Dicas e técnicas para corte a plasma automatizado

A técnica adequada de perfuração proporciona menores custos operacionais e aumenta a produtividade

Aqui está um questionário para o supervisor do PAC, engenheiro industrial, comprador ou responsável pela manutenção: Qual é a causa número um de falhas prematuras das peças em tochas a plasma?

a) Fluxo do gás de plasma inadequado
b) Fluxo do agente refrigerante (água ou gás) inadequado
c) Defeito na máquina do PAC
d) Técnica de perfuração inadequada

Se você respondeu a), b) ou c), você está meio certo. Se respondeu d), você está correto e no caminho certo para economizar dinheiro e diminuir o tempo de paralisação de seu equipamento de corte a plasma.

Perfurar muito próximo ao material é a causa mais comum de falhas prematuras de consumíveis. Essa afirmação é baseada em anos de comunicação direta com usuários finais e análises de consumíveis com falhas. O problema parece bastante simples de corrigir, embora persista em muitas operações de corte. Um motivo é a falta de um bom treinamento técnico para operadores da máquina do PAC. Um operador precisa conhecer teoria e técnica, o “por que?” e o “como?”, para aprimorar sua operação. Munido com a compreensão fundamental do processo e algumas dicas e técnicas simples, ele passará mais tempo cortando peças e menos tempo trocando consumíveis.

O que acontece durante uma perfuração?

Quando a tocha dispara, uma faísca de alta tensão, combinada com uma quantidade limitada de corrente CC, produz um arco piloto na tocha. Este arco piloto se projeta da extremidade da tocha, em um arco branco-azulado estável, com comprimento entre 0,5 a 1 polegada. O arco piloto forma um caminho elétrico do catodo (o eletrodo na tocha) ao anodo (o material condutor sendo cortado). Se a tocha estiver dentro da distância de transferência, o arco se transferirá para o metal e começará a perfurar. Toda tocha tem uma distância máxima de transferência que é também sua altura máxima de perfuração. Se a tocha estiver mais alta que esta distância, o arco ficará no ar; se for mais baixa, ele se transferirá e começará a perfurar.

Etapas de uma perfuração

1ª etapa. O arco transferido aquece instantaneamente o metal ao ponto de fusão e começa a soprar o material derretido para fora. Na etapa inicial da operação de perfuração, o metal derretido é jateado na linha do eixo do ponto de perfuração sobre a parte superior da chapa em uma chuva de faíscas.

2ª etapa. Conforme o jato de plasma penetra mais profundamente no material, um orifício com fundo arredondado se forma. Este orifício começa a direcionar o spray de material derretido em direção à tocha. (Semelhante ao que acontece quando você coloca um copinho de dose sob o fluxo de água da torneira.) 

3ª etapa. Depois que o arco irrompe pela parte inferior da chapa, as faíscas e o material derretido são ejetados para fora do orifício perfurado. Quando a perfuração é concluída e o arco aumenta até sua potência total, a máquina inicia a movimentação e a tocha começa a cortar. Se a tocha se mover muito cedo, o arco pode não penetrar completamente o material. Se a tocha demorar muito a se mover, o arco continuará a remover material, alargando o orifício até este se extinguir. Veja a ilustração abaixo.

Problemas de perfuração:

Os problemas mais comuns na perfuração (arco duplo, pontes e extinção) ocorrem durante a segunda etapa da perfuração, quando uma fonte de metal derretido a 1.500 ºC é jateada de volta em direção à tocha. Em condições normais, a coluna do arco é controlada e direcionada por um vórtex espiralado de gás conforme passa do eletrodo, através do bico, para a chapa. Essa camada limitadora de gás evita que o arco entre em contato com o bico de cobre. Se o arco entrar em contato com o bico, ele o cortará, como faz com qualquer outro metal condutor.

Arco duplo é um termo usado para qualquer arco que ocorra de forma secundária em relação ao arco de corte/perfuração. O arco duplo ocorre quando a corrente flui do bico ou de outro trajeto condutivo para a chapa, além de fluir diretamente através da coluna do arco. Isso pode ocorrer devido a uma baixa vazão de gás de plasma, corrente excessiva ou um distúrbio grave no jato de plasma. Tal distúrbio acontece quando a tocha perfura muito próxima à chapa. O spray de metal eletricamente condutor perturba o jato de gás de plasma interrompendo o campo elétrico em torno do arco e fazendo com que a coluna do arco cresça. A teoria é que diversos trajetos de arco são desenvolvidos através desses pequenos pedaços de metal, puxando o arco para fora de seu trajeto axial simétrico. Se o arco for puxado para a parede lateral do bico, ele gera uma goivagem, incisão ou, às vezes, um chanfro simétrico ao longo do orifício de saída (floração). Danos ao bico provocam sérios problemas de qualidade de corte, como ângulo de chanfro excessivo, escória, falha ao penetrar o material etc.

