I. Princípio de funcionamento e faixa de corte
A máquina de corte a plasma usa 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 sendo 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 a plasma podem ser usadas para cortar vários materiais metálicos, como aço inoxidável, alumínio, cobre, ferro fundido, aço carbono, etc.
O corte a plasma A máquina não só tem uma velocidade de corte rápida, costura de corte estreita, borda de corte lisa, pequena zona afetada pelo calor, baixa deformação da peça de trabalho, operação simples, mas também tem efeitos significativos de economia de energia.
A máquina de corte a plasma é adequada para corte, abertura de furos, remendos, chanfros e outros processos de corte na fabricação, instalação e manutenção de várias máquinas e estruturas metálicas.
(1) Máquina de corte a plasma Corrente de corte
O tamanho da corrente está relacionado ao material e à 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 ser cortado e da corrente de corte. A velocidade de corte afeta significativamente a qualidade do corte. Se a velocidade for muito rápida, o arco de plasma não terá tempo suficiente para derreter o metal.
(3) Altura do bocal
A altura do bocal em relação à peça que está sendo cortada está relacionada à estrutura da tocha, geralmente de 2 a 4 mm da superfície do metal.
(4) Gás de trabalho
O desenvolvimento do corte a plasma agora permite o uso 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). Ele afeta significativamente as características de corte do arco de plasma e a qualidade e a velocidade do corte. Os gases de trabalho do arco de plasma comumente usados incluem argônio, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, ar, vapor e determinados gases mistos.
(5) Vazão de gás
Ela afeta o grau de compressão do arco e o efeito de soprar o metal fundido. Se a taxa de fluxo for muito alta, o arco tende a ficar instável. Se o fluxo de ar for muito pequeno, não será possível soprar o metal fundido e poderá até queimar o bocal condutor.
Tocha de corte:
1) Gerador de plasma, bocal de condução, eletrodo condutor, distribuidor de gás, cerâmica, bocal.
2) Gás de corte - O ar comprimido é usado como gás de corte para o corte a arco de plasma a ar.
3) Especificações de seleção - Incluem corrente de corte, velocidade de corte, fluxo de gás e parâmetros.
A estabilidade do arco da máquina de corte a plasma afeta diretamente a qualidade do corte. A instabilidade do arco de plasma pode levar a bordas de corte irregulares, acúmulo de defeitos e redução da vida útil dos componentes relacionados ao sistema de controle, além da substituição frequente do bico e dos eletrodos. Abaixo estão algumas análises de fenômenos comuns e algumas soluções:
II. Resistência à interferência da fonte de energia de plasma
A principal fonte de interferência do sistema CNC de plasma é a seção da fonte de alimentação. Geralmente, ela usa um iniciador de arco de alta frequência para acender o arco. A tensão secundária do transformador de alta frequência pode chegar a 3000-6000V, com uma frequência de pulso de centenas de quilohertz.
A interferência de radiação e a poluição (interferência) resultantes para a rede elétrica são substanciais.
Além disso, o desligamento dos contatores CA/CC de grande corrente e de vários relés também pode causar impactos de surtos na rede elétrica.
A máquina de corte a plasma típica pode causar um caos interno no computador durante o arco, impossibilitando o corte normal. As primeiras máquinas de corte CNC exigiam até mesmo que o usuário iniciasse o arco primeiro, depois iniciasse o computador e executasse o programa do sistema CNC.
Isso não só complicava a operação, mas também não utilizava totalmente o computador, afetando gravemente sua vida útil. Portanto, suprimir a interferência da fonte de energia de plasma e reduzir a poluição da rede elétrica é uma preocupação fundamental. As medidas específicas incluem:
(1) Adicione uma tampa de proteção ao acionador de arco de alta frequência para reduzir a radiação de alta frequência;
(2) Modifique o circuito de controle da fonte de alimentação de plasma.
A fonte de alimentação de controle da máquina de corte a plasma é obtida diretamente da tensão da rede de 220 V, e a linha de controle de início/parada do arco é obtida diretamente da máquina de corte para o gabinete do CNC, juntamente com o sistema de alimentação do CNC.
