A máquina de corte por plasma utiliza ar comprimido como gás de trabalho e um arco de plasma de alta temperatura e alta velocidade como fonte de calor para derreter parcialmente (e evaporar) o metal que está a ser cortado. Simultaneamente, o metal derretido é soprado por um fluxo de ar de alta velocidade, formando uma costura de corte estreita.
As máquinas de corte por plasma podem ser utilizadas para cortar vários materiais metálicos, tais como aço inoxidável, alumínio, cobre, ferro fundido, aço carbono, etc.
O corte por plasma A máquina não só tem uma velocidade de corte rápida, costura de corte estreita, aresta de corte lisa, pequena zona afetada pelo calor, baixa deformação da peça de trabalho, operação simples, mas também tem efeitos significativos de poupança de energia.
A máquina de corte por plasma é adequada para cortar, abrir buracos, remendar, chanfrar e outros processos de corte no fabrico, instalação e manutenção de várias máquinas e estruturas metálicas.
(1) Máquina de corte a plasma Corrente de corte
O tamanho da corrente está relacionado com o material e a espessura da peça cortada. A corrente de corte aumenta com a espessura da peça cortada.
A velocidade de corte depende da espessura do material a cortar e da corrente de corte. A velocidade de corte tem um impacto significativo na qualidade do corte. Se a velocidade for demasiado rápida, o arco de plasma não terá tempo suficiente para fundir o metal.
(3) Altura do bocal
A altura do bico em relação à peça a cortar está relacionada com a estrutura do maçarico, geralmente a 2-4 mm da superfície do metal.
(4) Gás de trabalho
O desenvolvimento do corte por plasma permite agora a utilização de gás de trabalho (o gás de trabalho é o meio condutor do arco de plasma, o transportador de calor, e também elimina o metal fundido no corte). Este gás tem um impacto significativo nas características de corte do arco de plasma e na qualidade e velocidade de corte. Os gases de trabalho do arco de plasma habitualmente utilizados incluem árgon, hidrogénio, azoto, oxigénio, ar, vapor e certos gases mistos.
(5) Caudal de gás
Afecta o grau de compressão do arco e o efeito de sopro do metal fundido. Se o caudal for demasiado elevado, o arco tende a ser instável. Se o caudal de ar for demasiado pequeno, não pode soprar o metal fundido e pode mesmo queimar o bocal condutor.
Tocha de corte:
1) Gerador de plasma, bocal de condução, elétrodo condutor, distribuidor de gás, cerâmica, bocal.
2) Gás de corte - O ar comprimido é utilizado como gás de corte para o corte por arco plasma de ar.
3) Especificações de seleção - Estas incluem a corrente de corte, a velocidade de corte, o fluxo de gás e os parâmetros.
A estabilidade do arco da máquina de corte por plasma afecta diretamente a qualidade do corte. A instabilidade do arco de plasma pode levar a arestas de corte irregulares, à acumulação de defeitos e à redução da vida útil dos componentes relacionados com o sistema de controlo, juntamente com a substituição frequente do bocal e dos eléctrodos. Seguem-se algumas análises de fenómenos comuns e algumas soluções:
A principal fonte de interferência do sistema CNC de plasma é a secção de alimentação. Geralmente utiliza um arrancador de arco de alta frequência para acender o arco. A tensão secundária do transformador de alta frequência pode atingir 3000-6000V, com uma frequência de impulso de centenas de kilohertz.
As interferências de radiação e a poluição (interferência) na rede eléctrica daí resultantes são substanciais.
Além disso, os contactores AC/DC de grande corrente e vários relés que se desligam podem também causar impactos de picos na rede eléctrica.
A típica máquina de corte por plasma pode causar um caos interno no computador quando se forma um arco, tornando impossível o corte normal. As máquinas de corte CNC mais antigas exigiam mesmo que o utilizador iniciasse o arco primeiro, depois iniciasse o computador e executasse o programa do sistema CNC.
Isto não só complicava a operação, como também não utilizava totalmente o computador, afectando gravemente a sua vida útil. Por conseguinte, a supressão da interferência da fonte de energia de plasma e a redução da poluição da rede eléctrica é uma preocupação fundamental. As medidas específicas incluem:
(1) Adicionar uma cobertura de proteção ao arrancador de arco de alta frequência para reduzir a radiação de alta frequência;
(2) Modificar o circuito de controlo da fonte de alimentação do plasma.
