Usinagem 2. Aula 4 Corte por Plasma

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1 Usinagem 2 Aula 4 Corte por Plasma

2 A matéria pode se apresentar nos estados sólido, líquido e gasoso. Entretanto, há um estado chamado plasma, conhecido também como o quarto estado da matéria. No caso da água, considerando seu estado gasoso se continuarmos adicionando calor ao vapor algumas de suas propriedades são alteradas, como a temperatura e características elétricas. Esse processo é chamado ionização, e quando isso acontece os gases tornam-se plasma

3 Em 1950, o processo TIG (gás inerte de tungstênio) de soldagem estava implantado como um método de alta qualidade para soldar metais nobres. Durante o desenvolvimento desse processo, os cientistas envolvidos no trabalho descobriram que se reduzissem o diâmetro do bocal por onde saía a tocha de gás para soldagem, as propriedades do arco elétrico do equipamento de soldagem ficavam bastante alteradas. A redução do diâmetro de saída comprimia o arco elétrico, aumentando a velocidade e a temperatura do gás. O gás, ionizado, ao sair pelo bocal, em vez de soldar, cortava metais.

4 Um conjunto de partículas carregadas contendo quase a mesma quantidade de elétrons e íons positivos, embora apresente quase todas as características dos seus gases formadores, se difere deles por ser um bom condutor de eletricidade. A ionização do gás causa a criação de elétrons livres e íons positivos entre os átomos de gás. Quando isso ocorre, o gás em questão torna-se eletricamente condutivo

5 O corte a Plasma é um processo que utiliza um bico com orifício otimizado para constringir um gás ionizado em altíssima temperatura, tal que possa ser usado para derreter seções de metais condutores. Um gás eletricamente condutivo (plasma) é usado para transferir energia fornecida pela fonte plasma da tocha para o material a ser cortado. A tocha serve de suporte para os consumíveis e fornece um fluído refrigerante para estas peças. O distribuidor ou difusor de gás é construído de material isolante e tem como principal finalidade de dar sentido rotacional ao gás. O eletrodo conduz a corrente até um inserto de háfnio que emite os elétrons para geração do plasma.

6 O bico constringe o plasma e o guia para o metal a ser cortado. A capa tem como função manter os consumíveis alinhados e isolar a parte elétrica do bocal frontal. O bocal frontal guia o fluxo de jato de ar coaxial. Por ser refrigerado e isolado, o bocal pode ser apoiado à chapa. Um gás eletricamente condutor é usado para transferir energia fornecida por uma fonte de energia elétrica, da tocha ao material a cortar.

7 Muito utilizado na indústria devido sua capacidade de cortar qualquer metal condutor de eletricidade principalmente os metais não ferrosos que não podem ser cortados pelo processo oxicorte. O processo consiste na utilização do calor liberado por uma coluna de plasma, resultante do aquecimento por maio de um arco elétrico de um gás, em alta vazão rotacional. Este plasma é transferido ao metal a ser cortado. A parte do metal se funde pelo calor do plasma e este metal é expulso com auxílio do gás em alta vazão.

8 Corte mecanizado é todo aquele onde um sistema automático manipula a tocha de plasma. Os sistemas pode ser simples ou manipulados e comandados por CNC. Os sistemas manuais podem ser adaptados para trabalhar no método mecanizado e devem ser respeitados os limites de aplicação recomendados pelo fabricante do sistema para este método. Geralmente a capacidade de corte dos sistemas manuais é reduzida à metade para o corte mecanizado. Esta redução não está relacionada diretamente com a capacidade da fonte, e sim pelo aquecimento progressivo da tocha.

9 Como no plasma a velocidade reduz sensivelmente com o incremento da espessura, em chapas mais espessas o tempo de corte é grande devido a baixa velocidade. Esta é a principal razão de se limitar a espessura para se garantir uma velocidade razoável e permitir o refrigeração adequada da tocha. Os sistemas mecanizados dedicados geralmente possuem tochas refrigeradas por líquido refrigerante.

10 1.Fonte de Energia 2.Console de Ignição Alta Freqüência 3.Console de controle de gás 4.Tocha plasma 5.Conjunto de Válvulas

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12 A qualidade do corte, bem como o desempenho da célula depende da combinação, interação e características dos componentes. A seleção deve se dar primeiramente para atender aos requisitos de qualidade e produtividade do material a se cortar. O Ar comprimido é sempre a melhor segunda opção técnica e a primeira em conveniência e custo. Quando se deseja a melhor combinação para obter melhor qualidade e produtividade.

13 O gás no processo plasma tem duas funções distintas: a) insumo para geração do plasma e b) refrigeração dos consumíveis. Nos sistemas com partida por contato, serve como agente para afastar o eletrodo móvel. A qualidade e eficiência do processo estão intrinsecamente relacionadas com a qualidade do gás. Na grande maioria dos sistemas manuais, utiliza-se uma única fonte de suprimento de gás para realizar as duas funções de formação de plasma e refrigeração dos itens consumíveis. Neste caso a vazão do gás torna-se um fator de extrema importância para o desempenho do processo. Se a vazão é excessiva implicará numa boa ação de refrigeração, porém com conseqüências danosas ao plasma. Se insuficiente, além da perda de qualidade do plasma, a vida útil do consumível é reduzida drasticamente.

