Zira, her madde gaz fazında bulunduğunda türüne, özeliğine ve doğasına bağlı olarak değişen bir sıcaklığa kadar ısıtılınca, moleküllerindeki hareketlenme nedeni ile atomlar dış kabuk elektronlarını yitirerek pozitif yüklü iyonlar haline dönüşürler. Sıcaklık yükseldikçe, iyonlaşma derecesi yani iyonlaşmış atomların toplam sayıya yüzde oranı artar, sıcaklık birkaç onbin derece gibi maddeye bağlı olarak değişen bir eşik değerden sonra ortamda yalnız pozitif yüklü iyonlar ve negatif yüklü serbest elektronlardan oluşmuş bir karışım bulunur. Elektriksel açıdan nötr ve yüklü parçacıklardan oluşması nedeni ile iletken olan bu karışıma plazma adı verilir

Evrende güneş, yıldızlar, kozmik ışınlar, yıldırım ve elektrik boşalmalarında görülen bu hal, özelikleri bakımından maddenin katı, sıvı ve gaz olarak bilinen üç halinin dışında kaldığından, maddenin sıcaklık ölçeğinde dördüncü hali olarak tanımlanır.

Plazma benzeri cihazlardan ilk olarak 1900’lü yılların başlarında demir cevherinin işlenmesi ve yüksek yoğunluklarda ark geliştirilmesi çalışmalarında söz edilmeye başlanmıştır.

Bu konudaki ilk çalışmalar 1909 yılında Schonherr’in, bir gazın dönel hareketinin basıncından yararlanarak arkı dengeleyen bir cihazı geliştirmesi ile başlar. Bu sistemde, içinde ark oluşturulmuş bir tüpe teğetsel doğrultuda bir gaz üflenmektedir, bu gazın hareketinin oluşturduğu merkezkaç kuvveti nedeni ile eksenel doğrultuda düşük basınç yaratılarak tüpün ekseninde bulunan ark dengelenmiş ve bu sistem sayesinde birkaç metre uzunluklara varan ark oluşturabilme olanağı doğmuştur. Schonherr’in geliştirdiği bu cihaz, arkın uzatılması üzerine yapılan çalışmalara öncülük etmiştir.

Plazmanın bir ısı kaynağı gibi kullanımının ortaya çıkması 1911’de E. Mathers’in patenti ile olmuştur.

Ark sıcaklığının daha da yükseltilmesi amacına dönük araştırmalar sonucu 1922 yılında Gerdien ve Lotz, su yardımı ile arkı dengeleyen bir cihaz geliştirmişlerdir. Bu cihazda, tüpün iç cidarlarına teğetsel olarak hareket eden su, bir uçtan enjekte edilmekte ve diğer uçtan dışarı atılmaktadır. Tüpün içinde iki karbon elektrod arasında oluşturulan ark, bu su ile soğutularak büzüldüğünden Schonherr’in cihazına nazaran daha yüksek bir akım yoğunluğuna ve sıcaklığına ulaşmıştır. Bu cihaz içinde arkın tüple bir teması bulunmamakta ve tüp cidarı ile ark arasında bir su zarfı bulunmaktadır. Bu olay arkın su ile soğutularak büzülmesi prensibinin temelini oluşturmaktadır. Bu cihaz yardımı ile Gerdien ve Lotz, 30 000 A/cm2’lik bir akım yoğunluğu elde edebilmişlerdir. Daha sonra bu konu üzerinde çalışan Burnhorn, Meacker ve Peters benzer prensipten hareket ederek ark ekseninde 50 000 °K’lik bir bir sıcaklık oluşturmayı başarmışlardır. Ancak, Gerdien ve Lotz’un yönteminin geliştirilmesi üzerine yapılan çalışmalar sırasında araştırıcılar, gaz memesi ve tungsten elektrod arasındaki aralığın daraltılması sonucunda soy gazın hızının artmasının ark sıcaklığını yükselttiğini farkederek, bu yüksek sıcaklıktaki arkın ısıttığı hızlı soy gaz akımının parça üzerine doğru yönlendirildiğinde metali kestiğini saptamışlardır.

