Existem vários benefícios que o corte a plasma como método de fabricação de metal tem sobre outros. Esses benefícios incluem economia, uma gama mais ampla de cortes de metal, alta precisão e repetibilidade.
O que é corte a plasma? Como funciona o processo? Qual gás é ideal para usar nesse processo? Em quais materiais os cortadores de plasma trabalham? Continue lendo enquanto respondemos a essas perguntas em detalhes e fornecemos outras informações importantes sobre o corte a plasma.
Visão geral do corte a plasma
O corte a plasma é um processo de fabricação de metal que utiliza gases ionizados aquecidos a temperaturas acima de 20,0000C para derreter materiais metálicos. Este gás, ejetado sob alta pressão, derrete o material e remove o material do corte.
É importante observar que esse processo funciona apenas em materiais eletricamente condutores, como aço inoxidável, cobre, alumínio e outros metais. Em outras palavras, o corte a plasma não pode cortar pedra, papel, vidro e outros maus condutores de eletricidade.
Esta técnica é incomparável em custo-benefício quando se trata de cortar metais espessos. Além disso, é versátil e requer baixo custo de manutenção da ferramenta. Também possui alta precisão de corte, tornando-a ideal para cortar peças com geometrias complexas.
Tendo conhecido brevemente o que é corte a plasma, conheçamos um pouco de sua história.
História do Corte a Plasma
O processo de corte a plasma existe desde 1957. Começou como uma extensão do processo GTAW (Gas tungsten arc Welding). Seu principal uso inicialmente era o corte de chapas de aço e alumínio com espessuras entre meia polegada e seis polegadas.
Os cortadores de plasma usados nesta época eram imprevisíveis e careciam da precisão presente nos cortadores modernos. Além disso, os eletrodos e bicos usados quebraram rapidamente devido ao calor experimentado durante o processo. A troca de bicos e eletrodos muitas vezes encarecia o corte a plasma nessa época.
Final de 1960
No entanto, no final dos anos 1960 e início dos anos 1970, essa técnica experimentou um grande avanço quando os engenheiros criaram uma tocha de fluxo duplo. Essa tocha ajudou a melhorar a vida útil dos eletrodos e bicos, aumentando a qualidade e a precisão dos cortes.
1970s
Os engenheiros usaram a década de 1970 para controlar a fumaça e a fumaça inicialmente experimentada durante o processo de corte, introduzindo um silenciador de água e uma mesa. Eles também projetaram bicos melhores que ajudaram a melhorar a precisão do arco, dando aos operadores e maquinistas a opção de ajuste fino.
1980s
A década de 1980 foi um período de experimentação para os engenheiros, pois eles projetaram e implementaram vários novos recursos. Esses recursos incluem cortadores de plasma baseados em oxigênio e oferecem melhor controle de corte por níveis de potência variáveis. Eles também se concentraram na portabilidade da unidade de corte a plasma, tornando-a mais ergonômica.
Da década de 1990 até hoje
Na década de 1990, os cortadores de plasma de alta definição estavam no mercado devido ao uso de processos de oxigênio duráveis. Esses processos de oxigênio duráveis combinados com um novo sistema de bocal deram aos cortadores de plasma desta época a capacidade de quadruplicar a densidade de energia dos períodos anteriores.
Desde a década de 1990 até hoje, o foco dos engenheiros tem sido nas opções e controles de energia e na melhoria da eficiência. Eles também melhoraram a precisão dos cortadores de plasma, com modelos que hoje oferecem bordas mais nítidas e cortes exatos. Portabilidade e automação são outros aspectos do cortador de plasma que os engenheiros melhoraram significativamente à medida que mais unidades portáteis estão em circulação.
Agora que sabemos como o corte a plasma evoluiu ao longo dos anos, como funciona?
Como funciona o corte a plasma
O processo de corte a plasma envolve o uso de calor para derreter um metal em vez de corte mecânico. Os cortadores de plasma funcionam enviando um arco elétrico através de um gás. Este gás então passa por uma abertura estreita (bico). A abertura restrita faz com que os gases se espremam através dela em alta velocidade, formando plasma. Cortar uma peça de trabalho envolve submeter a ponta de corte do cortador de plasma à peça de trabalho. Observe também que devido à condutividade do plasma, há a necessidade de conectar a peça ao solo através da mesa de corte.
Nem todos os sistemas de corte a plasma funcionam da mesma maneira. No entanto, existem três tipos de processos de corte.
Três tipos de processo de corte
- Contato de alta frequência: Este é um formulário de baixo orçamento. Além disso, devido ao risco de interferência em equipamentos modernos devido a sua alta frequência, este processo não está disponível para cortadoras a plasma CNC. O corte de contato de alta frequência envolve o uso de faísca de alta frequência e alta tensão - a faísca se forma quando a tocha de plasma entra em contato com o metal cortado. O contato fecha o circuito, inicia a faísca e cria o plasma usado para o corte.
