Como uma máquina corta metais resistentes com facilidade? As máquinas de corte a plasma aproveitam o poder do gás ionizado em temperaturas incrivelmente altas para cortar metais. Este artigo explica a ciência por trás dos estados de plasma e como essas máquinas usam arcos elétricos e gases de alta velocidade para obter cortes precisos. Os leitores aprenderão sobre a história, os princípios e as aplicações da tecnologia de corte a plasma, bem como sobre a solução de problemas comuns. Mergulhe nesse tópico fascinante e descubra como o corte a plasma molda o mundo ao nosso redor.
A indústria moderna exige o processamento de metais pesados e ligas, e a fabricação de ferramentas e veículos de transporte necessários para as atividades diárias não pode ser separada dos metais.
Por exemplo, guindastes, carros, arranha-céus, robôs e pontes suspensas são todos feitos de componentes metálicos usinados com precisão.
O motivo é simples: os materiais metálicos são muito resistentes e duráveis. Para a maioria dos processos de fabricação, especialmente aqueles que envolvem itens grandes e/ou robustos, materiais metálicos são uma escolha natural.
É interessante notar que a resistência dos materiais metálicos também é sua desvantagem: como os metais não se danificam facilmente, é muito difícil processá-los em formas específicas. Quando as pessoas precisam processar um componente que tem o mesmo tamanho e a mesma resistência de uma asa de avião, como é possível obter corte e modelagem precisos?
Na grande maioria dos casos, isso requer o uso de um corte a plasma máquina. Embora isso possa soar como algo saído da ficção científica, na verdade, desde a Segunda Guerra Mundial, as máquinas de corte a plasma têm sido amplamente utilizadas.
Em teoria, o princípio de uma máquina de corte a plasma é muito simples. Ela é processada pela manipulação de uma das formas mais comuns de matéria no universo conhecido.
Neste artigo, desvendaremos o misterioso véu das máquinas de corte a plasma e veremos como essa ferramenta mágica molda nosso mundo.
Durante a Segunda Guerra Mundial, as fábricas americanas produziram armaduras, armas e aviões cinco vezes mais rápido do que as potências do Eixo, graças às grandes inovações feitas pela indústria privada na produção em massa.
A forma de cortar e conectar os componentes da aeronave com mais eficiência desencadeou algumas inovações tecnológicas.
Muitas fábricas que produzem aeronaves militares adotaram um novo método de soldagem, que envolve o uso de materiais inertes soldagem com proteção gasosa.
A descoberta revolucionária está no fato de que o gás eletrolisado pela corrente pode formar uma barreira perto da solda para evitar a oxidação. Esse novo método torna as soldas mais limpas e a estrutura de conexão mais forte.
No início da década de 1960, os engenheiros fizeram outra descoberta. Eles descobriram que o aumento da taxa de fluxo de ar e a redução do tamanho dos poros podem ajudar a melhorar a temperatura de soldagem. O novo sistema pode atingir temperaturas mais altas do que qualquer máquina de solda comercial.
De fato, em temperaturas tão altas, essa ferramenta não serve mais como um dispositivo de soldagem. Em vez disso, ela se assemelha mais a uma serra que corta o metal resistente como uma faca quente na manteiga.
A introdução do arco de plasma revolucionou a velocidade, a precisão e a variedade de ferramentas de cortee pode ser aplicado a vários metais. Na próxima seção, apresentaremos os princípios científicos por trás desse sistema.
A facilidade com que uma máquina de corte a plasma pode penetrar no metal se deve às propriedades exclusivas do estado do plasma. Então, o que é um estado de plasma?
Existem quatro estados de matéria no mundo. A maioria das substâncias com as quais entramos em contato em nosso dia a dia são sólidos, líquidos ou gases. O estado da matéria é determinado pela interação entre as moléculas. Tomemos a água como exemplo:
A água sólida é o gelo. O gelo é um sólido composto de átomos eletricamente neutros dispostos em uma estrutura hexagonal. Como a interação entre as moléculas é estável, ele permanece em uma forma fixa.
A água líquida é água potável.As moléculas ainda exercem forças umas sobre as outras, mas se movem lentamente. Os líquidos têm um volume fixo, mas não uma forma fixa. A forma do líquido muda de acordo com a forma do recipiente.
