CORTE A PLASMAIntrodução                                               processo consiste na utilização do calor liberado p...
Em 1983 torna-se industrialmente viável a utilização     Para melhorar a vida útil dos consu-do plasma com oxigênio para m...
Figura 6 – Transformação de Estado                                                        Definição de Plasma             ...
se distanciarem o bico e o eletrodo,                                                          criando um arco. Este arco (...
TIPOS DE                             tade para o corte mecanizado. Esta redução não está                                  ...
gás de plasma e de proteção.                                                          A seleção deve se dar primeiramente ...
Tabela 1a – Guia para Seleção de Gás Plasma24 Revista da Soldagem
Tabela 1b – Guia para Seleção de Gás ProteçãoTabela 2 – Recomendações de Gases de Plasma e Proteção.                      ...
Tabela 3 – Níveis de qualidade de superfície de corte conforme norma ISO 9013Lembrando que a qualidade aqui retratada refe...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Sup 3 artigo_corte_plasma

254 visualizações

Publicada em

0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
254
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
1
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
5
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Sup 3 artigo_corte_plasma

  1. 1. CORTE A PLASMAIntrodução processo consiste na utilização do calor liberado porDesde sua invenção na metade da década de 50, o pro- uma coluna de plasma, resultante do aquecimentocesso de corte por plasma incorporou várias tecnolo- – por maio de um arco elétrico - de um gás, em altagias e se mantém como um dos principais métodos vazão rotacional. Este plasma é transferido ao metalde corte de metais. Porém, até poucos anos atrás, o a ser cortado. A parte do metal se funde pelo calorprocesso detinha uma reputação duvidosa na indústria do plasma e este metal é expulso com auxílio do gásde corte de metais devido ao elevado consumo dos em alta vazão. A figura 1 mostra os detalhes do corteitens componentes do sistema, o ângulo de corte e a plasma.inconsistência do processo.Os recentes desenvolvimentos agrupando tecnolo-gias em sistemas de cortes manuais e mecanizados,proporcionaram um marco importante na história docorte plasma. Os plasmas manuais mais modernossão equipados com sistema de jato coaxial de ar, queconstringe ainda mais o plasma, permitindo um cortemais rápido e com menos ângulo. O projeto de escu-to frontal permite ao operador apoiar a tocha na peçamesmo em correntes elevadas na ordem de 100 A.Nos sistemas mecanizados, utilizados principalmenteem manipuladores XYZ comandados por controle nu-mérico, foram incorporam tecnologias que aumentama consistência do processo e prolongam a vida útildos componentes consumíveis através de um controle Figura 1 – Processo Plasmamais eficiente dos gases e do sistema de refrigeraçãorespectivamente.O processo de corte plasma, tanto manual como me- Em 1968 surge a primeira grande inovação, a inje-canizado ganhou espaço considerado na indústria do ção de água entre o bico e um bocal frontal, com ocorte de metais. Mesmo descontado o crescimento objetivo de ampliar a vida útil dos consumíveis e nadesta indústria, a participação do corte plasma teve qualidade de corte, conforme figura 2substancial ampliação devido a sua aplicação emsubstituição ao processo oxi-corte, em chapas gros-sas, e ao LASER em chapas finas ou de metais nãoferrosos.Neste artigo iremos revisar a evolução do desenvolvi-mento tecnológico, a teoria do processo de corte plas-ma, os detalhes de processos e procedimentos, alémda relação comparativa com os demais processos decorte térmico.Resumo HistóricoO processo de corte plasma foi criado na década de50 e tornou-se muito utilizado na indústria devido suacapacidade de cortar qualquer metal condutor de ele-tricidade principalmente os metais não ferrosos quenão podem ser cortados pelo processo oxi-corte. O Figura 2 – Plasma com injeção de água.18 Revista da Soldagem
