Você já se perguntou como os fabricantes conseguem precisão e eficiência ao cortar aço inoxidável? Este artigo se aprofunda em seis técnicas avançadas de corte de aço inoxidável, destacando seus benefícios e aplicações. Dos métodos de chama de gás e plasma à goivagem com arco de carbono, cada técnica oferece vantagens exclusivas em termos de precisão, velocidade e impacto ambiental. Ao ler este artigo, você obterá insights sobre as maneiras mais eficazes de lidar com esse material resistente, aprimorando sua compreensão dos processos industriais de metalurgia.
Os componentes soldados feitos de aço inoxidável, como contêineres e tubulações, passam por processos que incluem o corte de chapas e tubos, o processamento de chapas metálicas e o processamento de ranhuras de solda. Na fabricação de contêineres de armazenamento, é inevitável criar bocas de visita e realizar processos de formação nas faces finais dos cabeçotes.
Ao soldar em ambos os lados, a costura de solda reversa precisa ser limpa, e os defeitos na junta de solda exigem retrabalho e soldagem adicional. Essas etapas de processamento são indispensáveis no processo de produção e fabricação. Embora a maioria das etapas de processamento seja realizada por meio de métodos mecânicos, como cisalhamento, aplainamento, fresagem e torneamento, elas exigem uma variedade de tipos de maquinário para serem concluídas.
Em alguns casos, é apropriado usar cinzéis pneumáticos, mas a alta intensidade de trabalho, o ruído e a poluição no ambiente de trabalho são prejudiciais à saúde dos operadores.
O uso de métodos de corte por chama de gás ou plasma para concluir os processos mencionados acima tem muitas vantagens na melhoria das condições de trabalho, no aumento da eficiência e na redução da poluição ambiental, mas a desvantagem é que a precisão das superfícies cortadas após algum processamento pode não ser tão boa quanto a obtida por meio do processamento mecânico.
Vamos discutir várias técnicas de corte de aço inoxidável por chama de gás e plasma.
O corte a gás é um método que utiliza a energia térmica de uma chama de gás para pré-aquecer a área de corte de uma peça de trabalho a uma determinada temperatura e, em seguida, pulveriza um fluxo de oxigênio de corte de alta velocidade para inflamar o metal e liberar calor, obtendo assim o corte térmico.
A razão pela qual o aço comum de baixo carbono é fácil de cortar e produz boa qualidade de corte é que os óxidos gerados pela combustão têm um ponto de fusão mais baixo do que o próprio aço. Simultaneamente, o calor da combustão eleva os óxidos a um estado fundido, que são então soprados pelo fluxo de gás.
Ao cortar aço inoxidável com chama de gás oxicombustível, o principal problema é a formação de óxidos de cromo de alto ponto de fusão na superfície de corte, o que impede a queima do metal e cria dificuldades para o corte contínuo.
Para cortar aço inoxidável sem problemas, além de ter oxigênio suficientemente puro a uma determinada pressão e um fluxo de oxigênio de corte bem direcionado (ou seja, um fluxo de oxigênio de corte cilíndrico suficientemente longo e potente), algumas medidas especiais de processo precisam ser tomadas.
O corte a gás com fluxo de oxigênio refere-se a um processo no qual o pó de ferro puro ou outros fluxos são adicionados ao fluxo de oxigênio de corte para utilizar o calor de combustão e os efeitos de formação de escória para o corte a gás. Os óxidos de ferro derretidos e os óxidos de cromo são misturados, formando uma escória diluída, o que melhora a fluidez da escória.
Em casos de aumento significativo de calor, forma-se uma escória líquida mista, que é então expelida pelo oxigênio de corte do corte. Esse processo também é conhecido como corte por injeção de pó e pode ser usado para cortar materiais de aço inoxidável mais espessos e risers de fundição de aço inoxidável. Há dois tipos de fluxos: os comumente usados e os de alta eficiência, com seus componentes de composição listados na Tabela 6-1.
Tabela 6-1: Fluxos para corte de aço inoxidável
| Tipo | Composição dos fluxos (fração de massa, %) | Observação |
| Fluxos comuns | Pó de ferro de baixo carbono ou pó de ferro de baixo carbono com pó de chumbo | O tamanho da partícula para alimentação interna é de 0,5-1,0 mm, enquanto o tamanho da partícula para alimentação externa é de 0,1-0,3 mm. |
| Fluxos de alto desempenho | Pó de ferro 56 + Pó de alumínio 17 + Resina epóxi 18,9 + Resina polivinil 2,97 + Tolueno 2,97 + Polietileno amina 2,16 | Após a mistura completa dos componentes acima, são produzidos grânulos de 0,3 a 1,2 mm. |
Os equipamentos para corte por oxifluxo podem ser divididos em duas categorias com base no método de fornecimento de fluxo.
Sua característica é usar oxigênio de corte para fornecer fluxo do tanque de fluxo por meio dos componentes do bico de corte, conforme mostrado na Figura 6-1.
Para evitar que o pó de ferro se oxide e queime dentro do tanque de fluxo, geralmente é usado pó de ferro grosso com tamanho de partícula de 0,5 a 1,0 mm. Devido ao seu grande tamanho de partícula e à rápida velocidade de ejeção, ele não entra em combustão total na superfície da peça de trabalho durante o corte. Portanto, é comumente usado para cortar peças de trabalho com espessura inferior a 500 mm.
Para aumentar a velocidade de corte, uma pequena quantidade de pó de alumínio pode ser adicionada ao pó de ferro. Ao usar o equipamento de alimentação interna de pó, o gás natural pode ser usado como combustível. Os parâmetros do processo de corte para cortar chapas de aço inoxidável 18-8 usando bicos de alimentação de pó interno são mostrados na Tabela 6-2.
Tabela 6-2: Parâmetros do processo de corte da chapa de aço inoxidável 06Cr18Ni11Ti usando o bocal interno de alimentação de pó
| Parâmetros do processo | Espessura em milímetros | |||||
| 10 | 20 | 30 | 40 | 70 | 90 | |
| Tamanho do bocal | 1 | 1 | 1 | 2 | 3 | 3 |
| Pressão de oxigênio/MPa | 0. 40 | 0. 49 | 0. 54 | 0. 59 | 0. 69 | 0. 78 |
| Consumo de oxigênio/(m3/m) | 1. 1 | 1. 3 | 1. 6 | 1. 75 | 2. 3 | 3. 0 |
| Consumo de gás combustível (gás natural)/(m3/m) | 0. 11 | 0. 13 | 0. 15 | 0. 18 | 0. 23 | 0. 29 |
| Consumo de fluxo/(kg/m) | 0.7 | 0.8 | 0. 9 | 1. 0 | 2. 0 | 2. 5 |
| Velocidade de corte/(mm/min) | 230 | 190 | 180 | 160 | 120 | 90 |
| Largura do Kerf/mm | 10 | 10 | 11 | 11 | 12 | 12 |
Ao usar o método de corte de oxigênio-combustível com alimentação de pó interno no exterior, ele geralmente é equipado com um bocal de corte rápido com spray de água corrente na borda externa do bocal. O pó de ferro tem um tamanho de partícula de 0,5 a 1,0 mm, o que resulta em uma planicidade relativamente ideal da superfície de corte. Normalmente, o corte não requer processamento mecânico para atender aos requisitos dimensionais.
O jato de água corrente ao redor da peça de trabalho reduz o empenamento da chapa de aço durante o corte, melhora a resistência à corrosão da face da extremidade processada e também reduz a poeira transportada pelo ar no ambiente de corte, melhorando assim as condições de trabalho.
Esse método pode cortar chapas de aço inoxidável de até 150 mm de espessura e também pode cortar chapas de aço em camadas (empilhadas), como 2-3 mm × 40 camadas para chapas de aço estrutural de carbono comuns e 2 mm × 40 camadas para chapas de aço inoxidável.
A característica do corte de oxigênio-combustível com alimentação externa de pó é o uso de ar ou nitrogênio de baixa pressão (0,04-0,06 MPa) para introduzir independentemente pó de ferro fino maior que 130 mesh na zona de aquecimento da chama fora do bocal de corte, conforme mostrado na Figura 6-2.
Devido ao pequeno tamanho de partícula do pó de ferro e à baixa velocidade de ejeção, ele pode ser rapidamente aquecido até o ponto de ignição e queimar, liberando uma grande quantidade de calor, quebrando efetivamente a película de óxido na superfície da peça de trabalho. Como o pó é alimentado de forma independente, ele pode superar o dano ao canal de oxigênio causado pela descarga.
Portanto, ele é usado para cortar materiais de aço inoxidável com espessura superior a 500 mm ou para cortar o riser de peças fundidas de aço inoxidável com diâmetro de 1.000 a 1.300 mm.
Os parâmetros do processo são os seguintes:
Fluxo: pó de ferro 100%, tamanho de partícula do pó de ferro 0,1-1,3 mm; pressão de oxigênio de pré-aquecimento 0,8-1,0 MPa; pressão de oxigênio de corte 0,8 MPa, consumo de oxigênio de corte 200 m3/h; pressão do acetileno >0,01 MPa, consumo de acetileno 20 m3/h; o gás de transporte de pó é nitrogênio, e a taxa de fluxo é de 18 kg/h; a velocidade de corte é de 20-25 mm/min.
O corte com gás de vibração é um método simples e prático para cortar aço inoxidável usando a vibração de uma tocha de corte com gás oxigênio-combustível.
A essência do método de corte por gás vibratório é vibrar a tocha de corte durante o processo de corte para romper a película de óxido refratário produzida na incisão, atingindo assim o objetivo de separar e cortar o metal.
O processo de corte é ilustrado na Figura 6-3. No início do corte, a borda da peça de trabalho é pré-aquecida até o estado fundido e, em seguida, o fluxo de oxigênio de corte é iniciado e a escória flui para fora da incisão. Nesse ponto, o bocal de corte deve ser levantado e vibrações imediatas para frente e para trás, bem como para cima e para baixo, devem ser aplicadas.
A vibração tem uma amplitude de 10 a 15 mm e uma frequência de 60 a 80 vezes por minuto. A vibração do fluxo de oxigênio de corte rompe o óxido de cromo de alto ponto de fusão na incisão, permitindo que o ferro continue queimando. Com a ajuda do impacto para frente e para trás e para cima e para baixo do fluxo de oxigênio, o objetivo do corte contínuo é alcançado.
Uma tocha de corte oxiacetilênica geral, como a do tipo G01-300, é usada para a tocha de corte. Em comparação com o corte de aço carbono da mesma espessura, a chama de pré-aquecimento precisa ser maior e mais concentrada, e a pressão de oxigênio precisa ser aumentada em cerca de 15% a 20%.
Esse tipo de corte por gás de vibração é comumente usado para cortar os risers de peças fundidas de aço inoxidável com diâmetro não superior a 500 mm, atingindo o objetivo do corte, mas a qualidade da incisão é muito ruim.
Com o desenvolvimento da tecnologia, o corte por chama de gás oxigênio-combustível raramente é usado para cortar chapas de aço inoxidável e, na maioria das vezes, é usado para cortar os risers de peças fundidas de aço inoxidável.