Dessa forma, a interferência de alta frequência causada pela partida/parada do arco de plasma e a interferência eletromagnética causada pela grande corrente são introduzidas diretamente na rede.
A medida é adicionar um transformador de isolamento à linha de controle elétrico forte de 220 V e, ao mesmo tempo, o sinal de controle de início/parada do arco é isolado por um relé em uma linha de controle elétrico relativamente fraca de 24 V CA que entra no gabinete do CNC.
(3) Outras medidas anti-interferência na fiação
Adicione circuitos de absorção RC e varistor aos lados primário e secundário do transformador principal, circuitos de resistência-capacitância paralelos em ambas as extremidades do contator de corrente e da bobina do relé e configure capacitores de desvio de alta frequência na parte CC. O objetivo de todas essas medidas é suprimir as fontes de interferência e reduzir a poluição da tensão da rede.
III. Medidas de fiação anti-interferência da máquina-ferramenta
O dispositivo CNC e a unidade servo do sistema de corte a arco plasma CNC são as partes principais do sistema, e sua fonte de alimentação é o principal caminho para a entrada de interferências.
A interferência na fonte de alimentação é gerada principalmente pelo acoplamento de impedância da linha de alimentação, e vários equipamentos elétricos de alta potência são as principais fontes de interferência.
1. A linha de entrada de energia usa fio blindado
A linha de energia do sistema de corte a arco de plasma CNC. A linha catódica da tocha e a linha de controle de partida/parada do arco de plasma são penduradas juntas no suporte deslizante, o que equivale a uma fiação paralela de várias dezenas de metros, e a linha de controle de partida/parada do arco e a linha catódica da tocha vêm da fonte de alimentação de plasma.
A corrente CC na linha catódica da tocha é de centenas de amperes. Seu campo eletromagnético e o sinal de alta frequência do acionador de arco de alta frequência podem causar interferência eletromagnética na fonte de alimentação do dispositivo CNC (CNC) e na unidade servo por meio de acoplamento.
Os cabos blindados com cobre e alumínio como camada de blindagem podem suprimir com eficácia a interferência eletromagnética de alta frequência. Depois que a camada de blindagem é aterrada, ela também pode suprimir a indução eletrostática do campo elétrico variável no fio central.
2. Uso de filtros de fonte de alimentação
Os filtros de fonte de alimentação são componentes anti-interferência indispensáveis com desempenho benéfico de supressão de interferência em bandas de alta e baixa frequência. Os pontos a serem observados durante o uso incluem:
a) O filtro deve ser instalado em uma superfície metálica condutora ou conectado a um ponto de aterramento por meio de uma cinta de aterramento trançada;
b) O local de instalação do filtro deve ser o mais próximo possível da entrada da linha de energia;
c) A entrada e a saída do filtro devem, de preferência, usar cabos blindados ou cabos de par trançado;
d) Evite o acoplamento mútuo dos fios de entrada e saída. É estritamente proibido agrupar os fios de entrada e saída usando um cabo blindado.
3. Uso de transformadores de potência
Ao usar transformadores de potência blindados, a camada de blindagem deve ser conectada à linha neutra de CA do enrolamento primário. Isso pode evitar que a interferência entre no lado secundário do transformador de potência.
Separar os transformadores de potência blindados usados pelo dispositivo de controle numérico e pela unidade servo também pode evitar interferência mútua.
O dispositivo de controle numérico pode ser substituído por um estabilizador de CA purificado ou pode ser adicionado um supressor de interferência feito de acordo com o princípio do método de balanceamento de espectro, o que aumentará sua capacidade de resistir à interferência da rede elétrica.
4. Separação rigorosa da fiação de alta e baixa tensão dentro do gabinete
As mudanças de alta tensão e corrente nos fios de alta tensão podem gerar flutuações intensas no campo elétrico, formando interferência de ondas eletromagnéticas, afetando gravemente as linhas de sinal próximas e as linhas de controle de baixa tensão.
