O corte por plasma é um método de maquinagem que utiliza o calor de um arco de plasma de alta temperatura para fazer derreter e evaporar parcialmente o metal no corte da peça de trabalho e, com o impulso do plasma de alta velocidade, o metal fundido é expelido para formar um corte. Como se baseia na fusão e não nas reacções de oxidação para [...]
O corte por plasma é um método de maquinagem que utiliza o calor de um arco de plasma de alta temperatura para fazer derreter e evaporar parcialmente o metal no corte da peça de trabalho e, com o impulso do plasma de alta velocidade, o metal fundido é expelido para formar um corte.
Como se baseia na fusão e não em reacções de oxidação para cortar materiais, a sua gama de aplicações é muito mais vasta do que o corte oxicombustível. Pode cortar virtualmente todos os metais, não-metais, multicamadas e materiais compostos.
Os cortes são estreitos com boa qualidade de superfície, velocidade de corte rápida e podem atingir uma espessura de 160 mm.
Além disso, devido à alta temperatura e à alta velocidade do arco de plasmaNão há deformação no corte de chapas finas.
Especialmente no corte de aço inoxidável, ligas de titânio e materiais metálicos não ferrosos, é possível obter uma excelente qualidade de corte.
Por conseguinte, corte por plasma é amplamente utilizado em indústrias como a dos automóveis, vasos de pressão, maquinaria química, indústria nuclear, maquinaria geral, maquinaria de construção e estruturas de aço.
A cortador de plasma ioniza gases mistos através de um arco elétrico de alta frequência, fazendo com que alguns gases se "decomponham" ou se ionizem em partículas atómicas básicas, gerando assim "plasma".
Quando o arco salta sobre a peça de trabalho, o gás de alta pressão sopra o plasma para fora do bocal da tocha a uma velocidade de saída de 800-1000 m/s (cerca de 3 Mach).
A temperatura da coluna de arco de plasma é extremamente elevada, atingindo 10.000°C a 30.000°C, excedendo largamente a ponto de fusão de todos os materiais metálicos ou não metálicos.
Isto faz com que a peça que está a ser cortada derreta rapidamente, e o metal derretido é soprado pelo fluxo de ar de alta pressão ejectado.
Por conseguinte, é necessário equipamento de extração de fumos e de remoção de escórias. O corte por plasma combinado com diferentes gases de trabalho pode cortar vários metais difíceis de cortar com corte oxicombustívelespecialmente metais não ferrosos (aço inoxidável, alumínio, cobre, titânio, níquel) com melhores efeitos de corte.
As suas principais vantagens são que quando corte de metal materiais com espessuras não muito grandes, o corte por plasma é rápido, especialmente quando se cortam chapas finas de aço-carbono comuns, a velocidade pode atingir 5-6 vezes a do corte por oxicorte com uma superfície de corte lisa, deformação térmica mínima e praticamente nenhuma zona afetada pelo calor.
Com o desenvolvimento do corte por plasma, o gás de trabalho utilizado (o gás de trabalho é o meio condutor do arco de plasma, é o transportador de calor e também expulsa o metal fundido do corte) tem um efeito significativo nas características de corte do arco de plasma, bem como na qualidade e velocidade de corte.
Os gases de trabalho do arco de plasma normalmente utilizados incluem o árgon, o hidrogénio, o azoto, o oxigénio, o ar, o vapor e certos gases mistos.
É uma das características mais importantes para avaliar a qualidade do funcionamento de um cortador e reflecte o raio mínimo que o cortador pode suportar. É medido no seu ponto mais largo, com a maioria dos cortadores de plasma a produzir um largura do corte entre 0,15 e 6,0 mm.
Os factores de influência incluem: a. Os cortes excessivamente largos não só desperdiçam material, como também reduzem a velocidade de corte e aumentam o consumo de energia. b. A largura do corte está principalmente relacionada com a abertura do bocal, sendo normalmente 10% a 40% maior do que esta. c.
medida que a espessura de corte aumenta, é frequentemente necessária uma maior abertura do bocal, o que, por sua vez, alarga a fenda de corte. d. Uma maior largura da fenda de corte pode levar a uma maior deformação da peça que está a ser cortada.
