13-PAW

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16/02/2011
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Soldagem e Corte a Plasma
or
te
 a
 P
la
sm
a •Fundamentos
•Equipamentos
•Consumíveis
•Técnica operatória
A li õ I d t i i
So
ld
ag
em
 e
 C
o •Aplicações Industriais
Fundamentos
A soldagem a arco plasma (Plasma Arc
W ddi PAW) é d
or
te
 a
 P
la
sm
a
Wedding – PAW) é um processo que produz
união por fusão das partes a serem unidas
através de um arco elétrico estabelecido
entre um eletrodo de tungstênio, não
consumível, e a peça ou um bocal constritor.
O arco plasma é restringido por um bocal
So
ld
ag
em
 e
 C
o O arco plasma é restringido por um bocal
constritor que limita seu diâmetro e
aumenta consideravelmente a intensidade da
fonte de calor.
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2
Fundamentos
São utilizados dois fluxos de gases, iguais ou
d f d
or
te
 a
 P
la
sm
a
diferentes. O primeiro, inerte, circunda o
eletrodo e sai por um orifício no bocal
constritor, chamado gás de plasma. O
segundo fluxo serve para proteção e passa
por um bocal externo, concêntrico ao bocal
constritor e pode ser inerte ou uma mistura
So
ld
ag
em
 e
 C
o constritor e pode ser inerte ou uma mistura
de gases.
Fundamentos
or
te
 a
 P
la
sm
a
So
ld
ag
em
 e
 C
o
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Fundamentos
Variações básicas:
- arco transferido (entre eletrodo e peça) e
or
te
 a
 P
la
sm
a
p
- arco não transferido (entre o eletrodo e
bocal constritor).
Não Transferido: calor necessário para a
fusão é transmitido somente pelo gás, usado
na união de materiais não metálicos e quando
se deseja minimizar a energia de soldagem
So
ld
ag
em
 e
 C
o se deseja minimizar a energia de soldagem.
Transferido: mais usado na soldagem de
peças condutoras (melhor eficiência).
Manual ou mecanizada, em qualquer posição.
Fundamentos
or
te
 a
 P
la
sm
a
So
ld
ag
em
 e
 C
o
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Fundamentos
Arco bastante estável, de alta intensidade,
pouca influência da distância tocha-peça.
or
te
 a
 P
la
sm
a
p p ç
Microplasma: corrente de soldagem de uns
poucos Ampères e tocha apropriada, soldagem
de peças de espessura muito pequena,
inferior a 1 mm, devido à grande estabilidade
e excelente controle da fonte de calor.
So
ld
ag
em
 e
 C
o e excelente controle da fonte de calor.
Aplicável à maioria dos metais e a muitos
materiais não metálicos, custo relativamente
elevado que pode, às vezes, inviabilizar seu
uso em algumas aplicações.
Equipamentos
Equipamento mais complexo que os usados
d d
or
te
 a
 P
la
sm
a
em outros processos, exige cuidados
especiais e manutenção mais difícil.
Conjunto básico: fonte de energia, sistema
para abertura do arco, tocha, fontes de
gases e sistema de controle
So
ld
ag
em
 e
 C
o gases e sistema de controle.
Diversos dispositivos auxiliares podem ser
usados na soldagem mecanizada.
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Equipamentos
Fonte de energia tipo corrente constante,
c ntínu u puls d c p cid d nt 100
or
te
 a
 P
la
sm
a
contínua ou pulsada, capacidade entre 100 e
500 A. Para microplasma, corrente a partir
de 0,1 a algumas dezenas de Ampères.
Ajuste de corrente com grande precisão.
Tensões de arco mais elevadas que nos
So
ld
ag
em
 e
 C
o q
processos convencionais (fontes específicas).
Fontes convencionais ligadas em série podem
ser usadas em situações especiais.
Equipamentos
or
te
 a
 P
la
sm
a
So
ld
ag
em
 e
 C
o
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6
Equipamentos
or
te
 a
 P
la
sm
a
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Equipamentos
Abertura de arco: ignitor de alta freqüência
ou arco piloto (fonte auxiliar).
or
te
 a
 P
la
sm
a Tochas: suporta o eletrodo, fornece gas de
plasma e de proteção e faz a constrição do
arco (bocal), além de permitir o manuseio e a
utilização segura pelo soldador.
Refrigeradas a água (às vezes água
So
ld
ag
em
 e
 C
o Refrigeradas a água (às vezes, água
desmineralizada ou filtrada). Tochas para
soldagem mecanizada - alta capacidade. Tochas
para soldagem manual têm menor capacidade,
(menor peso, para facilitar a operação.)