Manter as linhas de sinal longe das linhas de alta tensão, bem como escolher razoavelmente fios blindados e cabos de par trançado, pode evitar sinais de interferência durante a transmissão.
5. Uso de cabos blindados para fios de sinal entre gabinetes
O uso de cabos blindados pode suprimir a interferência que entra nas linhas de transmissão por meio de indução eletromagnética e eletrostática de campos magnéticos flutuantes elétricos dispersos. Além disso, a camada de blindagem usa o método correto de aterramento de extremidade única.
6. Sistema de aterramento confiável
O processo de aterramento dos sistemas de corte a plasma CNC deve receber atenção suficiente, pois a peça CNC e as unidades servo são peças móveis na pista, e a força de sua interferência está muito relacionada ao método de aterramento do sistema.
(1) Separação do aterramento CA e do aterramento CC
Isso evita que os distúrbios das linhas de energia CA sejam transmitidos aos dispositivos de controle devido à resistência, garantindo a segurança dos dispositivos internos do sistema de controle, aumentando a confiabilidade e a estabilidade do sistema e reduzindo a interferência da corrente de terra de equipamentos de alta corrente.
(2) Flutuando o aterramento lógico e separando-o do aterramento analógico
Flutuante refere-se a não ter uma conexão condutiva entre o aterramento lógico do dispositivo de controle, o aterramento analógico e a terra, usando o "aterramento" flutuante como o nível de referência do sistema. Isso suprime amplamente a interferência de radiação externa de arcos de plasma e interferência eletrostática.
Como a flutuação do aterramento lógico aumenta a indução de interferência do circuito analógico, um bom método é conectar o aterramento analógico e o aterramento lógico separadamente a seus respectivos barramentos e, em seguida, conectar o barramento de aterramento analógico a um ponto de aterramento por meio de um capacitor. Para valores analógicos, isso forma um sistema de aterramento flutuante CC e um sistema de aterramento comum CA.
(3) Aterramento adequado do gabinete
A máquina de corte a arco plasma CNC ocupa uma grande área, portanto, é melhor instalar um dispositivo de aterramento separado. Além disso, o dispositivo de aterramento deve ser conectado de forma confiável aos trilhos-guia da máquina-ferramenta, ao gabinete e até mesmo ao suporte deslizante do cabo.
Isso proporciona um caminho de fuga de baixa impedância para tensões de interferência de alta frequência induzidas na carcaça da máquina, eliminando a possibilidade de acúmulo de carga e aumento de tensão na carcaça, tornando-a mais segura para o pessoal e benéfica na supressão de surtos de interferência.
Se as condições permitirem, a fonte de alimentação do dispositivo CNC deve usar eletricidade de iluminação, pois ela é relativamente limpa; bobinas de relé CC e diodos retificadores, bobinas de relé CA e circuitos de resistor-capacitor RC devem ser usados para suprimir a interferência transitória.
IV. Análise da ruptura do arco de corte a plasma
1. Baixa pressão de ar
Quando o cortador de plasma estiver funcionando, se a pressão do ar de trabalho for significativamente menor do que a especificada no manual, isso significa que a velocidade de ejeção do arco de plasma está enfraquecida e o fluxo de ar de entrada é menor do que o valor prescrito.
Nesse momento, não é possível formar um arco de plasma de alta energia e alta velocidade, o que resulta em baixa qualidade de corte, cortes incompletos e acúmulo de escória no corte. Os possíveis motivos da pressão de ar insuficiente incluem: entrada de ar insuficiente do compressor, regulagem de pressão muito baixa da válvula de regulagem de ar da máquina de corte, contaminação de óleo dentro da válvula solenoide e passagens de ar bloqueadas.
A solução é observar a exibição da pressão de saída do compressor de ar antes do uso. Se ela não atender aos requisitos, ajuste a pressão ou conserte o compressor de ar. Se a pressão do ar de entrada tiver atingido o requisito, verifique se o ajuste da válvula redutora de pressão do filtro de ar está correto; o visor do manômetro deve atender aos requisitos de corte.