1953’de Dr. Robert Gage, refrakter malzemelerin ark yardımı ile ergitilmesi üzerine yaptığı çalışmalarda normal bir gaz alevi ile uzun bir elektrik arkı arasındaki benzerliğe dikkatleri çekerek, arkın hız ve ısı yoğunluğunun kontrolu üzerine yapılan bu çalışmalarda ilk modern plazma torcunun gelişmesine olanak sağlamıştır.

İlk endüstriyel plazma arkı ile kesme torcu, 1957 yılında Linde tarafından tanıtılmıştır. Aynı yıl, Dr. Robert Gage (Union Carbide), yöntemin patentini almıştır (U.S.Patent No. 2.806.124). Bu cihaz prensip olarak, bir TIG torcunu andırmaktaydı; buradaki fark, elektrod torcun memesinden daha geride bulunmakta ve ark, nozuldaki çok küçük çaptaki delikten geçerken büzülmektedir. TIG kaynağı için kullanılan alışılmış düzeneğe arkın başlatılmasını sağlayacak bir pilot ark devresi ile bir plazma gazı donanımı eklenmişti. Bu tür kesme torcu 1970’lere kadar patenti nedeni ile Dr. Gage’in tekelinde kaldı.

Dr. Gage’in buluşunu takip eden yıllarda plazma arkının yüzey işleme ve kaynakta kullanılabilirliği üzerine çalışmalar yapılırken (1961- 1963) kesilen kenarların kalitesinin geliştirilmesi, torcun kullanım ömrünün uzatılması, kesme hızının yükseltilmesi konusunda yoğun araştırmalar yapılmıştır.

1960’lı yılların ortalarında yapılan Titan III- C roketi üretiminde doğru akımlı ve doğru kutuplamalı (DAEN) plazma ark kaynağının kullanımı ABD.’de bu yöntemin en önemli uygulamalarından biri olmuştur. Roketin daha önce TIG yöntemi kullanılarak kaynak edilen kısımlarında plazma arkı kullanılarak kaynak süresi yarı yarıya azaltılmıştır.

1962’de Thermal Dynamics Corp., James Browning’in patenti altında geliştirdiği çift gazlı ve ters kutuplamalı (DAEP) plazma ark yöntemini alüminyumun kaynağında uygulamıştır.

Sciaky, 1967’de değişken kutuplamalı kare dalgalı TIG kaynak akım üreteçlerini piyasaya sunmuştur. Bu iki olay, plazma yöntemlerinin gelişimine büyük katkıda bulunmuştur. 1960’ların sonuna doğru Boeing, bu iki önemli buluşu, değişken kutuplamalı akım üretecini plazma anahtar deliği kaynak tekniği ile birleştirerek değişken kutuplamalı plazma ark kaynak yöntemini geliştirmiştir.

Koruyucu gazın plazma nozulunu soğutarak kaynak ve kesme kalitesini ve de nozulun kullanım ömrünü artırması araştırmacıları plazma nozulunun daha iyi soğutulması için koruyucu gazın yanısıra suyun kullanılabilirliği konusunda çalışmalara yönlendirmiştir (1965).

1968 yılında Hypertherm firmasından Richard Couch, su enjeksiyon sistemli bir plazma kesme torcunun patentini almıştır. Burada, su torca radyal olarak enjekte edilerek daha etkin bir plazma nozulu soğutulması ve daha yüksek bir kesme hızı elde edilebilmiştir.

Değişken kutuplamalı plazma ark kaynağının parlak bir gelecek göstermesi üzerine Boeing, Hobart Brothers’a çok doyurucu sonuçlar veren bir akım üreteci geliştirmesini önermiş ve bu tür üreteçlerin üretimini sağlamıştır.

