Tecnologia do cortador a plasma

A combinação da qualidade de corte, produtividade, custo operacional e versatilidade fazem do corte a arco plasma o processo de corte industrial mais popular disponível hoje em dia.

O que é plasma?

O plasma é o quarto estado da matéria. Normalmente pensamos em três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. Para um elemento comum, como a água, estes três estados são: gelo, água e vapor.

A diferença entre esses três estados está ligada aos seus níveis de energia relativa. Quando adicionamos energia na forma de calor ao gelo, ele derrete e forma água, ao adicionar mais energia, a água evapora e vira vapor. Se você adicionar muito mais energia ao vapor – aquecendo-o a aproximadamente 11.700 °C (21.092° F) – o vapor se decompõe em vários gases componentes, tornando-se eletricamente condutor ou ionizado. Este gás ionizado de alta energia é chamado de plasma.

Durante a década de 1950, o plasma começou a ser reconhecido como um processo de corte térmico. As aplicações iniciais de corte a plasma eram limitadas, e os resultados de corte eram rudimentares. Em 1968, Dick Couch apresentou a injeção de água radial.  Esta tecnologia de bico patenteada constringiu o arco plasma, aumentando sua densidade de energia e melhorando o resfriamento, o que permitiu velocidades de corte mais rápidas, cortes de maior qualidade e a capacidade de cortar aço-carbono em velocidades cinco vezes mais rápidas do que o processo de oxicorte. Com aplicações ampliadas, velocidades de corte mais rápidas e ciclos de trabalho aprimorados, o plasma rapidamente começou a ganhar participação no mercado no lugar da tecnologia estabelecida de corte de metal, o oxicorte. 

O processo de corte a plasma continuou sendo aprimorado nas últimas cinco décadas, e hoje os fabricantes e metalúrgicos em todo o mundo escolhem o plasma em vez do oxicorte, pois:

1. O plasma corta todos os materiais condutores, incluindo aço-carbono e metais não ferrosos, enquanto o corte a oxicorte é limitado ao aço-carbono. 

2. O plasma corta tanto metais finos quanto espessos. Embora os dois processos possam, tecnicamente, cortar uma ampla gama de espessuras, não é muito prático cortar metais finos, ou lâminas metálicas, com oxicorte, pois ele mostra menos precisão, cria uma zona afetada pelo calor de maior tamanho, o que pode entortar o material, além de ser um processo muito mais lento. Por esse motivo, o oxicorte geralmente é usado em metais com mais de 50 mm (2 pol) de espessura.

3. O plasma é mais seguro que o oxicorte, pois esse último exige o uso de gás inflamável. 

4. O plasma é mais rápido. Em materiais de bitola, as velocidades de corte a plasma são 12 vezes mais rápidas do que as velocidades de oxicorte, e em materiais de até 1 pol, as velocidades de corte a plasma são duas vezes mais rápidas do que as de oxicorte. O plasma também tem como vantagem tempos de perfuração muito mais rápidos, o que pode afetar significativamente a produtividade do corte automatizado. 

5. Geralmente, a operação do plasma é mais barata. Ao contrário do oxicorte, com o plasma não é necessário reabastecer cilindros com tanta frequência. Por exemplo, com o corte de aço-carbono mais espesso, o plasma usa menos oxigênio e é mais rápido. 

6. O plasma gera cortes mais precisos. É possível conquistar uma qualidade de corte muito alta com os dois processos, se o operador do oxicorte for experiente. Contudo, o cortador a plasma gera cortes mais limpos e precisos com uma melhor angularidade, um kerf mais fino, uma zona afetada pelo calor reduzida e pouca ou nenhuma escória.

7. O plasma é mais fácil de usar. A capacidade de obter um bom resultado com uma tocha a oxicorte depende muito do operador. O oxicorte é uma forma de arte cuja técnica precisa de prática para ser aperfeiçoada, já que os operadores precisam ajustar e manter a química da chama, enquanto mantêm uma distância fixa da superfície que está sendo cortada. O plasma, por outro lado, é muito mais complacente, e sua operação pode ser rapidamente assimilada. Sistemas como os da linha de cortadores a plasma Powermax SYNC® da Hypertherm, com seus consumíveis de cartucho de peça única, são ainda mais fáceis de usar.