Descreve o aspeto da superfície de corte e determina se é necessário processamento adicional após o corte. É também uma medida do valor Ra a dois terços da profundidade de corte.
A rugosidade deve-se principalmente às vibrações longitudinais causadas pelo fluxo de ar de corte na direção do corte, que resultam em ondulações de corte.
O requisito geral para o rugosidade da superfície após o corte oxiacetilénico é: Classe 1 Ra≤30μm, Classe 2 Ra≤50μm, Classe 3 Ra≤100μm.
O corte por arco de plasma produz normalmente um valor Ra superior ao do corte por chama, mas inferior ao do corte a laser (menos de 50μm).
Este é outro parâmetro importante que reflecte a qualidade do corte e está relacionado com o grau de maquinação adicional necessário após o corte. Este índice é frequentemente representado pela verticalidade U ou pela tolerância angular.
Para o corte por arco plasma, o valor U está intimamente relacionado com a espessura da chapa e os parâmetros do processo, normalmente U≤(1%~4%)δ (sendo δ a espessura da chapa).
Esta métrica é crucial para os produtos endurecíveis ou tratáveis termicamente aços de baixa liga ou ligas de aço, uma vez que uma grande zona afetada pelo calor pode alterar significativamente as propriedades perto do corte.
O corte por arco plasma a ar tem uma largura de zona afetada pelo calor de cerca de 0,3 mm, que pode ser mais estreita no corte por arco plasma subaquático.
Descreve a quantidade de escória oxidada ou material recristalizado que adere à borda inferior do corte após o corte térmico. O grau de escória é normalmente determinado por inspeção visual, sendo frequentemente descrito como nenhum, ligeiro, moderado ou grave.
Além disso, deve haver requisitos específicos para a linearidade do corte, a fusão da borda superior e os entalhes.
A qualidade da superfície de um corte por arco de plasma situa-se geralmente entre a do corte oxiacetilénico e a do corte por serra de fita.
Em comparação com o corte mecânico, o corte por arco plasma tem uma maior tolerância. Quando a espessura da chapa excede os 100 mm, as velocidades de corte mais lentas provocam a fusão de mais metal, resultando frequentemente num corte grosseiro.
A norma para um bom corte é: largura estreita, secção transversal retangular, superfície lisa, sem escórias ou impurezas, e a dureza da superfície de corte não deve prejudicar a maquinagem subsequente.
A largura do corte refere-se à distância, no bordo superior do corte, entre as duas faces causadas pelo feixe de corte. No caso de fusão no bordo superior do corte, designa a distância entre as duas faces de corte logo abaixo da camada de fusão.
O arco de plasma remove frequentemente mais metal da parte superior do que da parte inferior do corte, causando uma ligeira inclinação na face de corte, com a borda superior a parecer quadrada, mas por vezes ligeiramente redondo.
A largura da fenda de corte do corte por arco plasma é 1,5 a 2,0 vezes maior do que a do corte por oxigénio-acetileno e, à medida que a espessura da chapa aumenta, a largura da fenda de corte também aumenta.
Para o aço inoxidável ou alumínio com uma espessura inferior a 25 mm, pode ser utilizado o corte por arco plasma de baixa corrente, o que resulta numa maior retidão do corte.
Especialmente com uma espessura de corte inferior a 8 mm, podem ser cortadas pequenas arestas e, por vezes, pode ser soldada diretamente sem processamento adicional, o que é difícil de conseguir com o corte por arco de plasma de alta corrente.
Este facto proporciona comodidade no corte de curvas irregulares e no corte de furos não normalizados em chapas finas. A planicidade da superfície de corte refere-se à distância entre duas linhas paralelas feitas na direção do ângulo da superfície de corte, a partir dos pontos mais alto e mais baixo da superfície de corte.
