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Explicação do corte a plasma e do corte a laser

Última atualização:
26 de março de 2024

Índice

Corte a plasma

Corte a plasma é a utilização de um arco equidistante de alta densidade de energia e de um fluxo de plasma de alta velocidade para soprar o metal fundido para longe da aresta de corte, formando uma aresta de corte contínua.

A velocidade de corte do arco de plasma é rápida e não há combustão da peça de trabalho durante o corte com oxigénio e acetileno.

Por conseguinte, o calor da peça de trabalho é relativamente pequeno, e a deformação da peça de trabalho também é pequena.

É adequado para cortar vários materiais metálicos.

No entanto, devido ao elevado caudal do arco de plasma, o ruído, o fumo e o pó são graves e as condições de higiene no trabalho são más.

O arco de plasma pode ser utilizado para soldar, pulverizar, revestir e cortar.

Ao cortar chapas de aço-carbono com uma espessura inferior a 25 mm, o corte por arco de plasma é cerca de 5 vezes mais rápido do que o corte oxiacetilénico, enquanto que ao cortar chapas com uma espessura superior a 25 mm, o corte oxiacetilénico é mais rápido.

Características e classificação do corte por arco plasma

1.1 Ccaracterísticas do corte por arco plasma

O arco de plasma é um arco que comprime o arco livre entre o cátodo (tal como o elétrodo de tungsténio) e o ânodo num arco com alta temperatura, alto grau de ionização, alta densidade de energia e alta taxa de fluxo de chama, utilizando uma pistola de plasma.

O corte por arco de plasma é realizado com um jato de alta velocidade muito quente, e o arco e o gás inerte são forçados através do orifício de pequeno diâmetro para produzir este jato de alta velocidade.

A energia do arco é concentrada numa pequena área, fundindo a placa, e o jato de gás expandido a alta temperatura força o metal fundido através do entalhe.

Ao cortar aço-carbono ou ferro fundido, a adição de oxigénio ao fluxo de gás também pode fornecer energia de corte adicional.

O método de corte por arco de plasma tem as vantagens de uma grande espessura de corte, movimento flexível, fixação simples da peça de trabalho e curvas de corte.

Em comparação com o corte por chama de oxigénio e acetileno, o arco de plasma tem energia concentrada, pequena deformação de corte, sem pré-aquecimento no início do corte, pode cortar quase todos os metais e a velocidade de corte do aço-carbono é mais rápida do que o corte por oxigénio.

No entanto, devido à aresta de corte larga, é derretido mais metal. Quando a chapa é mais grossa, o corte não é tão liso e plano como o do corte com oxigénio-acetileno.

Para garantir que os lados da incisão são paralelos, é necessário um bocal de corte especial.

Para obter uma determinada formação de ranhuras, é também necessária uma tecnologia de corte especial.

As características do corte por arco plasma incluem principalmente:

① Pode cortar vários materiais metálicos que são difíceis de cortar por oxigénio (alguns materiais não metálicos também podem ser cortados por arco de plasma);

② Ao cortar metal com pequena espessura, a velocidade de corte é rápida, especialmente ao cortar chapa fina de aço carbono, a velocidade pode atingir 5-6 vezes o método de corte a gás;

③ A superfície de corte é brilhante e limpa, e a deformação térmica é pequena, especialmente adequada para o processamento de várias peças moldadas;

④ A largura do corte e o ângulo de chanfro da superfície de corte são grandes, mas ao cortar placas finas, uma tocha ou processo de corte especial pode ser usado para obter uma superfície de corte quase vertical;

⑤ A capacidade de cortar chapas grossas não é tão boa quanto o corte a gás.

As desvantagens do corte por arco plasma são: grande tolerância de corte, radiação do arco, fumo e ruído durante o corte.

Em comparação com a chama de oxigénio-acetileno, o equipamento de corte por arco de plasma é dispendioso e a tensão sem carga da fonte de alimentação de corte é elevada, o que não só consome muita energia, como também provoca facilmente choques eléctricos nos operadores em caso de mau isolamento da pistola de corte.

O arco de plasma para corte é formado pela compressão do arco com uma tocha de corte especial.

