O que você acha de um processo de soldagem que combina calor extremo, precisão e eficiência? A soldagem a arco de plasma, uma técnica avançada, faz exatamente isso. Esse método usa um arco de plasma para criar soldas de alta energia e alta temperatura, adequadas para materiais finos e grossos. Ao compreender seus princípios e aplicações, você verá como essa tecnologia pode revolucionar a soldagem industrial, oferecendo juntas fortes e de alta qualidade em uma ampla variedade de metais. Descubra as complexidades da soldagem a arco de plasma e seu potencial para aprimorar seus projetos de soldagem.
Um arco de plasma é um arco de argônio de eletrodo de tungstênio comprimido com alta densidade de energia, temperatura e força de arco. O arco de plasma é obtido por meio de três efeitos de compressão:
1) Compressão mecânica: A expansão restrita da área da seção transversal da coluna de arco, causada pela abertura do bocal de cobre resfriado a água, é conhecida como compressão mecânica.
2) Compressão térmica: A água de resfriamento no bocal forma uma camada de gás frio perto da parede interna do bocal, reduzindo a área condutora efetiva da coluna de arco. Isso aumenta ainda mais a densidade de energia e a temperatura da coluna de arco. Esse efeito, obtido por meio do resfriamento da água para aumentar ainda mais a temperatura e a densidade de energia da coluna de arco, é conhecido como compressão térmica.
3) Compressão eletromagnética: Devido aos efeitos de compressão mencionados acima, a densidade da corrente do arco aumenta e a força de contração eletromagnética gerada pelo próprio campo magnético da corrente do arco se torna mais forte. Isso resulta em mais compressão do arco, conhecida como compressão eletromagnética.
(1) Arco não transferido
O arco não transferido queima entre o eletrodo de tungstênio e o bocal. Durante a soldagem, o polo positivo da fonte de energia é conectado ao bocal de cobre resfriado a água, enquanto o polo negativo é conectado ao eletrodo de tungstênio. A peça de trabalho não é conectada ao circuito de soldagem. O arco é realizado pela ejeção em alta velocidade do gás de plasma. Esse tipo de arco é adequado para soldar ou cortar metais mais finos e não-metais.
(2) Arco transferido
O arco transferido queima diretamente entre o eletrodo de tungstênio e a peça de trabalho. Durante a soldagem, o arco não transferido entre o eletrodo de tungstênio e o bocal é primeiro inflamado e, em seguida, o arco é transferido para o eletrodo de tungstênio e a peça de trabalho. O bocal não é conectado ao circuito de soldagem durante a operação. Esse tipo de arco é usado para soldar metais mais espessos.
(3) Arco combinado
Um arco combinado refere-se a um arco em que coexistem o arco transferido e o arco não transferido. O arco misto pode manter a estabilidade em correntes muito baixas, o que o torna particularmente adequado para a soldagem de chapas finas e ultrafinas.
(1) A curva característica estática do arco do arco de plasma é significativamente diferente da do arco TIG:
(2) A temperatura do arco é alta, variando de 24000K a 50000K, com alta densidade de potência e densidade de energia de 105-106W/cm2. Em contrapartida, o arco TIG tem uma faixa de temperatura de 10.000 a 24.000 K e uma densidade de potência inferior a 104 W/cm2.
(3) A rigidez é alta, com um grande fator de concentração de arco.
(4) O calor gerado pela coluna de arco tem um efeito significativo no aquecimento da peça de trabalho.
(I) Características
Devido à sua alta densidade de energia, temperatura e rigidez, o arco de plasma tem as seguintes vantagens em comparação com o arco convencional soldagem a arco:
1) Forte capacidade de penetração, capaz de soldar chapas de aço inoxidável com espessura de 8 a 10 mm sem a necessidade de chanfro ou arame de enchimento.
2) A qualidade do costura de solda não é sensível a mudanças no comprimento do arco. Isso ocorre porque o formato do arco é quase cilíndrico e tem boa retidão. A variação no comprimento do arco tem impacto mínimo na área do ponto de aquecimento, facilitando a obtenção de formatos uniformes de cordão de solda.