  2. 2. Em 1983 torna-se industrialmente viável a utilização Para melhorar a vida útil dos consu-do plasma com oxigênio para materiais ferrosos. Com míveis, principalmente nos processoso oxigênio como gás de plasma o calor do proces- com o uso do oxigênio como gás deso provém de duas fontes: a do plasma e da reação plasma, em 1990 são incorporadasexotérmica da oxidação do ferro. A resultante é um seqüências lógicas nos sistemas plas-aumento considerável de velocidade e qualidade de ma com ajustes específicos de corren-corte. te e vazão e pressão de gás nos intervalos de início eEm 1989 lança-se o bocal protetor eletricamente iso- final de corte, conhecido como tecnologia LongLife.lado (figura 3b) que minimiza a formação de arco du- Esta tecnologia conta ainda com o aprimoramento doplo (figura 3a) e aumenta a vida útil dos consumíveis, projeto do eletrodo. Com um inserto de ráfnio de me-conforme mostrado na figura 3. 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 3 b – Plasma com bocal isolado 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 Figura 3a – Plasma convencional – arco duplo aplicação do corte plasma. Ano II - nº09 19
  3. 3. Figura 6 – Transformação de Estado Definição de Plasma “Uma coleção de partículas carregadas contendo qua- Figura 5 – Plasma com Jato Coaxial se a mesma quantidade de elétrons e íons positivos, e, embora apresente quase todas as características dos seus gases formadores, se difere deles por ser um bom condutor de eletricidade”. A ionização do gás causaPROCESSO DE a criação de elétrons livres e íons positivos entre os átomos de gás. Quando isso ocorre, o gás em ques-CORTE PLASMA tão torna-se eletricamente condutivo com excelente capacidade para transmissão de corrente elétrica. O melhor exemplo de plasma na natureza é a tempes- tade de raios. Exatamente como na tocha plasma, osIntrodução raios movem à eletricidade de um ponto a outro. ParaOs 3 primeiros estados da matéria são sólido, líquido o raio, os gases do ar são os gases ionizados.e gasoso. Em exemplo, usando uma das mais conhe- Corte Plasmacidas substâncias, a água (H2O), estes estados são: O corte a Plasma é um processo que utiliza um bicogelo, água e vapor. Quando a energia, como calor, é com orifício otimizado para constringir um gás ioni-aplicada ao gelo, o gelo se derrete se tornando água. zado em altíssima temperatura, tal que possa ser usa-A água se transforma do estado sólido, gelo, para o do para derreter seções de metais condutores. Um gásestado líquido, água. Quando mais energia é aplica- eletricamente condutivo (plasma) é usado para trans-da à água, a água vaporiza tornando-se vapor. A água ferir energia negativa fornecida pela fonte plasma da(H2O) muda do estado líquido, água, para o estado tocha para o material a ser cortado (obra). A tocha ser-gasoso, vapor (H2 & O2). Finalmente, quando calor ve de suporte para os consumíveis e fornece um fluídoé aplicado aos gases, estes gases ionizam. Os gases refrigerante para estas peças (gás ou água).agora são eletricamente condutores e este estado da O distribuidor ou difusor de gás é construído de ma-matéria é chamado plasma. A figura 6 mostra esque- terial isolante e tem como principal finalidade de darmaticamente esta seqüência. sentido rotacional ao gás. O eletrodo conduz a corren-O constantemente denominado “4º estado da matéria” te até um inserto de háfnio que emite os elétrons paraé chamado PLASMA. Este gás ionizado com proprie- geração do plasma. O bico constringe o plasma e odades é a base fundamental em que todos os sistemas guia para o metal a ser cortado. A capa tem como fun-plasma operam. ção manter os consumíveis alinhados e isolar a parte20 Revista da Soldagem
  4. 4. se distanciarem o bico e o eletrodo, criando um arco. Este arco (piloto) é auto-sustentável (corrente CC); Este tipo de partida é encontrado em mui- tos sistemas pequenos. Figura 8 – Partida por contato Figura 7 – Peças de uma tocha plasma Partida por alta freqüência: Alta tensão elétrica (de 5 a 10 kVCA) em freqüênciaselétrica do bocal frontal. O bocal frontal guia o fluxo altas é usada para gerar o arco piloto. Este método éde jato de ar coaxial. Por ser refrigerado e isolado, o utilizado nos sistemas com eletrodo refrigerado por lí-bocal pode ser apoiado à chapa. quido. Apesar de ser utilizado na maioria dos sistemas plasma, oferece o inconvenientes por causar ruídosSeqüência de Operação na rede elétrica requerendo um aterramento eficienteUm sinal de partida (START) é enviado a fonte plas- para proteção principalmente de equipamentos eletrô-ma. Simultaneamente a tensão de arco aberta (OCV) nicos instalados próximos ao equipamento ou mesmoe os gases são transmitidos à tocha. Quando a vazão nas máquinas de corte.