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Guias e Dicas
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Corte a Plasma1, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 15/03/2008

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willian-faria-de-souza-3 🇧🇷

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Baixe Corte a Plasma1 e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! 18 Revista da Soldagem Introdução Desde sua invenção na metade da década de 50, o pro- cesso de corte por plasma incorporou várias tecnolo- gias e se mantém como um dos principais métodos de corte de metais. Porém, até poucos anos atrás, o processo detinha uma reputação duvidosa na indústria de corte de metais devido ao elevado consumo dos itens componentes do sistema, o ângulo de corte e a inconsistência do processo. Os recentes desenvolvimentos agrupando tecnolo- gias em sistemas de cortes manuais e mecanizados, proporcionaram um marco importante na história do corte plasma. Os plasmas manuais mais modernos são equipados com sistema de jato coaxial de ar, que constringe ainda mais o plasma, permitindo um corte mais rápido e com menos ângulo. O projeto de escu- to frontal permite ao operador apoiar a tocha na peça mesmo em correntes elevadas na ordem de 100 A. Nos sistemas mecanizados, utilizados principalmente em manipuladores XYZ comandados por controle nu- mérico, foram incorporam tecnologias que aumentam a consistência do processo e prolongam a vida útil dos componentes consumíveis através de um controle mais eficiente dos gases e do sistema de refrigeração respectivamente. O processo de corte plasma, tanto manual como me- canizado ganhou espaço considerado na indústria do corte de metais. Mesmo descontado o crescimento desta indústria, a participação do corte plasma teve substancial ampliação devido a sua aplicação em substituição ao processo oxi-corte, em chapas gros- sas, e ao LASER em chapas finas ou de metais não ferrosos. Neste artigo iremos revisar a evolução do desenvolvi- mento tecnológico, a teoria do processo de corte plas- ma, os detalhes de processos e procedimentos, além da relação comparativa com os demais processos de corte térmico. Resumo Histórico O processo de corte plasma foi criado na década de 50 e tornou-se muito utilizado na indústria devido sua capacidade de cortar qualquer metal condutor de ele- tricidade principalmente os metais não ferrosos que não podem ser cortados pelo processo oxi-corte. 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. A figura 1 mostra os detalhes do corte plasma. Figura 1 – Processo Plasma Em 1968 surge a primeira grande inovação, a inje- ção de água entre o bico e um bocal frontal, com o objetivo de ampliar a vida útil dos consumíveis e na qualidade de corte, conforme figura 2 Figura 2 – Plasma com injeção de água. CORTE A PLASMA 19Ano II - nº09 Em 1983 torna-se industrialmente viável a utilização do plasma com oxigênio para materiais ferrosos. Com o oxigênio como gás de plasma o calor do proces- so provém de duas fontes: a do plasma e da reação exotérmica da oxidação do ferro. A resultante é um aumento considerável de velocidade e qualidade de corte. Em 1989 lança-se o bocal protetor eletricamente iso- lado (figura 3b) que minimiza a formação de arco du- plo (figura 3a) e aumenta a vida útil dos consumíveis, conforme mostrado na figura 3. Figura 3 b – Plasma com bocal isolado Figura 3a – Plasma convencional – arco duplo Para melhorar a vida útil dos consu- míveis, principalmente nos processos com o uso do oxigênio como gás de plasma, em 1990 são incorporadas seqüências lógicas nos sistemas plas- ma com ajustes específicos de corren- te e vazão e pressão de gás nos intervalos de início e final de corte, conhecido como tecnologia LongLife. Esta tecnologia conta ainda com o aprimoramento do projeto do eletrodo. Com um inserto de ráfnio de me- nor diâmetro, amplia-se a capacidade de refrigeração do eletrodo. Nesta mesma época surge o plasma de alta definição (figura 4) que revoluciona o processo plasma e o torna aplicável em peças com maiores exigências de quali- dade de corte. O processo utiliza um orifício reduzido no bico e um canal extra para saída de excesso de gás plasma resultando num corte praticamente sem chan- fro e sem geração de escória. Figura 4 – Plasma de Alta definição Em 1993 é lançado o processo com jato de ar auxiliar aplicado coaxialmente ao jato de plasma (figura 5). Esta força de constrição aumenta a eficiência do jato proporcionando um aumento de velocidade e redução do ângulo de corte. Em 2004 são incorporadas novas tecnologias ao pro- cesso plasma de alta definição com o objetivo de me- lhorar o desempenho e consistência do processo. O resultado foi a criação do processo HyPerformance ou plasma de alto desempenho. Com todo este avanço tecnológico, o plasma torna-se um dos processos mais importantes na indústria do corte do país. Atualmente o plasma vem sendo usa- do tanto para acompanhar o crescimento da indústria, bem como na substituição de processos mais lentos ou com maiores custos operacionais. A seguir iremos estudar em detalhes, características e aplicação do corte plasma. 