3) O eletrodo de tungstênio é embutido dentro de um bocal de cobre resfriado a água, evitando o contato com a peça de trabalho e prevenindo a ocorrência de inclusão de tungstênio no metal de solda.
4) O arco de plasma tem um alto grau de ionização, o que o torna estável mesmo em baixas correntes, permitindo a soldagem de peças de precisão em miniatura.
As desvantagens da soldagem a arco de plasma são as seguintes:
1) Limitado espessura da soldageralmente abaixo de 25 mm.
2) A pistola de soldagem e o circuito de controle são complexos, e o bocal tem uma vida útil baixa.
3) Existem vários parâmetros de soldagemO operador de soldagem deve ter um alto nível de proficiência técnica.
(2) Aplicativos
A soldagem a arco de plasma pode ser usada para soldar vários metais que podem ser soldados com a soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG), como aço inoxidável, alumínio e outros metais. ligas de alumíniotitânio e ligas de titânio, níquel, cobre e liga de Monel. Esse método de soldagem pode ser aplicado nos setores aeroespacial, de aviação, energia nuclear, eletrônica, construção naval e outros setores industriais.
1. Classificação: Pistola de soldagem a arco de plasma, pistola de corte, pistola de pulverização.
2. Componentes
Os principais componentes incluem o eletrodo, o suporte do eletrodo, o bocal comprimido, o isolador intermediário, o corpo superior da pistola, o corpo inferior da pistola e a luva de resfriamento. Os componentes mais críticos são o bocal e o eletrodo.
1. Bocal
Classificação: Com base no número de orifícios do bico, há dois tipos: orifício único e orifício múltiplo.
Nos bicos com vários orifícios, além do orifício central principal, há vários orifícios pequenos nos lados esquerdo e direito do orifício principal. O gás de plasma ejetado desses pequenos orifícios tem um efeito compressivo adicional sobre o arco de plasma, fazendo com que a seção transversal do arco de plasma se torne elíptica. Quando o eixo longo da elipse é paralelo à direção da soldagem, ele pode aumentar significativamente a velocidade de soldagem e reduzir a largura da zona afetada pelo calor.
Os parâmetros mais importantes do formato do bocal são a abertura de compressão e o comprimento do canal de compressão.
1) Abertura do bocal (dn):
O dn determina o diâmetro e a densidade de energia do arco de plasma. Um diâmetro menor resulta em maior compressão do arco, mas, se for muito pequeno, pode levar à diminuição da estabilidade do arco de plasma, causando até mesmo arco duplo e danos ao bocal. A seleção de dn deve ser baseada na corrente de soldagem, no tipo de gás de plasma e na taxa de fluxo.
2) Comprimento do canal do bocal (l0):
Sob uma determinada abertura de compressão, um l0 mais longo proporciona uma compressão mais forte do arco de plasma. No entanto, se l0 for muito grande, o arco de plasma se tornará instável. Geralmente, é necessário que a relação l0/dn esteja dentro de um determinado intervalo. Para o arco de transferência, geralmente é de 1,0 a 1,2, e para o arco misto, é de 2 a 6.
3) Ângulo cônico (α):
O ângulo cônico tem pouco impacto sobre a compressão do arco de plasma e pode variar de 30° a 180°. No entanto, é preferível combinar o formato da ponta do eletrodo para garantir a ancoragem estável do ponto do ânodo na ponta do eletrodo. Durante a soldagem, o ângulo geralmente é de 60° a 90°.
Material do bocal:
Normalmente, o bocal é feito de cobre e é resfriado diretamente pela água.
Eletrodo:
1) Material:
A soldagem a arco por plasma normalmente usa eletrodos de tungstênio thoriated ou eletrodos de tungstênio ceriated. Em alguns casos, podem ser usados eletrodos de tungstênio zirconizado ou eletrodos de zircônio. Os eletrodos de tungstênio geralmente requerem resfriamento a água. Para aplicações de baixa corrente, é usado o resfriamento indireto da água, e o eletrodo de tungstênio tem a forma de uma haste. Para aplicações de alta corrente, é usado o resfriamento direto da água, e o eletrodo de tungstênio tem uma estrutura embutida.