1978’de NASA’nın büyük gelişmeler gösteren bu önemli yöntemi inceleyerek, uzay mekiğinin alüminyum kısımlarının kaynağında uygulanabilirliğini ve TIG yönteminin yerini alabileceğini açıklanması üzerine yöntem ticari olarak büyük bir başarı kazanmıştır. Yöntemin farklı kalınlıklara uygulanması durumunda parametrelerin uyum programları geliştirilmiş ve bu şekilde alternatif akım değişken kutuplamalı plazma ark kaynağı uzay programlarında önemli bir yere sahip olmuştur.

İlk uygulama yıllarında kararlı plazma arkı ancak 500A’lik akım şiddetlerinde elde edilebildiğinden, yöntem ancak mekanize sistemler yardımı ile kullanılabilir iken 1970’lere doğru 0.1A’lik akım şiddetlerinde dahi kararlı bir ark oluşturabilen mikro-plazma yöntemi gibi sistemlerin geliştirilmesi plazma el torçlarının yaygınlaşmasını sağlamıştır.

Endüstri, plazma arkı ile kaynak sistemlerine çok çabuk alışmıştır ve sağladığı üstünlüklerden dolayı yoğun bir biçimde kullanmaya başlamıştır.

Yöntemin tanıtımı

Fizikte partiküller, iyonlar ve elektronlardan oluşmuş, elektriği ileten, maddenin özel bir hali olarak tanımladığımız plazma, kaynak teknolojisinde daha özel bir durumu tanımlamaktadır. Gaz halindeki bir madde radyasyon, elektron bombardımanı veya ısıtma ile iyonize konuma getirilebilir.

Kaynakta kullanılan plazmada gaz, elektrik arkı yardımı ile ısıtılarak iyonize olmaktadır. Bu tanıma göre, ark kaynağı yöntemlerinde elektrik arkı bir plazma oluşturmaktadır. Kaynak ve ısıl kesme işlemlerinde plazma olarak adlandırılan ark; radyal doğrultuda sıkıştırılıp, büzülerek enerji yoğunluğu artırılmış arktır.

Plazma arkının sıcaklığının çeliği, asbest çimentosunu, kristal korrondumu ve karbokorrondumu ergitmeye yetecek derecede yüksek olması uygulamada, çeşitli metallerin kaynak, püskürtme ile yüzey doldurma, kesme, kaynak ağzı açma, tavlama ve yüzey hazırlama işlemlerinde, özellikle refrakter metallerin ince saclarının kaynağında çok iyi sonuçlar vermektedir.

Standard bir plazma ark torcu, ucunda küçük bir deliği bulunan meme ile bu memenin merkezindeki ergimeyen tungsten bir elektroddan oluşmaktadır. Plazma gazı, bu iç içe geçmiş dairesel meme ile elektrod arasından geçerek dışarıya çıkar. Elektrod ile meme veya iş parçası arasında ark sütunu oluştuktan sonra, basınçlı plazma jetinin oluşturulması için iyonize olan gaz delikten dışarı püskürtülür. Ark sütununun dış yüzeyi soğutulduğundan sütun yoğunlaşmış olur, dolayısı ile içe doğru büzülür. Böylece, büzülmüş sütun içinde sıcaklık birden bire 10000-30000*K arasında bir sıcaklık derecesine yükselir. Dairesel alandan geçen gaz, yüksek bir iyonlaşma düzeyine ve göreceli olarak yüksek bir enerjiye sahip olup bu enerji, kaynak ve diğer işlemlerde iş parçasının tavlanmasında kullanılır.