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Equipamentos
or
te
 a
 P
la
sm
a
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Equipamentos
Bocal constritor com um ou mais orifícios de
saída (em linha em círculos e outras formas
or
te
 a
 P
la
sm
a
saída (em linha, em círculos e outras formas
geométricas). Orifício central ladeado por
dois outros orifícios de menor diâmetro, ¼ do
orifício central, em linha, dando uma forma
alongada ou ovalada ao arco, é o mais usado
(grandes velocidades de soldagem, grande
So
ld
ag
em
 e
 C
o (g g , g
produtividade e soldas com zona
termicamente afetada relativamente
estreita).
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Equipamentos
Algumas tochas permitem a troca do bocal
constritor. Tocha para soldagem manual tem
or
te
 a
 P
la
sm
a
p g
apenas um orifício central.
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Equipamentos
Fontes de gases: cilindros do gás de plasma e
de proteção, reguladores de pressão e de
or
te
 a
 P
la
sm
a
vazão e mangueiras.
Controle da vazão do gás de plasma - precisão
relativamente alta (importante variável do
processo).
Si t d t l j t d iá i
So
ld
ag
em
 e
 C
o Sistema de controle: ajuste das variáveis
operacionais, acionamento dos equipamentos e
dispositivos auxiliares, unidade única ou
disperso nos vários equipamentos.
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Equipamentos
Dispositivos auxiliares: similares aos usados na
soldagem TIG, (alimentação de arame,
or
te
 a
 P
la
sm
a
movimento, oscilação do arco etc.).
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Consumíveis
Consumíveis: gas de plasma e de proteção e
or
te
 a
 P
la
sm
a
metais de adição. Os eletrodos de tungstênio,
apesar de não consumíveis, se desgastam
durante o processo.
Gás de plasma: inerte com relação ao eletrodo
e partes da tocha (Ar, He, Ni e misturas
So
ld
ag
em
 e
 C
o p ( , , m
destes. H pode ser adicionado para facilitar
a abertura do arco e pode ser interrompida
depois de iniciado o arco.
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Consumíveis
Argônio é o gás de plasma mais usado (baixo
potencial de ionização). Normalmente é usado
or
te
 a
 P
la
sm
a
na soldagem de aços carbono, aços de alta
resistência e metais reativos como o titânio e
o zircônio.
Melhores resultados em certos casos –
misturas Ar-H ou Ar-He. A quantidade de
So
ld
ag
em
 e
 C
o q
hidrogênio numa mistura é dependerá do metal
de base a ser soldado. Misturas argônio-hélio
resultam em maior potência gerada no arco,
para uma mesma corrente de soldagem.
Consumíveis
or
te
 a
 P
la
sm
a
A soldagem com hélio puro aumenta a potência
do arco, permitindo operar com maiores
velocidades Æ maior desgaste das tochas e
redução de sua vida útil.
So
ld
ag
em
 e
 C
o
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Consumíveis
Gases usuais na soldagem plasma com alta corrente
Material Espessura Técnica de soldagem
or
te
 a
 P
la
sm
a
Material Espessura
(mm)
Técnica de soldagem
“Keyhole” Fusão
Aço Carbono
Aço de baixa 
liga
Aço inoxidável
< 3,2
> 3,2
< 3,2
> 3,2
< 3,2
> 3,2
Ar
Ar
Ar
Ar
92,5% Ar, 7,5% H2
95% Ar, 5% H2
Ar
75% He, 25% Ar
Ar
75% He, 25% Ar
Ar
75% He, 25% Ar
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Cobre
Ligas de níquel
Metais reativos
,
< 2,4
> 2,4
< 3,2
> 3,2
< 6,4
> 6,4
, 2
Ar
Não recomendada
92,5% Ar, 7,5% H2
95% Ar, 5% H2
Ar
Ar-He (50-75% He)
,
75% He, 25% Ar
He
Ar
75% He, 25% Ar
Ar
75% He, 25% Ar
Consumíveis
Soldagem com alta corrente - mesmo gás para
plasma e para proteção. Soldagem com baixa
or
te
 a
 P
la
sm
a
p m p p ç g m m
corrente - gás de proteção pode ser
diferente, CO2 muito usado (baixo custo).
Metais de adição: mesmos usados na soldagem
TIG e MIG/MAG, fornecidos na forma de
varetas (soldagem manual) e de fios enrolados
So
ld
ag
em
 e
 C
o varetas (soldagem manual) e de fios enrolados
em bobinas (soldagem mecanizada).