O corte por arco plasma requer uma elevada tensão de arco, pelo que necessita de uma fonte de alimentação especial com uma elevada tensão em vazio.

De acordo com o material e a espessura a cortar, a potência necessária situa-se entre 25-200kw.

A gama de corrente de corte é de 30-1000 A.

Normalmente, utiliza-se árgon ou um gás misto de azoto e hidrogénio, e o maçarico de corte deve ser arrefecido com água.

Existem tochas de corte por arco plasma para corte manual.

Os requisitos técnicos para o corte manual por arco ISO são semelhantes aos do corte manual por oxigénio-acetileno.

No entanto, para ajustar mais parâmetros, é necessária mais formação.

Ao cortar placas finas, a velocidade de movimento não precisa de ser cuidadosamente controlada, pelo que a qualidade de corte é melhor.

O corte por arco plasma utiliza mais equipamento mecânico de automatização.

O maçarico de corte e outros acessórios são os mesmos que os utilizados no corte manual por arco plasma. O sistema de deslocação é automatizado.

O mecanismo de movimento do maçarico de corte é semelhante ao utilizado no corte oxigénio-acetileno, mas requer uma velocidade de movimento mais elevada.

O equipamento com várias tochas requer uma fonte de alimentação e uma caixa de controlo adicionais para cada tocha.

Além disso, para absorver o ruído e o fumo, pode ser utilizada uma camisa de água ou um reservatório de água.

1.2 WPrincípio de funcionamento do corte por arco de plasma

A temperatura do arco de plasma para o corte é geralmente entre 10000-14000 ℃, que é muito maior do que o ponto de fusão de todos os metais e não metais.

É possível cortar a maioria dos materiais metálicos e não metálicos.

Este método nasceu nos anos 50 e foi inicialmente utilizado para cortar materiais metálicos que não podiam ser cortados por chama de oxigénio-acetileno, como a liga de alumínio e o aço inoxidável.

Com o desenvolvimento deste método de corte, a sua aplicação foi alargada ao aço-carbono e ao aço de baixa liga.

A conceção básica da pistola de corte por arco de plasma é semelhante à da pistola de soldadura por arco de plasma.

Quando utilizado para soldar, o fluxo de gás iónico a baixa velocidade é utilizado para fundir o metal de base e formar uma junta soldada;

Quando utilizado para cortar, é utilizado um fluxo de gás iónico de alta velocidade para fundir o metal de base e soprar o metal fundido para formar um entalhe.

A velocidade do fluxo e a intensidade da chama de gás iónico para corte dependem do tipo de gás iónico, da pressão do gás, da corrente, da relação do canal do bocal e da distância do bocal à peça de trabalho.

A estrutura básica da pistola de corte por arco plasma é apresentada na Fig. 4.1.

Quando se utiliza o corte por arco plasma, apenas é utilizada a polaridade de corrente da ligação positiva CC, ou seja, a peça de trabalho é ligada ao elétrodo positivo da fonte de alimentação.

O arco de transferência é utilizado para cortar metal. O método de ignição do arco de transferência está relacionado com a pistola de corte.

A pistola de corte pode ser dividida em dois tipos: a pistola de corte de arco de manutenção e a pistola de corte de arco sem manutenção.

Ver Fig. 4.2 para a cablagem do circuito da pistola de manutenção.

A cablagem do circuito da pistola de corte por arco sem manutenção não tem qualquer ramo de resistência e o resto é igual à cablagem do circuito da pistola de corte por arco com manutenção.

Fig. 1 Estrutura básica da pistola de corte por arco plasma

1. Elétrodo;

2. Bocal de compressão;

3. Comprimir o comprimento do canal do bico;

4. Distância do bocal à peça de trabalho;

5. Comprimir a abertura do bico;

6. Distância de retração do elétrodo;

7. Gás lónico.

Fig. 2 circuito de base da pistola de corte por arco de manutenção

1. Alimentação eléctrica;

2. Arrancador de arco de alta frequência;

3. Resistência;

4. Contacto do contactor;

5. Pulverização por compressão;

6. Elétrodo;

7. Peça de trabalho.

A função do resistor na Fig. 2 é limitar a corrente de manutenção do arco ao valor mais baixo que pode inflamar suavemente o arco de transferência.

