Usinagem por Arco de Plasma Explicada: Componentes, Operação e Aplicações

O que é Plasma?

Plasma é um dos quatro estados fundamentais da matéria, estudado sistematicamente pela primeira vez por Irving Langmuir nos anos 1920. Consiste em um gás de íons, átomos ou moléculas que têm um ou mais elétrons orbitais removidos (ou, raramente, um elétron extra anexado), e elétrons livres.

Excluindo matéria escura e a ainda mais elusiva energia escura, plasma é a forma mais abundante de matéria ordinária no universo. Plasma é principalmente associado a estrelas, incluindo nosso Sol, e estendendo-se ao meio intracultural rarefeito e possivelmente a regiões intergalácticas.

Plasma pode ser gerado artificialmente aquecendo um gás neutro ou submetendo-o a um forte campo eletromagnético. A presença de partículas carregadas livres torna o plasma eletricamente condutivo, com a dinâmica de partículas individuais e movimento macroscópico do plasma governados por campos eletromagnéticos coletivos e muito sensíveis a campos aplicados externamente.

A resposta do plasma a campos eletromagnéticos é usada em muitos dispositivos tecnológicos modernos, como televisores de plasma ou gravação a plasma.

O que é Usinagem por Arco de Plasma?

Usinagem por Arco de Plasma é usada para remover material da peça de trabalho. Neste processo, um jato de alta velocidade de gás de alta temperatura é usado para derreter e remover material da peça de trabalho. Esta alta velocidade de gás quente também é conhecida como jato de plasma.

Quando um gás ou ar é aquecido a uma temperatura superior a 5.000 °C, então começará a se ionizar em íons positivos, íons negativos e íons neutros. Quando o gás ou ar é ionizado, sua temperatura atinge de 11.000 °C a 28.000 °C e este gás ionizado é chamado plasma.

O gás ou ar é aquecido com arco e o plasma produzido pelo aquecimento do gás é usado para remover material da peça de trabalho. Então, todo o processo é chamado Usinagem por Arco de Plasma.

Neste processo, uma alta velocidade de ar de alta temperatura é usada para remover material da peça de trabalho derretendo-o.

O gás usado na usinagem por arco de plasma é escolhido de acordo com o metal que é usado como peça de trabalho.

A usinagem por arco de plasma é usada para cortar aços de liga, aço inoxidável, alumínio, níquel, cobre e ferro fundido.

Funcionamento da Usinagem por Arco de Plasma

O princípio básico é que o arco formado entre o eletrodo e a peça de trabalho é constrito por um orifício fino, bico de cobre. Isso aumenta a temperatura e velocidade do plasma emanando do bico.

A temperatura do plasma excede 20.000°C e a velocidade pode aproximar-se da velocidade do som. Quando usado para corte, o fluxo de gás de plasma é aumentado para que o jato de plasma profundamente penetrante corte através do material e o material fundido é removido no fluxo de plasma de exaustão.

A usinagem por arco de plasma consiste em uma pistola de plasma. A pistola de plasma tem um eletrodo feito de tungstênio situado na câmara. Aqui, este eletrodo de tungstênio é conectado ao terminal negativo da fonte de alimentação CC. Assim, o tungstênio atua como cátodo.

Enquanto o terminal positivo da fonte de alimentação CC é conectado ao bico. Assim, o bico da pistola de plasma atua como ânodo.

À medida que damos alimentação ao sistema, um arco elétrico desenvolve-se entre o eletrodo de tungstênio catódico e um bico anódico. À medida que o gás entra em contato com o plasma, há uma colisão entre os átomos de gás e elétrons de um arco elétrico e como resultado, obtemos um gás ionizado.

Isso significa que obtemos o estado de plasma que queríamos para usinagem por arco de plasma. Agora, este plasma é direcionado para a peça de trabalho com alta velocidade e o processo de usinagem começa. Uma coisa a notar é que uma alta diferença de potencial é aplicada para obter o estado de plasma.

No processo todo, condições de alta temperatura são necessárias. Como gases quentes saem do bico, há chances de superaquecimento. Para prevenir este superaquecimento, uma jaqueta de água é usada.

Componentes da Usinagem por Arco de Plasma

1. Pistola de Plasma

Diferentes gases como nitrogênio, hidrogênio, argônio ou uma mistura destes gases são usados para criar plasma. Esta pistola de plasma tem uma câmara que tem um eletrodo de tungstênio. Este eletrodo de tungstênio é conectado ao terminal negativo e o bico da pistola de plasma é conectado ao terminal positivo da fonte de alimentação CC. A mistura de gás requerida é fornecida à pistola. Um forte arco é produzido entre o ânodo e o cátodo.

Após isso, há uma colisão entre o elétron do arco e as moléculas do gás e devido a esta colisão, as moléculas de gás são ionizadas e calor é gerado.

2. Fonte de Alimentação

Fonte de Alimentação CC é usada para desenvolver dois terminais na pistola de plasma. Alta diferença de potencial é aplicada através de cátodo e ânodo para que o arco produzido seja forte e capaz de ionizar a mistura de gás e convertê-la em plasma.

3. Mecanismo de Resfriamento

Um mecanismo de resfriamento é adicionado à pistola de plasma pois calor é produzido nela à medida que gases quentes passam continuamente para fora do bico.

Uma jaqueta de água é usada para resfriar o bico. O bico é cercado por um jato de água.

4. Peça de Trabalho

Diferentes materiais podem ser trabalhados usando esta usinagem por arco de plasma. Diferentes metais como alumínio, magnésio, carbono, aço inoxidável e aços de liga podem ser trabalhados usando este processo.

Aplicações da Usinagem por Arco de Plasma

• É usada para cortar aços de liga, aço inoxidável, ferro fundido, cobre, níquel, titânio, alumínio e liga de cobre e níquel, etc.
• É usada para corte de perfil.
• É usada com sucesso para torneamento e fresamento de materiais difíceis de usinar.
• Pode ser usada para corte de pilha, corte de forma, perfuração e corte subaquático.
• Pulverização de filme fino uniforme de materiais refratários em diferentes metais, plásticos, cerâmicas também é feita por arcos de plasma.

Vantagens da Usinagem por Arco de Plasma

• Pode ser usada para cortar qualquer metal.
• A taxa de corte é alta.
• Comparado ao processo de corte a chama comum, pode cortar aço carbono comum quatro vezes mais rápido.
• É usada para desbaste de materiais muito difíceis.
• Devido à alta velocidade de corte, a deformação de chapa metálica é reduzida enquanto a largura do corte é mínima e a qualidade da superfície é alta.

Desvantagens da Usinagem por Arco de Plasma

• Produz uma superfície cônica (tapered).
• Proteção contra ruído é necessária.
• O custo do equipamento é alto.
• Proteção dos olhos é necessária para o operador e pessoas trabalhando em áreas próximas.
• Oxidação e formação de carepa ocorrem. Então, requer proteção (shielding).
• A superfície de trabalho pode sofrer alterações metalúrgicas.