Corte a Plasma e Corte a Laser Explicado

Corte de plasma

O corte por plasma é a utilização de arco equidistante de alta densidade energética e 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 durante o corte com oxigénio de acetileno.

Portanto, o calor da peça é relativamente pequeno, e a deformação da peça é também pequena.

É adequado para cortar vários materiais metálicos.

Contudo, devido à elevada taxa de fluxo do arco de plasma, o ruído, o fumo e o pó são graves, e as condições de higiene de trabalho são más.

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

Ao cortar placas de aço de 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 por oxiacetileno, enquanto que ao cortar placas com uma espessura superior a 25 mm, o corte por oxiacetileno é mais rápido.

Características e classificação do corte por arco de plasma

1.1 CHaracterística do corte de arco de plasma

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

O corte do arco de plasma é efectuado com um jacto de alta velocidade muito quente, e o arco e o gás inerte são forçados através do buraco de pequeno diâmetro para produzir este jacto de alta velocidade.

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

Ao cortar aço de 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 grande espessura de corte, movimento flexível, fixação simples de peças e curvas de corte.

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

No entanto, devido à larga margem de corte, mais metal é derretido. Quando a placa é mais espessa, o corte não é tão suave e plano como o do corte de acetileno oxigenado.

A fim de assegurar que os lados da incisão sejam paralelos, é necessário um bocal de corte especial.

A fim de obter uma certa formação de ranhuras, é também necessária uma tecnologia de corte especial.

As características do corte por arco de plasma incluem principalmente:

① Pode cortar vários materiais metálicos 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 do bisel da superfície de corte são grandes, mas ao cortar chapas finas, pode ser utilizada uma tocha ou processo de corte especial para obter uma superfície de corte quase vertical;

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

As desvantagens do corte por arco de plasma são: grande tolerância ao 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 caro e a tensão sem carga da fonte de alimentação de corte é elevada, o que não só consome grande potência, como também facilmente causa choque eléctrico aos operadores no 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 de plasma requer uma alta tensão de arco, pelo que necessita de uma fonte de alimentação especial com uma alta tensão sem carga.

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

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

O árgon ou uma mistura de gás de nitrogénio e hidrogénio é normalmente utilizado, e a tocha de corte deve ser arrefecida com água.

Existem tochas de corte a plasma para corte manual.

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

No entanto, a fim de ajustar mais parâmetros, é necessária mais formação.

Ao cortar chapas finas, a velocidade de movimento não precisa de ser cuidadosamente controlada, por isso a qualidade de corte é melhor.

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

A tocha de corte e outros acessórios são os mesmos que os utilizados no corte manual de arco de plasma. O sistema de marcha é automatizado.

O mecanismo de movimentação da tocha de corte é semelhante ao utilizado no corte com oxigénio acetileno, mas requer uma velocidade de movimentação mais elevada.

O equipamento multi tocha requer alimentação eléctrica adicional e caixa de controlo para cada tocha.

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

1.2 Wprincípio de orking do corte de arco de plasma

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

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

Este método nasceu na década de 1950 e foi inicialmente utilizado para cortar materiais metálicos que não podiam ser cortados por chama de oxigénio acetileno, tais como liga de alumínio e aço inoxidável.

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

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

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

Quando usado para corte, um fluxo de gás iónico de alta velocidade é usado para derreter 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 entre o bocal e a peça a trabalhar.

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

Quando é utilizado o corte de arco de plasma, apenas é utilizada a polaridade actual da ligação positiva DC, ou seja, a peça de trabalho é ligada ao eléctrodo positivo da fonte de alimentação.

O arco de transferência é utilizado ao 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 corte de arco de manutenção.

A cablagem do circuito da pistola de corte de arco sem manutenção não tem ramo de resistência, e o resto é o mesmo que a cablagem do circuito da pistola de corte de arco de manutenção.