é estabilizada, a alta freqüência (HF) é ativada. A HFaparece entre o eletrodo e o bico dentro da tocha e ogás se ioniza ao passar pelo arco. Este gás eletrica-mente condutor cria um caminho para corrente entreo eletrodo e o bico e dele, resulta a formação do arcopiloto. Quando o arco piloto consegue contato coma obra, ele é transferido à obra. O arco plasma fundeo metal e o gás em alta velocidade remove o metalderretido.Métodos de PartidaPartida por contato:O eletrodo e bico estão em contato (“curto-circuito”)e conectados a fonte plasma. A pressão de gás faz Figura 9 – Partida por Alta Freqüência Ano II - nº09 21
  5. 5. TIPOS DE tade para o corte mecanizado. Esta redução não está relacionada diretamente com a capacidade da fonte, APLICAÇÃO e sim pelo aquecimento progressivo da tocha. Como no plasma a velocidade reduz sensivelmente com o incremento da espessura, em chapas mais espessas oCorte Manual 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 10 – Detalhe do Processo de Corte ManualOs sistemas de corte manual são muito simples e defácil operação. Os sistemas mais modernos possuem obocal isolado eletricamente o que permite que o ope-rador apóie a tocha na peça e/ou utilize uma régua ougabarito para guiar o corte. As fontes inversoras sãopreferidas devido a sua a portabilidade.O corte manual é largamente utilizado nas mais diver-sas aplicações. Desde cortes em chapas finas comoas de automóveis ou móveis, até grandes espessurascomo as de estruturas metálicas, o plasma apresentavantagens devido a flexibilidade da tocha, facilidadede operação, velocidade de corte e menor deformaçãodas chapas. Figura 11 – Sistema de Corte MecanizadoCorte MecanizadoCorte mecanizado é todo aquele onde um sistema Este conjunto é parte integrante de uma célula ouautomático manipula a tocha de plasma. Os sistemas máquina de corte. A qualidade do corte, bem comopode ser simples como uma “tartaruga” ou até os mais o desempenho da célula depende da combinação, in-complexos manipulados e comandados por CNC. teração e características dos componentes como: Sis-Os sistemas manuais podem ser adaptados para traba- tema de Corte Plasma – os 5 itens mostrados acima,lhar no método mecanizado e devem ser respeitados Comando CNC, Controle de altura (eixo Z) e Sistemaos limites de aplicação recomendados pelo fabricante de movimentação X-Y. A figura 12 mostra um exem-do sistema para este método. Geralmente a capacida- plo de máquina de corte com comando CNC e os itensde de corte dos sistemas manuais é reduzida à me- componentes22 Revista da Soldagem
  6. 6. 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 Figura 12 – Maquina de Corte vão de 1 a 5, sendo o 1 de maior qualidade. O processo plasma de alta definição foi criado com o ob-SELEÇÃO E TIPOS DE GASES jetivo de produzir cortes com qualidade nível 3. Porém emO gás no processo plasma tem duas funções distintas: produção, com as constantes variações de pressão e vazãoa) insumo para geração do plasma e b) refrigeração nos gases de plasma e proteção, aliado ao desgastes da to-dos consumíveis. Ainda, nos sistemas com partida cha e dos consumíveis, o processo se mantinha com nívelpor contato, serve como agente para afastar o eletrodo de qualidade entre o 4 e 5 e uma vida útil do bico e eletro-móvel. do de aproximadamente 2 horas. Por este fato o processoAnteriormente vimos que o plasma é gás aquecido por tendia ao colapso na sua utilização para a indústria devidouma diferença de potencial elétrico. Portanto, a qua- ao alto custo operacional e baixa consistência.lidade e eficiência do processo estão intrinsecamente Em 2003 foram investidas elevadas quantias em pesquisa erelacionadas com a qualidade do gás. desenvolvimento para resolver a inconsistência e aprimo-Na grande maioria dos sistemas manuais, utiliza-se rar o processo de alta definição. O resultado foi o desen-uma única fonte de suprimento de gás para realizar volvimento de duas novas tecnologias que revolucionaramas duas