A indústria moderna requer o processamento de metais pesados e ligas, e a fabricação de ferramentas e veículos de transporte necessários às 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.
A razão é simples: os materiais metálicos são muito fortes e duráveis. Para a maioria dos processos de fabricação, especialmente aqueles que envolvem itens grandes e/ou robustos, os materiais metálicos são uma escolha natural.
Curiosamente, a resistência dos materiais metálicos também é a sua desvantagem: como os metais não são facilmente danificados, é muito difícil processá-los em formas específicas. Quando as pessoas precisam processar um componente do mesmo tamanho e resistência de uma asa de avião, como podem obter corte e modelagem precisos?
Na grande maioria dos casos, isto requer o uso de uma máquina de corte a plasma. Embora isto possa parecer 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 funcionamento de uma máquina de corte a plasma é muito simples. É processado pela manipulação de uma das formas mais comuns de matéria no universo conhecido.
Neste artigo, vamos desvendar o misterioso véu das máquinas de corte a plasma e ver como esta ferramenta mágica molda o 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 componentes de aeronaves de forma mais eficaz desencadeou algumas inovações tecnológicas.
Muitas fábricas que produzem aeronaves militares adotaram um novo método de soldagem, que envolve o uso de soldagem protegida com gás inerte.
A descoberta revolucionária reside no fato de que o gás eletrolisado pela corrente pode formar uma barreira perto da solda para evitar a oxidação. Este novo método torna as soldas mais organizadas e a estrutura da conexão mais forte.
História do Corte Plasma
No início da década de 1960, os engenheiros fizeram outra descoberta. Eles descobriram que aumentar a taxa de fluxo de ar e reduzir o tamanho dos poros pode ajudar a melhorar a temperatura de soldagem. O novo sistema pode atingir temperaturas mais altas do que qualquer máquina de solda comercial.
Na verdade, em temperaturas tão altas, esta ferramenta não serve mais como dispositivo de soldagem. Em vez disso, é mais como uma serra que corta metal duro como uma faca quente na manteiga.
Arco Plasmático
A introdução do arco plasma revolucionou a velocidade, precisão e variedade de ferramentas de corte, podendo ser aplicado a diversos metais. Na próxima seção, apresentaremos os princípios científicos por trás deste sistema.
A facilidade com que uma máquina de corte a plasma pode penetrar no metal se deve às propriedades únicas do estado do plasma. Então, o que é um estado de plasma?
Existem quatro estados da matéria no mundo. A maioria das substâncias com as quais entramos em contato em nossas vidas diárias são sólidas, líquidas ou gasosas. O estado da matéria é determinado pela interação entre as moléculas. Tomemos a água como exemplo:
Água sólida é gelo. O gelo é um sólido composto de átomos eletricamente neutros dispostos em uma rede hexagonal. Como a interação entre as moléculas é estável, ela permanece numa forma fixa.
Água líquida é água potável.As moléculas ainda exercem forças umas sobre as outras, mas se movem lentamente. Os líquidos têm volume fixo, mas não forma fixa. A forma do líquido muda de acordo com o formato do recipiente.
Água gasosa é vapor d'água. No vapor d'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 fixo.
A quantidade de calor (convertido em energia) absorvido pelas moléculas de água determina suas propriedades e estado. Simplificando, mais calor (mais energia) faz com que as moléculas de água atinjam um estado crítico onde as ligações químicas entre elas se rompem.
Em baixas temperaturas, as moléculas estão fortemente unidas e a substância está no estado sólido. Absorver mais calor enfraquece as interações entre as moléculas e a substância se torna líquida.
Absorver ainda mais calor faz com que as interações entre as moléculas quase desapareçam e a substância se torne um gás. Então, o que acontece se continuarmos a aquecer o gás? Isto fará com que ele entre no quarto estado, o estado de plasma.
Quando um gás atinge temperaturas extremamente altas, ele entra no 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 (ver teoria atômica), bem como elétrons ao redor do núcleo atômico.
No estado de plasma, os elétrons são separados dos átomos. Uma vez que a energia térmica faz com que os elétrons deixem os átomos, eles começam a se mover em altas velocidades. Os elétrons carregam uma carga negativa, enquanto os núcleos atômicos restantes carregam uma carga positiva. Esses núcleos atômicos carregados positivamente são chamados de íons.