22 Revista da Soldagem TIPOS DE APLICAÇÃO Corte Manual Figura 10 – Detalhe do Processo de Corte Manual Os sistemas de corte manual são muito simples e de fácil operação. Os sistemas mais modernos possuem o bocal isolado eletricamente o que permite que o ope- rador apóie a tocha na peça e/ou utilize uma régua ou gabarito para guiar o corte. As fontes inversoras são preferidas devido a sua a portabilidade. O corte manual é largamente utilizado nas mais diver- sas aplicações. Desde cortes em chapas finas como as de automóveis ou móveis, até grandes espessuras como as de estruturas metálicas, o plasma apresenta vantagens devido a flexibilidade da tocha, facilidade de operação, velocidade de corte e menor deformação das chapas. Corte Mecanizado Corte mecanizado é todo aquele onde um sistema automático manipula a tocha de plasma. Os sistemas pode ser simples como uma “tartaruga” ou até os mais complexos manipulados e comandados por CNC. Os sistemas manuais podem ser adaptados para traba- lhar no método mecanizado e devem ser respeitados os limites de aplicação recomendados pelo fabricante do sistema para este método. Geralmente a capacida- de de corte dos sistemas manuais é reduzida à me- tade para o corte mecanizado. Esta redução não está relacionada diretamente com a capacidade da fonte, e sim pelo aquecimento progressivo da tocha. 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 refri- geração adequada da tocha. Os sistemas mecanizados dedicados geralmente pos- suem tochas refrigeradas por líquido refrigerante. O liquido é guiado na parte interna do eletrodo permi- tindo um jato de líquido exatamente na parte traseira do ráfnio – parte que fica no estado líquido durante o corte. Um sistema básico mecanizado é constituído por 5 partes principais conforme mostrado na figura 11: 1.Fonte de Energia 2.Console de Ignição – Alta Freqüência 3.Console de controle de gás 4.Tocha plasma 5.Conjunto de Válvulas Figura 11 – Sistema de Corte Mecanizado Este conjunto é parte integrante de uma célula ou máquina de corte. A qualidade do corte, bem como o desempenho da célula depende da combinação, in- teração e características dos componentes como: Sis- tema de Corte Plasma – os 5 itens mostrados acima, Comando CNC, Controle de altura (eixo Z) e Sistema de movimentação X-Y. A figura 12 mostra um exem- plo de máquina de corte com comando CNC e os itens componentes 23Ano II - nº09 Figura 12 – Maquina de Corte SELEÇÃO E TIPOS DE GASES O gás no processo plasma tem duas funções distintas: a) insumo para geração do plasma e b) refrigeração dos consumíveis. Ainda, nos sistemas com partida por contato, serve como agente para afastar o eletrodo móvel. Anteriormente vimos que o plasma é gás aquecido por uma diferença de potencial elétrico. Portanto, a qua- lidade 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 tor- na-se um fator de extrema importância para o desem- penho do processo. Se a vazão é excessiva implicará numa boa ação de refrigeração, porém com conseqü- ências danosas ao plasma. Se insuficiente, além da perda de qualidade do plasma, a vida útil do consumí- vel é reduzida drasticamente. 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 conseqüência tem-se uma tocha mais ro- busta e pesada. 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 capacida- de de refrigeração. As tabelas 1a e 1 b mostram res- pectivamente as características recomendações para gás de plasma e de proteção. A seleção deve se dar primeiramente para atender aos requisitos de quali- dade e produtividade do material a se cortar. O Ar comprimido é sempre a melhor segunda opção técnica e a pri- meira em conveniência e custo. Quando se deseja a melhor combinação para obter melhor qualidade e produtividade, os gases recomen- dados são mostrados na tabela. PLASMA DE ALTA DEFINIÇÃO A definição ou qualidade de corte é caracterizada pelo desvio e angularidade da superfície de corte. A norma ISO 9013 estabelece critérios de avaliação com base na espes- sura do material conforme mostrado na tabela 3. Os níveis vão de 1 a 5, sendo o 1 de maior qualidade. O processo plasma de alta definição foi criado com o ob- jetivo de produzir cortes com qualidade nível 3. Porém em produção, com as constantes variações de pressão e vazão nos gases de plasma e proteção, aliado ao desgastes da to- cha e dos consumíveis, o processo se mantinha com nível de qualidade entre o 4 e 5 e uma vida útil do bico e eletro- do de aproximadamente 2 horas. Por este fato o processo tendia ao colapso na sua utilização para a indústria devido ao alto custo operacional e baixa consistência. Em 2003 foram investidas elevadas quantias em pesquisa e desenvolvimento para resolver a inconsistência e aprimo- rar o processo de alta definição. O resultado foi o desen- volvimento de duas novas tecnologias que revolucionaram o plasma de alta definição. Um controle sinérgico para o gás e um novo desenho de tocha que permite a flutuação do tubo de refrigeração dentro do eletrodo proporcionou a consistência do processo, ou seja, produção de cortes com qualidade nível 3 por um longo período de vida dos consumíveis bico e eletrodo. O processo que foi batizado de Hyperformance, ou plasma de Alto Desempenho, já é comercializado desde 2004 e os resultados médios com- provam a qualidade nível 3 em uma vida útil de eletrodo e bico em média de 6 horas. A figura 13 mostra algumas peças cortadas com processo de alta definição. Figura 13 – Exemplos de Corte de Alta Definição 24 Revista da Soldagem Tabela 1a – Guia para Seleção de Gás Plasma
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