14 A vazão nos sistemas de gás único e sempre mais elevado que nos sistemas de múltiplos gases. Existem alguns sistemas manuais, de correntes mais elevadas que podem utilizar a combinação de mais de um gás. Em consequência tem-se uma tocha forte. Os sistemas mecanizados dedicados possibilitam o uso de dois gases distintos para plasma e para proteção. Nestes casos, o eletrodo é refrigerado internamente por um líquido refrigerante. A vantagem dos sistemas múltiplos gases está no fato de selecionar um gás de plasma mais adequado ao tipo de material a se cortar independente de sua capacidade de refrigeração. O Ar comprimido é sempre a melhor segunda opção técnica e a primeira em conveniência e custo.

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17 Em relação ao oxicorte possuí melhor velocidade de corte, melhor acabamento desde que trabalhando na faixa adequada de operação (até 3 ou 76mm de espessura), além de ter opções para eliminação de ruído e fumos através da utilização de cortes com escudo d água ou corte subaquático. É facilmente operado e não se utiliza da produção de chama com gases combustíveis que requer maiores cuidados com a segurança do operador. Pode ser aplicado para o corte de qualquer material condutor de eletricidade. Outra vantagem seria que o Oxicorte é limitado a alguns metais, ou seja, em geral não se consegue cortar aços inoxidáveis o que já não é problema para o corte à Plasma.

18 Suas limitações em relação ao Oxicorte seria a dificuldade de se cortar espessuras maiores. No processo de Oxicorte pode-se cortar espessuras maiores sem que se perca a qualidade do corte e, principalmente, manter o esquadro da peça. Uma das características do processo Plasma é o surgimento de chanfros na aresta de corte, os quais tornam-se mais significativos a medida que se aumenta a espessura da chapa. Para se controlar isso, torna-se necessária uma rigorosa avaliação dos parâmetros de corte e uso de consumíveis sempre em ótimas condições. Com relação ao corte Laser, levando-se em consideração que o custo de implantação do Corte Plasma é bem menor que este.

19 Fazendo o posicionamento da tocha tão próximo quanto possível à peça de trabalho conseguimos reduzir este desbalanceamento de calor. O aumento da constrição do arco tende a tornar o perfil do arco maior e mais uniforme, causando um corte mais reto. Mas infelizmente, a constrição de arco com um bico convencional é limitada pela tendência de o aumento da constrição desenvolver dois arcos em série, conforme figura abaixo, sendo um entre o eletrodo e o bico e outro entre o bico e a peça.

20 Este fenômeno é conhecido como duplo arco e desgasta o eletrodo e o bico de corte. O arco duplo limita severamente a extensão do corte plasma com qualidade. Desde a introdução do processo de corte plasma nos anos 50, várias pesquisas tem sido realizadas com o objetivo de aumentar a constrição do arco, sem, porém a criação do duplo arco. Em 2003 foram investidas elevadas quantias em pesquisa e desenvolvimento para resolver a inconsistência e aprimorar o processo de alta definição. O resultado foi o desenvolvimento de novas tecnologias que revolucionaram o plasma de alta definição.

21 A técnica dual flow foi desenvolvida em Esta técnica envolve uma pequena modificação em relação ao plasma convencional. Este processo utiliza-se das mesmas características como no plasma convencional, neste caso, porém é adicionado um segundo gás de proteção ao redor do bico de corte. Usualmente, em operação dual flow o gás plasma é o Nitrogênio e o segundo gás de proteção é selecionado de acordo com o metal a ser cortado. Gases típicos para uso são normalmente Ar Comprimido ou Oxigênio para aço Carbono, dióxido de Carbono (CO2) para aços inoxidáveis e misturas de Hidrogênio/Argônio para Alumínio.

22 A velocidade de corte é melhor para aços ao Carbono quando comparado ao plasma convencional, contudo, a qualidade de corte é inadequada para algumas aplicações. A velocidade e qualidade de corte em aços inoxidáveis e Alumínio, é essencialmente a mesma que no plasma convencional. A maior vantagem neste processo é que o gás secundário forma uma proteção entre o bico de corte e a peça de trabalho, protegendo o mesmo de curtos-circuitos, e reduzindo a tendência de "duplo arco". O gás de proteção também protege a zona de corte aumentando a qualidade e velocidade de corte, além de refrigerar o bico de corte e bocal da tocha.

23 O maior problema com o corte por ar comprimido é a rápida erosão do eletrodo. Eletrodos especiais feitos de Zircônio, Háfnio ou ligas de Háfnio são necessários, uma vez que o eletrodo de Tungstênio desgasta-se em poucos segundos se o gás de corte conter Oxigênio. Mesmo com a utilização destes eletrodos especiais, a vida útil dos mesmos é consideravelmente menor que no processo plasma convencional.

24 O corte plasma com proteção de água, onde o gás de proteção secundário é substituído por água. O efeito de resfriamento provocado pela água aumenta a vida útil do bico de corte além de melhorar significativamente a aparência do corte, entretanto, o esquadrejamento e velocidade de corte permanecem constantes uma vez que a água não provê uma constrição adicional do arco.

25 No início, estava estabelecido que uma ferramenta para aumentar a qualidade de corte era através do aumento da constrição do arco evitando-se o duplo arco. No processo plasma com injeção de água, a água é injetada radialmente no arco de maneira uniforme. A injeção de água no arco contribui para um maior grau de constrição do arco atuando como se fosse um segundo bico de corte.

26 O corte plasma com injeção de Oxigênio contornou o problema da vida útil do eletrodo pelo uso de Nitrogênio como gás de plasma com a injeção de Oxigênio abaixo da saída do bocal.