A goivagem com arco de carbono utiliza uma haste de grafite ou carbono como eletrodo para gerar um arco elétrico entre a peça de trabalho, derretendo o metal e, em seguida, usa ar comprimido para soprar o metal derretido, criando assim sulcos na superfície.
Durante a goivagem, o arco elétrico atinge temperaturas de 6000 a 7000°C, gerando calor suficiente para derreter a superfície da peça de trabalho. O metal fundido e a escória produzidos são soprados pelo ar comprimido (0,4-0,6 MPa) ejetado do bocal de goivagem do arco de carbono. A queima contínua do arco elétrico e o sopro contínuo de ar comprimido removem o material fundido, obtendo a ranhura necessária na superfície do metal.
Essa técnica de goivagem é usada principalmente para goivagem traseira em soldas de dupla face, removendo defeitos em costuras de solda, e também pode ser usada para chanfrar soldas de peça única ou irregulares.
Os recursos de processamento da goivagem com arco de carbono, em comparação com os métodos de lascamento ou rebolo, possuem as seguintes características:
1) A goivagem manual com arco de carbono oferece maior flexibilidade, permitindo a operação em todas as posições.
2) Ao remover defeitos em costuras de solda ou peças fundidas, a forma e a profundidade dos defeitos podem ser claramente observadas.
3) O ruído durante a operação é menor do que o da picagem, resultando em maior eficiência de produção.
4) Em áreas restritas ou de difícil acesso, a goivagem com arco de carbono é mais adequada para a operação.
5) A goivagem com arco de carbono produz fumaça e poeira, que podem poluir o meio ambiente, e exige um nível mais alto de habilidade operacional.
A goivagem a ar com arco de carbono inclui uma fonte de energia, um suprimento de ar comprimido, uma tocha de goivagem, hastes de carbono, cabos e mangueiras, conforme mostrado na Figura 6-4.
A fonte de alimentação utiliza um retificador com uma característica de queda acentuada e sua corrente nominal deve ser maior do que a corrente necessária para a goivagem a ar com arco de carbono. Por exemplo, ao usar uma haste de carbono circular de 7 mm, a corrente de corte necessária para a goivagem a ar com arco de carbono é de 350 A, e é aconselhável selecionar um retificador com corrente nominal de 500 A.
A tocha de goivagem para goivagem a ar de arco de carbono é usada principalmente para fixar a haste de carbono e soprar ar comprimido. As tochas de goivagem comumente usadas são mostradas na Figura 6-5, disponíveis em duas formas: alimentação lateral e alimentação circular.
As hastes de carbono devem ter características de resistência a altas temperaturas, boa condutividade e resistência à quebra. Para melhorar a condutividade e a resistência da superfície, uma camada de cobre puro é geralmente aplicada à superfície das hastes de carbono. As hastes de carbono estão disponíveis em duas formas: circular e plana (seção transversal retangular).
As hastes circulares de carbono são usadas principalmente para goivagem de costuras de solda, enquanto as hastes planas de carbono podem ser usadas para chanfrar, goivar cordões de solda e cortar grandes quantidades de metal.
1 - Retificador de solda a arco 2 - Cabo de aterramento 3 - Ar comprimido 4 - Conduíte de ar 5 - Cabo da tocha de solda 6 - Tocha de goivagem 7 - Vareta de carbono
8-peça de trabalho
a) Pistola de goivagem de ar lateral b) Pistola de goivagem de ar circunferencial
Para obter uma goivagem de alta qualidade, é necessário garantir os parâmetros corretos do processo. Os fatores que afetam a qualidade da goivagem a ar são os seguintes:
1. polaridade da fonte de alimentação:
Na goivagem de aço inoxidável com arco de carbono, é usada a conexão de polaridade reversa de corrente contínua (eletrodo conectado ao polo positivo da fonte de alimentação). Isso resulta em um arco estável durante a goivagem, velocidade de goivagem uniforme, som de escovação contínua do arco e largura consistente em ambos os lados da goivagem com uma superfície lisa e brilhante.
Se a conexão de polaridade positiva de corrente contínua (haste de carbono conectada ao polo negativo da fonte de alimentação) for usada, o arco trepidará, emitindo sons intermitentes de pulverização, e os lados da goiva exibirão uma forma de arco correspondente à trepidação durante a goivagem. Se esse fenômeno ocorrer, a polaridade deve ser invertida antes de refazer a goivagem.
2. corrente de goivagem e diâmetro da haste de carbono:
Quando a corrente de goivagem aumenta, a largura, a profundidade e a velocidade da goivagem também aumentam, resultando em uma qualidade de goivagem mais suave. No entanto, se a corrente de goivagem for muito alta, a haste de carbono se queimará rapidamente ou até mesmo derreterá, causando séria infiltração de carbono e superfície áspera da goivagem.
Se a corrente de goivagem for muito baixa, o arco ficará instável, resultando em uma goivagem pequena e rasa, velocidade de goivagem instável, baixa eficiência e uma tendência a causar adesão de escória. A Tabela 6-3 apresenta os parâmetros de goivagem a ar com arco de carbono comumente usados.
Tabela 6-3: Parâmetros comuns para goivagem com arco de carbono
| Forma da seção transversal do eletrodo de carbono | Especificações/ mm | Corrente aplicável/ A | Pressão de ar comprimido/MPa | Extensão do eletrodo de carbono Comprimento/ mm | Ângulo entre o eletrodo de carbono e a peça de trabalho (°) |
| Circular | Φ3. 2 | 150 ~ 180 | 0.4~0.6 | 30 ~70 | 30 ~ 45 |
| Φ3. 5 | |||||
| Φ4. 0 | 150 ~ 200 | ||||
| Φ5. 0 | 180 ~ 210 | ||||
| Φ6. 0 | 180 ~ 300 | ||||
| Φ7. 0 | 200 ~ 350 | ||||
| Φ8.0 | 250 ~ 400 | ||||
| Φ9. 0 | 350 ~ 500 | ||||
| Φ10. 0 | 400 ~ 550 | ||||
| Plano | 3×8 | 200 ~ 250 | 0.4~0.6 | 30 ~70 | 30 ~ 45 |
| 4 ×6 | |||||
| 4×8 | 200 ~ 300 | ||||
| 4 ×12 | 300 ~ 350 | ||||
| 5 ×10 | 300 ~ 400 | ||||
| 5 ×15 | 400 ~ 500 |
A seleção do diâmetro da barra de carbono está relacionada à espessura da chapa de aço, conforme mostrado na Tabela 6-4. Também está relacionado à largura da ranhura necessária; quanto maior o diâmetro da barra de carbono, mais larga será a ranhura. Em geral, o diâmetro da barra de carbono deve ser de 2 a 4 mm menor do que a largura da ranhura necessária.
Tabela 6-4: Seleção do diâmetro da haste de carbono
| Espessura da chapa de aço | 4 ~6 | 6~8 | 8 ~ 12 | >10 | >18 |
| Diâmetro da haste de carbono | 4 | 5 ~6 | 6~7 | 7 ~ 10 | 10 |
3. velocidade de corte
Ele deve ser adaptado à corrente de goivagem e à pressão do ar para garantir o processo normal de goivagem. A velocidade excessiva ou o movimento agressivo para baixo da haste de carbono pode fazer com que a cabeça do eletrodo de carbono entre em contato com metal líquido ou metal não derretido, levando à extinção do arco devido a curto-circuito.
A velocidade excessiva também pode fazer com que a cabeça do eletrodo de carbono se solte e grude no metal não derretido, resultando em defeitos de inclusão de carbono. Nesses casos, o arco deve ser restabelecido na frente do defeito e uma camada deve ser gentilmente arrancada à mão para remover o defeito antes de continuar a goivagem.
Se a velocidade de goivagem for muito lenta, o arco se alongará, levando a arcos instáveis ou até mesmo à extinção do arco. Em geral, recomenda-se uma velocidade de corte de 0,8 a 1,2 m/min.
4. pressão do ar comprimido
A pressão do ar comprimido afeta diretamente a velocidade de corte e a qualidade da superfície da ranhura. Uma pressão mais alta pode aumentar a velocidade de corte e a suavidade da superfície da ranhura, enquanto uma pressão excessivamente baixa pode causar a adesão de escória na superfície da ranhura. Normalmente, a pressão do ar comprimido deve ser mantida em 0,4-0,6 MPa.
O teor de umidade e óleo no ar comprimido pode ser restringido por filtros instalados nos tubos de ar, e é recomendável usar gel de silicone novo como meio de filtro.
5.Comprimento da extensão do eletrodo de carbono
Um comprimento de extensão de 30 a 70 mm é ideal para o eletrodo de carbono. Um comprimento de extensão excessivamente longo aumenta a resistência e leva a uma grave queima da haste de carbono, enquanto um comprimento muito curto geralmente resulta em curto-circuito devido ao contato das partes metálicas da pistola de goivagem com a peça de trabalho, causando instabilidade do arco.
Durante o processo de goivagem, é normal que a haste de carbono queime, e o comprimento da extensão deve ser ajustado periodicamente. Quando o comprimento da extensão for inferior a 25 mm, ele deverá ser reajustado para 70-80 mm.
6. ângulo entre a haste de carbono e a peça de trabalho
O ângulo entre a haste de carbono e a peça de trabalho afeta principalmente a profundidade da ranhura e a velocidade de corte. Um aumento no ângulo leva a uma maior profundidade do sulco e a uma velocidade de corte reduzida, enquanto uma diminuição no ângulo resulta em sulcos mais rasos e velocidades de corte mais rápidas. Em geral, o ângulo recomendado para a goivagem manual com arco de carbono é de 30° a 45°.
7. comprimento do arco para goivagem com arco de carbono
Durante o processo de goivagem, é recomendável manter o comprimento do arco relativamente curto, em torno de 2 a 3 mm. Um comprimento de arco excessivamente curto pode levar a defeitos de inclusão de carbono, enquanto um comprimento de arco excessivamente longo pode fazer com que o arco seja soprado pelo ar frio, resultando em instabilidade do arco ou até mesmo em sua extinção.
Um comprimento de arco excessivamente longo também pode fazer com que o ar comprimido não seja concentrado o suficiente, fazendo com que o metal derretido não seja soprado a tempo, ampliando a zona afetada pelo calor da goiva e deteriorando a rugosidade da superfície da ranhura. Além disso, durante o processo de goivagem, a haste de carbono não deve ser balançada; em vez disso, deve ser movida para frente em um ângulo pré-selecionado para garantir dimensões uniformes do sulco.
A goivagem a ar com arco de carbono em aço inoxidável pode afetar a superfície do metal goivado por meio de carburação e ação térmica, levando à deterioração da resistência à corrosão intergranular das juntas de solda de aço inoxidável. A Tabela 6-5 apresenta a análise do teor de carbono na goivagem a ar por arco de carbono do aço inoxidável 18-8.