Caso contrário, a manutenção regular da válvula redutora de pressão do filtro de ar deve ser realizada para garantir que o ar de entrada esteja seco e sem óleo.
Se a qualidade do ar de entrada for ruim, isso causará contaminação por óleo dentro da válvula redutora de pressão, dificultando a abertura do núcleo da válvula e impedindo a abertura total da porta da válvula.
Além disso, se a pressão do bocal da tocha de corte estiver muito baixa, a válvula redutora de pressão precisará ser substituída; uma área de seção transversal reduzida da passagem de ar também causará baixa pressão de ar, portanto, o tubo de ar deve ser substituído de acordo com as instruções do manual.
2. Sobrepressão
Se a pressão do ar de entrada exceder significativamente 0,45 MPa, depois de formar o arco iônico, o fluxo de ar excessivo dispersará a coluna de arco concentrada, fazendo com que a energia da coluna de arco se disperse e enfraqueça a força de corte do arco de plasma.
As causas da sobrepressão incluem regulagem inadequada da entrada de ar, ajuste excessivamente alto do regulador de pressão do filtro de ar ou falha do regulador de pressão do filtro de ar.
A solução é verificar se a pressão do compressor de ar está ajustada adequadamente e se a pressão do compressor de ar e do regulador de pressão do filtro de ar está desequilibrada.
Após a partida da máquina, se não houver alteração no manômetro ao girar o interruptor de ajuste do regulador de pressão do filtro de ar, isso indica que o regulador de pressão do filtro de ar falhou e precisa ser substituído.
3. Queimadura do bico da tocha e do eletrodo
A instalação inadequada do bocal, como o não aperto da rosca, o ajuste inadequado das engrenagens do equipamento, a não introdução de água de resfriamento corrente conforme necessário ao usar uma tocha resfriada a água e a formação frequente de arcos, podem causar danos prematuros ao bocal.
A solução é ajustar corretamente as engrenagens do equipamento de acordo com os requisitos técnicos da peça a ser cortada, verificar se o bocal da tocha está firmemente instalado e iniciar a circulação da água de resfriamento com antecedência para os bocais que precisam de água de resfriamento.
Durante o corte, ajuste a distância entre a tocha e a peça de trabalho com base na espessura da peça de trabalho.
4. Baixa tensão CA de entrada
Grandes instalações elétricas no local de operação do cortador de plasma, bem como falhas nos componentes do circuito principal dentro do cortador, podem causar baixa tensão CA de entrada. A solução é verificar se a rede elétrica conectada ao cortador de plasma tem capacidade de carga suficiente e se a especificação do cabo de alimentação atende aos requisitos.
O local de instalação do cortador de plasma deve ficar longe de equipamentos elétricos de grande porte e de locais frequentemente afetados por interferência elétrica. Durante o uso, limpe regularmente a poeira dentro do cortador e a sujeira nos componentes e verifique o envelhecimento do fio.
5. Mau contato entre o fio terra e a peça de trabalho
O aterramento é uma preparação essencial antes do corte. O não uso de ferramentas de aterramento dedicadas, o isolamento na superfície da peça de trabalho e o envelhecimento acentuado do fio terra devido ao uso prolongado podem causar mau contato entre o fio terra e a peça de trabalho.
A solução é usar ferramentas de aterramento dedicadas e verificar se há materiais isolantes que possam afetar o contato entre o fio terra e a superfície da peça de trabalho. Evite usar fios terra envelhecidos.
6. O gerador de faíscas não pode extinguir automaticamente o arco
Quando o cortador de plasma está funcionando, ele precisa primeiro acender o arco de plasma. Isso é feito por um oscilador de alta frequência que estimula o gás entre o eletrodo e a parede interna do bocal, causando uma descarga de alta frequência, que ioniza o gás localmente para formar um pequeno arco.
