Usinagem a Arco Plasma Explicada: Partes, Processo e Aplicações

O que é Plasma?

O plasma é um dos quatro estados fundamentais da matéria, estudado sistematicamente pela primeira vez por Irving Langmuir na década de 1920. Consiste em um gás de íons, átomos ou moléculas que tiveram 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, o plasma é a forma mais abundante de matéria ordinária no universo. O plasma é principalmente associado a estrelas, incluindo nosso Sol, e se estende ao meio intracultural rarefeito e possivelmente a regiões intergalácticas.

O 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 a Arco Plasma?

A Usinagem a Arco 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. 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 5000 °C, ele começa 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 de plasma.

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

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

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

A usinagem a arco plasma é usada para cortar aços ligados, aço inoxidável, alumínio, níquel, cobre e ferro fundido.

Funcionamento da Usinagem a Arco Plasma

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

A temperatura do plasma excede 20.000°C e a velocidade pode se aproximar 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 a arco 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 bocal. Assim, o bocal da pistola de plasma atua como ânodo.

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

Isso significa que obtemos o estado de plasma que queríamos para a Usinagem a Arco Plasma. Agora, este plasma é direcionado para a peça 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.

Em todo o processo, condições de alta temperatura são necessárias. Como gases quentes saem do bocal, há chances de superaquecimento. Para evitar este superaquecimento, uma camisa de água é usada.

Componentes da Usinagem a Arco 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 bocal da pistola de plasma é conectado ao terminal positivo da fonte de alimentação CC. A mistura de gás requerida é fornecida à pistola. Um arco forte é produzido entre o ânodo e o cátodo.

Depois disso, há uma colisão entre o elétron do arco e as moléculas do gás e, devido a esta colisão, as moléculas do 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. Uma alta diferença de potencial é aplicada através do 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 bocal.

Uma camisa de água é usada para resfriar o bocal. O bocal é cercado por um jato de água.

4. Peça de Trabalho

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

Aplicações da Usinagem a Arco Plasma

• É usado para corte de aços ligados, aço inoxidável, ferro fundido, cobre, níquel, titânio, alumínio, e liga de cobre e níquel, etc.
• É usado para corte de perfil.
• É usado com sucesso para torneamento e fresamento de materiais difíceis de usinar.
• Pode ser usado para corte de pilhas, corte de formas, furação 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 a Arco Plasma

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

Desvantagens da Usinagem a Arco Plasma

• Produz uma superfície cônica (afilada).
• A 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.