Na tabela, pode-se observar que a escória metálica produzida pela goivagem a ar com arco de carbono tem um teor de carbono (w(C)) de até 1,3%. No entanto, a carburação do metal líquido durante o processo de goivagem é rapidamente eliminada pelo ar comprimido, resultando em um teor de carbono na superfície (w(C)) de apenas 0,075%. Portanto, o efeito de carburação da goivagem a ar com arco de carbono no aço inoxidável 18-8 é extremamente mínimo.
De acordo com medições reais, a profundidade da camada cementada na superfície do metal após a goivagem geralmente varia de 0,02 a 0,05 mm, com o ponto mais profundo não excedendo 0,11 mm, e a camada cementada consiste em metal fundido intermitente.
Embora a goivagem a ar com arco de carbono tenha um efeito de aquecimento na superfície goivada, o metal líquido de alta temperatura formado abaixo da coluna do arco é rapidamente expelido e não continua a aquecer a superfície goivada. Pode-se dizer que a zona de influência térmica da goivagem a ar com arco de carbono é menor do que a da soldagem a arco com eletrodo e, sob as especificações operacionais corretas, a zona de influência térmica é de apenas cerca de 1 mm.
Portanto, pode-se observar que a carburação e os efeitos térmicos da goivagem a ar com arco de carbono no aço inoxidável 18-8 são muito fracos.
Tabela 6-5: Análise do teor de carbono do aço inoxidável 18-8 após a goivagem a ar com arco de carbono
| Locais de amostragem | Fração de massa de carbono (%) |
| Respingos de metal da goivagem a ar com arco de carbono | 1. 3 |
| Escória aderida à borda da ranhura | 1. 2 |
| Camada de superfície da ranhura: 0,2 a 0,3 mm | 0. 075 |
| Metal base | 0. 05 ~ 0. 075 |
Como se sabe, a fumaça e a poeira geradas durante o processo de goivagem a arco de carbono poluem seriamente o meio ambiente e afetam a saúde dos trabalhadores. Essa situação é particularmente grave quando a goivagem a arco de carbono é realizada em contêineres fechados, pois os operadores estão propensos a sentir aperto no peito e falta de ar.
Devido à natureza móvel das operações de goivagem a arco de carbono, as medidas convencionais de exaustão e ventilação são insuficientes para lidar com os problemas de poluição nas áreas de trabalho dos operadores.
Para controlar a poluição por fumaça e poeira causada pela goivagem a ar com arco de carbono, o processo de goivagem a ar com arco de carbono por aspersão de água foi adotado com base no princípio de que a névoa de água pode eliminar a fumaça e a poeira.
O processo de goivagem a ar de arco de carbono com pulverização de água envolve equipar uma pistola de goivagem a ar de arco de carbono padrão com um dispositivo de pulverização de água. O ar comprimido é usado para borrifar água ao redor da haste de carbono da pistola, criando uma névoa de água substancial e uniformemente dispersa. O efeito de proteção da névoa de água ajuda a reduzir a difusão de fumaça e poeira.
Além disso, o efeito de resfriamento da névoa de água diminui os comprimentos aquecidos e fundidos da haste de carbono, reduzindo assim seu consumo. O spray de névoa de água também evita que o metal fundido adira facilmente às bordas da ranhura da peça de trabalho, facilitando a remoção da escória.
O equipamento de goivagem a ar com arco de carbono por aspersão de água consiste em uma fonte de alimentação, um dispositivo de abastecimento de água, ar comprimido e a pistola de goivagem a ar com arco de carbono, conforme ilustrado na Figura 6-6.
O dispositivo de abastecimento de água, um componente essencial do equipamento de goivagem a ar de arco de carbono com pulverização de água, está representado na Figura 6-7. Nesse diagrama, o ar comprimido é conectado ao contêiner por meio da tubulação 1, enquanto a água é introduzida no contêiner por meio do tubo de entrada 3 até que o nível da água atinja a altura H (inferior à parte inferior do tubo de saída de ar 4), momento em que a válvula de entrada é fechada.
Quando a válvula de entrada do duto de ar comprimido 1 é aberta, o ar comprimido é fornecido e, se a válvula do tubo de saída de ar 4 for aberta, o ar comprimido é liberado do tubo de saída. Se a válvula do tubo de saída de água 5 for aberta enquanto a válvula do tubo de saída de ar 4 estiver fechada, a água pressurizada será pulverizada pelo tubo de saída de água.
Ao abrir simultaneamente as válvulas do tubo de saída de ar 4 e do tubo de saída de água 5, o ar comprimido e a água pressurizada são misturados na junta de três vias 6 e pulverizados como uma névoa. O ajuste da abertura das válvulas do tubo de saída de ar 4 e do tubo de saída de água 5 pode alterar o fluxo de ar e o tamanho da névoa de água. Quando o nível de água no recipiente de abastecimento é inferior a h, nenhuma névoa de água é borrifada.
Nesse caso, a água pode ser adicionada ao contêiner pelo tubo de entrada 3 para retomar a operação. A chave para a pulverização com água da goivagem a ar de arco de carbono está na criação de um conjunto de fornecimento de água bem projetado para obter uma névoa de água uniforme e dispersa.
Além disso, a junta de três vias 6 para a mistura de ar comprimido e água pressurizada deve ser posicionada o mais próximo possível da pistola de ar comprimido (geralmente dentro de 10 m) para minimizar a perda de pressão na tubulação, garantindo que a pistola pulverize uma névoa de água suficientemente forte.
Uma pistola de goivagem a ar de arco de carbono padrão pode ser facilmente modificada para ser usada como uma pistola de goivagem a ar de arco de carbono com pulverização de água com pequenos ajustes. Conforme mostrado na Figura 6-8, o corpo interno 4 e a luva interna 2 da pistola de goivagem a ar circular são soldados na extremidade esquerda usando cobre, garantindo uma extremidade vedada.
Além disso, o diâmetro interno do orifício de passagem de ar 5 no corpo interno 4 é ampliado de 1 mm para 1,5 mm, permitindo seu uso para fins de pulverização de água.
1-Peça de trabalho 2-Pistola de arado 3-Fonte de alimentação 4-Dispositivo de abastecimento de água 5-Compressor de ar
1-Tubo de entrada de ar comprimido 2-Contêiner 3-Tubo de entrada de água 4-Tubo de saída de ar comprimido 5-Tubo de saída de água 6-Tubo de junção de três vias com mistura de água e ar
1-Ponto de solda 2-Mangueira interna 3-Mangueira externa isolante 4-Corpo interno 5-Orifício de passagem de ar
O método operacional e os fatores que afetam a qualidade do arado no arado de arco de carbono a jato de água são os mesmos do arado de arco de carbono. Os parâmetros do processo para a chapa de aço inoxidável 18-8 no arado de arco de carbono a jato de água são mostrados na Tabela 6-6, resultando em uma boa qualidade da superfície da ranhura.
Tabela 6-6 Parâmetros de processo para jato de água, arco de carbono e ar comprimido de chapa de aço inoxidável 18-8
| Diâmetro da haste de carbono (mm) | 7 | Volume de pulverização de água (mL/min) | 65 ~ 80 |
| Arco de carbono Corrente de ar comprimido (A) | 400 ~ 500 | Profundidade da ranhura (mm) | 4~6 |
| Pressão do ar (MPa) | 0. 45 ~ 0. 60 | Largura da ranhura (mm) | 9 ~ 11 |
O arado de arco de carbono a jato de água para aço inoxidável 18-8 não apenas supera os riscos de poluição ambiental causados pelo arado de arco de carbono, mas também, devido ao efeito de resfriamento da água, reduz o calor na superfície da ranhura, evitando a diminuição da resistência à corrosão.
As medições da poeira gerada ao usar o arado de ar de arco de carbono com jato de água e o arado de ar de arco de carbono são apresentadas na Tabela 6-7. Com base nos resultados das medições da tabela, fica evidente que o método de aragem a jato de água com arco de carbono reduz significativamente o teor de poeira no ambiente de trabalho. As vantagens são ainda mais pronunciadas quando se usa o método de arado de arco de carbono com jato de água para arar dentro de um contêiner selado.
Tabela 6-7: Medição de poeira gerada pela goivagem a ar com arco de carbono
| Localização das medições | Medição de poeira/ (mg/m³) | Nível de redução da goivagem a jato de água com arco de carbono em comparação com a goivagem a arco de carbono com ar | |
| Goivagem a ar com arco de carbono | Goivagem a jato de água com arco de carbono | ||
| 1,0 m diretamente na frente e 0,5 m acima da placa de teste durante a goivagem. | 56.3 | 13.8 | 75. 5% |
| Área do capacete atrás da placa de teste durante a soldagem. | 11.5 | 1.15 | 90% |
Esse método de corte, comparado ao corte com chama de oxicombustível, tem as vantagens de operação simples, baixo custo e alta eficiência de produção.
O método de corte a arco com eletrodo de fusão por jato de água baseia-se na ignição do arco pelo contato do fio de corte com a peça de trabalho, derretendo o metal e, em seguida, removendo-o rapidamente pelo impacto do jato de água de alta pressão e alta velocidade, formando a incisão à medida que a tocha de corte se move.
Devido ao efeito do jato de água de alta pressão, a zona afetada pelo calor da incisão é pequena, o que é extremamente benéfico para o corte de chapas de aço inoxidável 18-8, pois pode reduzir ou evitar a ocorrência de corrosão intergranular. Em comparação com a goivagem a ar de arco de carbono, ela também pode reduzir a poluição do ar na área de trabalho e melhorar o ambiente operacional.
O equipamento de corte de eletrodo de fusão a jato de água pode ser modificado a partir da máquina de solda a arco submerso MZ-1000 (EA-1000) original.
Após a modificação, a velocidade de alimentação do arame é de 740-2000 mm/min, a velocidade de deslocamento é de 73-1600 mm/min e a característica de potência da máquina de solda é alterada de uma característica inclinada para uma característica plana. Além disso, uma bomba de água de vórtice 40W-40 (5,4 m3/h, 1,73 kW, altura de 40 m), e a pressão da água é controlada pela drenagem.
Há certos requisitos para o bocal de corte: o jato de água deve ser concentrado e colunar, com força de impacto suficiente. O jato de água e o fio de corte devem ser mantidos coaxiais e perpendiculares à superfície da peça de trabalho. As dimensões estruturais do bocal de corte são mostradas na Figura 6-9.
A vedação do bocal condutor 3 durante o corte é fundamental, e muitas vezes ocorrem falhas devido à vedação inadequada.
1-Bocal 2-Câmara da cabeça 3-Bocal condutor 4-Junta 5-Porca 6-Tubo de água 7-Cabeça do fio guia
Ao cortar chapas de aço inoxidável, deve-se usar uma fonte de energia de corrente contínua com conexão de polaridade reversa. A tensão sem carga deve ser de 60-70V e a tensão do arco deve ser de 40-60V. A distância entre o bocal e a peça de trabalho deve ser de 10 a 15 mm. O fio de ferro comum com diâmetro de 2,6 mm deve ser selecionado como fio de corte. Outros parâmetros do processo podem ser encontrados na Tabela 6-8.