O arrancador de arco de alta frequência é utilizado para acender o arco de manutenção.

Quando o arco é atingido, o contacto do contactor é fechado e o arrancador de arco de alta frequência gera alta frequência e alta tensão para acender o arco de manutenção.

Após a ignição do arco de manutenção, quando a pistola de corte se aproxima da peça de trabalho, a chama de plasma de alta velocidade do bocal entra em contacto com a peça de trabalho para formar um caminho entre o elétrodo e a peça de trabalho, de modo a que o arco seja transferido entre o elétrodo e a peça de trabalho.

Uma vez estabelecido o arco de transferência, o arco de manutenção é automaticamente extinto e o contacto do contactor é automaticamente desligado após um período de tempo de atraso.

Lcorte de aser

O corte a laser é uma tecnologia de corte avançada e amplamente utilizada no processamento de materiais.

Trata-se de um método de processamento que utiliza um feixe de laser de alta densidade energética como "ferramenta de corte" para cortar termicamente os materiais.

A tecnologia de corte a laser pode ser utilizada para cortar vários tipos de metal, placas não metálicas, materiais compósitos e materiais duros, como carboneto de tungsténio e carboneto de titânio, e tem sido amplamente utilizada na construção de defesa nacional, aeroespacial, maquinaria de engenharia e outros campos.

Lprincípio de corte, classificação e características do aser

2.1 Lprincípio de corte e classificação do aser

(1) Princípio do corte a laser

O corte a laser consiste em utilizar o feixe de laser de alta densidade de potência para irradiar a peça de trabalho, de modo a que o material irradiado derreta rapidamente, vaporize, abla ou atinja o ponto de ignição e, ao mesmo tempo, o material fundido seja soprado pelo fluxo de ar de alta velocidade coaxial com o feixe, de modo a cortar a peça de trabalho.

O corte a laser é um dos métodos de corte térmico.

Ver na Fig. 3 o princípio do corte a laser.

Fig. 3 Princípio do corte a laser

(2) Classificação do corte a laser

O corte a laser pode ser dividido em corte por vaporização a laser, corte por fusão a laser, corte a oxigénio a laser e traçado a laser e fratura controlada.

1) Corte por vaporização a laser

A peça de trabalho é aquecida pelo feixe de laser com elevada densidade de energia, de modo que a temperatura aumenta rapidamente, atinge o ponto de ebulição do material num período de tempo muito curto e o material começa a vaporizar para formar vapor.

Estes vapores são ejectados a alta velocidade e formam-se entalhes no material ao mesmo tempo que os vapores são ejectados.

O calor de vaporização dos materiais é geralmente muito grande, pelo que o corte por vaporização a laser requer muita potência e densidade de potência.

O corte por vaporização a laser é utilizado principalmente para cortar materiais metálicos extremamente finos e materiais não metálicos (como papel, tecido, madeira, plástico e borracha).

2) Corte por fusão a laser

Durante o corte por fusão a laser, o material metálico é fundido por aquecimento a laser e, em seguida, o gás não oxidante (Ar, Hc, N, etc.) é soprado através do bocal coaxial com o feixe, e o metal líquido é descarregado pela forte pressão do gás para formar um entalhe.

O corte por fusão a laser não necessita de vaporizar completamente o metal, e a energia necessária é apenas 1/10 da energia do corte por vaporização.

O corte por fusão a laser é utilizado principalmente para cortar alguns materiais ou metais activos que não são fáceis de oxidar, como o aço inoxidável, o titânio, o alumínio e as suas ligas.

3) Corte a oxigénio por laser

O princípio do laser O corte com oxigénio é semelhante ao corte oxiacetilénico. Utiliza o laser como fonte de calor de pré-aquecimento e o gás ativo, como o oxigénio, como gás de corte.

Por um lado, o gás soprado interage com o metal de corte para produzir uma reação de oxidação e libertar uma grande quantidade de calor de oxidação;

Por outro lado, o óxido fundido e a massa fundida são soprados para fora da zona de reação para formar um entalhe no metal.

Uma vez que a reação de oxidação no processo de corte gera uma grande quantidade de calor, a energia necessária para o corte a laser com oxigénio é apenas 1/2 da energia necessária para o corte por fusão, e a velocidade de corte é muito superior à do corte por vaporização a laser e do corte por fusão.