A fonte de alimentação de controlo da máquina de corte por plasma é diretamente extraída da tensão da rede a 220V, e a linha de controlo de arranque/paragem do arco é diretamente extraída da máquina de corte para o armário do CNC, juntamente com o sistema de alimentação do CNC.
Desta forma, a interferência de alta frequência causada pelo arranque/paragem do arco de plasma e a interferência electromagnética causada pela grande corrente são diretamente introduzidas na rede.
A medida consiste em adicionar um transformador de isolamento à linha de controlo elétrico forte de 220v e, ao mesmo tempo, o sinal de controlo de arranque/paragem do arco é isolado por um relé numa linha de controlo elétrico relativamente fraca de 24v CA que entra no armário CNC.
(3) Outras medidas anti-interferência na cablagem
Adicionar circuitos de absorção RC e varistor aos lados primário e secundário do transformador principal, circuitos de resistência-capacitância paralelos em ambas as extremidades do contactor de corrente e da bobina do relé, e instalar condensadores de derivação de alta frequência na parte CC. O objetivo de todas estas medidas é suprimir as fontes de interferência e reduzir a poluição da tensão da rede.
O dispositivo CNC e a unidade servo do sistema de corte por arco plasma CNC são as partes principais do sistema, e a sua fonte de alimentação é a principal via de entrada de interferências.
A interferência na fonte de alimentação é gerada principalmente através do acoplamento de impedância da linha de alimentação, e vários equipamentos eléctricos de alta potência são as principais fontes de interferência.
A linha de alimentação do sistema de corte por arco de plasma CNC. A linha catódica da tocha e a linha de controlo de arranque/paragem do arco de plasma estão penduradas juntas no suporte deslizante, equivalente a uma cablagem paralela de várias dezenas de metros, e a linha de controlo de arranque/paragem do arco e a linha catódica da tocha provêm da fonte de alimentação de plasma.
A corrente contínua na linha catódica da tocha é de centenas de amperes. O seu campo eletromagnético e o sinal de alta frequência do arrancador de arco de alta frequência podem causar interferências electromagnéticas na fonte de alimentação do dispositivo CNC (CNC) e na unidade servo através do acoplamento.
Os cabos blindados com cobre e alumínio como camada de blindagem podem suprimir eficazmente as interferências electromagnéticas de alta frequência. Depois de a camada de blindagem ser ligada à terra, pode também suprimir a indução eletrostática do campo elétrico variável no fio central.
Os filtros de alimentação são componentes anti-interferência indispensáveis com um desempenho benéfico de supressão de interferências em bandas de frequência alta e baixa. Os pontos a ter em conta aquando da utilização incluem:
a) O filtro deve ser instalado numa superfície metálica condutora ou ligado a um ponto de ligação à terra através de uma cinta de ligação à terra entrançada;
b) O local de instalação do filtro deve ser o mais próximo possível da entrada da linha eléctrica;
c) A entrada e a saída do filtro devem utilizar preferencialmente cabos blindados ou cabos de par entrançado;
d) Evitar o acoplamento mútuo dos fios de entrada e de saída. É estritamente proibido juntar os fios de entrada e de saída utilizando um cabo blindado.
Quando se utilizam transformadores de potência blindados, a camada de blindagem deve ser ligada à linha neutra CA do enrolamento primário. Isto pode impedir a entrada de interferências no lado secundário do transformador de potência.
A separação dos transformadores de potência blindados utilizados pelo dispositivo de controlo numérico e pela unidade servo pode também evitar interferências mútuas.
O dispositivo de controlo numérico pode ser substituído por um estabilizador CA purificado ou pode ser adicionado um supressor de interferências fabricado de acordo com o princípio do método de equilíbrio do espetro, o que aumentará a sua capacidade de resistir às interferências da rede eléctrica.
A alta tensão e as alterações de corrente nos fios de alta tensão podem gerar flutuações intensas do campo elétrico, formando interferências de ondas electromagnéticas, que afectam gravemente as linhas de sinalização próximas e as linhas de controlo de baixa tensão.