Composição química (grande variedade de
metais disponíveis) similar à do metal base.
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Consumíveis
Eletrodos de tungstênio - mesmos usados na
soldagem TIG, tungstênio puro ou ligado. W
puro usados em corrente alternada e têm
or
te
 a
 P
la
sm
a
puro usados em corrente alternada e têm
menor capacidade de condução. Eletrodos
dopados (com adições de óxidos) são usados em
corrente contínuae/ou alternada e possuem
maior capacidade de condução e durabilidade.
Sã l t t d (â l t 20
So
ld
ag
em
 e
 C
o São normalmente apontados (ângulo entre 20 e
60o). Ponta aguda ou tronco-cônica, com
diâmetro de aproximadamente 0,8mm, para
eletrodos de diâmetro de 3,2 ou 4,0mm. Ponta
deve ser simétrica e concêntrica.
Técnica Operatória
Duas técnicas:
- fusão (similar aos outros processos a arco),
- “keyhole” ou furo
or
te
 a
 P
la
sm
a
keyhole ou furo.
Fusão: soldagem manual, com fluxo de gás de
plasma e corrente de soldagem mais baixos, .
Vareta de metal de adição, adicionada à poça de
fusão, um ou mais passes.
“Keyhole”: certa faixa de espessura de metal
So
ld
ag
em
 e
 C
o Keyhole : certa faixa de espessura de metal
de base, combinações especiais de fluxo de gás
de plasma, corrente e velocidade de soldagem,
produzindo uma poça de fusão relativamente
pequena e que penetra totalmente no metal
base.
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Técnica Operatória
“Keyhole”: jato de plasma produz um pequeno
furo na região da junta, levado adiante com o
or
te
 a
 P
la
sm
a
g j ,
movimento da tocha de soldagem. Com o
deslocamento o metal fundido é forçado a se
deslocar em torno do jato de plasma,
formando a poça de fusão atrás deste, que se
solidifica e fecha o furo, consolidando a junta
ld d N i i d ã é d
So
ld
ag
em
 e
 C
o soldada. Na maioria das vezes não é usado
metal de adição. Esta técnica permite a
soldagem com penetração total, em passe
único.
Técnica Operatória
A soldagem plasma com a técnica “keyhole”
or
te
 a
 P
la
sm
a
A soldagem plasma com a técnica keyhole
opera no limite entre a soldagem e o corte e
só é usada na soldagem mecanizada.
Principais variáveis: corrente de soldagem,
diâmetro do orifício do bocal constritor,
So
ld
ag
em
 e
 C
o diâmetro do orifício do bocal constritor,
vazão de gás de plasma e a velocidade de
soldagem ou deslocamento.
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Técnica Operatória
Influência da corrente de soldagem na
geometria do cordão de solda: similar ao que
or
te
 a
 P
la
sm
a
g m m q
acontece nos outros processos de soldagem a
arco e seu ajuste deve levar em conta a vazão
de gás de plasma.
Corrente mais usada: CC-. CC+ pode ser usada
em situações especiais na soldagem de titânio
So
ld
ag
em
 e
 C
o em situações especiais, na soldagem de titânio
e zircônio.
Outros: CA com estabilização por AF (Al) e
pulsada CC ou CA.
Técnica Operatória
Diâmetro do orifício: influi diretamente na
or
te
 a
 P
la
sm
a
concentração do arco e na sua intensidade.
Tochas para soldagem possuem maiores
orifícios que tochas para corte. O diâmetro
é escolhido em função da espessura das
peças a unir e aumenta com o aumento
destas O número de orifícios e a
So
ld
ag
em
 e
 C
o destas. O número de orifícios e a
distribuição destes também influencia a
distribuição de calor e a geometria do
cordão de solda.
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Técnica Operatória
Velocidade de soldagem: efeito similar ao que
ocorre nos outros processos de soldagem a
or
te
 a
 P
la
sm
a
ocorre nos outros processos de soldagem a
arco.
Tensão de soldagem: não é regulada
diretamente no equipamento (determinada
pelos outros parâmetros operacionais), influi
apenas na escolha da fonte de soldagem Na
So
ld
ag
em
 e
 C
o apenas na escolha da fonte de soldagem. Na
soldagem plasma a arco não transferido a
tensão de operação do arco é pouco
influenciada pelo “stand-off”.
Técnica Operatória
Soldagem plasma, arco cilíndrico e não cônico
Æ distância da tocha à peça tem pouca
or
te
 a
 P
la
sm
a
p ç p
influência na geometria do cordão.