O corte a laser com oxigénio é utilizado principalmente para materiais metálicos que são fáceis de oxidar, como o aço carbono, o aço titânio e o aço tratado termicamente.

4) Riscagem a laser e fratura controlada

A gravação a laser consiste em utilizar um laser de alta densidade de energia para digitalizar a superfície de materiais frágeis, de modo a que os materiais sejam aquecidos e evaporados para fora de uma pequena ranhura e, em seguida, aplicar uma certa pressão, e os materiais frágeis irão rachar ao longo da pequena ranhura.

Os lasers para traçagem a laser são geralmente lasers de Q-switched e lasers de CO2 lasers.

A fratura controlada consiste em utilizar a distribuição de temperatura acentuada gerada pelo ranhuramento por laser para gerar tensões térmicas locais em materiais frágeis e quebrar materiais ao longo de pequenas ranhuras.

2.2 Ccaracterísticas do corte a laser

Em comparação com outros métodos de corte térmico, o corte a laser caracteriza-se por uma velocidade de corte rápida e uma elevada qualidade.

Pode ser resumido da seguinte forma.

(1) Boa qualidade de corte

Devido à pequena ponto laser, alta densidade de energia e velocidade de corte rápida, o corte a laser pode obter uma melhor qualidade de corte.

① A incisão de corte a laser é fina e estreita, os dois lados da fenda são paralelos e perpendiculares à superfície, e a precisão dimensional das peças cortadas pode atingir ± 0,05 mm.

② A superfície de corte é limpa e bonita, e a rugosidade da superfície é de apenas algumas dezenas de mícrons.

Até o corte a laser pode ser utilizado como último processo, sem processamento mecânico, e as peças podem ser utilizadas diretamente.

③ Depois que o material é cortado a laser, a largura da zona afetada pelo calor é muito pequena, o desempenho do material próximo à costura de corte dificilmente é afetado e a deformação da peça de trabalho é pequena, a precisão do corte é alta, a geometria da costura de corte é boa e a forma da seção transversal da costura de corte apresenta um retângulo regular.

Ver quadro 1 para a comparação dos métodos de corte a laser, oxiacetilénico e plasma.

O material de corte é uma placa de aço de baixo carbono com 6,2 mm de espessura.

Quadro 1: comparação entre o corte a laser, o corte oxiacetilénico e o corte por plasma

Método de corteLargura da fenda / mmLargura da zona afetada pelo calor / mmForma da fendaVelocidade de cortecusto do equipamento
Corte a laser0.2~0.30.04~0.06paraleloRápidoElevado
Corte oxiacetilénico0.9~1.20.6~1.2Relativamente paralelolentoBaixa
Corte a plasma3.0~4.00.5~1.0Moldado e inclinadoRápidoMédio

(2) Elevada eficiência de corte

Devido às características de transmissão do laser, o máquina de corte a laser está geralmente equipada com mesas de trabalho de controlo numérico múltiplo, e todo o processo de corte pode ser totalmente controlado numericamente.

Em funcionamento, só é necessário alterar o programa de controlo numérico, e pode ser aplicado ao corte de peças com diferentes formas, que podem ser tanto de corte bidimensional como de corte tridimensional.

(3) Velocidade de corte rápida

Um laser com uma potência de 1200 W é utilizado para cortar uma placa de aço de baixo carbono com 2 mm de espessura, e a velocidade de corte pode atingir 15000 px/ chuva;

A velocidade de corte pode atingir 15000 px / min ao cortar uma folha de resina de polipropileno de 5 mm de espessura.

Os materiais não precisam de ser apertados e fixados durante o corte a laser, o que pode poupar as ferramentas e os acessórios, bem como o tempo auxiliar de enchimento e corte.

(4) Corte sem contacto

Não há contacto entre a tocha de corte e a peça de trabalho durante o corte a laser e não há desgaste da ferramenta.

Para processar peças com formas diferentes, não é necessário mudar a "ferramenta", mas apenas alterar os parâmetros de saída do laser.

O processo de corte a laser tem baixo ruído, baixa vibração e nenhuma poluição.

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