Manter as linhas de sinal afastadas das linhas de alta tensão, bem como escolher razoavelmente fios blindados e cabos de par entrançado, pode evitar sinais de interferência durante a transmissão.
A utilização de cabos blindados pode suprimir a interferência que entra nas linhas de transmissão através da indução electromagnética e eletrostática de campos magnéticos flutuantes eléctricos dispersos. Além disso, a camada de blindagem utiliza o método correto de ligação à terra de uma extremidade.
O processo de ligação à terra para os sistemas de corte por plasma CNC deve ser objeto de atenção suficiente, uma vez que a peça CNC e as unidades servo são peças móveis na via, e a força da sua interferência está muito relacionada com o método de ligação à terra do sistema.
(1) Separação da terra CA e da terra CC
Isto evita que as perturbações das linhas de alimentação CA sejam transmitidas aos dispositivos de controlo devido à resistência, garantindo a segurança dos dispositivos internos no sistema de controlo, melhorando a fiabilidade e a estabilidade do sistema e reduzindo a interferência da corrente de terra de equipamentos de alta corrente.
(2) Flutuando o terra lógico e separando-o do terra analógico
Flutuante refere-se a não ter uma ligação condutora entre a terra lógica do dispositivo de controlo, a terra analógica e a terra, utilizando a "terra" flutuante como nível de referência do sistema. Isto suprime largamente a interferência de radiação externa de arcos de plasma e interferência eletrostática.
Como a flutuação do terra lógico aumenta a indução de interferência do circuito analógico, um bom método é conectar o terra analógico e o terra lógico separadamente aos seus respectivos barramentos e, em seguida, conectar o barramento de terra analógico a um ponto de aterramento através de um capacitor. Para valores analógicos, isto forma um sistema de terra flutuante DC e um sistema de terra comum AC.
(3) Ligação à terra correcta do armário
A máquina de corte a arco plasma CNC ocupa uma grande área, por isso é melhor colocar um dispositivo de ligação à terra separado. Além disso, o dispositivo de ligação à terra deve ser ligado de forma fiável às calhas de guia da máquina-ferramenta, ao armário e até ao suporte de deslizamento do cabo.
Isto proporciona um caminho de fuga de baixa impedância para tensões de interferência de alta frequência induzidas na caixa da máquina, eliminando a possibilidade de acumulação de carga e aumento de tensão na caixa, tornando-a mais segura para o pessoal e benéfica na supressão de picos de interferência.
Se as condições o permitirem, a fonte de alimentação do dispositivo CNC deve utilizar eletricidade de iluminação, uma vez que é relativamente limpa; devem ser utilizadas bobinas de relé de corrente contínua e díodos rectificadores, bobinas de relé de corrente alternada e circuitos RC de resistência-capacitor para suprimir as interferências transitórias.
Quando o cortador de plasma está a funcionar, se a pressão do ar de trabalho for significativamente inferior à especificada no manual, isso significa que a velocidade de ejeção do arco de plasma está enfraquecida e que o fluxo de ar de entrada é inferior ao valor prescrito.
Nesta altura, não é possível formar um arco de plasma de alta energia e alta velocidade, o que resulta numa má qualidade de corte, cortes incompletos e acumulação de escória no corte. As possíveis razões para a pressão de ar insuficiente incluem: entrada de ar insuficiente do compressor, regulação de pressão demasiado baixa da válvula de regulação de ar da máquina de corte, contaminação de óleo no interior da válvula solenoide e passagens de ar bloqueadas.
A solução é observar o ecrã de pressão de saída do compressor de ar antes de o utilizar. Se não cumprir os requisitos, ajustar a pressão ou reparar o compressor de ar. Se a pressão do ar de entrada tiver atingido o requisito, verificar se o ajuste da válvula redutora de pressão do filtro de ar está correto; o visor do manómetro deve cumprir os requisitos de corte.
Caso contrário, deve ser efectuada uma manutenção regular da válvula redutora de pressão do filtro de ar para garantir que o ar de entrada está seco e sem óleo.