O que é o corte a plasma?

Uma máquina de corte a plasma, ou cortador a plasma, usa uma corrente de plasma para transferir energia para um material de trabalho condutor. A corrente de plasma é geralmente formada pressionando um gás como nitrogênio, oxigênio, argônio – ou até mesmo ar – em um bico estreito. Correntes elétricas produzidas por uma fonte de alimentação externa adicionam energia suficiente ao fluxo de gás para ionizá-lo, tornando-o um arco plasma. É por isso que o processo é comumente chamado de corte a arco plasma. O arco plasma corta a peça de trabalho derretendo-a primeiro, e depois removendo o metal fundido.

Qual a temperatura de um cortador a plasma?

O arco plasma gerado por um sistema de corte a plasma produz temperaturas próximas a 40.000 °F, portanto, sim, a temperatura do cortador a plasma é extremamente alta. Em comparação, a superfície do sol é de cerca de 10.000 °F.

Tipos de corte a plasma:

Corte a plasma manual

Devido à sua portabilidade, produtividade, desempenho e facilidade de uso, o plasma manual é a tecnologia de corte preferida para aço-carbono, aço inoxidável e alumínio em uma ampla gama de setores e aplicações (incluindo reparo de equipamentos pesados, aço estrutural, construção naval, DIY etc.). A maioria dos sistemas a plasma manuais consiste em uma fonte de alimentação baseada em inversor (como a maioria dos soldadores) que combina eletricidade e ar comprimido (ar como gás de plasma) para produzir um arco plasma gerado na extremidade da tocha manual. Os sistemas a plasma manuais precisam de eletricidade, seja de uma linha ou de um gerador, e ar comprimido de um compressor de ar ou de um cilindro.  

Corte a plasma mecanizado CNC

O corte a plasma mecanizado é um método automatizado para cortar aço-carbono e uma variedade de metais não ferrosos em ambientes de produção. O corte a plasma mecanizado geralmente inclui: 

• uma mesa de plasma (corrente de ar descendente/com base de água) que serve como uma estrutura para a peça de trabalho e mitigação de fumaça inicial

• a fonte de alimentação da tocha a plasma que produz a corrente elétrica necessária

• um misturador de gás e reguladores automatizados para controlar a vazão e pressões de gás

• um controlador CNC para fornecer sinais de partida/parada, velocidades de deslocamento e direção com base na leitura de um arquivo CAM

• um controlador de altura da tocha mecanizada para ajustar a tocha às alturas de corte e perfuração adequadas

• um sistema de trilho e pórtico de alta potência com uma série de acionadores para criar o movimento de corte

Corte a plasma robótico e 3D

Produtos de ponta e tecnologia avançada exigem equipamentos de fabricação avançados para dar conta das formas complexas, detalhes e qualidade que os mercados atuais exigem, em quantidades nunca vistas antes. Para fazer frente à maior complexidade e à crescente demanda, fabricantes de todos os setores estão recorrendo ao plasma robótico ou 3D como uma solução de corte para alguns de seus produtos mais complexos e de alta demanda, que exigem cortes de alta qualidade. Ao combinar um braço robótico industrial ou COBOT com um sistema de corte a plasma mecanizado, os fabricantes podem fazer cortes altamente detalhados em aço-carbono, aço inoxidável e alumínio em áreas de difícil acesso, eliminando a necessidade e o tempo gasto para mover a peça de trabalho, como seria o caso com sistemas de corte a plasma 2D ou XY. Em comparação com um sistema de corte a plasma padrão 2D ou XY, um sistema de corte a plasma 3D ou robótico geralmente tem uma tocha mais curta e mais estreita e cabos da tocha mais flexíveis, mas robustos, para possibilitar movimentos 3D rápidos. As aplicações de corte a plasma 3D ou robóticas também exigem barreiras de segurança adicionais. 

Software de corte a plasma

Para aplicações de corte mecanizado, o software de corte a plasma é usado para programar a máquina de corte. Em alguns casos, o software CNC pode ser usado para programar peças individuais ou pequenas execuções, mas a maioria dos fabricantes depende de software comumente chamado de software de agrupamento CAD/CAM, que oferece recursos e capacidades muito maiores.