A água gasosa é o vapor de água. No vapor de água, as moléculas se movem rapidamente e não há conexão entre elas. Como não há força entre as moléculas, os gases não têm forma ou volume fixos.
A quantidade de calor (convertida em energia) absorvida pelas moléculas de água determina suas propriedades e seu estado. Em termos simples, mais calor (mais energia) faz com que as moléculas de água atinjam um estado crítico em que as ligações químicas entre elas se rompem.
Em baixas temperaturas, as moléculas estão firmemente unidas e a substância está em um estado sólido. A absorção de mais calor enfraquece as interações entre as moléculas e a substância se torna líquida.
A absorção de ainda mais calor faz com que as interações entre as moléculas quase desapareçam, e a substância se torna um gás. Então, o que acontece se continuarmos a aquecer o gás? Isso fará com que ele entre no quarto estado, o estado de plasma.
Quando um gás atinge temperaturas extremamente altas, ele entra em um estado de plasma. A energia começa a separar completamente as moléculas umas das outras e os átomos começam a se dividir.
Normalmente, os átomos consistem em prótons e nêutrons no núcleo atômico (consulte a teoria atômica), bem como em elétrons que circundam o núcleo atômico.
No estado de plasma, os elétrons são separados dos átomos. Quando a energia térmica faz com que os elétrons deixem os átomos, eles começam a se mover em alta velocidade. Os elétrons carregam uma carga negativa, enquanto os núcleos atômicos restantes carregam uma carga positiva. Esses núcleos atômicos com carga positiva são chamados de íons.
Quando os elétrons de alta velocidade colidem com outros elétrons ou íons, eles liberam enormes quantidades de energia. São exatamente essas energias que conferem ao plasma suas propriedades especiais e sua incrível capacidade de corte.
Conhecimento comum sobre o estado do plasma:
Cerca de 99% da matéria no universo está em um estado de plasma. Devido à sua temperatura extremamente alta, ele não é comumente encontrado na Terra; no entanto, é muito comum em corpos celestes como o Sol. Na Terra, esse estado pode ser visto em relâmpagos.
As máquinas de corte a plasma não são os únicos dispositivos que manipulam a energia do plasma. Dispositivos como luzes de neon, luzes fluorescentes e telas de plasma funcionam com base no estado do plasma. Esses dispositivos usam o estado de plasma "frio". Embora o plasma frio não possa ser usado para corte de metalMas ainda tem aplicações consideráveis.
As máquinas de corte a plasma existem em vários formatos e tamanhos. Existem máquinas de corte a plasma gigantes controladas por braços robóticos para cortes precisos, bem como máquinas de corte a plasma manuais simplificadas usadas em oficinas.
Independentemente do tamanho, todas as máquinas de corte a plasma são baseadas nos mesmos princípios e têm projetos estruturais semelhantes.
Quando uma máquina de corte a plasma está em operação, gases comprimidos, como nitrogênio, argônio ou oxigênio, são fornecidos por um canal estreito. Um eletrodo negativo é colocado no meio do canal. Quando a energia é fornecida ao eletrodo negativo e o bocal está em contato com o metal, forma-se um circuito eletricamente condutor, gerando faíscas de alta energia entre o eletrodo e o metal.
À medida que o gás inerte flui pelo canal, as faíscas aquecem o gás até que ele atinja o quarto estado da matéria. Essa reação produz um fluxo de plasma com uma temperatura de até cerca de 16.649 graus Celsius e uma taxa de fluxo de até 6.096 metros por segundo, transformando rapidamente o metal em escória.
O próprio plasma tem uma corrente fluindo através dele. Desde que o eletrodo seja continuamente alimentado e o plasma esteja em contato com o metal, o ciclo do arco será contínuo.
Para evitar a oxidação e os danos causados por propriedades desconhecidas do plasma, o bocal do cortador de plasma é equipado com outro conjunto de canais que liberam continuamente gás de proteção para proteger a área de corte. A pressão do gás de proteção pode controlar efetivamente o raio do plasma colunar.