Se a qualidade do ar de entrada for má, provocará a contaminação do óleo no interior da válvula redutora de pressão, dificultando a abertura do núcleo da válvula e impedindo a abertura total do orifício da válvula.
Além disso, se a pressão do bocal da tocha de corte for demasiado baixa, a válvula redutora de pressão tem de ser substituída; uma área reduzida da secção transversal da passagem de ar também causará uma baixa pressão de ar, pelo que o tubo de ar deve ser substituído de acordo com as instruções do manual.
Se a pressão do ar de entrada exceder significativamente 0,45 MPa, depois de formar o arco iónico, o fluxo de ar excessivo dispersará a coluna de arco concentrada, provocando a dispersão da energia da coluna de arco e enfraquecendo a força de corte do arco de plasma.
As causas da sobrepressão incluem uma regulação incorrecta da entrada de ar, um ajuste excessivamente elevado do regulador de pressão do filtro de ar ou uma falha do regulador de pressão do filtro de ar.
A solução é verificar se a pressão do compressor de ar está ajustada corretamente e se a pressão do compressor de ar e do regulador de pressão do filtro de ar está desequilibrada.
Depois de ligar a máquina, se não houver alterações no manómetro ao rodar o interrutor de ajuste do regulador de pressão do filtro de ar, isso indica que o regulador de pressão do filtro de ar falhou e tem de ser substituído.
A instalação incorrecta do bico, como o não aperto da rosca, o ajuste incorreto das engrenagens do equipamento, a não introdução de água de arrefecimento corrente, como é necessário quando se utiliza uma tocha arrefecida a água, e a formação frequente de arcos, podem causar danos prematuros no bico.
A solução é ajustar corretamente as engrenagens do equipamento de acordo com os requisitos técnicos da peça a cortar, verificar se o bocal da tocha está bem instalado e começar a fazer circular antecipadamente a água de arrefecimento para os bocais que necessitam de água de arrefecimento.
Durante o corte, ajustar a distância entre o maçarico e a peça de trabalho com base na espessura da peça de trabalho.
Grandes instalações eléctricas no local de funcionamento do cortador de plasma, bem como falhas nos componentes do circuito principal do cortador, podem causar uma baixa tensão CA de entrada. A solução é verificar se a rede eléctrica ligada ao cortador de plasma tem capacidade de carga suficiente e se a especificação do cabo de alimentação cumpre os requisitos.
O local de instalação do cortador de plasma deve estar afastado de grandes equipamentos eléctricos e de locais frequentemente afectados por interferências eléctricas. Durante a utilização, limpar regularmente o pó no interior do cortador e a sujidade nos componentes, e verificar o envelhecimento do fio.
A ligação à terra é uma preparação essencial antes do corte. A não utilização de ferramentas de ligação à terra dedicadas, o isolamento na superfície da peça de trabalho e o envelhecimento acentuado do fio de terra devido a uma utilização prolongada podem causar um mau contacto entre o fio de terra e a peça de trabalho.
A solução é utilizar ferramentas de ligação à terra específicas e verificar se existem materiais isolantes que possam afetar o contacto entre o fio de terra e a superfície da peça de trabalho. Evitar a utilização de fios de terra envelhecidos.
Quando o cortador de plasma está a trabalhar, primeiro precisa de acender o arco de plasma. Isto é feito através de um oscilador de alta frequência que estimula o gás entre o elétrodo e a parede interna do bocal, causando uma descarga de alta frequência, que ioniza o gás localmente para formar um pequeno arco.
Este pequeno arco, afetado pelo ar comprimido, é pulverizado para fora do bocal para inflamar o arco de plasma, que é a principal tarefa do gerador de faíscas.
Normalmente, o tempo de funcionamento do gerador de faíscas é de apenas 0,5-1s. A incapacidade de extinguir automaticamente o arco é geralmente devida ao desalinhamento dos componentes da placa de circuito de controlo, e a abertura do elétrodo de descarga do gerador de faíscas não é adequada.
A solução: Verificar regularmente o elétrodo de descarga do gerador de faíscas, manter a sua superfície plana, ajustar atempadamente a distância entre os eléctrodos de descarga do gerador de faíscas (0,8-1,2 mm) e substituir a placa de controlo, se necessário.