Alguns tipos de software de agrupamento CAD/CAM para corte a plasma podem automaticamente controlar e definir praticamente todos os aspectos da operação de corte a plasma. Por exemplo, o ProNest^® da Hypertherm comporta parâmetros como corrente de arco, tensão, pré-fluxo de gás, configurações de fluxo de corte, velocidades de corte, alturas de corte, tipos de perfuração, alturas de perfuração e muito mais. Tudo isso tem como objetivo simplificar o trabalho do operador da máquina e aumentar a produtividade.

Outros recursos comumente encontrados no software de corte a plasma incluem:

• Evitação de colisões

• Corte de encadeamento

• Corte de ponte

• Corte em linha comum

• Corte multicabeçote

• Corte de esqueleto

Em alguns casos, o software pode ajudar a fornecer resultados otimizados, como:

• Melhor qualidade do orifício

• Configuração de chanfro simplificada

• Tempo de ciclo mais rápido

Aplicações e setores comuns

O corte a arco plasma é usado em sistemas manuais e mecanizados para cortar uma ampla gama de materiais condutores, incluindo aço-carbono (com diferentes porcentagens de carbono), aço inoxidável, alumínio, cobre, latão e outros metais.

Entre as aplicações de corte a plasma, estão:

Corte a plasma chanfrado

O corte chanfrado a plasma é o processo de corte de uma peça com uma borda que não é perpendicular ao topo da peça. Peças e canos de metal podem ser chanfrados com plasma como parte do processo de preparação da solda ou do processo de ajuste. Os chanfros a plasma podem ser cortados com diferentes ângulos e configurações, dependendo da finalidade do chanfro. 

Goivagem a plasma

Assim como o corte a plasma, a goivagem a plasma remove metal usando um arco plasma entre a tocha e a peça de trabalho. O metal da superfície é derretido e um jato de gás afasta o metal fundido da peça de trabalho sem a necessidade de perfuração ou separação. Todavia, na goivagem, consumíveis especialmente projetados produzem um arco levemente mais amplo, a tocha trabalha em ângulo e somente uma parte do material é retirada. A goivagem a plasma pode ser usada para reparos de soldas, preparação de soldas, remoção de revestimentos duros e reparo de equipamentos pesados. A goivagem a plasma é uma alternativa viável para fabricantes e fornecedores que buscam substituir a goivagem a arco de carbono. 

Corte de orifícios a plasma

Desde o seu lançamento inicial, a tecnologia True Hole® da Hypertherm se tornou referência para aqueles que precisam de furos prontos para parafusos de alta qualidade. Historicamente, os operadores de máquinas tinham dificuldade em obter furos de boa qualidade diretamente da mesa de corte a plasma, sendo a perfuração muitas vezes necessária como um processo secundário. A tecnologia True Hole — um processo patenteado para aço-carbono que praticamente elimina a conicidade do furo e melhora a circularidade — produz furos com qualidade significativamente melhor do que era possível anteriormente com o plasma.

Corte rente a plasma

O corte rente a plasma é uma aplicação normalmente usada para remover acessórios, saliências ou acessórios da superfície de um material de base plano, sem cortar ou danificar a superfície em geral. O corte rente com máquina a plasma manual é feito de forma eficiente usando consumíveis especiais que direcionam o arco plasma em um ângulo de 45° a partir da cabeça da tocha.

Corte de formas complexas a plasma

Ao cortar peças com detalhes complexos ou formas intrincadas, você precisa de processos capazes de produzir kerfs muito estreitos. O corte a plasma de formas complexas é conquistado por meio da tecnologia de consumíveis, software e controles de automação que permitem movimentos altamente controlados, controle do arco plasma e um arco plasma estreito, mas denso, que cria kerf mínimo. Os consumíveis FineCut® para Powermax produzem um kerf mais estreito com um arco mais rígido, ideal para o corte de materiais mais finos (4 mm ou 3/16 pol ou menos) a 40 A ou abaixo, tornando-os ideais para aplicações de lâmina metálica. 