As máquinas de corte a plasma se tornaram uma ferramenta comum na indústria moderna. Elas têm sido amplamente utilizadas em oficinas de automóveis personalizados, bem como na fabricação de chassis e carrocerias personalizados pelos fabricantes de automóveis.
As empresas de construção usam máquinas de corte a plasma em projetos de grande escala para cortar e fabricar grandes vigas e placas de metal. Os serralheiros podem usar máquinas de corte a plasma para fazer furos em áreas seguras quando os clientes estão trancados para fora.
Em a CNC (Controle numérico computadorizado), você não precisa tocar no material. Tudo o que você precisa fazer é desenhar a forma que deseja cortar no computador e o processo de corte será automatizado.
O plasma é um gás aquecido a temperaturas extremamente altas e altamente ionizado. A energia do arco é transferida para a peça de trabalho, que derrete e é soprada, criando um estado de trabalho de plasma corte em arco.
O ar comprimido entra na tocha de corte e é distribuído em dois fluxos pela câmara de gás, formando o gás de plasma e o gás auxiliar. O arco de gás de plasma derrete o metal, enquanto o gás auxiliar resfria as várias partes da tocha de corte e sopra o metal derretido.
A fonte de alimentação de corte inclui um circuito principal e um circuito de controle. O diagrama de blocos do princípio elétrico é mostrado na figura:
O circuito principal consiste em um contator, um transformador de potência trifásico de alta resistência a vazamentos, um retificador de ponte trifásico, uma bobina de ignição de arco de alta frequência e elementos de proteção. Ele apresenta uma característica externa acentuada causada pela alta resistência a vazamentos. O circuito de controle conclui todo o processo de corte por meio do interruptor de botão na tocha de corte:
Fornecimento de pré-gás - Fonte de alimentação do circuito principal - Ignição do arco de alta frequência - Processo de corte - Parada do arco - Parada.
A fonte de alimentação do circuito principal é controlada pelo contator; o fluxo de gás é controlado pela válvula solenoide; e o oscilador de alta frequência acende o arco e para de funcionar depois que o arco é estabelecido.
Além disso, o circuito de controle também tem as seguintes funções de bloqueio interno:
Ação do interruptor de controle térmico, para de funcionar.
(1) Não cortar e não atravessar:
a: A espessura da chapa excede a faixa aplicável do equipamento.
b: A velocidade de corte é muito rápida.
c: A inclinação da tocha de corte é muito grande.
d: A pressão do ar comprimido está muito alta ou muito baixa.
e: A tensão da rede elétrica está muito baixa.
(2) Instabilidade do arco de plasma:
a: A tocha de corte se move muito lentamente.
b: A fonte de alimentação é fornecida por duas fases, e a tensão operacional diminui.
c: A pressão do ar comprimido está muito alta.
Ao instalar ou substituir as peças da tocha de corte, desmonte-as na ordem da tampa protetora - bico condutor - distribuidor de gás - corpo da tocha de corte com eletrodo - com a cabeça da tocha de corte voltada para cima, e monte-as na ordem inversa.
Ao instalar o bocal, certifique-se de que ele esteja concêntrico com o eletrodo. A tampa protetora deve ser apertada e o bocal deve ser pressionado firmemente. Se houver folga, o corte não poderá ser realizado.
Use a tocha de corte de forma razoável. Entre em contato do bico com a peça de trabalho antes da ignição do arco. Quando o corte estiver concluído, solte o botão da alça para interromper o arco e, em seguida, afaste a tocha de corte da superfície da peça de trabalho para prolongar a vida útil das peças. Quando a cavidade central do bico afetar a qualidade do corte, ele deverá ser substituído em tempo hábil.
Quando o centro do eletrodo estiver rebaixado em mais de 2 milímetros ou não conseguir acender o arco, o eletrodo poderá ser instalado ao contrário ou atualizado.
Quando a tampa protetora ou o distribuidor de gás estiver rachado ou muito danificado, ele deverá ser substituído a tempo.
Quando o isolamento do corpo da tocha de corte, a jaqueta de couro sintético, o isolamento do cabo ou danos ao tubo de gás forem encontrados, eles devem ser reparados ou substituídos a tempo.