Para além das razões acima referidas, a baixa velocidade de corte, a verticalidade da tocha de corte em relação à peça de trabalho durante o corte e a familiaridade do operador com o cortador de plasma e o nível operacional afectam a estabilidade do arco de plasma. Os utilizadores devem prestar atenção a estes aspectos!
Inspecionar o circuito do arco piloto de alta frequência. Primeiro, verifique a alimentação de 110VAC e observe se existem faíscas de descarga entre G1 e G2. Se não houver, isso é normalmente causado por um problema com a alimentação de 110VAC ou pela absorção de humidade pela placa de baquelite que contém G1 e G2, o que impede a descarga e a geração de alta tensão.
Secar a placa de baquelite com um soprador elétrico e restabelecer a alimentação 110VAC. Se o arco piloto continuar ausente, verificar o fio do arco piloto de alta frequência.
Devido ao efeito de pele de alta frequência, o fio pode não ter um bom contacto com o anel condutor no interior do bocal, ou pode entrar em curto-circuito com a água de arrefecimento devido ao anel de vedação.
A desmontagem da tocha de corte, o aperto do fio de alta frequência ou a substituição do anel de vedação resolvem normalmente o problema.
Quando se observa uma faísca de alta frequência, verificar primeiro se existe uma tensão de circuito aberto de 400 VDC. Caso contrário, verifique se a fonte de alimentação trifásica não tem uma fase. Em seguida, inspeccione o SCR de alta potência e a placa do circuito de disparo no interior da caixa de alimentação.
Se a alimentação eléctrica estiver normal, abra a caixa de controlo do PLC e verifique os sinais de entrada e saída do PLC. As entradas incluem sinais de fluxo de água de arrefecimento e de água de corte, e sinais de pressão de azoto e oxigénio.
Se não houver sinais de fluxo de água de arrefecimento ou de água de corte, substitua a bomba de água de arrefecimento e a bomba de água de corte.
Se não houver sinais de pressão de azoto ou de oxigénio, inspecionar as fontes de azoto e de oxigénio e verificar se existem fugas na tubagem.
Se todas as condições de arranque estiverem reunidas, verificar a tocha de corte. Se o anel de vedação no interior da haste do elétrodo ou no bocal estiver danificado, a água infiltra-se na cavidade entre o elétrodo e o bocal, causando um curto-circuito entre a fonte de alimentação CC e o bocal, impedindo um circuito de retorno com a peça de trabalho. Substituir o anel de vedação e voltar a montar o maçarico de corte deverá resolver o problema.
Caracteriza-se por uma incapacidade de perfurar a peça de trabalho, escória excessiva ou corte irregular. É normalmente causada por uma compressão insuficiente do arco principal, o que resulta numa coluna de arco mais espessa e num poder de penetração inadequado.
As principais razões são a pressão insuficiente do gás de corte ou fugas na conduta de gás de corte.
Verifique a válvula solenoide combinada que controla o gás de corte, o interrutor combinado e o tubo de gás. Se estiver a utilizar bocais de imitação, os parâmetros incorrectos podem causar a interrupção do fluxo de ar entre o elétrodo e o bocal e provocar este problema.
Durante o funcionamento da máquina de corte por plasma, o arco de plasma é primeiro aceso. O oscilador de alta frequência excita o gás entre o elétrodo e a parede interna do bocal, causando uma descarga de alta frequência, que ioniza parcialmente o gás para formar um pequeno arco.
Este pequeno arco, impulsionado pelo ar comprimido, é ejectado do bocal para inflamar o arco de plasma, que é a principal tarefa do gerador de faíscas.
Em condições normais, o tempo de funcionamento do gerador de faíscas é de apenas 0,5 a 1 segundo. A incapacidade de extinguir automaticamente o arco é geralmente devida a um desalinhamento dos componentes da placa de controlo, ou à inadequação da abertura do elétrodo de descarga no gerador de faíscas.
Verificar regularmente o elétrodo de descarga do gerador de faíscas, manter a sua superfície lisa, ajustar a tempo a folga do elétrodo de descarga do gerador de faíscas (0,8 a 1,2 mm) e substituir a placa de controlo, se necessário.