Fig. 1 estrutura básica da pistola de corte de arco de plasma

1. Eléctrodo;

2. Bocal de compressão;

3. Comprimir o comprimento do canal do bocal;

4. Distância entre o bocal e a peça de trabalho;

5. Comprimir a abertura do bocal;

6. Distância de retracção dos eléctrodos;

7. Gás lónico.

Fig. 2 circuito básico da pistola de corte de arco de manutenção

1. Alimentação eléctrica;

2. Arrancador de arco de alta frequência;

3. Resistência;

4. Contacto do contactor;

5. Spray de compressão;

6. Eléctrodo;

7. Peça de trabalho.

A função da resistência na Fig. 2 é limitar a corrente de manutenção do arco ao valor mais baixo que possa acender 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 voltagem 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 contacta a peça de trabalho para formar um caminho entre o eléctrodo e a peça de trabalho, de modo a que o arco seja transferido entre o eléctrodo 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.

Laser cutting

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

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

A tecnologia de corte a laser pode ser utilizada para cortar vários tipos de metal, placas não metálicas, materiais compostos 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, classificação e características do corte

2.1 Lprincípio de corte e classificação aser

(1) Princípio do corte a laser

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

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

Ver fig. 3 para 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 por oxigénio a laser e corte por laser e fractura controlada.

1) Corte por vaporização a laser

A peça é aquecida pelo raio laser com alta densidade de energia, de modo a que a temperatura aumente rapidamente, atinja o ponto de ebulição do material num tempo muito curto, e o material comece a vaporizar-se 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 principalmente utilizado para cortar materiais metálicos extremamente finos e materiais não metálicos (tais como papel, tecido, madeira, plástico e borracha).

2) Corte por fusão a laser

Durante o corte por fusão a laser, o material metálico é derretido por aquecimento a laser, e depois 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, tais como aço inoxidável, titânio, alumínio e as suas ligas.

3) Corte de oxigénio a laser

O princípio do corte a laser com oxigénio é semelhante ao corte com oxiacetileno. Utiliza o laser como fonte de calor de pré-aquecimento e o gás activo como o oxigénio como o gás de corte.

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

Por outro lado, o óxido fundido e o derretimento são expelidos da zona de reacção para formar um entalhe no metal.

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

O corte a laser com oxigénio é principalmente utilizado para materiais metálicos fáceis de oxidar, tais como aço carbono, aço titânio e aço tratado termicamente.dize, tais como aço inoxidável, titânio, alumínio e as suas ligas.

4) Registo a laser e fractura controlada

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

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

A fractura controlada consiste em utilizar a distribuição íngreme da temperatura gerada por ranhuras a laser para gerar tensão térmica local em materiais frágeis e quebrar materiais ao longo de pequenas ranhuras.

2.2 CHaracterística do corte a laser

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

Pode ser resumido como se segue.

(1) Boa qualidade de corte

Devido à pequena mancha laser, alta densidade energética 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 ± 0,05mm.

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

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

③ Após o corte do material por laser, a largura da zona afectada pelo calor é muito pequena, o desempenho do material perto da costura de corte é pouco afectado, e a deformação da peça é pequena, a precisão do corte é elevada, a geometria da costura de corte é boa, e a forma transversal da costura de corte apresenta um rectângulo regular.

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

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

Tabela 1 comparação do corte a laser, corte oxiacetilénico e corte a plasma

Método de corteLargura da fenda / mmLargura da zona afectada pelo calor / mmForma de fendaVelocidade de cortecusto de consulta
Corte a laser0.2~0.30.04~0.06paraleloRápidoAlto
Corte por oxiacetileno0.9~1.20.6~1.2Relativamente paralelolentoBaixo
Corte de plasma3.0~4.00.5~1.0Moldado e inclinadoRápidoMédio

(2) Elevada eficácia de corte

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

Em funcionamento, é apenas 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 chapa de aço de baixo carbono de 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 folha de resina de polipropileno de 5mm de espessura.

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

(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 diferentes formas, não é necessário alterar a "ferramenta", mas apenas os parâmetros de saída do laser.

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

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