O plasma é um elemento importante na soldagem por arco plasma.Costuma-se pensar normalmente em três estados da matéria: o sólido, o líquido e o gasoso. O elemento mais conhecido, a água, tem três estados físicos: o gelo, a água e o vapor; a diferença básica entre estes três estados é o nível de energia em que eles se encontram. Quando se adiciona energia sob forma de calor ao gelo, este transforma-se em água, que sendo submetida a mais calor, vaporizará. Se mais energia for adicionada, algumas de suas propriedades, tais como temperatura e características elétricas, serão modificadas substancialmente. Este processo é chamado de ionização, ou seja a criação de elétrons livres e íons entre os átomos do gás. Quando isto acontece,o gás torna-se um plasma eletricamente condutor, isto é, os elétrons livres transmitem corrente elétrica.
o plasma é considerado o quarto estado da matéria
Alguns dos princípios aplicados à condução da corrente através de um condutor metálico também são aplicados ao plasma. Por exemplo, quando a secção de um condutor metálico submetido a uma corrente elétrica é reduzida, a resistência aumenta e torna-se necessário aumentar a tensão para obter o mesmo número de elétrons atravessando esta secção; em consequência, a temperatura do metal aumenta. O mesmo fato pode ser observado no plasma: quanto mais reduzida for a secção, tanto maior será a temperatura.
O processo por arco plasma apresenta dois tipos de arco: transferido e não transferido.
arco transferido
O sistema de arco transferido é o mais comum. Após a abertura do arco piloto entre o eletrodo e o bocal, o arco flui do eletrodo para a peça, transferindo-se por aproximação; quando a tocha é afastada da peça, o arco se extingue. No caso de correntes acima de 100 ampères, o arco é iniciado com auxílio de uma corrente de alta freqüência e elevada tensão.
arco não transferido
No sistema por arco não transferido, o arco é estabelecido entre o eletrodo e o bocal constritor e intensificado pelo calor do plasma. O jato plasma emergente é utilizado principalmente para corte de materiais não metálicos não condutores e revestimentos por aspersão de pós fundidos metálicos ou cerâmicos. No caso de correntes abaixo de 100 ampères, o sistema utiliza duas fontes de energia, uma pequena para a abertura do arco piloto e a outra para fornecer a corrente de soldagem. A fonte auxiliar conecta o eletrodo com o bocal. Na partida, o eletrodo é avançado manualmente até tocar no bocal, em seguida é retraído, de forma a romper o arco piloto. O arco ioniza o gás e forma o plasma que permite o fluxo da corrente de soldagem.
Uma comparação entre os sistemas de arco transferido e arco não transferido pode ser visualizada em uma ilustração.
fusão
A soldagem por arco plasma é feita por meio de duas técnicas de trabalho, que são a fusão e a técnica chamada “keyhole”.
A soldagem por fusão, semelhante a outros processos a arco, é geralmente empregada na soldagem manual com um ou mais passes, com correntes de soldagem baixas e fluxo de gás também baixo. É possível adicionar metal de adição à poça de fusão, sob forma de vareta.
“key hole”
Na técnica “keyhole”, o jato de plasma faz um pequeno furo na região da junta; este furo é estendido com o movimento da tocha e, durante o deslocamento, o metal fundido pelo arco se movimenta em tomo do plasma, formando a poça de fusão; esta fecha o furo na região e se solidifica, soldando a junta. Enquanto na soldagem TIG o limite para a penetração total numa junta de topo paralela é normalmente de 3,5mm, a técnica “keyhole”, permite unir chapas de até 8mm de espessura.
preparação da junta
Na soldagem plasma “keyhole”, a preparação das juntas é decisiva para o resultado da soldagem. As juntas de topo podem ser ajustadas para executar soldas sem metal de adição. Com ajustes pouco precisos, trabalha-se com arame de adição; neste caso, a preparação dos chanfros pode prever uma altura maior do nariz, de modo a reduzir o volume de metal de adição. A técnica “keyhole” é aplicada na fabricação de tubos com soldas longitudinais e em espiral de fitas e canos pré-dobrados com solda longitudinal.