2) Forma:
A ponta de um eletrodo em forma de haste geralmente é retificada em um formato de cone afiado ou em um formato de plataforma cônica. Para aplicações de corrente mais alta, ela também pode ser retificada em um formato esférico para reduzir a queima.
3) Comprimento e concentricidade da contração interna:
Diferente de Soldagem TIGNa soldagem a plasma, o eletrodo de tungstênio geralmente é contraído dentro do bocal comprimido. A distância da superfície externa do bocal até a ponta do eletrodo de tungstênio é conhecida como comprimento de contração interna (lg).
Para garantir a estabilidade do arco e evitar o arco duplo, o eletrodo de tungstênio deve ser concêntrico com o bocal, e o comprimento de contração interno (lg) do eletrodo de tungstênio deve ser adequado (lg = l0 ± 0,2 mm).
3. Métodos de fornecimento de gás:
a) Tangencial: Esse método proporciona alta compressão, com baixa pressão no centro e alta pressão na periferia. Ele ajuda a estabilizar o arco no centro.
b) Radial: Esse método oferece menor compressão em comparação com o método tangencial.
1. Arco duplo
Em condições normais, um arco transferido é formado entre o eletrodo de tungstênio e a peça de trabalho.
Entretanto, em determinadas situações anormais, pode ocorrer um arco paralelo, conhecido como arco duplo, que queima entre o eletrodo de tungstênio e o bocal, bem como entre o bocal e a peça de trabalho.
2. Mecanismo de geração de arco duplo
Teoria da quebra de filme de gás frio
3. Causas e medidas de prevenção para geração de arco duplo
1. Em determinadas condições de corrente, a abertura de compressão do bocal é muito pequena ou o comprimento do canal de compressão é muito longo, resultando em um comprimento de contração interna excessivo.
2. Fluxo insuficiente de gás de plasma.
3. Desvio excessivo entre o eixo do eletrodo de tungstênio e o eixo do bocal.
4. Bloqueio do bocal devido a respingos de metal.
5. Características externas incorretas da fonte de alimentação.
6. Distância incorreta entre o bocal e a peça de trabalho.
Há três métodos: tipo de perfuração, tipo de fusão e soldagem a arco de plasma com microfeixe.
(1) Soldagem a arco de plasma do tipo perfuração
Ao usar uma corrente de soldagem e um fluxo de plasma maiores, o arco de plasma tem maior densidade de energia e força de fluxo de plasma. A peça de trabalho é completamente derretida e forma um pequeno orifício que penetra na peça de trabalho sob a ação da força do fluxo de plasma, enquanto o metal derretido é expelido ao redor do pequeno orifício.
À medida que o arco de plasma se move na direção da soldagem, o metal fundido se move ao longo das paredes do arco e se cristaliza em um cordão de solda atrás da poça de fusão, enquanto o pequeno orifício avança com o arco de plasma.
É adequado para soldagem de um lado e formação de dois lados, e só pode ser usado para soldagem de um lado e formação de dois lados.
Ao soldar peças de trabalho finas, isso pode ser feito sem chanfrar, acolchoar placas ou preencher metal, obtendo a formação de dois lados em um único passe.
A geração de pequenos furos depende da densidade de energia do arco de plasma. Quanto mais espessa for a chapa, maior será a densidade de energia necessária. Para chapas mais espessas, a soldagem a arco de plasma do tipo perfuração só pode ser usada para o primeiro cordão de solda.
Tabela 6-1: Espessura aplicável à soldagem a arco de plasma do tipo perfuração
| Material | Aço inoxidável | Titânio e ligas de titânio | Níquel e ligas de níquel | Baixa liga de aço | Aço de baixo carbono |
| Limite de espessura de soldagem /mm | 8 | 12 | 6 | 7 | 8 |
(2) Soldagem a arco de plasma tipo fusão
Usando uma taxa de fluxo de gás de plasma menor, a força do fluxo de plasma é menor e a capacidade de penetração do arco é baixa.