De modo geral, a distância tocha-peça é maior
que na soldagem TIG, permitindo melhor
visibilidade e facilitando a operação.
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Seqüência de operação similar à usada na
soldagem TIG ou com ligeiras modificações
(tipo de equipamento usado, particularmente
do tipo de iniciação do arco).
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Aplicações Industriais
Soldagem em qualquer posição, com
velocidade elevada, menor energia de
or
te
 a
 P
la
sm
a
soldagem e maior razão penetração/largura
do cordão, vantagens significativas na
soldagem de materiais de baixa soldabilidade
ou aplicações em que se deseja uma alta
produtividade ou maior precisão dimensional
da peça soldada (costura de tubos de parede
So
ld
ag
em
 e
 C
o da peça soldada (costura de tubos de parede
fina de Al, Ti ou aço inoxidável e soldagem em
passe único, sem metal de adição, até
espessuras em torno de 12mm).
Aplicações Industriais
or
te
 a
 P
la
sm
a A alta estabilidade do arco permite o uso de
intensidade de corrente muito baixa,
adequada para soldagem de peças de pequena
espessura, difíceis ou mesmo impossíveis de
serem soldadas por outro processo a arco
So
ld
ag
em
 e
 C
o p p
(microplasma).
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Corte a Plasma
Princípio de funcionamento do corte é o mesmo
da soldagem a plasma (1955); substituição a
t t d ã f
or
te
 a
 P
la
sm
a
outros processos no corte de não-ferrosos e
aços inoxidáveis; o jato de plasma funde e
expulsa o metal de base com grande eficiência,
resultando em uma superfície com excelente
acabamento, precisão dimensional, pouca ou
nenhuma distorção e pequena ZTA
So
ld
ag
em
 e
 C
o nenhuma distorção e pequena ZTA.
Operação pode ser manual ou mecanizada, com
velocidade elevada, em linha reta ou em curva;
e pode ser iniciado em qualquer ponto da peça.
Corte a Plasma
Variações do processo podem ser usadas para
melhorar a qualidade do corte em uma dada
it ã A li á l t d
or
te
 a
 P
la
sm
a
situação. Aplicável no corte de peças com
espessura entre 3 e 40 mm aproximadamente.
Processo com duplo fluxo de gás: (nitrogênio
como gás de plasma e gás de proteção
escolhido em função do material a cortar, CO2
So
ld
ag
em
 e
 C
o
para aço inoxidável e mistura argônio-
hidrogênio para Al). Ar comprimido pode ser
usado como gás de plasma no corte dos aços,
com o uso de tochas e eletrodos especiais.
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Corte a Plasma
Corte com proteção por água: melhora a
or
te
 a
 P
la
sm
a
p p
aparência do corte e a vida útil do bocal.
Corte a plasma com injeção de água: usa um
jato de água que passa pelo bocal constritor,
aumentando o efeito de confinamento do
plasma protegendo o de contaminação Parte
So
ld
ag
em
 e
 C
o plasma, protegendo-o de contaminação. Parte
inferior do bocal é cerâmica. Maiores
velocidades de corte.
Corte a Plasma
Corte plasma com a peça submersa em água:
situações em que o material pode sofrer varia-
or
te
 a
 P
la
sm
a
situações em que o material pode sofrer varia
ções indesejáveis de propriedades, devidas ao
calor do corte, diminuição dos fumos).
Equipamento: similar ao usado na soldagem,
consistindo de fonte de energia, tocha de
corte fonte de gases e de água e unidade de
So
ld
ag
em
 e
 C
o corte, fonte de gases e de água e unidade de
controle. No caso de corte mecanizado,
dispositivos de deslocamento são necessários
e em geral similares aos usados no corte a gás.
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Corte a Plasma
As fontes de energia para corte a plasma
or
te
 a
 P
la
sm
a
As fontes de energia para corte a plasma
apresentam uma tensão em vazio mais alta
que as de soldagem, na faixa de 120 a 400V,
dependendo da tocha e da técnica a ser
usada, do material e da espessura a cortar. A
corrente de saída varia de 70 a 1.000A,
d p nd nd d sp ss d m t i l
So
ld
ag
em
 e
 C
o dependendo da espessura, do material a
cortar e da velocidade de corte.
Corte a Plasma
Tochas de corte apresentam um ou mais
orifícios, com diferentes diâmetros,
(d d d d d d é
or
te
 a
 P
la
sm
a
(depende de sua capacidade e da técnica a
ser usada). São específicas para corte
manual ou mecanizado em geral de maior
capacidade).