Uygulamada plazma arkı çeşitli yollarla oluşturulabilir. Elektrik devresi tungsten elektrod ile iş parçası arasında tamamlanarak, ark akımı iş parçası üzerinden akar. Bu transfer olmuş ark veya direkt ark olarak adlandırılır. Elektrik devresi meme ve tungsten elektrod arasında tamamlanırsa; ark elektrodla, su ile soğutulan bakır meme arasında yanar ve memeden bir gaz akımı ile zorlanarak sürülür. Transfer olmamış ark veya endirekt ark olarak adlandırılan bu düzenleme de iş parçası ark devresi içinde değildir. Her iki arkın kombinasyonunu kullanan bir diğer yöntem daha vardır, bu da en çok metal tozu püskürtme uygulamalarında kullanılır (Şekil 3)..

Plazma arkı memeden dışarı çıktığında, biraz daha küçük parlak bir nüveye sahiptir. Nüvenin çevresi, daha az parlak kılıfla sarılmıştır. Nüve uzunluğu, 2-3 mm'den 40-50 mm'ye kadar değişir. Bu değişim, meme ve tünelin boyutlarına, plazma oluşturan gazın bileşim ve debisine, akım şiddetine, ark uzunluğuna bağlıdır. İş parçası üzerindeki mekanik ve ısıl yükün dağılımı için uygun biçimlendirilmiş memeler kullanılarak, plazma arkı şekillendirilir.

Plazma ark kaynak yöntemi, üretim kaynağı olarak uzay endüstrisi, havacılık ve nükleer endüstrilerde çok yaygın kullanıma girmiştir. Özellikle dikiş kalitesi ve güvenilirliği ve ekonomiklik açısından kabul edilen bir yöntemdir. TIG yöntemi ile kaynak edilebilen tüm metal ve alaşımları plazma ark kaynağı ile de güvenilir bir biçimde kaynak edilirler.

Plazma arkı ile kaynakta iki teknik çok sık kullanılır. Bunlar, ergitme tekniği (melt-in mode) ve anahtar deliği tekniği (key hole mode) olmaktadır.

Yüksek akım şiddetleri (50-400A) kullanılan kaynak işlemlerinde daha yaygın olarak ergitme tekniği kullanılır. Bu uygulama ile TIG yöntemine benzer bir kaynak dikişi oluşturulur. Özellikle, aynı kaynak kalitesini sağlamak için mekanize uygulamalarda, TIG yöntemine tercih edilebilir. Ark kararlılığı ve akım şiddeti yüksek olduğundan daha nufuziyetli kaynak dikişleri oluşturulur ve kullanım sırasında ark rahat kontrol altında tutulabilir, aynı zamanda kaynak süresi de azaltılır. Ek kaynak metali, malzeme kalınlığına bağlı olarak kullanılır veya kullanılmayabilir. Uygulamalar, laminasyon paketlerinin kaynağı, boru kaynağı, kaplı çelik sacların ve anahtar deliği tekniği ile oluşturulmuş kaynak dikişlerinin kapak pasolarının gerçekleştirilmesi biçiminde karşımıza gelmektedir.

Metallerin plazma arkı ile kaynağında metalden metale değişen bir kalınlık aralığında kullanılan gaz akımı, akım şiddeti ve kaynak hızının uygun ayarlanması ile malzemeyi derinliğine kateden bir delik ile çok küçük bir kaynak banyosu oluşturulabilir. Anahtar deliği tekniği genel olarak yatay pozisyonda 1.5-10 mm kalınlık aralığındaki malzemelere uygulanır. Bununla beraber, uygun kaynak koşulları sağlanarak bazı metal kalınlıklarında da her pozisyonda kaynak yapılabilir. Gazaltı kaynak yöntemleri arasında bu özeliği gösteren tek yöntem plazma arkı ile kaynak yöntemidir.

Anahtar deliği tekniğinde, plazma arkı anahtar deliği oluşturmak için parçanın derinliğine doğru girdiğinden, ergiyen metal parçanın yüzeyine doğru çıkar. Plazma ark torcu, kaynak bağlantısı doğrultusunda hareket ettiğinde arkın ön kısmında bulunan ergimiş metal plazma arkının kenarlarından dolaşarak arkaya doğru hareket eder ve orada katılaşır. Anahtar deliği tekniğinin en önemli üstünlüğü, kaynağın tek pasoda yapılabilmesidir.