funções de formação de plasma e refrigeração o plasma de alta definição. Um controle sinérgico para odos itens consumíveis. Neste caso a vazão do gás tor- gás e um novo desenho de tocha que permite a flutuaçãona-se um fator de extrema importância para o desem- do tubo de refrigeração dentro do eletrodo proporcionoupenho do processo. Se a vazão é excessiva implicará a consistência do processo, ou seja, produção de cortesnuma boa ação de refrigeração, porém com conseqü- com qualidade nível 3 por um longo período de vida dosências danosas ao plasma. Se insuficiente, além da consumíveis bico e eletrodo. O processo que foi batizadoperda de qualidade do plasma, a vida útil do consumí- de Hyperformance, ou plasma de Alto Desempenho, já ével é reduzida drasticamente. A vazão nos sistemas de comercializado desde 2004 e os resultados médios com-gás único e sempre mais elevado que nos sistemas de provam a qualidade nível 3 em uma vida útil de eletrodomúltiplos gases. e bico em média de 6 horas. A figura 13 mostra algumasExistem alguns sistemas manuais, de correntes mais peças cortadas com processo de alta definição.elevadas que podem utilizar a combinação de mais deum gás. Em conseqüência tem-se uma tocha mais ro-busta e pesada. Os sistemas mecanizados dedicadospossibilitam o uso de dois gases distintos para plasmae para proteção. Nestes casos, o eletrodo é refrigeradointernamente por um líquido refrigerante.A vantagem dos sistemas múltiplos gases está no fatode selecionar um gás de plasma mais adequado ao tipode material a se cortar independente de sua capacida-de de refrigeração. As tabelas 1a e 1 b mostram res-pectivamente as características recomendações para Figura 13 – Exemplos de Corte de Alta Definição Ano II - nº09 23
  7. 7. Tabela 1a – Guia para Seleção de Gás Plasma24 Revista da Soldagem
  8. 8. Tabela 1b – Guia para Seleção de Gás ProteçãoTabela 2 – Recomendações de Gases de Plasma e Proteção. Ano II - nº09 25
  9. 9. Tabela 3 – Níveis de qualidade de superfície de corte conforme norma ISO 9013Lembrando que a qualidade aqui retratada refere-se à superfície de corte. A geometria da peça e aconsistência dimensional é função do sistema demanipulação X-Y e do tipo de controle de altu-ra. Quanto melhor, preciso e robusto o sistema demanipulação de coordenadas XYZ, melhor será aqualidade e consistência da peça cortada, tanto nasuperfície de corte quanto na geometria.Contudo, o processo HyPerformance não está li-mitado a aplicação que requerem elevados níveisde qualidade. O processo pode ser empregado nosmais variados tipos de máquinas ou sistemas demanipulação XYZ. Os outros fatores do “tripé”de desejos do usuário final - produtividade e cus-to - podem também ser atendidos com o processoHyperformance. Podemos tomar como exemploo corte em chapas de aço carbono, espessura de12 mm, o custo médio operacional do plasmaHyPerformance está na ordem de R$0,40 por me-tro cortado (peças, mão de obra e gases) e umaprodutividade de 3,8 metros por minutos.RELAÇÃO COM OUTROS PROCESSOS Figura 14 – Relação entre ProcessosO processo plasme ocupa uma vasta área deaplicação com vantagens técnicas e econômicas. Neste artigo procuramos elucidar as características ePorém, existem aplicações que os outros pro- aplicação e as diferentes formas do processo plasma.cessos de corte térmico (ou termoquímico) mais Porém é sempre recomendada uma sucinta avaliaçãoadequados. para cada aplicação, envolvendo os critérios de exi-Para peças em aço carbono, com espessuras acima gências de qualidade dimensional da chapa, qualidadede 40 mm, o processo mais recomendado é o Oxi- da superfície de corte, produtividade, investimento eCorte devido ao baixo custo inicial e operacional custo operacional para se definir o processo de cortedo processo. Para peças de espessura abaixo de 6 mais adequado.mm, com requisitos de ângulo reto, ou nível 1 ou2 de segundo a ISO o processo mais recomenda-do seria o LASER. O LASER também pode ser Erasmo G. Limaaplicado em maiores espessuras dependendo da Hyperthermpotência do ressonador. O que se deve avaliar é a Gerente América do Sulrugosidade da superfície de corte e principalmen-te a velocidade de corte.A figura 14 mostra a relação de aplicação entre osprocessos de corte térmico:26 Revista da Soldagem

×