A espessura do aço inoxidável a ser cortado não deve exceder 30 mm. O corte de placas de aço de camada única pode ser realizado, ou duas ou três camadas de placas de aço podem ser empilhadas e cortadas juntas.
Tabela 6-8 Parâmetros para corte a arco com eletrodo fundido por jato de água
| Espessura da placa (mm) | Corrente de corte (A) | Velocidade de corte (mm/min) | Velocidade de alimentação do arame (m/min) | Pressão da água (MPa) |
| 30 | 750 | 340 | 8~12 | 1.5 |
| 17 | 600 | 420 | 8~12 | 1.5 |
| 10 | 800 | 450 | 8~12 | 1.5 |
| 6 | 650-700 | 165 | 1.8 | 0.6 |
| 6 (duas camadas) | 500-700 | 73 | 1.89 | 0.45 |
| 5 (duas camadas) | 800 | 139 | 1.78 | 0.5 |
| 4 (três camadas) | 900 | 381 | 1.83 | 0.5 |
Ao usar esse método de corte, para evitar o acúmulo de escória concentrada em um lado do fundo, é importante ajustar a coaxialidade do fio de corte e do jato de água o máximo possível antes do corte e garantir a perpendicularidade do fio de corte em relação à peça de trabalho.
Ao cortar peças de trabalho circulares, deve-se prestar atenção para manter um bom isolamento entre o carro do bocal e o mecanismo de alimentação do fio e a peça de trabalho para garantir que a corrente passe apenas pelo caminho mais curto, evitando assim a condução de vários pontos do fio de corte, o que poderia afetar a estabilidade e a qualidade do corte.
Ao cortar chapas de aço inoxidável, a seleção dos parâmetros de corte adequados e o emprego dos métodos operacionais corretos podem resultar em incisões estreitas e suaves, sem nenhuma zona afetada pelo calor evidente. O resfriamento rápido por jato de água de alta pressão resulta em uma queima mínima e limpa do metal na borda da incisão e reduz o acúmulo de escória na parte inferior da incisão.
O método de corte a arco com eletrodo fundido por jato de água tem sido amplamente adotado como meio de corte de chapas de aço inoxidável 18-8.
O corte com arco de plasma é um método de corte de materiais metálicos que utiliza a energia térmica de um arco de plasma. O arco de plasma é um arco elétrico comprimido formado dentro da tocha de corte por meio de três efeitos de compressão: compressão mecânica, contração térmica e contração magnética.
Isso comprime a seção transversal da coluna de arco dentro do bocal, resultando em características como energia concentrada, alta temperatura e velocidade de chama controlável.
A velocidade do fluxo de ar na coluna de arco de plasma é extremamente alta e a temperatura do núcleo atinge 15000-30000℃, excedendo em muito os pontos de fusão de todos os metais e não metais. Utilizando essa fonte de calor, ele pode ser usado para cortar metais resistentes a altas temperaturas, com boa condutividade térmica e facilmente oxidados, bem como não-metais.
Na produção, ele é amplamente utilizado para cortar aço inoxidável, cobre, alumínio e suas ligas. O processo de corte por arco de plasma não depende de reações de oxidação para cortar metais; em vez disso, ele se baseia no calor do próprio arco elétrico para derreter o metal que está sendo cortado, enquanto remove a escória por meio de um fluxo de ar de alta velocidade.
Sua aplicabilidade é mais ampla do que o corte por chama oxicombustível, pois pode ser usado em vários materiais, cortando peças de diferentes diâmetros e várias partes curvas com o auxílio de dispositivos de controle numérico e de contorno. Ele também apresenta velocidade de corte rápida e deformação mínima no corte.
Dependendo da forma do arco elétrico comprimido, os arcos de plasma podem ser classificados em arcos transferidos e não transferidos. Normalmente, uma máquina de corte a arco de plasma transferido é usada para cortar materiais metálicos. O princípio de corte e uma tocha de corte típica estão ilustrados na Figura 6-10.
A máquina de corte a arco de plasma é dividida em tipos manuais e mecânicos. Seu equipamento consiste em uma fonte de alimentação, tocha de corte, sistema de controle, sistema de gás e sistema de resfriamento de água.
A máquina de corte mecânico é equipada com um carro de corte com velocidade ajustável. Atualmente, as máquinas de corte manual, como o modelo LG-400, podem ser usadas para o corte manual de linhas retas e várias formas geométricas, com uma espessura máxima de corte de aço inoxidável de 40 mm.
A máquina de corte a arco de plasma mecânico, como o modelo LG3-400, pode cortar automaticamente linhas retas e círculos. Também pode cortar qualquer formato de peça de trabalho por meio de corte de perfil e dispositivos de controle numérico, com espessura máxima de corte de aço inoxidável de 40 a 60 mm.
O diâmetro de corte do círculo varia de 200 mm a 1.000 mm. Os parâmetros técnicos de várias máquinas de corte a arco de plasma produzidas no país estão listados na Tabela 6-9.
a) Princípio de corte b) Tocha de corte típica 1-Gás 2-Eletrodo 3-Bocal 4-Água de resfriamento 5-Arco 6-Peça de trabalho 7-Corpo inferior da tocha 8-Porca de isolamento 9-Corpo superior da tocha 10-Porca de ajuste
Tabela 6-9: Parâmetros técnicos de várias máquinas de corte a arco de plasma
| Modelos de produtos | Tensão/V | Tensão sem carga/V | Tensão operacional/V | Corrente nominal de corte/A | Faixa de ajuste atual/A |
| LG-100 | 380 | 150 | 100 ~ 150 | 100 | 10 ~ 100 |
| LG400 | 220 | 180 ~ 270 | 70 ~ 120 | 400 | 120 ~ 400 |
| LG3400 | 220 ou 380 | 180 ~ 270 | 80 ~ 180 | 400 | 125 ~ 400 |
| LG500 | 380 | 400 | 100 ~ 250 | 500 | 100 ~ 500 |
| Modelos de produtos | Taxa de continuidade de carga (%) | Diâmetro do eletrodo (mm) | Velocidade de corte (m/h) | Espessura de corte (mm) |
| LG-100 | 60 | 2.5 | 6-170 | 2.5-25 |
| LG400 | 60 | 5.5 | Manual | 40 |
| LG3400 | 60 | 5.5 | 3-150 | 40-60 |
| LG500 | 60 | 6.0 | 15 | 100-150 |
A tocha de corte a arco de plasma é semelhante à tocha de soldagem a arco de plasma. Geralmente consiste em um eletrodo, um suporte de eletrodo, um bocal, uma camisa de água de resfriamento, um isolador intermediário e tubos de gás e água. O gás de trabalho pode ser introduzido axialmente ou tangencialmente, ou uma combinação de ambos. O método mais comumente usado é o sopro tangencial, que proporciona o melhor efeito de compressão para o arco de plasma.
O eletrodo na tocha de corte deve ser coaxial com o bocal, e o bocal deve passar simultaneamente pelo gás de trabalho e pelo gás de corte, portanto, os requisitos de qualidade do bocal são altos. Isso está relacionado à capacidade de corte, à qualidade do corte e à vida útil do bocal.
No passado, as hastes de tungstênio thoriated (grau WT-15 ou WT-20) eram comumente usadas como materiais de eletrodo, mas devido ao impacto dos elementos radioativos na saúde, seu uso foi descontinuado. Recomenda-se usar hastes de tungstênio ceriato (WCe-20 a WCe-40) e hastes de tungstênio rênio (W-1Re ou W-3Re). A escolha do diâmetro do eletrodo está relacionada à corrente máxima permitida, conforme mostrado na Tabela 6-10.
Tabela 6-10: Corrente permitida para eletrodos de diâmetros diferentes
| Diâmetro do eletrodo (mm) | 4 | 5 | 6 |
| Corrente máxima permitida (A) | 250 | 360 | 550 |
Seleção de gás
Atualmente, os gases comumente usados para corte a arco plasma incluem nitrogênio, hidrogênio, argônio e suas misturas, conforme mostrado na Tabela 6-11. Entre eles, o nitrogênio é o mais econômico, apresenta riscos mínimos durante o uso e tem a aplicação mais ampla. É importante escolher o gás nitrogênio que esteja em conformidade com a norma nacional (GB/T3864-2008) para evitar danos ao bocal e ao eletrodo.
O gás de corte atua como isolante térmico e isolante entre a coluna do arco e a parede do bico, comprimindo o arco para garantir uma combustão estável. Simultaneamente, ele serve como meio ionizante e condutor do calor do arco, derretendo rapidamente a peça de trabalho após o aquecimento.
Além disso, o gás introduzido também serve para resfriar o eletrodo. Sob condições de processo semelhantes e parâmetros de processo comparáveis, a influência do fluxo de gás nitrogênio na qualidade do corte pode ser vista na Tabela 6-12.
Tabela 6-11: Gases comumente usados para corte a arco plasma
| Espessura da peça de trabalho (mm) | Tipos de gases | Tensão de circuito aberto (V) | Tensão de corte (V) |
| ≤120 | N2 | 250 a 350 | 150 a 200 |
| ≤150 | N2 + Ar (φN2 60% ~ 80%) | 200 a 300 | 120 a 200 |
| ≤200 | N2 + H2 (φN2 50% ~ 80%) | 300 a 500 | 180 a 300 |
| ≤200 | Ar + H2 (φH2 0 ~ 35%) | 250 a 500 | 150 a 300 |
Tabela 6-12: Efeito da taxa de fluxo de nitrogênio na qualidade do corte
| Corrente de corte (A) | Tensão de corte (V) | Vazão de gás (L/h) | Largura do Kerf (mm) | Qualidade da superfície do rebordo |
| 240 | 84 | 2050 | 12.5 | Excesso de escória |
| 225 | 88 | 2200 | 8.5 | Algumas impurezas |
| 225 | 88 | 2600 | 8 | Escória leve |
| 230 | 88 | 2700 | 6.5 | Não há escória |
| 235 | 82 | 3300 | 10 | Algumas impurezas |
| 230 | 84 | 3500 | Não totalmente cortado |
Parâmetros do processo
Ao usar o corte a arco plasma para aço inoxidável, é fundamental selecionar os parâmetros de processo adequados para garantir uma superfície de metal lisa, o mínimo de impurezas e uma largura de corte estreita.
Os parâmetros de processo relevantes para o corte de chapas de aço inoxidável podem ser encontrados na Tabela 6-13. A seleção incorreta dos parâmetros não só prejudica a qualidade do corte, mas também leva à formação de arcos duplos durante o processo de corte e, em casos graves, pode resultar na interrupção do corte e em danos significativos ao bocal e ao eletrodo.