Para remover a tocha de corte, retraia a jaqueta de couro sintético, desmonte os fios de conexão do interruptor, retraia a alça para trás e, em seguida, desmonte as juntas de conexão do corpo da tocha de corte.
Ao substituir uma nova tampa protetora de cerâmica, aplique um pouco de óleo de vaselina na vedação do anel O-ring no corpo da tocha de corte antes de parafusá-la para aumentar a vida útil da vedação.
| Não. | Falhas | Causas | Soluções |
| 1 | Ligue o interruptor de energia, a luz indicadora de energia não acende | 1. O fusível do interruptor da fonte de alimentação está quebrado | substituir |
| 2. O fusível atrás da caixa de força está quebrado | Verificar e substituir | ||
| 3. O transformador de controle está com defeito | substituir | ||
| 4. O interruptor de alimentação está quebrado | substituir | ||
| 5. A luz indicadora está quebrada | substituir | ||
| 2 | Não é possível predefinir a pressão do gás de corte | 1. A fonte de ar não está conectada ou não há ar na fonte de ar | Conecte a fonte de ar |
| 2. O interruptor de alimentação não está na posição "ligado" | Gatilho | ||
| 3. A válvula redutora de pressão está danificada | Reparo ou substituição | ||
| 4. Fiação deficiente da válvula solenoide | Verifique a fiação | ||
| 5. A válvula solenoide está com defeito | substituir | ||
| 3 | Pressionar o botão da tocha de corte durante a operação faz com que não haja fluxo de ar | 1. Vazamento na tubulação | Corrigir a parte com vazamento |
| 2. A válvula solenoide está com defeito | substituir | ||
| 4 | Depois que o bico condutor entrar em contato com a peça de trabalho, pressione o botão da tocha de corte e a luz indicadora de trabalho se acenderá, mas o corte a arco não foi acionado | 1. KT1 está quebrado | substituir |
| 2. O transformador de alta frequência está com defeito | Verificar ou substituir | ||
| 3. Oxidação da superfície da vara de ignição ou distância inadequada entre as fendas | Polimento ou ajuste | ||
| 4. Curto-circuito do capacitor de alta frequência C7 | substituir | ||
| 5. A pressão do ar está muito alta | Redução | ||
| 6. A perda do bocal condutor é muito curta | substituir | ||
| 7. Circuito aberto ou curto-circuito do elemento retificador da ponte retificadora | Verifique e substitua-o | ||
| 8. Mau contato ou circuito aberto do cabo da tocha de corte | Reparo ou substituição | ||
| 9. O fio terra da peça de trabalho não está conectado à peça de trabalho | Conectado à peça de trabalho | ||
| 10. Há uma camada espessa de tinta ou sujeira na superfície da peça de trabalho | Limpar e tornar condutivo | ||
| 5 | A luz indicadora de corte não acende quando o bico condutor entra em contato com a peça de trabalho e o botão da tocha de corte é pressionado. | 1. Ação do interruptor de controle térmico | Aguarde o resfriamento ou volte a funcionar |
| 2. O interruptor do botão da tocha de corte está danificado | substituir | ||
| 6 | Controle a quebra do fusível após a inicialização de alta frequência | 1. Transformador de alta frequência danificado | Verificar e substituir |
| 2. Transformador de controle danificado | Verificar e substituir | ||
| 3. Curto-circuito da bobina do contator | substituir | ||
| 7 | O fusível da chave de alimentação principal está quebrado | 1. Curto-circuito no elemento retificador | Verificar e substituir |
| 2 Falha no transformador principal | Verificar e substituir | ||
| 3. Curto-circuito da bobina do contator | Verificar e substituir | ||
| 8 | Ocorrência de alta frequência, mas sem formação de arco | 1. O componente do retificador está com defeito (há um som anormal dentro da máquina) | Verificar e substituir |
| 2. O transformador principal está danificado | Verificar e substituir | ||
| 3. C1-C7 para baixo | Verificar e substituir | ||
| 9 | Interrupção de trabalho a longo prazo e falha de arco | 1. A temperatura do transformador principal está muito alta e a chave de controle térmico atua | Aguarde o resfriamento antes de trabalhar, preste atenção ao abaixamento |
| O ventilador de temperatura está funcionando e a direção do vento? |
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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