Anahtar deliğinin iç kısmında bulunan ergimiş metal filmi içindeki kalıntılar ve gazlar parçanın yüzeyine doğru hareket eder. Banyonun maksimum hacmi ve kökteki dikiş profili, büyük ölçüde ergimiş kaynak metalinin yüzey gerilimi, plazma arkının akım şiddeti ve iyonize olmuş plazma gazının hızı tarafından belirlenir. Yüksek akım şiddetli anahtar deliği tekniği, kaynakta kesme koşullarının hemen altındaki değerlerde gerçekleştirilebilir. Kesmede plazma gazının hızı, sadece ergiyen metali o bölgeden uzaklaştıracak derecede yüksektir. Kaynakta plazma gaz hızının düşük olması sonucu, yüzey gerilimi, ergimiş metali kaynak ağzında tutar. Dolayısı ile, burada plazma gaz hızı kritik büyüklüktür ve sıkı bir şekilde kontrol altında tutulmak zorundadır. 0.12 l/dak'dan daha yüksek gaz debileri önerilmez ve bu da oldukça düşük bir değerdir.

Elle ya da mekanize olarak uygulanabilen plazma ark kaynak yönteminde kullanılan kaynak donanımı aşağıdaki elemanlardan oluşmaktadır;

• Akım üreteci

• Kaynak torcu

• Kontrol ünitesi

• Plazma ve koruyucu gaz sağlama sistemi

• Su soğutma ünitesi

Plazma ark kaynak yönteminde, genellikle TIG yönteminde olduğu gibi düşen tür volt-amper karakteristikli doğru akım veren kaynak akım üreteçleri kullanılır. Bunlar 0.1 A’den 400 A’e kadar akım şiddetleri verecek şekilde yüzde 60 dan yüzde 100 devrede kalma oranlarında üretilirler.

Plazma ark kaynağında, ergimeyen tungsten elektrod torç içinde memenin gerisinde durmaktadır ve bu yöntemde TIG yönteminde olduğu gibi elektrodu dokundurarak veya yüksek frekans sargısı üzerinden ark başlatması yoktur. Bu nedenle, arkın başlatılması bir pilot ark ark yardımıyla gerçekleştirilir, bu da ünite içerisine yerleştirilen yardımcı bir küçük akım üreteci ile sağlanır. Pilot arkı başlatmak için yardımcı üreteç 5A’e ayarlanır. Düşük akımlı plazma ark kaynaklarında pilot ark oluşturulan kaynak arkıyla desteklenir ve 10A’in üzerindeki bir değere çıkıldığında pilot ark söner.

Plazma ark kaynağında argon veya yüzde 7’ye kadar hidrojen içeren argon- hidrojen gaz karışımlarının kullanılması durumunda redresör türü akım üreteçlerinin boşta çalışma gerilimleri 65-80V arasında olmalıdır; ancak, helyum ya da yüzde 7’den daha fazla argon- hidrojen gaz karışımları kullanılması durumunda arkın başlayabilmesi için daha yüksek boşta çalışma gerilimine gereksinim duyulmaktadır. Bu da, ancak iki kaynak redresörünün seri bağlanması ile gerçekleştirilebilir.

Bazı plazma ark kaynağı uygulamalarında darbeli akıma gereksinim duyulur, bu açıdan aynen TIG kaynağında olduğu gibi darbe generatörlü kaynak akım üreteçleri kullanılır, bu amaçla son yıllarda inverter türü kaynak akım üreteçleri geliştirilmiştir.