A superfície do corte por arco plasma tem uma camada fundida com cerca de 0,25 a 3,80 mm de espessura, mas a sua composição química permanece inalterada.
Por exemplo, ao cortar uma liga de alumínio contendo 5% w(Mg), embora haja uma camada fundida de 0,25 mm de espessura, a composição permanece inalterada e não aparece nenhum óxido.
Se a superfície de corte for soldada diretamente, pode ainda obter-se uma soldadura densa. Ao cortar aço inoxidável, como a zona afetada pelo calor passa rapidamente pela temperatura crítica de 649 ℃, o carboneto de cromo não precipitará ao longo do limite do grão. Assim, o corte por arco plasma de aço inoxidável não afecta a sua resistência à corrosão.
Os entalhes irregulares de diferentes larguras, profundidades e formas na superfície de corte interrompem a uniformidade do corte. A escória de óxido de ferro que se fixa na borda inferior da superfície de corte após o corte é conhecida como escória suspensa.
Tomando o aço inoxidável como exemplo, devido à fraca fluidez do aço inoxidável fundido, é difícil soprar todo o metal fundido do corte durante o processo de corte.
O aço inoxidável tem uma fraca condutividade térmica e o fundo do corte pode facilmente sobreaquecer, deixando para trás metal fundido que não foi soprado.
Esta funde-se com o fundo do corte e solidifica após o arrefecimento, formando o que se designa por escória ou escória suspensa. O aço inoxidável é resistente e esta escória é muito robusta, tornando-a difícil de remover e causando desafios significativos à maquinagem.
Por conseguinte, a remoção de impurezas do corte por arco plasma de aço inoxidável é uma questão crítica.
Ao cortar cobre, alumínio e as suas ligas, devido à sua boa condutividade térmica, é menos provável que a parte inferior do corte volte a fundir-se com o metal fundido.
Embora esta escória fique "pendurada" sob o corte, é fácil de remover. Quando se utiliza o corte por arco plasma, as medidas específicas para remover as impurezas são as seguintes:
(1) Assegurar a concentricidade entre os tungsténio elétrodo e o bocal
O mau alinhamento do elétrodo de tungsténio e do bocal pode perturbar a simetria do gás e do arco, impedindo que o arco de plasma seja bem comprimido ou causando a deflexão do arco.
Isto reduz a capacidade de corte, resulta em cortes assimétricos, aumenta a ocorrência de grumos de fusão e, em casos graves, causa arcos duplos que interrompem o processo de corte.
(2) Certificar-se de que o arco de plasma tem potência suficiente
Com o aumento da potência do arco de plasma, a energia do arco de plasma aumenta e a coluna do arco alonga-se, aumentando a temperatura e a fluidez do metal fundido durante o processo de corte.
Sob o efeito do fluxo de ar de alta velocidade, o metal derretido pode ser facilmente soprado.
O aumento da potência da coluna de arco pode melhorar a velocidade de corte e a estabilidade do processo de corte, permitindo a utilização de um maior fluxo de ar para aumentar a força de sopro, o que é altamente benéfico para eliminar os pedaços de fusão no corte.
(3) Escolher o fluxo de gás e a velocidade de corte correctos
Um fluxo de gás insuficiente pode facilmente levar à formação de grumos de fusão. Com todas as outras condições inalteradas, à medida que o fluxo de gás aumenta, a qualidade do corte melhora e é possível obter um corte sem grumos de fusão.
No entanto, um fluxo excessivo de gás encurta o arco de plasma, reduzindo a sua capacidade de fusão na parte inferior da peça de trabalho, aumentando o atraso do corte, fazendo com que o corte assuma uma forma em V e, consequentemente, facilitando a formação de grumos de fusão.
A ocorrência de arcos duplos em arcos de plasma transferidos está relacionada com condições específicas do processo. No corte por arco de plasma, a presença de arcos duplos conduz inevitavelmente a um desgaste rápido do bocal.
O desgaste ligeiro altera a forma geométrica do orifício do bocal, desestabilizando o arco e afectando a qualidade do corte; o desgaste grave pode causar fugas no bocal, obrigando à paragem do processo de corte.