Corte de sucata e esqueleto com plasma

O corte e a remoção de restos de uma chapa de metal, ou o “esqueleto”, após o corte mecanizado, geralmente são processos lentos e trabalhosos. Esses processos também podem representar muitos riscos de segurança para o operador, incluindo o manuseio de peças pesadas e complicadas, com bordas afiadas. Praticamente todas as operações de corte em mesas de CNC de oxicorte podem se beneficiar da remoção do esqueleto a plasma. Os benefícios do corte de esqueleto com plasma incluem: 

• A produtividade aumenta em até 75% ou mais (os cálculos se baseiam em uma espessura de 12 mm [1/2 pol] de aço-carbono e em dados padrão do setor).

• O corte e a descarga mais rápidos do esqueleto se traduzem em maior tempo de utilização da mesa de CNC e maior produção.

• Redução do tempo de treinamento: certificação do operador em 4 horas vs. até 40 horas, no caso do oxicorte.

• As tochas longas Duramax e Duramax Hyamp da Hypertherm permitem que os operadores fiquem em pé ao lado da mesa de plasma com uma postura natural, evitando problemas ergonômicos e minimizando o risco de queda.

Priorizar o plasma em vez do oxicorte torna o local de trabalho mais seguro por eliminar os cilindros de gás, que podem ser difíceis e perigosos de manusear.

Marcação a plasma

Normalmente, os fabricantes e produtores marcam o metal para indicar linhas de curvatura ou marcações, e incluem informações técnicas precisas às peças, como códigos do produto e códigos de barra. De modo geral, esse trabalho é feito manualmente, com um martelo e perfurador, pó ou tinta, pedra-sabão, máquinas manuais de gravação, ou como uma etapa integrada do processo em uma mesa de corte mecanizado a oxicorte ou plasma. Ao reduzir a corrente e selecionar ar comprimido, argônio ou F5 como gás de plasma, os proprietários de máquinas de plasma podem produzir uma variedade de marcas com seu atual sistema de corte.  

Setores e mercados do plasma:

Agricultura e pecuária

Entre as aplicações de plasma para agricultura e pecuária, estão:

• Fabricação de equipamentos agrícolas

• Reparo de equipamentos agrícolas

• Reparo de cercas de metal

Construção naval

Entre as aplicações a plasma na construção naval, estão:

• Processamento de chapas pesadas

• Retrogoivagem para preparação de solda

• Remoção de olhal com corte rente

Mineração

Entre as aplicações de plasma para mineração, estão:

• Fabricação de equipamentos de mineração

• Reparo de equipamentos de mineração

• Goivagem de revestimento duro

Energia

Entre as aplicações de plasma para o setor de energia, estão:

• Construção e manutenção de dutos

• Reparo e manutenção de refinarias

• Fabricação de equipamento petrolífero

• Fabricação de reservatórios pressurizados

HVAC e fabricação mecânica

Entre as aplicações de plasma para HVAC e fabricação mecânica, estão:

• Fabricação de lâmina metálica

• Instalação e aparagem

Centros de serviços em aço

Entre as aplicações de plasma para centros de serviço em aço, estão:

• Corte de chapas espessas

• Corte de chapas finas

• Variedade de materiais e flexibilidade de aplicações

• Aplicações com produtividade SureCut

Equipamento de construção

Entre as aplicações de plasma para equipamentos de construção, estão:

• Fabricação de veículos de construção

• Reparo de veículos de construção

• Reparo de implementos e caçambas

• Reparo e remoção de solda

Restauração automotiva

Entre as aplicações de plasma para restauração automotiva, estão:

• Fabricação de peças personalizadas

• Remoção de ponto de solda

• Remoção de parafusos

• Aplicações de chassi e exaustão

Trabalho artístico, placas e ornamentação

Entre as aplicações a plasma para trabalhos artísticos, sinalizações e ornamentação, estão:

• Mesas pequenas de plasma com CNC

• Consumíveis FineCut para kerf mais estreito

Tubos e tubulações

Entre as aplicações de plasma para tubos e dutos, estão:

• Reparo e construção de dutos

• Ajustes

• Chanfro de tubos

• Corte de tubos

• Cortadores em linha

Construção geral

Entre as aplicações de plasma para construção em geral, estão:

• Construção de estruturas em aço

• Estruturas em aço estrutural

• Remoção de parafusos

Fabricação em geral e oficinas

Entre as aplicações de plasma para fabricação e oficinas, estão:

• Função CAD/CAM do ProNest

• Corte automatizado com Powermax

• Corte automatizado com a tecnologia XPR

• Corte de alta definição