Características:
(3) Soldagem a arco de plasma com microfeixe
Uma fusão de baixa corrente (normalmente menos de 30A) processo de soldagem.
Características do equipamento:
Recursos do processo:
(4) Soldagem por arco de plasma pulsado
Usa corrente pulsada abaixo de 15 Hz em vez de corrente contínua estável. O arco é mais estável, resultando em uma zona afetada pelo calor (HAZ) menor e menos distorção.
(5) Soldagem por plasma de corrente alternada
Geralmente usa fonte de alimentação de onda quadrada para soldar ligas de alumínio.
(6) Arco de plasma transferido
De fato, é uma combinação de arco transferido e arco de plasma, e existem duas formas:
(1) Forma de junta e chanfro
A forma da junta é selecionada com base na espessura da placa:
(2) Corrente de soldagem e abertura do bocal
A corrente de soldagem é sempre selecionada com base na espessura da chapa ou nos requisitos de penetração. Se a corrente for muito baixa, a solda pode não penetrar e nenhum furo pequeno será formado. Se a corrente de soldagem for muito alta, o metal fundido pode cair devido ao grande diâmetro do furo.
A abertura do bocal é selecionada com base na corrente de soldagem, e elas devem ser combinadas adequadamente. Ela também está relacionada à taxa de fluxo do gás de plasma.
(3) Gás de plasma
O gás de plasma e gás de proteção são geralmente selecionados com base no metal que está sendo soldado e na magnitude da corrente. Ao usar altas correntes de soldagem na soldagem a arco de plasma, geralmente é aconselhável usar o mesmo gás para o gás de plasma e o gás de proteção, pois o uso de gases diferentes pode resultar em baixa estabilidade do arco.
A Tabela 6-5 lista os gases típicos usados na soldagem a arco com plasma de alta corrente de vários metais. Para a soldagem a arco com plasma de baixa corrente, o gás argônio puro é normalmente usado como gás de plasma. Isso ocorre porque o gás argônio tem uma tensão de ionização mais baixa, o que garante uma fácil ignição do arco.
| Metal | Espessura/mm | Técnica de soldagem | |
| Método de perfuração | Método de fusão | ||
| Aço carbono (aço com alumínio) | ＜3.2 | Ar | Ar |
| ＞3.2 | Ar | 25%Ar+75%He | |
| Aço de baixa liga | ＜3.2 | Ar | Ar |
| ＞3.2 | Ar | 25%Ar+75%He | |
| Aço inoxidável | ＜3.2 | Ar ou 92,5% Ar + 7,5% H2 | Ar |
| ＞3.2 | Ar ou 95% Ar + 5% H2 | 25%Ar+75%He | |
| ＞3.2 | Ar ou 95% Ar + 5% H2 | 25%Ar+75%He | |
| Metais reativos | <6.4 | Ar | Ar |
| >6.4 | Ar+（50%-70%）He | 25%Ar+75%He | |
A taxa de fluxo do gás de plasma determina diretamente a força do fluxo de plasma e a capacidade de penetração. Quanto maior for a taxa de fluxo do gás de plasma, maior será a capacidade de penetração. No entanto, se a taxa de fluxo do gás de plasma for muito alta, o diâmetro do furo pequeno pode se tornar muito grande, o que pode afetar a formação da solda.
Portanto, é necessário selecionar uma taxa de fluxo adequada do gás de plasma com base no diâmetro do bocal, no tipo de gás de plasma, na corrente de soldagem e na velocidade de soldagem.
Ao usar o método de fusão, é necessário reduzir adequadamente a taxa de fluxo do gás de plasma para minimizar a força do fluxo de plasma.
(4) Velocidade de soldagem
A velocidade de soldagem deve ser selecionada com base na taxa de fluxo do gás de plasma e na corrente de soldagem, garantindo que os três parâmetros sejam adequadamente combinados. Quando as outras condições são constantes, o aumento da velocidade de soldagem reduz a entrada de calor e diminui o diâmetro do pequeno furo até que ele desapareça.
No entanto, o aumento excessivo da velocidade de soldagem pode resultar em corte inferior ou porosidade.