Fontes de gás são semelhantes às usadas na
So
ld
ag
em
 e
 C
o g
soldagem plasma (cilindros de gás e
reguladores de pressão). No caso de corte
com água, uma fonte de água limpa também é
necessária.
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20
Corte a Plasma
Sistema de controle: medidores e
or
te
 a
 P
la
sm
a
Sistema de controle: medidores e
reguladoresde vazão de gás, relés e
temporizadores, meios para ajustar os
parâmetros de operação da fonte e de
dispositivos de segurança (interrompem a
operação em caso de falha, como, por
So
ld
ag
em
 e
 C
o p p
exemplo, falta de gás ou de água).
Corte a Plasma
or
te
 a
 P
la
sm
a
Tocha para corte
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Tocha para corte
plasma mecanizado
Tocha para corte
plasma manual
16/02/2011
21
Técnica Operatória
Sistema para corte manual a plasma com ar comprimido
or
te
 a
 P
la
sm
a
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Corte a Plasma
Consumíveis: gases, escolhidos em função do
material a cortar. Os eletrodos de tungstênio
or
te
 a
 P
la
sm
a
se desgastam durante o processo e devem ser
substituídos eventualmente.
Corte de aços-carbono: misturas nitrogênio-
oxigênio e também ar atmosférico. Oxigênio
na atmosfera do plasma reduz a vida do
So
ld
ag
em
 e
 C
o na atmosfera do plasma reduz a vida do
eletrodo e, às vezes, a injeção de oxigênio se
faz através de um bocal especial, após a
passagem do gás de plasma pelo eletrodo de
tungstênio
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Corte a Plasma
A qualidade de corte é semelhante quando se
or
te
 a
 P
la
sm
a
A qualidade de corte é semelhante quando se
usam misturas de gases ou o ar atmosférico
(ar comprimido).
No corte de não ferrosos e de aço
inoxidável, usam-se, geralmente, misturas
So
ld
ag
em
 e
 C
o g
Ar-H ou N-H.
Corte a Plasma
Procedimento de corte é o mesmo da
soldagem isto é ajuste dos parâmetros
or
te
 a
 P
la
sm
a
soldagem, isto é, ajuste dos parâmetros
operacionais, abertura do arco e deslocamento
da tocha ao longo da linha de corte,
finalizando com o desligamento do arco.
Variáveis operacionais: corrente, velocidade
de corte fluxo de gás de plasma e distância
So
ld
ag
em
 e
 C
o de corte, fluxo de gás de plasma e distância
bocal-peça ou “stand-off”. Outras: tipo de
tocha e número, diâmetro e disposição dos
orifícios.
16/02/2011
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Corte a Plasma
As variáveis operacionais são determinadas em
funçã d m t i l d sp ssu c t
or
te
 a
 P
la
sm
a
função do material e da espessura a cortar.
A direção de corte pode influenciar no acaba-
mento da peça cortada, dependendo do tipo de
tocha. Há uma tendência de arredondamento da
aresta superior de corte de um dos lados
So
ld
ag
em
 e
 C
o aresta superior de corte de um dos lados.
Nestes casos, a orientação do sentido de corte
deve ser observada para evitar perdas de
material.
Corte a Plasma
Distância bocal-peça: varia entre 6 e 16mm.
or
te
 a
 P
la
sm
a Menores velocidades de corte geralmente
resultam em melhor acabamento.
Na escolha de parâmetros operacionais para
uma dada aplicação considerar as indicações
So
ld
ag
em
 e
 C
o uma dada aplicação, considerar as indicações
do fabricante do equipamento específico que
vai ser usado.
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24
Corte a Plasma
or
te
 a
 P
la
sm
a
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Corte a Plasma
or
te
 a
 P
la
sm
a
So
ld
ag
em
 e
 C
o
16/02/2011
25
Aplicações Industriais
O corte a plasma pode ser usado na maioria
dos metais comerciais. Em muitos casos há
or
te
 a
 P
la
sm
a
uma vantagem considerável em relação ao
oxi-corte de aços-carbono (cortes longos e
de muitas peças). Em relação ao oxi-corte de
aço inoxidável com pós, as vantagens são bem
mais sensíveis.
So
ld
ag
em
 e
 C
o
Na prática: aços-carbono com espessura de
até 50 mm e aços inoxidáveis e alumínio com
espessura até 250 mm. Bons resultados
também no corte de Mg, Cu e suas ligas.