Alüminyum ve alaşımlarının plazma ark kaynağı, kare akımlı değişen kutuplamalı alternatif akım veren kaynak akım üreteçleri ile gerçekleştirilir. Bu tür kaynak makinalarında, elektrod ve iş parçasının kutuplaması belirli bir frekansta değişir, bu olay özellikle refrakter alüminyum oksit filminin kırılmasını sağlayarak kaynağın problemsiz ve daha kaliteli yapılmasını sağlar.

Bu yöntemde el ile kullanılan kaynak torçları, TIG kaynağında kullanılanlara göre daha karmaşık bir yapıya sahip olduklarından dolayı daha ağırdırlar. Ayrıca, mekanize plazma ark kaynağı için kullanılmak üzere makina torçları da geliştirilmiştir.

Elle kaynak torçları (Şekil 4), eğik bir kaynak kafası ve tutma sapından oluşurlar ve TIG torçlarına nazaran daha büyük çaplıdırlar. Bu torçlarda, tungsten elektrod çok iyi merkezlenmiş olmalıdır; bu durumda meme (nozul) ve elektrod arasındaki radyal açıklığın çok düzgün olması sağlanır. Elektrod ile meme arasındaki eksenel uzaklık mastar yardımıyla ayarlanır.Bu uzaklık, ±0,1 mm’lik bir sapma ile sınırlandırılmıştır. Elle kullanıma uygun plazma ark kaynak torçları 70° ve 90°’lik açılarda eğimli kaynak kafasına sahip olarak tasarlanırlar. Bu torçlar doğru akım doğru kutuplama (DAEN) ile 225 A’e kadar kaynak akım şiddetleriyle ya da doğru akım ters kutuplamayla (DAEP) 70 A’e kadar akım şiddetlerinde kullanım için üretilirler. DAEP kutuplama alüminyumun kaynağında tungsten ya da su soğutmalı bakır elektrod kullanılarak sınırlı olarak kullanılır.

Mekanize kaynak uygulamaları için geliştirilen plazma ark kaynak torçları, 50 ile 500A akım şiddetlerinde kullanılacak şekilde hem doğru akım ters kutuplama hem de doğru akım doğru kutuplama veya kare dalgalı değişen kutuplamalı alternatif akımda kullanıma uygun olarak üretilirler.

Torçların soğutulması oldukça önemli bir konudur, zira bu yöntemde oluşan ark çok sıcak olduğundan iyi bir soğutma, hem tungsten elektrodun hem de meme ve koruyucu gaz nozularının ömrü üzerinde etkilidir. Torç içindeki geçişlerin dar olması üreticinin etkin soğutma sistemi tasarlamasını gerektirir.

Plazma arkı ile kaynak yönteminde, TIG kaynak yönteminde olduğu gibi ergime sıcaklığı 3370°C olan saf tungsten elektrodlar kullanılabildiği gibi DAEN kutulamada kullanılabilen toryum veya zirkonyum ile alaşımlanmış ergimeyen elektrodlar da kullanılır. Bu yöntemde kullanılan ergimeyen tungsten elektrodlar EN 26848 ve AWS A5.12 standardlarına göre sınıflandırılmışlardır. AWS standardında EWTh-2 olarak simgelendirilen (EN’ye göre WT 20) ve yüzde 1.7-2.2 ThO2 içeren ergimeyen elektrod en yaygın kullanılan türdür ve uç rengi kırmızıdır. Boylar, TIG kaynağında kullanılanlara göre daha uzundur. Uygulamada, genellikle 2.4 mm çapındaki elektrodlar 150A’e kadar olan kaynak işlerinde 150A’in üzerindeki işlerde de 5 mm çapındaki elektrodlar tercih edilirler.

