و یا آلومینیم استفاده شود، می‌بایستی سه نوع گاز متفاوت موردنیاز برای برش این فلزات، روی دسته مشعل نصب شود تا حالت بهینه کیفیت برش تحقق یابد. این تجهیزات نه تنها فرایند را پیچیده می‌کند بلکه به ذخیره گازهای گران‌قیمت نظیر آرگون و هیدروژن نیاز دارند. به همین دلیل، از چنین دستگاه‌هایی صرفاً برای کاربردهای خاص استفاده می‌شود.

 فرایندهای گوناگون برش پلاسما

اصولاً فرایندهای گوناگونی برای بهبود کیفیت برش، پایداری قوس، کاهش سروصدا، دود، بخار و افزایش سرعت برش طراحی شده‌اند که در ادامه به‌طور مختصر به هر یک از آنها اشاره می‌شود.

1. جارش گاز دوتایی

این تکنیک در 1965 توسعه یافته و به طور کلی مشابه فرایندهای معمولی پلاسما عمل می‌کند، اما تغییری بسیار کوچک در آن ایجاد شده است. همان‌طور که در شکل 6 مشاهده می‌شود. گاز ثانویه پوششی، اطراف نازل را می‌پوشاند. اثرات سودمند این گاز ثانویه آن است که باعث انقباض قوس و کاهش تفاله‌ها زیرسطح برش می‌شود. در این حالت، گاز پلاسما معمولاً آرگون، آرگون- هیدروژن یا نیتروژن است و گاز ثانویه با توجه به نوع فلز موردنظر تعیین می‌شود. برای برش فولادها، از هوا، اکسیژن و یا نیتروژن به عنوان گاز ثانویه استفاده می‌شود. برای برش فولاد زنگ نزن و آلومینیم، از نیتروژن، آرگون- هیدروژن و دی اکسیدکربن استفاده می‌شود.

 در صورتی که از هوا به عنوان گاز ثانویه استفاده شود، اکسیژن داخل هوا، انرژی اضافی را برای واکنش‌های گرمازا با فولاد ذوب شده ایجاد می‌کند که این انرژی اضافی، سرعت برش را تا حدود 25 درصد افزایش می‌دهد. اگرچه از این فرایند برای برش فولاد زنگ نزن و آلومینیم استفاده می‌شود، اما سطح برش بسیار اکسید شده و برای اکثر کاربردها قابل قبول نخواهد بود. در این روش باید از الکترودهای «زیرکونیم» و «هف نیوم» استفاده کرد. زیرا در صورتی که گاز ثانویه اکسیژن باشد، باعث فرسایش الکترود تنگستنی خواهد شد. در صورتی که از الکترودهای تنگستنی استفاده می‌شود، دوره سرویس می‌بایستی کوتاه‌تر از حالت روش پلاسمای معمولی باشد. در این روش، سرعت برشی برای برش فولادها کمی بهتر از روش معمول است، اما کیفیت سطح برش پایین‌تر است. سرعت برشی و کیفیت برای برش فولاد زنگ نزن و آلومینیم تقریباً مشابه روش‌های معمولی است.

همان‌طورکه در شکل 7 مشاهده می‌شود، در این روش نازل داخل یک محفظه سرامیکی قرار دارد که گاز پوششی (ثانویه) از آن عبور کرده و به این وسیله، نازل را از پدیده دو قوسی محافظت می‌کند. در صورتی که گاز پوششی وجود نداشته باشد، بار شعاعی بسیار داغی توسط جت پلاسما ایجاد شده و باعث صدمه دیدن محفظه سرامیکی می‌شود. مزایای این روش در مقایسه با روش‌های معمولی، عبارتند از:

1. کاهش ریسک پدیده دوقوسی

2. سرعت بیشتر برش

3. کاهش گردی در لبه برش 

2. برش پلاسما توسط تزریق آب

در این روش، از نیتروژن به عنوان گاز پلاسما استفاده می‌شود. همان‌طور که در شکل 8 مشاهده می‌شود، برای ایجاد انقباض بیشتر، آب به صورت شعاعی و یکنواخت، به داخل قوس تزریق می‌شود تا کیفیت سطح برش افزایش یابد. اصابت شعاعی آب به اطراف قوس باعث انقباض بیشتر قوس نسبت به حالتی است که از ابزار معمولی برای انقباض قوس استفاده می‌شود. همچنین، دما به طور نسبتاً زیاد افزایش می‌یابد و به حدود 30 هزار درجه سلسیوس می‌رسد.