Tabela 6-13: Parâmetros de processo para corte a arco com plasma de aço inoxidável
| Espessura da chapa de aço (mm) | Diâmetro do bocal (mm) | Tensão de corte (V) | Corrente de corte (A) | Vazão de nitrogênio (L/h) | Velocidade de corte (m/h) | Largura de corte (mm) |
| 8 | 3 | 120 | 185 | 2100 a 2300 | 40 ~ 50 | 4.2 |
| 12 | 120 a 130 | 200 a 210 | 2300 a 2400 | 40 | 4.2 ~ 5.0 | |
| 16 | 120 a 130 | 210 a 220 | 2400 a 2600 | 40 | 4.5 ~ 5.5 | |
| 20 | 120 a 130 | 230 a 240 | 2500 a 2700 | 32 ~ 40 | 4.5 ~ 5.5 | |
| 25 | 125 a 135 | 260 a 280 | 2500 a 2700 | 45 ~ 55 | 5 ~ 6 | |
| 30 | 135 a 140 | 280 a 300 | 2500 a 2700 | 35 ~ 40 | 5.5 ~ 6.5 | |
| 40 | 3.5 | 140 a 145 | 320 a 340 | 2500 a 2700 | 35 | 6.5 ~ 8.0 |
| 45 | 3.5 | 145 | 320 a 340 | 2400 a 2600 | 20 ~ 25 | 6.5 ~ 8.0 |
| 100 | 4.5 | 145 | 380 | 2500 | - | - |
A velocidade de corte é um fator crucial que afeta a qualidade do corte. Mantendo-se a potência constante, o aumento da velocidade de corte pode resultar em uma zona afetada pelo calor menor, um corte mais estreito e uma área de impacto térmico reduzida. Entretanto, uma velocidade de corte excessivamente alta pode não penetrar na peça de trabalho.
Se a velocidade de corte for muito lenta, ela não só reduzirá a eficiência da produção, mas também resultará em uma superfície áspera e suspensão de escória. O impacto da velocidade de corte na qualidade do corte é ilustrado na Tabela 6-14.
Tabela 6-14: O impacto da velocidade de corte na qualidade do corte
| Corrente de corte (A) | Tensão de corte (V) | Velocidade de corte (m/h) | Largura do Kerf (mm) | Qualidade da superfície do rebordo |
| 160 | 110 | 60 | 5 | Ligeira escória |
| 150 | 115 | 80 | 4.0 ~ 5.0 | Sem escória |
| 160 | 110 | 104 | 3.4 ~ 4.0 | Liso e sem escória |
| 160 | 110 | 110 | Escória | |
| 160 | 110 | 115 | Incapaz de cortar o caminho |
Técnicas operacionais
Antes de cortar, o ponto de partida deve ser completamente limpo para manter uma boa condutividade elétrica. Para peças grossas, é melhor pré-aquecer o ponto de partida com um pequeno arco antes do corte.
O corte deve começar a partir da borda da peça de trabalho, e a tocha de corte deve ser movida depois que a borda for perfurada. Se o corte a partir da borda da chapa não for permitido, um pequeno furo com diâmetro de aproximadamente 1 a 5 mm deve ser feito no ponto inicial da chapa de aço para evitar respingos de escória devido à forte força de sopro do arco de plasma, o que dificultaria a operação.
A distância entre a ponta do eletrodo e a face final do bocal deve ser controlada em 10 a 15 mm. Uma distância adequada permite que o arco seja bem comprimido dentro do bocal, concentrando a energia e, assim, aumentando a temperatura do arco de plasma e aprimorando a capacidade de corte.
A distância entre o bocal e a peça de trabalho não deve exceder 10 mm. Uma distância muito grande afetará a utilização eficaz da potência do arco, reduzindo a capacidade de corte, enquanto uma distância muito pequena dificultará o controle do operador.
Durante todo o processo de corte, a tocha de corte deve ser mantida perpendicular à superfície da peça de trabalho para evitar cortes distorcidos e não suaves, bem como a formação de escória na superfície inferior do corte.
Para melhorar a qualidade do corte e aumentar a eficiência da produção, a tocha de corte normalmente pode ser inclinada em um ângulo (0-45 graus) no plano em que o corte está localizado, na direção oposta ao corte. Ao cortar chapas finas, deve-se usar um ângulo maior de inclinação para trás, enquanto que ao cortar chapas grossas, um ângulo menor de inclinação para trás é mais apropriado.
O princípio do corte a arco de plasma com ar comprimido por água é ilustrado na Figura 6-11. Além de pulverizar o gás de trabalho da tocha de corte, ele é acompanhado por um jato de água de alta velocidade para expulsar rapidamente o metal fundido.
a) Princípio de corte da entrada radial de água
b) Princípio de corte da entrada de água axial
O fluxo de água de alta pressão e alta velocidade na tocha de corte serve para resfriar o bocal, por um lado, e para recomprimir o arco, por outro, formando uma coluna de arco de plasma altamente comprimido com alta densidade de energia, que corre diretamente para a peça a ser cortada.
A água pulverizada em ambos os lados do corte evita a fusão excessiva, reduz a zona afetada pelo calor devido ao corte vertical e parte da água injetada no corte é decomposta pela alta temperatura do arco de plasma em hidrogênio e oxigênio, que, juntamente com o gás de trabalho, formam o gás de corte, proporcionando maior energia ao arco de plasma.
A água não evaporada e não decomposta tem um forte efeito de resfriamento sobre o arco, concentrando a energia do arco de plasma e, portanto, aumentando a velocidade de corte.
Há duas maneiras de o fluxo de água de alta velocidade entrar no bocal: uma é a entrada radial do fluxo de água de alta pressão no orifício do bocal e, em seguida, a pulverização a partir do centro do bocal de corte, enquanto a outra é a entrada axial, que entra pela passagem de água anular periférica do bocal e, em seguida, é pulverizada a partir da tocha de corte.
A tocha de corte tipo água de entrada axial é mostrada na Figura 6-12. O eletrodo usa um eletrodo de tungstênio de cério de 6 mm de diâmetro, retificado no mesmo ângulo que o bocal interno (30°) e soldado ao bocal do eletrodo usando material de brasagem à base de prata e, em seguida, soldado à luva de resfriamento.
1- Bocal externo 2- Bocal interno 3- Porca de pinça inferior 4- Bocal do eletrodo 5- Blindagem de água 6- Anel de vedação 7- Anel de vedação 8- Anel de vedação 9- Camisa de resfriamento 10- Camisa de água do corpo inferior da pistola 11- Tubo de água de resfriamento interno 12- Tubo de entrada 13- Bainha de isolamento 14- Porca de pinça superior 15- Corpo superior da pistola
16- Parafuso de centralização 17- Manga central 18- Porca fixa 19- Porca de ajuste 20- Bocal de saída de água 21- Tubo de entrada 22- Tubo de entrada de ar 23- Tubo de saída 24- Orifício de entrada de ar omnidirecional 25- Eletrodo 26- Anel de vedação 27- Tubo de água de recompressão
Essas soldas não devem apresentar nenhum vazamento. A água de resfriamento entra pelo tubo de água fria e sai pelo espaço entre o tubo de água de resfriamento interno e a luva de resfriamento. Com esse método de resfriamento, desde que haja água de resfriamento suficiente, a superfície do eletrodo permanece brilhante após várias horas de operação, com pouquíssima evidência de queima.
A tocha de corte a plasma com ar comprimido por água adiciona um bocal externo, aumentando efetivamente o canal de compressão do arco de plasma e aprimorando o efeito de compressão no arco. Durante o processo de corte, o bocal externo fica próximo ao metal que está sendo cortado, o que pode causar respingos de metal e levar a um arco duplo.
Para evitar isso, uma camada isolante de Al2O3com aproximadamente 0,2 mm de espessura, é pulverizado na superfície externa do bocal de cobre puro ou, idealmente, um material cerâmico é usado para o bocal externo.
Pode ser usada uma fonte de energia de corte a arco de plasma retificado, com uma tensão sem carga de 400 V ou mais, até 600 V, dependendo das condições de corte. Ao cortar aço inoxidável usando uma fonte de energia com tensão de operação de 100-250V e corrente de operação de 100-150A, a escória pode ser completamente eliminada, a borda superior do corte é afiada, formando um corte estreito com requisitos de conformidade de verticalidade.
Para cortar chapas de aço inoxidável 18-8 de 8 mm de espessura, a largura do corte é de 4 mm, sem descoloração na superfície de corte e com um brilho metálico original e brilhante.
Ao usar o corte a arco de plasma com ar comprimido com água, a taxa de fluxo de nitrogênio deve ser um pouco menor do que a usada no corte a arco de plasma normal.
Sob determinadas condições de potência, o aumento do fluxo de água comprimida faz com que o corte fique visivelmente mais brilhante e reto, mas também há uma taxa de fluxo de água ideal.
Quando o fluxo de água é muito alto, a compressão excessiva do arco leva à dissipação excessiva de calor, fazendo com que o arco se torne instável e mais curto, aumentando a escória e até mesmo impedindo o corte. Geralmente, o uso de água comprimida é de 0,5 a 1,5 L/min, que pode ser fornecida pela água da torneira.
A corrente e a tensão de corte têm um impacto significativo na qualidade do corte: à medida que a potência de corte do arco de plasma aumenta, a velocidade e a espessura do corte também aumentam. Foi comprovado que, sob a premissa de poder cortar, o uso de alta potência de entrada para corte em alta velocidade resulta em um corte de maior qualidade em comparação com o uso de baixa potência de entrada para corte lento.
Ao aumentar a espessura do corte, se apenas a corrente de corte for aumentada, a coluna do arco se tornará mais espessa e estará propensa a danificar o bocal. Se, ao aumentar a corrente de corte, o fluxo de gás e de água comprimida também for aumentado, a tensão do arco também será alterada significativamente, levando a um aumento óbvio da capacidade de corte e mantendo uma boa qualidade de corte.
No início do corte, a distância entre o bocal e a superfície da peça de trabalho geralmente não deve ser inferior a 6 mm, mas é difícil iniciar o arco quando ela ultrapassa 10 mm. Durante o processo de corte, a distância entre o bocal e a superfície da peça de trabalho pode variar, com uma distância máxima de até 20 mm. Nesse ponto, o arco permanece estável e a qualidade do corte permanece consistente.
Os parâmetros típicos para o corte de vários metais usando o corte a arco de plasma com ar comprimido por água são mostrados na Tabela 6-15.
Tabela 6-15 Parâmetros de corte típicos para corte a arco com plasma de ar com recompressão de água de vários metais
| Materiais | Espessura da placa (mm) | Tensão de circuito aberto (V) | Tensão operacional (V) | Corrente de corte (A) | Vazão de gás (L/h) | Vazão de água comprimida (L/min) | Velocidade de corte (m/h) | Diâmetro do bocal (mm) | Largura do kerf (mm) | |
| Interno | Externo | |||||||||
| Liga de alumínio | 17 | 480 | 180 | 260 | 1800 | 0.75 | 54 | 4 | 6 | 3. 5 |
| Liga de alumínio | 26 | 470 | 180 | 260 | 1800 | 1 | 45 | 4 | 6 | 4. 0 |
| Liga de alumínio | 38 | 490 | 190 | 290 | 2100 | 0.75 | 30 | 4 | 6 | 5. 0 |
| Liga de alumínio | 80 | 490 | 200 | 390 | 1350 | 1 | 15 | 4.3 | 6 | 10. 0 |
| Aço inoxidável | 14 | 480 | 170 | 200 | 1650 | 1.25 | 54 | 4 | 6 | 4 |
| Aço inoxidável | 18 | 480 | 180 | 300 | 1650 | 1.25 | 54 | 4 | 6 | 4 |
| Cobre puro | 15 | 490 | 200 | 300 | 1350 | 1 | 54 | 4 | 6 | 4. 0 |
| Aço para ferramentas | 40 | 490 | 200 | 290 | 2100 | 0.75 | 30 | 4 | 6 | 5. 0 |
Análise da qualidade do corte
Ao inspecionar a superfície de corte da chapa de aço inoxidável 18-8, a largura medida da zona afetada pelo calor é de apenas 0,02 mm. Esse estreitamento da zona afetada pelo calor é atribuído ao efeito de resfriamento da água e ao aumento da velocidade de corte. O corte pode ser soldado diretamente, e a junta de solda pode ser submetida à inspeção de resistência à corrosão, não apresentando tendência à corrosão intergranular.