Kullanılan kutuplama türüne bağlı olarak elektrodların ve memelerin biçimleri de değişir. DAEN kutuplama durumunda konik uçlu sivri elektrodlar kullanılır. Konik elektrodlar torç üreticisine bağlı olarak 20- 60°‘lerde koni açısına sahip olarak farklı çaplarda üretilirler, DAEP kutuplama ve kare dalgalı alternatif akım ile kaynakta, küresel ya da düz uçlu elektrodlar tercih edilir. Önerilen elektrod biçimi elektrodun ucunun aşırı ısınmasını önlemek ve daha fazla akım yüklenebilme kapasitesi sağlamak amacı ile hazırlanır. Elektrodların aşınma durumlarında tekrar hazırlanmalarında bu amaç için özel olarak tasarlanmış taşlama cihazlarının kullanılması gerekir. Taşlama, tam ölçüsünde yeni bir elektroddan hazırlanan mastara göre yapılmalıdır.

Plazma ark kaynağı nozulları (memeleri) bakırdan üretilmiştir. Ömrü başlangıçta ark oluşum sayısı ile etkilenmesinin yanısıra elektrod ucunun merkezlenmesiyle de sınırlıdır. Nozul deliğinin çapına bağlı olarak doğru akım kullanılması da çok önemlidir (tersi durumda çift ark oluşacak ve nozulun hasarına neden olacaktır). Soğutma işlemi de nozul ömrü üzerinde etkilidir. Şekil 5‘te tek ve çok delikli plazma ark kaynak nozulları verilmektedir.

Plazma ark kaynağında kullanılacak gazın seçimi kaynak edilecek malzemeye bağlıdır. Özellikle, plazma gazının asal (soy) karakterde olması gereklidir, aksi takdirde tungsten elektrodun çabuk tükenmesi problemi ile karşılaşılır. Koruyucu gazlarda genellikle soy gaz olmaktadır. Aktif koruyucu gazlar kaynak metali özeliklerine ters etkide bulunduklarından kullanılamazlar. Birçok plazma ark kaynağı uygulamalarında genellikle, koruyucu gaz ile plazma gazı aynıdır. Tablo 1 ve Tablo 2‘de yüksek ve düşük akımlı plazma ark kaynağında kullanılacak gazların seçimi gösterilmektedir.

Plazma ark kaynağında plazma gazı olarak genelde argon kullanılır. Helyumun kullanıldığı uygulamalarda arkta daha yüksek sıcaklıklar elde edilmesine karşın torç elemanlarının aşınması (tükenmesi) daha fazladır. Bu durum da çok önemlidir, zira sürekli olarak yedek parça gerekeceğinden bunların sağlanması ve değişimlerinde de zaman kaybı işin yapım süresini etkileyerek maliyeti artırır.

Plazma ark kaynağında elektrodu çevreleyen memenin çapına ve kullanılan akım şiddetine bağlı olarak gereken gaz akış debileri Tablo 3’de verilmiştir.

Plazma gazı kaynak edilecek malzemelere göre değişik karışımlarda oluşturulabilir, gaz seçiminde başlıca etken kaynak bağlantısından istenen nufuziyet ve kaynak dikiş kalitesidir. Karbonlu çelikler veya ince taneli yapı çeliklerinin (yüksek mukavemetli az alaşımlı çelikler) kaynağında plazma gazı olarak argon gazı kullanılır. Bazı metal ve alaşımlarının kaynağında argona eklenen az miktardaki hidrojen ile plazma ark kaynağında iyi sonuçlar alınmaktadır. Özellikle, ostenitik paslanmaz çeliklerin, nikel alaşımlarının, bakır- nikel alaşımlarının kaynağında argona, yüzde 1-5 arasında hidrojen eklenir.

Koruyucu gaz kullanımı durumunda, düşük akım şiddetli plazma ark kaynak uygulamalarında 10- 15 l/dak, yüksek akım şiddetli uygulamalarda 15- 30 l/dak ve biraz daha yüksek debiler önerilir.

Plazma ark kaynağı uygulamalarında kaynak bağlantısının kök kısmını da korumak gerektiği durumlarda kök gazı kullanılabilir, kök gazı olarak ta kaynak edilecek malzemeye bağlı olarak argon, helyum ya da azot kullanılabilir.