Por conseguinte, tal como acontece com soldadura por arco de plasmaPara evitar a ocorrência de arcos duplos, é fundamental ter em conta os factores que afectam a sua formação.
Na produção, o corte por arco plasma pode agora ser utilizado para cortar aço inoxidável com uma espessura de 100 a 200 mm. Para garantir a qualidade do corte de chapas grossas, devem ser tidas em conta as seguintes características técnicas:
(1) À medida que a espessura de corte aumenta, a quantidade de metal a fundir também aumenta, pelo que é necessária uma maior potência do arco de plasma. Ao cortar chapas com espessura superior a 80 mm, a potência do arco de plasma situa-se entre 50 e 100 kW.
Para reduzir o desgaste do bocal e do elétrodo de tungsténio, é aconselhável aumentar a tensão de corte do arco de plasma com a mesma potência.
Por conseguinte, a tensão em vazio da fonte de alimentação de corte deve ser superior a 220 V.
(2) O arco de plasma deve ser fino e rígido, com a coluna de arco a manter uma temperatura elevada numa longa distância.
Ou seja, o gradiente de temperatura axial deve ser pequeno e a distribuição da temperatura na coluna do arco deve ser uniforme. Desta forma, a parte inferior do corte pode receber calor suficiente para garantir a penetração.
O efeito é ainda melhor se for utilizada uma mistura de azoto e hidrogénio com uma grande entalpia térmica e uma elevada condutividade térmica.
(3) Durante a transferência do arco, devido a grandes flutuações de corrente, ocorre frequentemente a interrupção do arco ou a queima do bocal, pelo que é necessário que o equipamento utilize um método de aumento gradual da corrente ou de transferência do arco por fases.
Geralmente, pode ser inserida uma resistência limitadora de corrente (cerca de 0,4 Ω) no circuito de corte para reduzir o valor da corrente durante a transferência do arco, sendo depois a resistência colocada em curto-circuito.
(4) O pré-aquecimento é necessário no início do corte e o tempo de pré-aquecimento é determinado pelas propriedades e pela espessura do material a cortar.
Para o aço inoxidável, quando a espessura da peça de trabalho é de 200 mm, é necessário um pré-aquecimento de 8 a 20 segundos; quando a espessura da peça de trabalho é de 50 mm, são necessários 2,5 a 3,5 segundos de pré-aquecimento.
Após o início do corte de uma peça de trabalho espessa, deve aguardar que esta seja cortada ao longo da direção da espessura antes de mover o maçarico de corte para obter um corte contínuo, caso contrário a peça de trabalho não será completamente cortada.
O corte do arco só deve ser efectuado depois de a obra estar completamente separada.
Medidas de controlo da qualidade:
Para evitar defeitos de soldaduraPara controlar o desalinhamento em ambos os lados da soldadura, foram utilizados e posicionados dispositivos de soldadura; para evitar a oxidação da parede interna do invólucro soldado, foi adoptada uma proteção interna de enchimento com árgon.
(1) O aço inoxidável martensítico endurecido por precipitação apresenta uma excelente soldabilidade e pode ser soldado em qualquer estado - tratado com solução, envelhecido ou sobre-envelhecido - sem necessidade de pré-aquecimento ou arrefecimento lento pós-soldadura.
No entanto, se for necessária uma resistência equivalente na junta de soldadura, deve ser utilizada a mesma composição química que o material de base para o material de enchimento e deve ser efectuado um tratamento de solução pós-soldadura e um tratamento térmico de envelhecimento.
(2) Para mitigar o amolecimento e a segregação na junta, ao soldar aço inoxidável martensítico endurecido por precipitação utilizando a soldadura por fusão, a entrada de energia de linha deve ser estritamente limitada.
Soldadura por feixe de electrões, soldadura a laserA soldadura por resistência e a soldadura com gás inerte de tungsténio pulsado são as escolhas preferenciais. Quando se utiliza a soldadura por resistência, devem ser respeitadas especificações rígidas.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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