- Arco Piloto: Neste processo de corte, a criação de faíscas ocorre dentro da tocha através de uma combinação de circuito de baixa corrente e alta tensão. Essa centelha facilita a criação de um arco piloto, uma pequena quantidade de plasma. Ao entrar em contato com a peça de trabalho, o cortador de plasma cria o arco de corte, que permite ao maquinista ou operador iniciar o processo de corte.
- Cabeça da tocha de plasma com mola: Para criar um curto-circuito, os operadores pressionam a tocha contra a peça de trabalho. Com um curto-circuito criado, a corrente começa a fluir. Para estabelecer o arco piloto, os operadores liberam a pressão.
Gás Utilizado no Processo
O tipo de gás usado durante o processo depende do método de corte, material de corte e espessura. Além de garantir a formação de um jato de plasma, o gás utilizado também deve auxiliar na expulsão do material fundido e óxido do corte. Os gases mais comuns usados para corte a plasma incluem;
argão
O argônio é um gás inerte e seu arco de plasma é estável. Estabilidade significa que este gás dificilmente reage com qualquer metal em altas temperaturas. Eletrodos e bicos usados para corte de argônio geralmente têm vida útil mais longa do que aqueles usados com outros gases.
O gás argônio tem uma limitação durante o corte por causa de seu baixo arco de plasma e entalpia. Além disso, é provável que haja problemas de escória ao cortar usando argônio em um ambiente de proteção de argônio. Isso se deve principalmente ao fato de a tensão superficial do metal fundido ser cerca de 30% maior do que a presente em um ambiente de nitrogênio. Esses problemas são uma das razões pelas quais o argônio raramente é usado para corte a plasma.
azoto
O nitrogênio tem melhor estabilidade do arco de plasma e um jato de maior energia do que o argônio, especialmente com uma fonte de alimentação mais alta. Além disso, forma escória mínima nas bordas inferiores da incisão, mesmo ao cortar metais como ligas à base de níquel e aço inoxidável que possuem alta viscosidade.
O gás nitrogênio funciona como um gás autônomo ou em combinação com outros gases. Também facilita o corte em alta velocidade de aço carbono.
ar
O ar contém 78% de nitrogênio e 21% de oxigênio por volume, tornando-o um gás adequado para corte a plasma. O constituinte de oxigênio do ar o torna um dos gases mais rápidos usados no corte de aço de baixo carbono. Além disso, como o ar está em toda parte, é um gás econômico para se trabalhar.
Por outro lado, o eletrodo e o bico usados para esse processo geralmente têm uma vida útil curta, aumentando os custos de corte e reduzindo a eficiência. Além disso, usar o ar como gás autônomo é problemático, pois causa a suspensão da escória e a oxidação do corte.
Oxygen
Como o ar, o oxigênio também aumenta a velocidade de corte do aço de baixo carbono. O uso de corte de arco de plasma de alta energia e alta temperatura para oxigênio aumenta sua velocidade. No entanto, para usar o oxigênio, é melhor emparelhá-lo com eletrodos resistentes a altas temperaturas e à oxidação.
Hidrogênio
O papel do hidrogênio é frequentemente como um gás auxiliar para misturar com outros gases de corte a plasma. Uma das combinações mais comuns é o hidrogênio e o argônio, que produz um dos gases mais poderosos no corte a plasma.
A mistura de argônio com hidrogênio aumenta significativamente a tensão do arco, a entalpia e a capacidade de corte do jato de plasma de argônio. A eficiência de corte desta combinação também aumenta quando comprimida por um jato de água.
Existem alguns gases comumente usados no corte a plasma. A tabela abaixo mostra esses gases, os materiais cortados e os benefícios do gás em relação ao material.
| Espessura do material | Gás Plasma | Gás Secundário | Observação |
| Aço Estrutural 0.5 a 8mm | Oxygen | Oxigênio ou oxigênio/ nitrogênio ou nitrogênio | Bordas sem rebarbas podem tolerar a esquadria, com suavidade semelhante ao corte a laser |
| Aço Estrutural 4 a 50mm | Oxygen | Oxigênio/nitrogênio ou nitrogênio ou ar | Sem rebarbas até 20 mm, a superfície de corte tem uma aparência lisa, tolerância de esquadria de até 25 mm, semelhante ao corte a laser |
| Aço de alta liga de 5 a 45 mm | Argônio / Hidrogênio / Nitrogênio | Nitrogênio ou Nitrogênio/hidrogênio | Livre de rebarbas até 20 mm, cortes suaves, baixa tolerância para esquadria |
| Alumínio 1 a 6mm | Ar comprimido | Nitrogênio ou Nitrogênio/hidrogênio | Cortes sem rebarbas, a superfície pode ser áspera ou granulada, permitindo cortes quase verticais |
| Alumínio 5 a 40mm | Argônio / Hidrogênio / Nitrogênio | Nitrogênio ou Nitrogênio/hidrogênio | Livre de rebarbas até 20 mm, superfície granulada ou áspera, permite cortes quase verticais |
Materiais para Corte a Plasma
Existem muitos materiais usados para corte a plasma. Isso ocorre principalmente porque o processo pode cortar qualquer material condutor. Abaixo estão os materiais mais comuns para esta técnica.
