Führt man einem Stück Materie kontinuierlich Energie zu, so erhöht sich seine Temperatur, und es geht in der Regel über den flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Setzt man die Energiezufuhr fort, so wächst die Bewegungsenergie der elementaren Bausteine mit der Temperatur an bis zu einem Punkt, wo bei den Zusammenstößen der Gasmoleküle und Atome die aus Elektronen bestehende Atomhülle aufgebrochen wird, so daß negativ geladene Elektronen und positiv geladene Ionen entstehen. Dieses Gemisch aus neutralen, positiv und negativ geladenen Partikeln bezeichnet man als Plasma, das aufgrund seiner hohen Temperatur elektrische Leitfähigkeit besitzt.

Die auch als 4. Aggregatzustand bezeichnteten Plasmen zeigen ungewöhnliche neuartige Eigenschaften aufgrund der Überlagerung zahlreicher unterschiedlicher atomphysikalischer Effekte. Plasmen lassen sich durch äußere elektrische und magnetische Felder leicht beeinflussen und sind dadurch hervorragend steuerbar. Wegen ihres hohen Energieinhaltes ermöglichen sie Prozesse, die in anderen Materialzuständen nicht ablaufen können. Diese Eigenschaften machen das Plasma zu einem besonders leistungsstarken und überaus flexiblen Werkzeug für viele industrielle Anwendungen.

In einem Plasmabrenner wird zunächst zwischen der negativen Elektrode und der Düse eine Gleichspannung angelegt, die auch zwischen der Elektrode und dem elektrisch leitenden Werkstück anliegt. Mit der Erzeugung von Hochspannungsimpulsen parallel zur Gleichspannung zwischen Elektrode und Düse entsteht im Inneren des Plasmabrenners ein Plasmastrahl niedriger Energie, der sogenannte Hilfslichtbogen. Das Plasmagas wird dissoziiert (Moleküle werden in Atome zerlegt) und ionisiert (Elektronen verlassen die Elektronenhülle), tritt als heller Lichtkegel aus der Düse aus und macht die Strecke zwischen Elektrode und Werkstück elektrisch leitfähig.

Je nach verwendetem Plasmagas und zugeführter Energie werden im Plasmastrahl Temperaturen von 20.000 bis 50.000 K erreicht. Mit der thermischen Energie des Lichtbogens wird jedes bekannte Metall sofort aufgeschmolzen und teilweise verdampft. Durch die kinetische Energie des Plasmastrahles wird dann die entstehende Schmelze aus der sich bildenden Schnittfuge herausgeblasen. Die hohe kinetische Energie, die den Plasmastrahl mit Überschallgeschwindigkeit aus der Düse treten läßt, entsteht durch eine schlagartige Volumenausdehnung des Plasmagases infolge der extremen Temperaturerhöhung innerhalb des Plasmabrenners.

In der Praxis ergeben sich hieraus folgende Anwendungsfälle:

• Plasmaschneiden (=Trennen) von Blechen mit einer Materialdicke zwischen 0,5mm und 160mm.

• Plasmaschweißen (=Fügen) von Blechen mit einer Materialstärke zwischen 0,05 und 20mm.

• Plasmafugen (=Abtragen) zur Schweißnahtvorbereitung oder zum Herausarbeiten fehlerhafter Schweißnähte.

• Plasmabeschichten (=Auftragen) von Verschleißschutzschichten.

• Plasmaunterstützte Hartstoffbearbeitung (=Kurzzeitiges Erweichen) von gehärteten Bauteilen und gleichzeitiges Zerspanen mit Standardwerkzeugen. Ergibt ein wesentlich höheres Spanvolumen gegenüber Schleifbearbeitung.

• Plasmaätzen (=Oberflächenaktivierung) zur idealen Vorbereitung von Lackierungen.

• Plasmapulverauftragsschweißen  ( PTA / PPAW ) zum Auftragen von Hartstoffschichten oder zum Verbindungsschweißen mittels Pulver anstelle Draht als Schweißzusatzwerkstoff.

• Plasmalöten dünner, auch beschichteter Bleche durch Plasma-Kaltdraht-Löten bzw. Plasma-Heißdraht-Löten anstelle des Autogenlötens.

• Plasmatrennen von Textilien mit nicht übertragenem Lichtbogen bei Geschwindigkeiten bis 10m/min.

• Plasmamarkieren (=Beschriften) von Blechen mit übertragenem oder nicht übertragenem Lichtbogen.

• Plasmaschweißen (=Fügen) von Kunststoffen mit nicht übertragenem Lichtbogen.

• Plasmaauftragsschweißen als 3D-Druck zur generativen Fertigung von metallischen Bauteilen mit hohem Einsparpotential von Material und Nachbearbeitungsaufwand.