Quando elétrons em alta velocidade colidem com outros elétrons ou íons, eles liberam enormes quantidades de energia. São precisamente estas energias que conferem ao plasma as suas propriedades especiais e incríveis capacidades de corte.
Conhecimento comum sobre o estado plasmático:
Quase 99% da matéria do universo está em estado de plasma. Devido à sua temperatura extremamente alta, 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.
Máquina de corte a plasma
As máquinas de corte a plasma não são os únicos dispositivos que manipulam a energia do plasma. Dispositivos como luzes de néon, luzes fluorescentes e monitores 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 cortar metal, ele ainda tem aplicações consideráveis.
As máquinas de corte a plasma vêm em vários formatos e tamanhos. Existem máquinas gigantes de corte a plasma controladas por braços robóticos para cortes precisos, bem como máquinas de corte a plasma manuais simplificadas usadas em oficinas.
Independentemente do seu tamanho, todas as máquinas de corte a plasma baseiam-se nos mesmos princípios e possuem projetos estruturais semelhantes.
Quando uma máquina de corte a plasma está em operação, gases comprimidos como nitrogênio, argônio ou oxigênio são fornecidos através de um canal estreito. Um eletrodo negativo é colocado no meio do canal. Quando a energia é fornecida ao eletrodo negativo e o bico está em contato com o metal, um circuito eletricamente condutor é formado, gerando faíscas de alta energia entre o eletrodo e o metal.
À medida que o gás inerte flui através do canal, as faíscas aquecem o gás até atingir o quarto estado da matéria. Essa reação produz um fluxo de plasma com temperatura de até cerca de 16.649 graus Celsius e vazão de até 6.096 metros por segundo, transformando rapidamente o metal em escória.
O próprio plasma tem uma corrente fluindo através dele. Enquanto o eletrodo estiver continuamente alimentado e o plasma estiver em contato com o metal, o ciclo do arco será contínuo.
Para evitar oxidação e danos causados por propriedades desconhecidas do plasma, o bico do cortador de plasma está equipado com outro conjunto de canais que liberam continuamente gás protetor para proteger a área de corte. A pressão do gás protetor pode controlar efetivamente o raio do plasma colunar.
Corte Plasma
As máquinas de corte a plasma tornaram-se uma ferramenta comum na indústria moderna. Eles têm sido amplamente utilizados em oficinas de automóveis customizados, bem como na fabricação de chassis e carrocerias customizadas por fabricantes de automóveis.
As construtoras utilizam máquinas de corte a plasma em projetos de grande escala para cortar e fabricar grandes vigas e placas metálicas. Os serralheiros podem usar máquinas de corte a plasma para fazer furos em áreas seguras quando os clientes estão bloqueados.
Em um sistema de corte CNC (Controle Numérico Computadorizado), não é necessário tocar no material. Basta desenhar no computador a forma que deseja cortar e o processo de corte será automatizado.
1. Princípio de funcionamento
O plasma é um gás aquecido a temperaturas extremamente altas e altamente ionizado. A potência do arco é transferida para a peça de trabalho, que derrete e é expelida, criando um estado de trabalho de corte por arco de plasma.
O ar comprimido entra na tocha de corte e é distribuído em duas correntes pela câmara de gás, formando gás plasma e gás auxiliar. O arco de gás plasma derrete o metal, enquanto o gás auxiliar resfria as diversas 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 com resistência de alta fuga, uma ponte retificadora trifásica, uma bobina de ignição de arco de alta frequência e elementos de proteção. Apresenta uma característica externa íngreme causada pela alta resistência ao vazamento. O circuito de controle completa todo o processo de corte através do botão na tocha de corte:
Fornecimento de pré-gás – Alimentação do circuito principal – Ignição do arco de alta frequência – Processo de corte – Parada do arco – Parada.
A alimentação do circuito principal é controlada pelo contator; o fluxo de gás é controlado pela válvula solenóide; e o oscilador de alta frequência acende o arco e para de funcionar após o estabelecimento do arco.
Além disso, o circuito de controle também possui as seguintes funções de bloqueio interno:
Ação do interruptor de controle térmico, pare de funcionar.
2. Corte de falhas
(1) Corte não completamente:
a: A espessura da placa 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 está muito baixa.
(2) Instabilidade do arco plasma:
a: A tocha de corte se move muito lentamente.
b: A fonte de alimentação é fornecida por duas fases e a tensão de operação diminui.
c: A pressão do ar comprimido está muito alta.