راه دیگر انقباض قوس توسط آب، ایجاد حلقه‌های چرخشی آب در اطراف قوس است. این تکنیک بخوبی شیوه تزریق شعاعی نیست. زیرا در این حالت، مقدار انقباض قوس توسط سرعت‌های چرخشی زیاد موردنیاز برای تولید حلقه ثابت آب، محدود می‌شود. نیروی گریز از مرکز ایجاد شده توسط سرعت‌های چرخشی بالا باعث پهن شدن فیلم آب (برخلاف سوراخ داخلی نازل) می‌شود.

همان‌طور که در شکل 9 ملاحظه می‌شود، گرچه نقاطی از قوس با آب برخورد می‌کند، اما به دلیل دمای بسیار بالایی که تولید خواهد شد، کمتر از 10 درصد از آب تبخیر می‌شود و 90 درصد بقیه به شکل مخروطی از نازل خارج شده و سطح فوقانی قطعه کار را خنک می‌کند. این خنك‌كاری اضافی، از اکسید شدن روی سطح برش جلوگیری می‌کند.

 علت تبخیر مقدار کمی از آب در قوس این است که لایه مرزی ایزوله شده‌ای از بخار، بین پلاسما و آب تزریق شده شکل می‌گیرد. نام این لایه مرزی بخار، «Linden frost Layer» بوده و به طور کلی شبیه ریزش آب از سطح خارجی اطراف کتری داغ به جای تبخیر فوری آن است. عمر نازل در این فرایند، بسیار افزایش می‌یابد زیرا این لایه مرزی بخار، نازل را از گرمای شدید قوس محافظت می‌کند و آب، نازل را در نقاط حداکثر انقباض قوس، خنک می‌کند. قسمت پایین‌تر نازل را می‌توان سرامیکی انتخاب کرد. در این حالت، پدیده دو قوسی (عامل اصلی تخریب نازل) واقعاً حذف خواهد شد.

برخلاف فرایندهای معمولی، بهینه‌ترین حالت کیفیت برش تمامی فلزات، زمانی است که از نیتروژن به عنوان گاز پلاسما استفاده شود، زیرا قابلیت نیتروژن برای انتقال گرما از قوس به قطعه کار، بالاست و از لحاظ فیزیکی نیز ایده‌آل به نظر می‌رسد. نیتروژن باعث می‌شود تا فرایندها اقتصادی‌تر و آسان‌تر شوند. همان‌طور که در شکل 10 مشاهده می‌شود، یکی از ویژگی‌های این گونه برش‌ها، آن است که وقتی برای برش مستقیماً نگاه کنیم، سمت راست شکاف قائمه بوده و سمت چپ کمی شیب دار خواهد بود. این حالت به دلیل تزریق آب نیست بلکه نتیجه جهت چرخش گاز برش بوده و ناشی از این نکته است که بیشتر انرژی قوس، روی سمت راست شکاف توسعه یافته است. اختلاف در زاویه برش به‌خاطر شیب زیاد و گردی بالای سطح برش، چندان بدیهی نیست. لذا در برشکاری قطعات کاربردی، جهت حرکت می‌بایستی به گونه‌ای انتخاب شود که لبه برش قطعات قائمه باشد.

 زاویه برش طرف با کیفیت بالا، معمولاً 2 درجه با زاویه قائمه اختلاف داشته و به ندرت نیاز به ماشین‌كاری برای عملیات نهایی دارد. برای برش ورق‌های ضخیم می‌توان از 65 درصد آرگون و 35 درصد هیدروژن به جای نیتروژن استفاده کرد، زیرا عمق نفوذ جت پلاسما را بیشتر می‌کند. این حالت برای برش فولادهای ضخیم و ساخت مجراهای هسته‌ای، کاربرد دارد.

مزایای این روش در مقایسه با روش‌های معمولی عبارتند از:

1. بهبود کیفیت سطح (سطح تمیز و نرم)