Esse 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 operação do gerador de faíscas é de apenas 0,5 a 1s. A incapacidade de extinguir automaticamente o arco geralmente se deve ao desalinhamento dos componentes da placa de circuito de controle, e a folga do eletrodo de descarga do gerador de faíscas não é adequada.
A solução: Verifique regularmente o eletrodo de descarga do gerador de faíscas, mantenha sua superfície plana, ajuste a folga entre os eletrodos de descarga do gerador de faíscas (0,8-1,2 mm) em tempo hábil e substitua a placa de controle, se necessário.
7. Outros
Além dos motivos acima, 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 afetam a estabilidade do arco de plasma. Os usuários devem prestar atenção a esses aspectos!
V. Problemas comuns no corte a plasma
1. Falta de arco piloto de alta frequência
Inspecione o circuito do arco piloto de alta frequência. Primeiro, verifique a alimentação de 110 VCA e observe se há faíscas de descarga entre G1 e G2. Caso contrário, isso geralmente é causado por um problema com a alimentação de 110 VCA ou pela absorção de umidade pela placa de baquelite que contém G1 e G2, o que impede a descarga e a geração de alta tensão.
Seque a placa de baquelite com um soprador elétrico e restaure a alimentação de 110 VCA. Se o arco piloto ainda estiver ausente, verifique o fio do arco piloto de alta frequência.
Devido ao efeito de pele de alta frequência, o fio pode não ter um bom contato com o anel condutor dentro do bocal, ou pode sofrer um curto-circuito com a água de resfriamento 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 geralmente resolvem o problema.
2. Ausência de arco de corte
Quando for observada uma faísca de alta frequência, primeiro verifique se há uma tensão de circuito aberto de 400 VDC. Caso contrário, verifique se a fonte de alimentação trifásica está faltando uma fase. Em seguida, inspecione o SCR de alta potência e a placa do circuito de disparo dentro da caixa de alimentação.
Se a fonte de alimentação estiver normal, abra a caixa de controle do PLC e verifique os sinais de entrada e saída do PLC. As entradas incluem sinais de fluxo de água de resfriamento e água de corte, além de sinais de pressão de nitrogênio e oxigênio.
Se não houver sinais de fluxo de água de resfriamento ou de água de corte, substitua a bomba de água de resfriamento e a bomba de água de corte.
Se não houver sinais de pressão de nitrogênio ou oxigênio, inspecione as fontes de nitrogênio e oxigênio e verifique se há vazamentos na tubulação.
Se todas as condições de inicialização forem atendidas, verifique a tocha de corte. Se o anel de vedação dentro da haste do eletrodo ou no bocal estiver danificado, a água penetrará na cavidade entre o eletrodo 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. A substituição do anel de vedação e a remontagem da tocha de corte devem resolver o problema.
3. Baixa qualidade de corte
Caracteriza-se pela incapacidade de perfurar a peça de trabalho, escória excessiva ou corte irregular. Geralmente é causada pela compressão insuficiente do arco principal, o que resulta em uma coluna de arco mais espessa e em um poder de penetração inadequado.
Os principais motivos são a pressão insuficiente do gás de corte ou vazamentos na tubulação de gás de corte.
Verifique a válvula solenoide combinada que controla o gás de corte, a chave combinada e o tubo de gás. Se estiver usando bicos de imitação, os parâmetros incorretos podem causar a interrupção do fluxo de ar entre o eletrodo e o bico e levar a esse problema.
4. O gerador de faíscas não pode extinguir automaticamente o arco
Durante a operação da máquina de corte a plasma, o arco de plasma é primeiro inflamado. O oscilador de alta frequência excita o gás entre o eletrodo e a parede interna do bocal, causando uma descarga de alta frequência, que ioniza parcialmente o gás para formar um pequeno arco.
Esse pequeno arco, impulsionado pelo ar comprimido, é ejetado do bocal para inflamar o arco de plasma, que é a principal tarefa do gerador de faíscas.
Em circunstâncias normais, o tempo de operação do gerador de faíscas é de apenas 0,5 a 1 segundo. A incapacidade de extinguir automaticamente o arco geralmente se deve a um desalinhamento dos componentes na placa de circuito de controle ou à inadequação da folga do eletrodo de descarga no gerador de faíscas.