Por outro lado, se a velocidade de soldagem for muito baixa, o metal de base pode ficar superaquecido e o metal fundido pode cair. Portanto, a velocidade de soldagem, a taxa de fluxo do gás de plasma e a corrente de soldagem devem ser bem combinadas.
(5) Distância entre o bico e a peça de trabalho
Se a distância for muito grande, a capacidade de penetração diminuirá. Se a distância for muito pequena, poderá causar o bloqueio do bocal. Geralmente, a distância é definida entre 3 e 8 mm. Em comparação com a soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG), a variação na distância do bocal tem menos impacto sobre a capacidade de penetração. qualidade da soldagem.
(6) Vazão de gás de proteção
A taxa de fluxo do gás de proteção deve ser selecionada com base na corrente de soldagem e na taxa de fluxo do gás de plasma. Sob uma determinada taxa de fluxo de gás de plasma, a taxa de fluxo excessiva do gás de proteção pode interromper o fluxo de gás, afetando a estabilidade do arco e a eficácia da proteção.
Por outro lado, uma taxa de fluxo muito baixa do gás de proteção pode resultar em proteção inadequada. Portanto, a taxa de fluxo do gás de proteção deve estar em uma proporção adequada à taxa de fluxo do gás de plasma.
Para a soldagem do tipo perfuração, a taxa de fluxo do gás de proteção geralmente está na faixa de 15 a 30 L/min.
(7) Início e término do arco
Ao usar o método de perfuração para soldar chapas grossas, defeitos como porosidade e rebaixamento são propensos a ocorrer nos pontos de início e término do arco.
Para juntas de topo, são usadas placas de iniciação e terminação de arco. O arco é iniciado primeiro na placa de iniciação, depois passa para a peça de trabalho e, por fim, termina na placa de terminação, fechando o pequeno orifício.
No entanto, para juntas circunferenciais, não é possível usar placas de iniciação e terminação de arco. Em vez disso, um método de aumento gradual da corrente de soldagem e da taxa de fluxo de gás de plasma é usado para iniciar o arco na peça de trabalho, e o arco é fechado pela redução gradual da corrente e da taxa de fluxo de gás de plasma para fechar o pequeno orifício.
1. Princípio de corte
Princípio de fusão e sopro: O arco de plasma derrete completamente a peça de trabalho, e a força de descarga mecânica de alta velocidade do fluxo de plasma sopra o metal ou não metal derretido, formando um corte estreito.
Corte de gás: Utiliza combustão e sopro.
Vantagens:
Desvantagens:
2. Técnicas de corte
1. Gás de plasma
1) Tipos
2) Taxa de fluxo
A taxa de fluxo do gás de plasma é muito maior do que a usada na soldagem, pois o arco de plasma requer um arco mais duro.
2. Parâmetros do processo
1) Tensão sem carga:
Ela não afeta apenas o desempenho da ignição do arco, mas também influencia a rigidez do arco. Uma tensão sem carga mais alta resulta em um arco mais forte e maior força de descarga, permitindo maior velocidade e espessura de corte.
2) Corrente e tensão do arco:
O aumento da corrente e da tensão do arco pode aumentar a espessura e a velocidade de corte, sendo que a tensão tem um efeito mais significativo. No entanto, o aumento da corrente pode levar à formação de um arco duplo e a uma maior kerf.
3) Velocidade de corte:
Recomenda-se maximizar a velocidade e, ao mesmo tempo, garantir a penetração completa. O aumento da velocidade de corte melhora a produtividade e reduz a deformação e a zona afetada pelo calor. Corte lento resultam em menor produtividade, maior risco de formação de escória e maior zona afetada pelo calor.
4) Distância entre o bico e a peça de trabalho:
Em geral, é preferível uma distância de 8 a 10 mm. Aumentar a distância aumenta a potência do arco, mas também leva a uma maior dissipação de calor, menor eficiência do arco, força de descarga reduzida e maior risco de formação de escória. Também é mais propenso a arcos duplos. Por outro lado, uma distância muito baixa pode resultar no bloqueio do bocal.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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