Alumínio
O alumínio é condutor, tornando o corte a plasma um processo ideal para sua fabricação. Além disso, o processo oferece vantagens com metais mais espessos em comparação com outros métodos de fabricação de alumínio, como o corte a laser. Pode cortar alumínio com espessuras até 160mm.
Além disso, a fabricação de alumínio usando corte a plasma é mais econômica devido aos custos operacionais e de equipamentos mais baixos.
Aço Suave
O aço doce é um tipo de aço com baixo teor de carbono, geralmente cerca de 2.1% no máximo. É uma das formas de aço mais utilizadas devido às suas propriedades que atendem a diversas finalidades. Além disso, o aço macio não é caro para adquirir, e suas propriedades, como alta resistência ao impacto, soldabilidade e ductilidade.
Aço inoxidável
O aço inoxidável é uma liga de ferro resistente à corrosão e à ferrugem. O corte a plasma é uma das formas mais eficazes de fabricar este metal, pois permite que a espessura de corte chegue a 30mm. As classes de aço inoxidável ideais para o corte incluem; 304, 304L, 316, 316L, 321, 310S, 317, etc.
Resina
O latão é outro metal facilmente fabricado usando corte a plasma. Isto é devido à sua natureza altamente condutora. No entanto, ao fabricar latão usando este método, é melhor fazê-lo em áreas bem ventiladas. Isso ocorre porque o latão contém zinco e a inalação de vapores que contêm zinco em combustão é prejudicial à saúde.
Cobre
O cobre tem o calor e a condutividade elétrica de todos os materiais fora dos metais preciosos. As qualidades importantes deste metal incluem; resistência à corrosão, alta ductilidade e soldabilidade. Essas propriedades, incluindo sua alta condutividade, tornam o cobre um metal ideal para corte a plasma. Porém, assim como o latão, é importante cortar esse metal em áreas com boa ventilação.
Ferro fundido
Este metal é popular por seu baixo custo e maleabilidade. Em quantidades mínimas, contém elementos como manganês, enxofre, fósforo e silício. O ferro fundido é muito condutor, com alta resistência à compressão e baixa temperatura de fusão, tornando-o ideal para corte a plasma.
Vantagens do Corte a Plasma
Existem várias vantagens de usar o corte a plasma para fabricação de metal em relação a outros métodos, variando de custo-benefício a maior produtividade e melhor qualidade de corte. Aqui estão algumas outras vantagens.
Alta qualidade de corte
Comparado a outros processos de fabricação de metal, como corte a chama ou corte a jato de água, o corte com cortadores de plasma fornece metais com uma qualidade de corte mais alta. Isso se deve à ausência de escória residual na borda do corte de metal e à menor área da zona afetada pelo calor.
Versatilidade e flexibilidade
Este processo pode cortar qualquer metal que conduza eletricidade, o que o torna muito versátil. Ele pode facilmente cortar metais como alumínio e aço de alta liga de espessura média e alta. Funciona muito bem para corte de ranhuras, planejamento ou marcação de metais. Além disso, o processo também pode cortar metais na água com níveis de ruído reduzidos.
High Speed
O corte a plasma é 100 vezes mais rápido que o corte a laser e cerca de 10 vezes mais rápido que o oxicombustível. Em outras palavras, melhora a produtividade e reduz o tempo gasto na fabricação de metais em comparação com outros métodos.
Maior precisão e repetibilidade
As peças cortadas possuem maior precisão e qualidade superficial devido ao calor envolvido no processo. Além disso, a velocidade de fabricação melhora a repetibilidade enquanto reduz o tempo gasto na usinagem de metais.
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Desvantagens do Corte a Plasma
Embora muitos benefícios estejam associados à fabricação de metais usando corte a plasma, também existem desvantagens.
- Corta apenas materiais condutores
- Não é ideal para espessuras superiores a 150 mm
- Flashes brilhantes produzidos durante o processo podem afetar negativamente os olhos humanos
- A operação às vezes é barulhenta
- Produz fumaça ao cortar no ar
- Pode ser caro com consumíveis de baixa vida útil, como bico e eletrodo
Conclusão
O corte a plasma é um processo que envolve o uso do quarto estágio da matéria para cortar metais condutores. Este processo oferece muitas vantagens, incluindo maior produtividade, versatilidade, precisão e qualidade da superfície.
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