O resfriamento da peça de trabalho com água resulta em um corte suave, deformação térmica mínima pós-corte da peça de trabalho e uma largura de corte mais estreita em comparação com o corte a arco de plasma convencional.
Análise de proteção ambiental
O corte a arco plasma convencional gera uma grande quantidade de vapor metálico, poeira e gases nocivos que, quando inalados, podem afetar a saúde do operador. Mesmo com o uso de dispositivos de remoção de poeira de exaustão, não é possível erradicar completamente a poluição ambiental e o ruído significativo durante o processo de corte. O uso de uma bancada de trabalho com purificação de água, conforme mostrado na Figura 6-13, pode resolver esse problema.
Durante o corte, a peça de trabalho é colocada no tanque de água da bancada de purificação de água, com água adicionada ao tanque. A superfície da água fica a aproximadamente 20 mm de distância da peça de trabalho, até entrar em contato com a peça de trabalho. No corte a arco de plasma com ar comprimido assistido por água, a água pulverizada pelo bocal forma uma cortina de água cônica em torno do arco de plasma.
O gás de alta velocidade emitido pela tocha de corte, juntamente com as partículas de óxido geradas durante o processo de corte, entra na atmosfera junto com a água, que se deposita no fundo do tanque e não se dispersa no ar circundante.
Por exemplo, ao cortar uma placa de aço inoxidável 18-8 de 38 mm de espessura, usando o corte a arco de plasma convencional, o corte de um comprimento de 25 mm resulta em 10 g de poeira fina, enquanto que com o corte a arco de plasma com ar comprimido assistido por água e equipado com uma bancada de trabalho de purificação de água, a poeira de partículas finas produzida para o mesmo comprimento é de apenas 0,11 g.
A mistura de água e gás também ajuda a reduzir o dióxido de nitrogênio prejudicial. Ao usar máquinas de corte a arco de plasma com ar comprimido assistido por água e bancadas de trabalho com purificação de água, o posicionamento ideal da água pode reduzir a emissão de dióxido de nitrogênio no ar ambiente em 80%, além de reduzir o ruído durante o corte a arco de plasma.
Se a peça de trabalho for cortada aproximadamente 200 mm debaixo d'água, as características da água podem reduzir o ruído de corte em cerca de 15 dB e absorver a luz intensa do arco, partículas de metal, poeira, fumaça e raios ultravioleta gerados durante o processo de corte, melhorando significativamente a limpeza do ambiente de trabalho e beneficiando a saúde dos operadores.
É claro que, nesse cenário, como a linha de corte não pode ser vista, somente o corte mecânico pode ser usado, que é também a direção em que o corte por arco de plasma está evoluindo.
O corte a arco de plasma de ar existe em duas formas: ar simples e composto. Os princípios de corte e a tocha de corte são ilustrados na Figura 6-14.
a) Princípio de corte com ar simples b) Princípio de corte composto c) Tocha típica de corte com ar simples
1 - Água de resfriamento do eletrodo
2 - Eletrodo
3 - Ar comprimido
4 - Bocal comprimido incorporado
5 - Água de resfriamento do bocal comprimido
6 - Arco
7 - Peça de trabalho
8 - Gás de trabalho
9 - Bocal externo
Esse método utiliza o ar comprimido de um compressor de ar como gás de trabalho para o corte a arco de plasma. Essa forma de corte a arco plasma a ar é econômica e a fonte de gás está prontamente disponível. O ar comprimido é aquecido e ionizado no arco, e o oxigênio gerado passa por uma reação química exotérmica com o metal de corte, acelerando a velocidade de corte.
A alta entalpia do plasma de ar totalmente ionizado resulta em uma grande energia de arco. Em comparação com o corte a arco de plasma geral, sua velocidade de corte é mais rápida, o que o torna particularmente adequado para cortar aço inoxidável, aço carbono, alumínio e outros materiais com espessura de 30 mm ou menos.
Os parâmetros técnicos de várias máquinas de corte a arco de plasma a ar produzidas no país são fornecidos a seguir.
Tabela 6-16 Parâmetros técnicos de várias máquinas de corte a arco com plasma a ar produzidas no país
| Modelos de produtos | Tensão / V | Tensão sem carga / V | Tensão operacional / V | Corrente nominal de corte / A | Faixa de controle de corrente / A | Ciclo de trabalho (%) | Diâmetro do eletrodo / mm | Espessura de corte / mm |
| LGK8-25 | 380 | 250 | 120 | 25 | - | 40 | - | 1~8 |
| LGK8-40 | 380 | 240 | 110 | 40 | 20 ~ 40 | 40 | 3.5 | 10 |
| LGK8-60 | 380 | 230 | 120 | 60 | 40 ~ 60 | 60 | 5 | 25 |
| LGK8-100 | 380 | 220 | 110 | 100 | 50 ~ 100 | 60 | 10 | 30 |
| LGK8-150 | 380 | Mecânica 420 | 150 | 150 | Estilo de torneira | 60 | 30 | |
| Manual 240 |
O eletrodo nesse método de corte está sujeito a oxidação e corrosão severas, o que leva a um desgaste significativo do eletrodo, de modo que os eletrodos convencionais de tungstênio puro ou de tungstênio thoriated não podem ser usados. Geralmente, são usados eletrodos de zircônio puro ou de háfnio puro embutidos em uma base de cobre. Mesmo com o uso de eletrodos de zircônio puro ou háfnio puro, sua vida útil normalmente é de apenas 5 a 10 horas antes da necessidade de substituição.
A Tabela 6-17 lista os parâmetros do processo de corte a arco de plasma a ar de chapas de aço inoxidável.
Tabela 6-17 Parâmetros de processo para corte a arco com plasma de ar de chapas de aço inoxidável
| Espessura da peça de trabalho / mm | Abertura do bocal / mm | Tensão sem carga / V | Tensão operacional / V | Corrente de corte / A | Vazão de ar comprimido / (L/min) | Velocidade de corte / (cm/min) |
| 8 | 1 | 210 | 120 | 30 | 8 | 20 |
| 6 | 1 | 210 | 120 | 30 | 8 | 38 |
| 5 | 1 | 210 | 120 | 30 | 8 | 43 |
Além de cortar chapas de aço inoxidável, o arco de plasma de ar também pode ser usado para a limpeza da raiz de soldas de aço inoxidável. A limpeza de raiz por arco de plasma utiliza plasma de alta energia para derreter o metal e, em seguida, o metal derretido é soprado pelo gás ionizado, com o objetivo de criar uma superfície de raiz relativamente lisa sem carburação, eliminando a necessidade de esmerilhamento e permitindo a soldagem direta.
Uma determinada empresa realizou experimentos com chapas de aço inoxidável martensítico 04Cr13Ni5Mo, com dimensões de amostra de 200 mm × 80 mm × 40 mm. Eles usaram tanto o arco de plasma de ar quanto os métodos mecânicos para criar chanfros em V e, em seguida, soldaram usando os mesmos materiais e parâmetros de soldagem, seguidos pela realização de testes de trincas na junta de topo.
Os resultados dos testes indicaram que uma pequena quantidade de rachaduras na seção transversal apareceu nos chanfros processados por ambos os métodos à temperatura ambiente; no entanto, nenhuma rachadura apareceu quando as amostras foram pré-aquecidas a 50°C e depois soldadas. Isso implica que o uso do arco de plasma de ar para preparar chanfros não tem efeitos adversos sobre as juntas soldadas. O arco de plasma usado para corte é caracterizado por energia altamente concentrada, arcos curtos e um arco rígido.
Quando usado para limpeza de raízes, o arco deixa sulcos profundos e estreitos ao longo de seu caminho, dificultando a obtenção de uma superfície lisa devido à dureza do arco. Se o arco de plasma for muito macio, ele poderá afetar negativamente o efeito de compressão do bocal.
Devido à baixa fluidez e condutividade térmica do metal fundido do aço inoxidável, a parte inferior do corte tende a superaquecer, e o metal fundido não soprado restante no corte se funde com a parte inferior do corte, formando cordões de solda difíceis de remover após a solidificação.
Para resolver esses problemas, a equipe técnica da empresa desenvolveu um bocal adequado após várias tentativas e discussões, permitindo uma suavidade e dureza moderadas do arco de plasma, mantendo um comprimento de arco suficiente e facilitando a limpeza da raiz. Como resultado, o arco de plasma atinge uma alta eficiência de limpeza da raiz e uma alta estabilidade do arco, além de produzir uma superfície de corte relativamente lisa, sem cordões de solda e com fácil remoção de escória.
O princípio do processo de corte a arco de plasma de ar composto envolve o uso de um bocal de camada dupla, com o bocal interno fornecendo o gás de trabalho usual e o bocal externo fornecendo ar comprimido.
As vantagens desse método de corte são duas: por um lado, ele utiliza ar comprimido para reações exotérmicas na área de corte a fim de aumentar a velocidade de corte; por outro lado, evita o contato direto entre o ar e o eletrodo, reduzindo o desgaste do eletrodo e permitindo o uso de eletrodos de tungstênio puro ou de tungstênio ceriado (tungstênio-rênio).
O corte a arco plasma usa gases de trabalho como nitrogênio, hidrogênio, argônio, oxigênio e ar. Uma comparação de suas características de corte é mostrada na Tabela 6-18.