A ligação à terra é uma preparação indispensável antes do corte. A não utilização de ferramentas de ligação à terra dedicadas, a presença de isoladores na superfície da peça de trabalho e o envelhecimento acentuado do fio de terra devido à utilização prolongada podem levar a um mau contacto entre o fio de terra e a peça de trabalho.
Deve utilizar ferramentas de ligação à terra especializadas, verificar a existência de materiais isolantes que possam afetar o contacto entre o fio de terra e a superfície da peça de trabalho e evitar a utilização de fios de terra envelhecidos.
Descrição do problema:
Uma máquina de corte por plasma é utilizada para cortar chapas de aço. Os eixos X e Y são motores de passo, com um método de transmissão de correia síncrona mais calha de guia deslizante, e a extremidade da cabeça da tocha de corte é um gerador de plasma.
O problema atual é que, durante o processo de maquinagem da máquina de corte por plasma, no momento em que o gerador de plasma começa a fazer um arco, o eixo X desvia-se para a esquerda vários milímetros.
Análise de causas:
Quando a alimentação do gerador de plasma é desligada e a máquina de corte a plasma funciona como habitualmente, o software executa a operação de arranque do arco e o eixo X não se desvia. Isto indica que não existe qualquer problema com o software de plasma e com o cartão de controlo.
Solução:
A fonte de alimentação do plasma tem uma interferência significativa com o ambiente externo, especialmente no momento da iniciação do arco e da perfuração da chapa de aço. A solução é ligar à terra as peças que podem ser afectadas pela interferência durante a maquinagem.
(1) Ligação à terra do invólucro da fonte de alimentação de plasma
(2) Ligar um filtro à extremidade de entrada de tensão da fonte de alimentação de plasma para evitar interferências com o circuito da fonte de alimentação externa
(3) Ligar à terra a caixa do computador anfitrião. Idealmente, o fio de terra deve ser ligado ao parafuso na parte da ligação entre o cabo adaptador e a placa de controlo
(4) Retificar o invólucro da máquina de corte por plasma
(5) Ligar à terra o interrutor de alimentação eléctrica da placa adaptadora
Descrição do problema:
Corte de chapas de aço, os eixos X e Y são motores de passo e a extremidade da cabeça da tocha de corte é um gerador de plasma. Problema: Quando a máquina de corte a plasma está a maquinar um quadrado, o eixo X do corte a plasma é normal, mas quando se desloca para o eixo Y, pára de cortar devido à interrupção do arco.
Análise de causas:
Outros testes durante a maquinação circular mostram que pára diretamente após a formação do arco e não pode funcionar normalmente. Quando a alimentação do gerador de plasma é desligada, a máquina de corte por plasma pode funcionar normalmente; isto indica que não há qualquer problema com o software de plasma e a placa de controlo, e que o eixo Y está a sofrer interferências.
Solução:
(1) Ligação à terra do invólucro da fonte de alimentação de plasma
(2) Ligar um filtro à extremidade de entrada de tensão da fonte de alimentação de plasma para evitar interferências com o circuito da fonte de alimentação externa
(3) Ligar à terra a caixa do computador anfitrião. Idealmente, o fio de terra deve ser ligado ao parafuso na parte da ligação entre o cabo adaptador e a placa de controlo
(4) Retificar o invólucro da máquina de corte por plasma
(5) Ligar à terra o interrutor de alimentação eléctrica da placa adaptadora
Descrição do problema:
O sistema de controlo apresenta intermitência do ecrã, reinicialização e congelamento durante o corte de plasma. Estes problemas cessam quando a energia do plasma é desligada.
Solução:
(1) Ligar à terra a caixa da fonte de alimentação de plasma.
(2) Ligar um filtro à extremidade de entrada de tensão da fonte de alimentação de plasma para evitar interferências com o circuito da fonte de alimentação externa.
(3) Ligar à terra a caixa do computador anfitrião. É preferível ligar o fio de terra ao parafuso na junção do fio do adaptador e da placa de controlo.
(4) Aterrar o invólucro da máquina de corte por plasma.
(5) Ligar à terra a fonte de alimentação do interrutor da placa adaptadora.
(6) O hardware do sistema de controlo está avariado.
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