Verifique regularmente o eletrodo de descarga do gerador de faíscas, mantenha sua superfície lisa, ajuste a folga do eletrodo de descarga do gerador de faíscas com o tempo (0,8 a 1,2 mm) e substitua a placa de controle, se necessário.
5. Mau contato entre o fio terra e a peça de trabalho
O aterramento é uma preparação indispensável antes do corte. O não uso de ferramentas de aterramento dedicadas, a presença de isoladores na superfície da peça de trabalho e o envelhecimento acentuado do fio terra devido ao uso prolongado podem levar a um mau contato entre o fio terra e a peça de trabalho.
Você deve usar ferramentas de aterramento especializadas, verificar se há materiais isolantes que possam afetar o contato entre o fio terra e a superfície da peça de trabalho e evitar o uso de fios terra velhos.
VI. Estudo de caso:
1. Caso um
Descrição do problema:
Uma máquina de corte a plasma é usada para cortar chapas de aço. Os eixos X e Y são motores de passo, com um método de transmissão de correia síncrona mais trilho 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 usinagem da máquina de corte a plasma, no momento em que o gerador de plasma começa a formar um arco, o eixo X se desvia para a esquerda em vários milímetros.
Análise de causa:
Quando a energia do gerador de plasma é desligada e a máquina de corte a plasma opera normalmente, o software executa a operação de início de arco e o eixo X não se desvia. Isso indica que não há nenhum problema com o software de plasma e o cartão de controle.
Solução:
A fonte de alimentação de 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 aterrar as peças que podem ser afetadas pela interferência durante a usinagem.
(1) Aterre a carcaça da fonte de alimentação de plasma
(2) Conecte um filtro à extremidade de entrada de tensão da fonte de alimentação de plasma para evitar interferência no circuito da fonte de alimentação externa
(3) Aterre a carcaça do computador host. O ideal é que o fio terra seja conectado ao parafuso na parte da conexão entre o cabo adaptador e a placa de controle
(4) Aterre a carcaça da máquina de corte a plasma
(5) Aterre o interruptor da fonte de alimentação da placa adaptadora
2. Caso dois
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 usinando um quadrado, o eixo X do corte a plasma está normal, mas quando se move para o eixo Y, o corte para devido à interrupção do arco.
Análise de causa:
Testes adicionais durante a usinagem circular mostram que ela para diretamente após a formação do arco e não pode operar normalmente. Quando a energia do gerador de plasma é desligada, a máquina de corte a plasma pode operar normalmente; isso indica que não há problema com o software de plasma e o cartão de controle, e que o eixo Y está sofrendo interferência.
Solução:
(1) Aterre a carcaça da fonte de alimentação de plasma
(2) Conecte um filtro à extremidade de entrada de tensão da fonte de alimentação de plasma para evitar interferência no circuito da fonte de alimentação externa
(3) Aterre a carcaça do computador host. O ideal é que o fio terra seja conectado ao parafuso na parte da conexão entre o cabo adaptador e a placa de controle
(4) Aterre a carcaça da máquina de corte a plasma
(5) Aterre o interruptor da fonte de alimentação da placa adaptadora
3. Caso três
Descrição do problema:
O sistema de controle apresenta intermitência, reinicialização e congelamento da tela durante o corte a plasma. Esses problemas cessam quando a energia do plasma é desligada.
Solução:
(1) Aterre a carcaça da fonte de alimentação de plasma.
(2) Conecte um filtro à extremidade de entrada de tensão da fonte de alimentação de plasma para evitar interferência no circuito da fonte de alimentação externa.
(3) Aterre a carcaça do computador host. É melhor conectar o fio terra ao parafuso na junção do fio do adaptador e da placa de controle.
(4) Aterre a carcaça da máquina de corte a plasma.
(5) Aterre a fonte de alimentação do interruptor da placa adaptadora.
(6) O hardware do sistema de controle está com defeito.