2. گونیا بودن سطح برش

3. افزایش سرعت برش

4. کاهش ریسک پدیده دو قوسی و در نتیجه کاهش در فرسایش نازل

5. عدم ایجاد تفاله زیر سطح برش در اکثر قطعات فولادی

6. قابلیت استفاده از یک نوع گاز (نیتروژن) برای برش تمامی فلزات

3. برش پلاسما توسط پوشش آبی

همان‌طور که در شکل 11 مشاهده می‌شود، این فرایند مشابه برش گاز دوتایی بوده و تنها در این فرایند از آب به عنوان پوشش قوس استفاده می‌شود. ظاهر سطوح برش و عمر نازل به‌خاطر اثر خنک‌کنندگی آب بهبود یافته است، اما قائم بودن سطح برش، سرعت برش و کاهش تفاله‌های زیرسطح برش، به‌طوری قابل ملاحظه افزایش نیافته‌اند زیرا آب نمی‌تواند باعث انقباض اضافی قوس شود. این فرایند را می‌توان حتی زمانی که قطعه کار تا حدود 50 تا 75 میلی متر زیر سطح آب باشد نیز به کار برد. آب در مقایسه با پلاسمای معمولی، به عنوان مانعی برای تحقق مزایای ذیل عمل می‌کند:

1. کاهش گاز و دود

2. کاهش سروصدا

3. بهبود عمر نازل

مثلاً، سطوح صدا در سطوح جریان بالا در پلاسمای معمولی dB115 است، اما در این روش تا dB96 و در برش زیر آب تا dB85-52 کاهش یافته است.

4. پلاسمای هوایی

همان‌طور که در شکل 12 ملاحظه می‌شود، در این فرایند، هوا می‌تواند با گازهای خنثی پلاسما مانند آرگون و نیتروژن جایگزین شود، اما می‌بایستی الکترود مورداستفاده «هف نیوم» یا «زیرکونیم» بوده و روی نازل مسی سوار شده باشد. همچنین هوا به عنوان جایگزین آب برای خنك‌كاری مشعل به کار می‌رود. مزیت مشعل پلاسمای هوایی آن است که در آن، از هوای ارزان‌قیمت به جای گازهای گران‌قیمت استفاده می‌شود. به این نکته می‌بایستی توجه داشت که گرچه الکترود و نازل فقط قابل مصرف می‌باشند، ولی نوک الکترود «هف نیوم» در مقایسه با الکترود تنگستنی، گران‌قیمت است.

5. پلاسمای با تلرانس بالا

برای بهبود کیفیت سطح و رقابت با کیفیت برش بالاتر از برش لیزری، سیستم‌های برش پلاسما با تلرانس بالا در دسترس بوده و با پلاسمای بسیار منقبض شده، کار می‌کنند. شکل 13، پلاسمای با تلرانس بالا را نشان می‌دهد. تمرکز پلاسما توسط نیروی اکسیژن تولیدی برای پیچش، عملی شده است به‌طوری که اکسیژن وارد لوله پلاسما شده و جریان گاز ثانویه از قسمت پایین نازل پلاسما تزریق شده است.

بعضی سیستم‌ها دارای میدان مغناطیسی جداکننده‌ای هستند که قوس را احاطه می‌کند. این میدان، جت پلاسما را توسط نگهداری چرخش القا شده توسط گاز پیچشی، بالانس می‌کند. این روش تکنیکی مکانیزه است که نیاز به دقت و تجهیزات سرعت بالا دارد. مزایای این روش عبارتند از:

1. افزایش کیفیت برش بین پلاسماهای معمولی و برش توسط لیزر

2. باریک بودن پهنای شکاف

3. کمترین اعوجاج به علت کوچک بودن منطقه HAZ

عیب عمده این روش آن است که می‌تواند قطعات تا حداکثر ضخامت 6 میلی‌متر را برش دهد و سرعت برشی آن کمتر از فرایندهای پلاسمای معمولی بوده و تقریباً معادل 60 تا 80 درصد از سرعت برش لیزری است.

6. برش پلاسما توسط تزریق اکسیژن

این فرایند، مسئله عمر الکترود مربوط به برش هوا توسط استفاده از گاز نیتروژن به عنوان گاز پلاسما و استفاده از گاز اکسیژن عبوری به صورت جریان پایین از سوراخ نازل را حل کرده است. این فرایند منحصراً برای فولادها به کار برده می‌شود. در صورت استفاده از 80 درصد نیتروژن و 20 درصد اکسیژن، سرعت برش تا 25 درصد افزایش می‌یابد. از جمله معایب این روش، عدم عمود بودن سطح برش، عمر کوتاه نازل و محدودیت همه‌کاره بودن (فقط برای برش فولاد) آن است. گرچه این فرایند هنوز در بعضی از موقعیت‌ها به کار می‌رود، اما فرایند تزریق توسط آب تقریباً جایگزین آن شده است. شکل 14 این فرایند را نشان می‌دهد.

 منبع http://agme.mihanblog.com