A ponte é uma forma mais extrema de arco duplo. Ela ocorre se o material derretido se acumula em uma poça que entra em contato com a tocha e a chapa. Como a poça é eletricamente condutora, ela causa um curto-circuito na peça de trabalho. O arco encontra um trajeto de menor resistência até a chapa e segue esse trajeto. Isso normalmente causa uma falha catastrófica do bocal e danos ao bico. Mesmo os bocais de cobre eletricamente isolados mais avançados das atuais tochas a plasma não estão imunes a esse tipo de falha. Após o bocal estar em contato com uma bola de material derretido, ele estará no mesmo potencial elétrico da chapa, por isso, o arco conduzirá através do bocal, causando sua falha.

A extinção do gás de plasma é a forma mais extrema de arco duplo. A extinção ocorre quando a tocha começa a perfurar com o bico ou o bocal da tocha pressionado contra a chapa. Por exemplo, se o controle automático de altura da tocha encontrar sua altura inicial empurrando contra a chapa e a chapa estiver arqueada ou for fina demais para ser empurrada para baixo, a retração da tocha não ajustará a altura inicial correta. A tocha não conseguirá “limpar a chapa” porque a chapa acompanha a tocha de volta à sua configuração de altura inicial. Isso frequentemente ocorre em corte subaquático, quando o operador não consegue enxergar a extremidade frontal da tocha. A extinção do gás de plasma causa a formação descontrolada de um arco duplo na câmara de plasma. Isso causa uma falha catastrófica do eletrodo, do bico e do bocal.

Dicas e técnicas:

• Perfure alto e corte baixo: a dica prática é perfurar a uma altura entre 1,5 e 2 vezes a altura de corte ou na máxima distância de transferência. A perfuração alta evita o arco duplo, pontes e a extinção.
• Use uma perfuração de deformação: se seu CNC permitir, use uma perfuração de deformação. Esse recurso move lentamente a tocha durante a operação de perfuração, fazendo com que o rabo de galo de material derretido evite a extremidade frontal da tocha. (Imagine um copo de dose com o fluxo de água caindo em uma lateral, em vez de no centro).
• Não ajuste a altura de perfuração visualmente: Use o sensoriamento de altura inicial, se estiver disponível. A perfuração manual normalmente não é recomendada. Mesmo operadores experientes não têm os olhos calibrados perfeitamente.
• Não perfure além dos limites do sistema: A classificação nominal de perfuração normalmente é metade da classificação para corte
• Evite perfurar: sempre que possível, use corte de encadeamento ou início pela borda (por exemplo, a partir da borda de um furo puncionado) para reduzir o número de perfurações.

Técnicas especiais:

Operadores experientes às vezes usam dois truques especiais para perfurar chapas espessas.

ADVERTÊNCIA: não tente usar essas técnicas se não for um operador experiente em plasma e se não estiver familiarizado com a operação segura do sistema a plasma.

Disparo duplo: Esta técnica envolve “irromper” através da chapa em duas ou mais perfurações sucessivas, em vez de em apenas uma. A primeira perfuração estabelece um orifício com fundo arredondado mais ou menos na metade da chapa. Então, o operador move manualmente a tocha um pouco em direção à borda do orifício e perfura novamente. O segundo disparo “irrompe” pelo material. A cauda de galo de material derretido é desviada da tocha.

Perfuração com elevação: Essa técnica é uma operação de perfuração manual na qual a tocha é abaixada até a chapa com o arco piloto ativo. Assim que ocorre a transferência, o operador eleva a tocha (estirando o arco) até a altura de uma polegada sobre a chapa. Então, enquanto o jato de plasma passa através da chapa, o operador abaixa novamente a tocha para sua altura de corte normal. Isso é usado para proteger a tocha e o bocal. Mas não é bom para a vida útil do eletrodo ou do bico.