As vantagens desta técnica são maiores velocidades de soldagem, com 35% menos de aporte de calor, e a possibilidade de unir chapas de até 8mm sem a necessidade de preparação de chanfros.
Parâmetros de soldagem
Os parâmetros de soldagem por arco plasma considerados são os tipos de corrente, comprimento e tensão do arco, vazão do plasma e “stick-out”.
A corrente utilizada é a contínua, com polaridade direta; porém, na soldagem de alumínio usa-se a polaridade inversa, que, embora cause uma certa instabilidade de arco, permite o efeito de limpeza do alumínio.
A soldagem a arco plasma trabalha com correntes baixas e devido a sua grande estabilidade, pode ser utilizada na soldagem de peças com espessura inferior a 1 mm com correntes de 0,1 a 20A; este tipo de soldagem é chamado microplasma.
Embora as correntes geralmente utilizadas sejam baixas, é possível, também, usar correntes elevadas, pois o processo admite a utilização de correntes de até 500A. De uma forma arbitrária, costuma-se determinar a marca de 100A como o limite de baixas correntes e, acima desse valor ficam as chamadas altas correntes.
comprimento e tensão do arco
O fato de o arco constritor ter uma forma cilíndrica faz com que o comprimento sofra variações, o que permite a utilização de comprimento de arco mais elevado do que na soldagem TIG. A tensão do arco é menos sensível à variação do comprimento do arco e garante maior estabilidade dos parâmetros.
orifício constritor
O diâmetro do orifício constritor tem influência direta sobre a intensidade e a concentração do arco. As tochas para soldagem geralmente apresentam orifício maior que as tochas de corte. O orifício deve ser selecionado de acordo com a espessura das peças a soldar e é tanto maior quanto maior for a espessura das peças. O número de orifícios e a distribuição deles também influencia a distribuição de calor e a geometria do cordão.
A vazão do plasma é diretamente responsável pela penetração do cordão de solda; desse modo, um ajuste criterioso da vazão é fundamental para um bom resultado, principalmente quando se usa a técnica “keyhole”.
stick-out
O “stick-out” não influencia muito a geometria do cordão, pois o arco plasma tende a ser cilíndrico e não cônico; geralmente o “stick-out” é maior na soldagem por plasma, o que permite melhor visibilidade durante o trabalho.
Consumíveis
Os consumíveis utilizados na soldagem por arco plasma são: metal de adição, gás de proteção e eletrodo. O eletrodo é tratado como consumível porque também se desgasta com o tempo, embora seja de tungstênio.
Em soldagem por arco plasma pode-se utilizar o mesmo tipo de gás, tanto para a formação do plasma quanto para a proteção adicional da poça de fusão.
metal de adição
A maioria das soldagens pelo processo com arco plasma não requer metal de adição devido à concentração de calor e à facilidade de fusão das partes; porém, em alguns casos é possível adicionar metais, dependendo do tipo de soldagem desejada. O metal de adição apresenta-se na forma de vareta ou arame enrolado em bobinas.
gás de proteção
O gás de proteção depende do tipo e da espessura do metal de base a ser soldado. Exemplos de seleção em função do material e do sistema de soldagem utilizado e da espessura da chapa, são mostrados no quadro.
eletrodo
O eletrodo utilizado no processo por arco plasma é de tungstênio com adição de tório ou zircônio, usado com corrente alternada.Para cortes em alta velocidade tem-se utilizado um eletrodo de tungstênio com adição de óxido de lantânio, de vida mais longa que os anteriores. O eletrodo deve ter uma ponta absolutamente simétrica e concêntrica ao eletrodo, com um ângulo que varia entre 40 e 60 graus.
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