Tabela 6-18: Comparação das características de corte de diferentes gases usados no corte a arco plasma
| Método de corte | Arco de plasma de argônio-hidrogênio | Arco de plasma de nitrogênio | Arco de plasma de ar | Arco de plasma de oxigênio | Arco de plasma com ar comprimido e água |
| Características de corte | Excelente desempenho de corte; brilho liso e metálico na superfície de corte; menos fumaça e poeira em comparação com o corte a arco de plasma de nitrogênio; corte mais estreito. Desvantagens: propenso à aderência de escória; a velocidade de corte é 20% a 30% mais lenta do que a do corte a arco com plasma de nitrogênio; não é muito adequado para cortar chapas metálicas com menos de 10 mm de espessura. | Bom desempenho de corte; boa superfície de corte; menos propenso a aderência de escória; fácil de definir os parâmetros do processo de corte; gás mais barato em comparação com o corte a arco de plasma de argônio e hidrogênio; baixos custos operacionais. Desvantagens: gera mais fumaça e NOx; a superfície de corte tem uma camada de nitreto, o que pode levar à porosidade durante a soldagem. O desgaste do eletrodo é mais rápido em comparação com o corte a arco com plasma de argônio e hidrogênio. | Desempenho de corte razoável; boa superfície de corte; velocidade de corte relativamente rápida; obtenção fácil de superfícies de corte sem escória; gás de trabalho facilmente acessível; baixos custos operacionais. Desvantagens: a superfície de corte contém nitretos; tem limitações quanto à espessura do material que está sendo cortado; os eletrodos e os bicos estão sujeitos a desgaste. | Desempenho de corte razoável; boa superfície de corte; velocidade de corte rápida; obtenção fácil de superfícies de corte sem escória. Desvantagens: tem limitações quanto à espessura do material que está sendo cortado; os eletrodos e os bicos se desgastam rapidamente. | O desempenho de corte é excelente; a velocidade de corte é cerca de 30% mais rápida do que o corte a arco de plasma de nitrogênio típico. A superfície de corte é lisa e brilhante, capaz de obter uma superfície de corte vertical (somente em um lado do corte), com uma borda superior afiada e sem escória na borda inferior. Apresenta deformação térmica mínima e pode suprimir efeitos nocivos, como luz, gases tóxicos e fumaça. Tem uma forte capacidade de corte, particularmente vantajosa para o corte de chapas grossas. Desvantagens: ter uma camada de nitreto na superfície de corte, dificultando a visualização da condição de corte. Além disso, requer uma plataforma de corte com um bebedouro de água e exige uma potência de arco maior. |
Para lidar com a poluição do ar e o ruído durante o processo de corte a arco de plasma, um método eficaz é utilizar o corte a arco de plasma subaquático. Esse método envolve a colocação do material a ser cortado em uma piscina de corte cheia de água e o uso de uma pistola de corte a arco de plasma especial para corte subaquático. Durante o corte, a pistola de corte a arco de plasma fica submersa aproximadamente 100 mm abaixo da superfície da água, isolando a fumaça prejudicial e reduzindo o ruído.
O corte subaquático também pode eliminar a deformação do corte de chapas finas, melhorar a qualidade do corte e evitar que o aço inoxidável sofra corrosão causada pelo corte térmico. No entanto, ele aumenta o custo de investimento em equipamentos, como a necessidade de tanques de água selados especializados e bombas de água de circulação de alta capacidade.
Esse método apresenta alta precisão dimensional de corte, costuras de corte estreitas e minimamente inclinadas, escória reduzida, superfícies de corte lisas e deformação térmica mínima. No entanto, ele exige equipamentos de corte a arco de plasma de alta precisão, incluindo fontes de energia e tochas especiais para corte a arco de plasma. A estrutura do bocal de corte a arco de plasma fino, em comparação com um bocal de corte a arco de plasma padrão, é mostrada na Figura 6-15.
A partir da figura, pode-se observar que a estrutura do bocal de corte de arco de plasma fino é um projeto de três camadas, permitindo uma energia de arco de plasma altamente concentrada, aproximadamente o dobro da concentração de energia de um bocal padrão.
Ele também aumenta a vida útil do bocal e reduz os custos de produção. Esse equipamento especializado já está sendo produzido por fabricantes estrangeiros e tem atraído a atenção de empresas nacionais e internacionais envolvidas na fabricação de precisão e estruturas de soldagem.
a) tocha de corte a arco de plasma convencional b) tocha de corte a arco de plasma de precisão.
O corte a laser é um novo método de corte térmico e é a estrela em ascensão para o corte de aço inoxidável. Ele utiliza a alta energia de um feixe de laser para cortar termicamente as peças de trabalho. Esse método pode ser usado para cortar materiais metálicos e não metálicos, e alguns se referem ao feixe de laser como a "lâmina de corte", o que não é um exagero.
Na produção industrial, os métodos comuns de corte a laser podem ser categorizados por mecanismos de corte em corte por vaporização a laser, corte por fusão a laser e corte por oxigênio a laser. Uma comparação da densidade de energia de vários métodos de corte térmico é mostrada na Tabela 6-19. Na tabela, fica evidente que o corte a laser possui a maior densidade de energia.
Tabela 6-19: Comparação das densidades de energia de vários métodos de corte térmico
| Métodos de corte | Densidade de energia (W/cm²) | |
| Corte com chama de gás oxigênio-combustível | 5 × 104 | |
| Corte a arco plasma | 105 ~ 1.8 × 106 | |
| Corte a laser | (Contínuo) | 10 ~ 106 |
| (Pulsado) | 104 ~ 1010 | |
Devido à sua alta densidade de energia de corte, ele consegue um corte preciso com o mínimo de deformação da peça de trabalho, eliminando a necessidade de usinagem adicional antes do uso.
A precisão do corte pode chegar a 0,1 a 0,2 mm, com uma rugosidade da superfície de corte de cerca de uma dúzia de micrômetros (Ra). O corte é muito estreito, especialmente com uma largura de zona afetada pelo calor de apenas 0,01 a 0,1 mm, o que não afeta as propriedades do material.
Ao usar um cortador a laser de 2 kW para cortar chapas de aço com menos de 10 mm de espessura, a velocidade de corte pode ser igual à do corte a arco de plasma.
Ele pode cortar não apenas aço e materiais não ferrosos, mas também materiais não metálicos, como plástico, couro e tecido.
Durante o corte, não há radiação forte, ruído ou poluição ambiental, criando assim um ambiente de trabalho melhor para a saúde do operador.
A comparação do desempenho do corte a laser com o corte com oxiacetileno ou chama e o corte com arco de plasma pode ser encontrada na Tabela 6-20.
Tabela 6-20: Comparação do desempenho de corte de vários métodos de corte
| Método de corte | Corte a gás (bico de corte de acetileno de pressão igual) | Corte por arco de plasma (arco de plasma de nitrogênio 230A) | Corte a laser (CO2, Laser a gás, 1kW) | ||
| Fonte de calor | Calor de combustão ferro-oxigênio | Energia elétrica | Energia luminosa | ||
| Principais materiais aplicáveis | Aço de baixo carbono, aço de baixa liga | Aço de baixo carbono, aço de baixa liga, aço inoxidável e outros metais não ferrosos | Vários aços, a maioria dos metais não ferrosos, bem como cerâmicas, plásticos, madeira, couro e outros não metais | ||
| Largura do Kerf | Médio | Grande | Muito pequeno | ||
| Precisão da dimensão de corte | Ruim (desvio de 1 a 2 mm) | Razoável (desvio de 0,5 a 1,0 mm) | Muito alto (desvio de 0,1 a 0,2 mm) | ||
| Verticalidade da superfície de corte | Não significativo | Grande | Pequeno | ||
| Rugosidade da superfície de corte | Em geral | Bom | Bom | ||
| Profundidade de fusão da borda da superfície de corte | Não significativo | Relativamente grande | Pequeno | ||
| Profundidade da zona afetada pelo calor | Significativo | Médio | Pequeno | ||
| Velocidade de corte (mm/min) | Espessura da placa (mm) | <1 | 1 | 1 | >5000 |
| 2 | 1 | 1 | 3500 | ||
| 6 | 600 | 3700 | 1000 | ||
| 12 | 500 | 2700 | 300 | ||
| 25 | 450 | 1200 | - | ||
| 50 | 300 | 250 | - | ||
| >100 | <150 | - | - | ||
O equipamento de corte inclui o CO2 lasers de gás e lasers de estado sólido de granada de ítrio e alumínio, com suas principais especificações técnicas descritas na Tabela 6-21.
Tabela 6-21: Tipos de cortadores a laser e principais parâmetros técnicos
| Tipos | Comprimento de onda/μm | Forma de oscilação | Faixa de potência de saída | |
| Estado sólido | Granada de ítrio e alumínio | 1.065 | Contínuo | 5 ~ 750 W |
| Gás | CO2 | 10.63 | Contínuo | 1 W ~ 1,5 kW |
Os tipos de gases auxiliares variam de acordo com os diferentes materiais. No caso de corte de materiais inflamáveis e metais em que a oxidação precisa ser evitada, são usados gases inertes ou neutros. Para o corte de materiais metálicos em geral, pode ser usado oxigênio. O corte a laser com oxigênio é comumente usado para cortar materiais metálicos, como aço carbono, aço inoxidável, titânio e ligas de titânio, alumínio e ligas de alumínio.
O corte a laser com oxigênio é semelhante ao corte com chama oxi-combustível, em que a energia do laser é usada para aquecer o material até o ponto de ignição e, em seguida, queima em um fluxo de oxigênio. A escória derretida resultante é então removida do corte pelo fluxo de oxigênio.
O calor adicional da reação de oxidação melhora significativamente a velocidade e a qualidade do corte. Para metais que podem ser completamente oxidados, a velocidade de corte pode ser aumentada em cerca de 10 vezes em comparação com o corte com chama de oxicombustível. Um esquema típico de uma tocha de corte a laser com oxigênio é mostrado na Figura 6-16.
Os parâmetros do processo de corte a laser com oxigênio do aço inoxidável podem ser encontrados na Tabela 6-22.
1 - Peça de trabalho 2 - Bocal de corte 3 - Tubo de entrada de oxigênio 4 - Manômetro de oxigênio 5 - Tubo de água de resfriamento da lente 6 - Lente de focalização 7 - Feixe de laser 8 - Tubo de água de resfriamento do espelho refletor 9 - Espelho refletor 10 - Servo motor 11 - Parafuso esférico 12 - Circuito de controle e acionamento da amplificação 13 - Sensor de posição
Tabela 6-22: Características e aplicações do corte a laser com oxigênio para aço inoxidável
| Espessura da peça de trabalho (mm) | Potência do laser (W) | Velocidade de corte (cm/min) | Gás de corte | Características e aplicações |
| 0.5 | 250 | 450 | Oxigênio | Sem deformação, com economia de material e de mão de obra. Usado na fabricação de peças de aeronaves, componentes de rotores de helicópteros e peças similares. |
| 2 | 250 | 25 | ||
| 3.175 | 500 | 180 | ||
| 1 | 1000 | 800 | ||
| 1.57 | 1000 | 456 | ||
| 6 | 1000 | 80 | ||
| 4.8 | 2000 | 100 | ||
| 6.3 | 2000 | 150 | ||
| 12 | 2000 | 40 |
Devido às vantagens da alta precisão de corte, da alta qualidade e da velocidade de corte rápida, as máquinas de corte a laser são amplamente utilizadas em nível nacional e internacional. As máquinas de corte a laser manuais e mecânicas comuns ainda não entraram no estágio prático industrial, e todas as aplicações atuais utilizam sistemas controlados por controle numérico (NC).
Os principais componentes de uma máquina de corte a laser CNC incluem uma estrutura de pórtico, laser, sistema óptico, cabeçote de corte a laser, sistema de controle e acionamento CNC, sistema de fornecimento de gás, exaustão de fumaça e sistema de remoção de poeira, entre outros.