3. Instalação, manutenção e substituição de peças da tocha de corte
Ao instalar ou substituir peças da tocha de corte, desmonte-as na ordem tampa protetora-bocal condutor-distribuidor de gás-eletrodo-corpo da tocha de corte com a cabeça da tocha de corte voltada para cima e monte-as na ordem inversa.
Ao instalar o bico, certifique-se de que esteja concêntrico com o eletrodo. A tampa protetora deve ser apertada e o bico bem pressionado. Se houver folga, o corte não poderá ser executado.
Use a tocha de corte de maneira razoável. Contate o bico com a peça de trabalho antes da ignição do arco. Quando o corte terminar, 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 afeta a qualidade do corte, ela deve ser substituída a tempo.
Quando o centro do eletrodo está recuado mais de 2 milímetros ou não consegue acender o arco, o eletrodo pode ser instalado ao contrário ou atualizado.
Quando a tampa protetora ou o distribuidor de gás estiverem rachados ou gravemente danificados, eles deverão ser substituídos a tempo.
Quando for encontrado isolamento do corpo da tocha de corte, jaqueta de couro sintético, isolamento do cabo ou danos no tubo de gás, ele deverá ser reparado ou substituído 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 no anel de vedação do corpo da tocha de corte antes de aparafusá-la para prolongar a vida útil da vedação.
4. Falhas comuns e métodos de solução de problemas
| Não. | Falhas, panes | Causas | Soluções |
| 1 | Ligue o botão liga / desliga, a luz indicadora de energia não acende | 1. O fusível no interruptor da fonte de alimentação está quebrado | substituir |
| 2. O fusível atrás da caixa de energia está quebrado | Verifique e substitua | ||
| 3. O transformador de controle está com defeito | substituir | ||
| 4. O botão liga / desliga 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 botão liga / desliga não está na posição “ligado” | Acionar | ||
| 3. A válvula redutora de pressão está danificada | Reparar ou substituir | ||
| 4. Má fiação da válvula solenóide | Verifique a fiação | ||
| 5. A válvula solenóide está com defeito | substituir | ||
| 3 | Pressionar o botão da tocha de corte durante a operação resulta na ausência de fluxo de ar | 1. Vazamento na tubulação | Conserte a parte vazada |
| 2. A válvula solenóide está com defeito | substituir | ||
| 4 | Depois que o bico condutivo entrar em contato com a peça de trabalho, pressione o botão da tocha de corte e a luz indicadora de trabalho acenderá, mas o corte por arco não foi acionado | 1. KT1 está quebrado | substituir |
| 2. O transformador de alta frequência está com defeito | Verifique ou substitua | ||
| 3. Oxidação da superfície da haste de ignição ou distância de folga inadequada | Polir ou ajustar | ||
| 4. Curto-circuito do capacitor de alta frequência C7 | substituir | ||
| 5. A pressão do ar está muito alta | Abaixando | ||
| 6. A perda do bico 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 | Reparar ou substituir | ||
| 9. O fio terra da peça de trabalho não está conectado à peça de trabalho | Conectado à peça de trabalho | ||
| 10. Há uma espessa camada 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 esfriar ou trabalhar novamente |
| 2. O interruptor do botão da tocha de corte está danificado | substituir | ||
| 6 | Controle o fusível para quebrar após a inicialização de alta frequência | 1. Transformador de alta frequência danificado | Verifique e substitua |
| 2. Transformador de controle danificado | Verifique e substitua | ||
| 3. Curto-circuito da bobina do contator | substituir | ||
| 7 | O fusível do interruptor principal está quebrado | 1. Curto-circuito do elemento retificador | Verifique e substitua |
| 2 Falha do transformador principal | Verifique e substitua | ||
| 3. Curto-circuito da bobina do contator | Verifique e substitua | ||
| 8 | Ocorrência de alta frequência, mas sem arco | 1. O componente retificador está com defeito (há um som anormal dentro da máquina) | Verifique e substitua |
| 2. O transformador principal está danificado | Verifique e substitua | ||
| 3. C1-C7 para baixo | Verifique e substitua | ||
| 9 | Interrupção de trabalho a longo prazo e falha do 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 abaixar |
| O ventilador de temperatura está funcionando e a direção do vento |
5. Diagrama esquemático elétrico