Fabricantes conhecidos de equipamentos de soldagem e corte, tanto no país quanto no exterior, são capazes de produzir equipamentos de corte a laser CNC de alta qualidade, com espessura máxima de corte de aço inoxidável de até 16 mm.
Atualmente, os lasers de estado sólido com granada de ítrio-alumínio normalmente têm uma potência de várias centenas de watts (usados principalmente para soldagem) e só podem cortar chapas metálicas finas com espessura de 1 a 2 mm.
Recentemente, os Estados Unidos desenvolveram um novo tipo de laser de estado sólido de granada de ítrio-alumínio, que pode gerar um feixe de laser na peça de trabalho com uma densidade de energia 40 vezes maior do que a dos lasers estruturais convencionais, aumentando consideravelmente a capacidade de corte. Ele pode cortar materiais de superliga de até 38 mm de espessura ou perfurar peças de metal de 25,4 mm de espessura (com um tempo de perfuração de apenas 2 segundos).
Os lasers de gás CO2 geralmente têm uma potência de saída inferior a 1,5 kW e podem ser usados para cortar aço carbono e vários metais não ferrosos com espessura inferior a 10 mm. O Japão desenvolveu um laser de gás CO2 de 5 kW, com um comprimento de onda aproximadamente igual à metade do comprimento de onda dos lasers de gás CO2 e uma densidade de energia quatro vezes maior do que a dos lasers de gás CO2, o que permite cortar chapas grossas.
Para promover a aplicação da tecnologia de corte a laser, houve um progresso significativo nos equipamentos de corte. Há tochas de corte fixas e cortadores que se movimentam na plataforma. As plataformas têm de 2 a 5 graus de liberdade, e o movimento da plataforma utiliza controle numérico e métodos pré-programáveis e pode ser conectado a um sistema de design assistido por computador (CAD).
A máquina de corte desenvolvida no Reino Unido é um dispositivo de corte a laser de CO2 que se move em um gantry, também controlado numericamente. O cabeçote de corte a laser pode se mover em cinco graus de liberdade (movimento linear ao longo das coordenadas X, Y e Z, rotação e inclinação), permitindo o corte em três direções.
O corte a laser é amplamente utilizado para cortar aço inoxidável, titânio e ligas de titânio, alumínio e ligas de alumínio e superligas. É amplamente aplicado no setor nuclear e no setor aeroespacial e, recentemente, a tecnologia de corte a laser também começou a ser usada no corte de painéis de carroceria de automóveis, operados por robôs.
O corte a jato de água é um novo tipo de tecnologia de processamento a frio que pode ser usado em ambientes agressivos e proibidos pelo fogo, e tem recebido ampla atenção. Ele integra tecnologias mecânicas, eletrônicas, de computador e de controle automático, representando uma conquista de alta tecnologia, e surgiu como um novo método de processamento de materiais nos últimos anos.
O princípio do corte por jato de água envolve o uso de água pura de alta pressão ou pasta líquida com abrasivos de corte, que são ejetados por um bocal de corte para formar uma coluna líquida de alta densidade, cortando a peça de trabalho diretamente por impacto. Dependendo da pressão da água, ele pode ser classificado em corte por jato de água de baixa pressão e alta pressão. As Figuras 6-17 e 6-18 ilustram os princípios do processo de corte por jato de água.
A tecnologia de corte por jato de água apresenta as seguintes características:
A pressão do jato de água varia de dezenas a centenas de megapascal, gerando uma enorme densidade de energia de jato a 2 a 3 vezes a velocidade do som para cortar objetos. O aumento da temperatura no corte da peça de trabalho é muito baixo, geralmente não ultrapassando 100°C, o que é a vantagem mais importante em comparação com outros processos de corte térmico.
Isso elimina a possibilidade de deformação da peça de trabalho, zonas de impacto térmico e alterações estruturais no corte, tornando-o seguro e confiável para uso em ambientes proibidos pelo fogo, como plataformas de perfuração de petróleo offshore, refinarias, grandes tanques de petróleo e oleodutos e gasodutos.
A superfície de corte é lisa, livre de rebarbas e resíduos de óxido, e a folga do corte é muito estreita, normalmente controlada em 0,1 mm usando água pura para o corte, e entre 1,2 e 2,0 mm com abrasivos de corte adicionados. O corte não requer processamento secundário, simplificando o processo de usinagem.
O corte por jato de água tem uma ampla gama de espessuras de corte, com uma espessura máxima de corte superior a 100 mm. Para chapas de aço especial com espessura de 2,0 mm, a velocidade de corte pode chegar a 100 cm/min. Embora a velocidade de corte do corte a jato de água seja um pouco menor do que a do corte a laser, ele não gera uma grande quantidade de calor de corte durante o processo de corte, o que torna o corte a jato de água mais vantajoso em aplicações práticas.
Esse método de corte é adequado não apenas para metais e não metais, mas também para o processamento de materiais compostos e materiais sensíveis ao calor.
Durante o corte com jato de água, não há radiação, nem respingos de partículas, nem poeira, evitando a poluição ambiental. Mesmo no corte com jato de água abrasivo, a poeira e os detritos de corte podem ser lavados diretamente pelo fluxo de água em um coletor, garantindo a saúde do operador. Ele pode ser considerado um método de usinagem ecologicamente correto.
Devido às vantagens mencionadas acima, o corte por jato de água tem amplas perspectivas em setores como aeroespacial, energia nuclear, petróleo, engenharia química, engenharia subaquática e construção.
Atualmente, existem dois métodos de corte por jato de água: corte por jato de água de baixa pressão e de alta pressão.
O corte com jato de água de baixa pressão envolve a pré-mistura de água de alta pressão (14~69MPa) e abrasivos de corte em um tanque pressurizado e, em seguida, o fornecimento da pasta abrasiva misturada por meio de uma mangueira diretamente à pistola de corte para o processo de corte, conforme mostrado na Figura 6-17. A peça de trabalho a ser cortada pode ser cortada a 500 m de distância da fonte de energia de corte ou debaixo d'água.
O corte com jato de água de alta pressão envolve o transporte separado de água de alta pressão (superior a 240 MPa) e abrasivos secos por meio de suas respectivas mangueiras e, em seguida, a mistura deles na câmara de mistura da pistola de corte para concluir o processo de corte da peça de trabalho, conforme mostrado na Figura 6-18. A peça de trabalho a ser cortada geralmente está localizada perto da fonte de energia de corte.
Quando o corte com jato de água de baixa e alta pressão é realizado sob as mesmas condições, o consumo de água e abrasivos de corte no primeiro é de apenas 1/8 a 1/3 do segundo.
Do ponto de vista da estrutura da pistola de corte, a pistola de corte do corte por jato de água de baixa pressão é relativamente mais simples. Em termos de consumo de energia, o corte por jato de água de baixa pressão consome menos energia. Portanto, o corte por jato de água de baixa pressão é atualmente o processo de corte mais eficaz.
Os abrasivos usados no corte por jato de água incluem principalmente diamante, olivina, granada, escória de fundição de cobre e óxidos. Entre eles, a escória de fundição de cobre é relativamente ideal. Em primeiro lugar, seu preço é baixo, apenas 1/8~1/10 do preço da areia de aço; mais importante ainda, sua velocidade de corte é 30% mais rápida do que a do diamante. Isso ocorre porque as partículas da escória de fundição de cobre são relativamente afiadas.
Durante o processo de corte, quando colidem com a peça de trabalho, eles são quebrados, formando mais bordas de corte. Além disso, quando o diamante é usado no corte por jato de água, os abrasivos de corte são facilmente incorporados ao material de base, o que pode afetar negativamente certas propriedades da área de corte, como as propriedades mecânicas da junta de solda. O uso de escória de fundição de cobre como abrasivo de corte pode superar essa falha.
O tamanho da partícula do abrasivo de corte geralmente deve ser de 0,2 a 1,5 mm, o que depende principalmente do diâmetro do bocal da pistola de pulverização de corte. Os abrasivos de corte podem ser reciclados e reutilizados de duas a três vezes e, em seguida, peneirados para remover os abrasivos excessivamente finos.
Para os bicos de corte, além de ter resistência e dureza suficientes, o aspecto mais importante é a boa resistência ao desgaste, que reduz efetivamente o desgaste do bico de corte e, portanto, melhora sua vida útil.
Devido ao desgaste do diâmetro interno do bocal, o espaço do corte aumentará, levando a uma diminuição da perpendicularidade da seção de corte. Geralmente, o tungstênio, o silício ou as ligas duras são escolhidos como materiais para os bicos de corte, mas sua vida útil não é ideal. Atualmente, considera-se mais adequado usar safira como material para o bocal.
Consulte a Tabela 6-23 para ver os materiais de corte comumente usados e seus parâmetros de processo de corte para o corte por jato de água.
Tabela 6-23: Velocidades de corte por jato de água para materiais comuns
| Materiais | Espessura de corte | Pressão da água/MPa | Diâmetro do bocal/água/abrasivo/mm | Velocidade de corte/(m/min) |
| Aço carbono | 12 | 350 | 0. 25 / 0. 76 | 0. 4 |
| 50 | 0. 1 | |||
| Aço inoxidável | 13 | 350 | 0. 25 / 0. 76 | 0. 4 |
| 25 | 0. 2 | |||
| Titânio | 3. 2 | 350 | 0. 25 / 0. 76 | 0.8 |
| 6. 4 | 0.6 | |||
| Alumínio | 12 | 350 | 0. 25 / 0. 76 | 0. 6 |
| 100 | 0. 12 | |||
| Ferro dúctil | 15 | 350 | 0. 25 / 0. 76 | 0. 4 |
| Material composto | 12 | 309 | 0.25 | 3. 5 |
| Placa de gesso | 15 | 294 | 0. 15 | 20 |
| Borracha | 15 | 377 | 0. 17 | 12 |
| Borracha de silicone | 12 | 377 | 0. 12 | 3 |
| Borracha dura | 19 | 309 | 0. 25 | 6 |
| Tecido | 20 | 309 | 0. 18 | 3 |
| Tecido | 20 | 377 | 0.2 | 6 |
| Couro | 1 | 343 | 0. 15 | 30 |
Foram realizados experimentos sobre o corte de chapas de aço inoxidável austenítico de diferentes espessuras usando o processo de corte por jato de água de baixa pressão. O diâmetro do bocal de corte foi de 1 mm, a pressão da água foi de 69 MPa e as relações entre a velocidade de corte, a profundidade de corte e a quantidade de abrasivo usado estão representadas nas Figuras 6-19 e 6-20 (material: aço inoxidável 18-8, espessura da chapa: 3 mm).
Como o corte por jato de água evoluiu para um processo de usinagem de precisão, ele exige alta precisão do equipamento, tornando a máquina de corte por jato de água uma ferramenta de usinagem de precisão.
As características técnicas desse equipamento são equivalentes às de uma máquina de corte a laser de precisão. Ele consiste em um gerador de jato de água de alta pressão (dispositivo de pressurização), cabeçote de corte a jato de água, plataforma de corte CNC, sistema de controle CNC, além de um computador e equipamento auxiliar de controle de areia.
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.
PT_BR 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
RU 
KO 
TR