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Soldagem a Plasma - PAW Bruno Teixeira Vieira Fábio de Paiva Cota Hudson Martins Esteves Lenir de Abreu Junior Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma.

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1 Soldagem a Plasma - PAW Bruno Teixeira Vieira Fábio de Paiva Cota Hudson Martins Esteves Lenir de Abreu Junior Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

2 Introdução A definição de plasma é tida como o quarto estado da matéria. Quando adiciona mais energia no gás, propriedades como temperatura e características elétricas são modificadas. Este processo é chamado ionização, ou seja criação de elétrons livres e íons entre os átomos do gás. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

3 Introdução Quando isso acontece, o gás torna- se um plasma, sendo eletricamente condutor pelo fato de os elétrons livres transmitirem a corrente elétrica. Quanto menor for a secção, maior será a temperatura no gás plasma, devido a dificuldade da passagem de elétrons. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

4 Arco Plasma Em uma tocha de arco plasma a ponta do eletrodo é recolhida em um bocal, através do qual o gás plasma flui; O gás passa pelo arco elétrico formando o plasma; Aquecido dentro do bocal, o gás sofre uma enorme expansão, e sai em um pequeno orifício, adquirindo velocidades na ordem de 6Km/s, acentuando o fenômeno de dissociação. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

5 Arco Plasma Quando fora do bocal, os íons recombinam- se para voltar ao estado gasoso, liberando uma energia tal que leva a temperaturas acima de o C; Esta energia é então utilizada para fundir o metal base e o metal de adição. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

6 Princípios básicos do processo de soldagem plasma Utiliza eletrodos não consumíveis e gases inertes; O gás plasma recombinado não é suficiente para a proteção da região soldada e da poça de fusão, assim é fornecido um fluxo de gás suplementar e independente, para a proteção contra contaminação atmosférica; O fluxo de gás que constituirá o jato plasma, circunda o eletrodo e passa através de um orifício calibrado constringindo o arco elétrico. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

7 Princípios básicos do processo de soldagem plasma O fluxo de gás de proteção corre entre o corpo que contém o orifício e uma cobertura exterior. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

8 Fontes de energia A fonte de energia utilizada é de corrente constante, podendo ser retificador, gerador ou inversores, utilizando corrente continua, polaridade direta; As fontes para soldagem plasma diferem das de corte, porque no corte a tensão em vazio do equipamento deve ser superior a 200V; Fontes de tensão em vazio entre 65 V e 80V podem ser adaptadas para soldagem. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

9 Tocha de Soldagem As tochas são providas de um punho para o manuseio do soldador, um conjunto de pinças para a fixação do eletrodo, condutos para passagem do gás e água de refrigeração, um bico de cobre com o orifício para a construção do arco elétrico e um bocal de cerâmica para a isolação e proteção do operador. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

10 Tocha de Soldagem Algumas tochas têm somente um orifício central para a passagem do gás e arco, outras possuem outros orifícios para a passagem do gás auxiliar, permitindo maiores velocidades de soldagem. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

11 Tocha de Soldagem O diâmetro do orifício central deve ser escolhido de acordo com a corrente elétrica a ser utilizada. Diâmetro do orifício (mm) Corrente Elétrica (A) 0,761 a 25 1,3220 a 55 2,1840 a 100 Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

12 Eletrodos O eletrodo utilizado é de tungstênio (comercialmente puro tungstênio 99,5%), ou tungstênio dopado com tório ou zircônio, não sendo consumível. Para cortes em alta velocidade tem- se utilizado eletrodo de tungstênio dopado com óxido de lantânio, de vida mais longa. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

13 Gases Pode-se utilizar o mesmo tipo de gás tanto para a formação do plasma, quanto para a proteção adicional da poça de fusão; O argônio tem sido o preferido na soldagem com baixas correntes em função do seu maior potencial de ionização, além de promover uma melhor limpeza das camadas de óxidos de metais reativos e facilita a abertura do arco elétrico. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

14 Gases Pode-se aplicar outros gases inertes como o hélio puro ou misturado com argônio, porém estes requerem tensões mais altas para a abertura do arco; O He desenvolve maior energia do plasma, porém necessita de uma refrigeração do bocal do orifício mais eficiente. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

15 Gases A seleção do gás de proteção depende do tipo e da espessura do metal de base a ser soldado. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

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18 Metais de Adição A maioria das soldagens por este processo não requer metal de adição face a sua concentração de calor e facilidade de fusão das partes, porém, caso haja necessidade, o metal de adição apresenta-se na forma de vareta ou arame enrolado em bobinas. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

19 Metais de Adição Na soldagem manual a técnica de deposição do material é por gotejamento, sendo adicionado por umas das mãos enquanto a outra controla o banho de fusão; Na soldagem automática, a bobina de arame é colocada em um alimentador automático com velocidade constante. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

20 Metais de adição Este sistema é utilizado quando a corrente ultrapassa 100 A, e pode ainda ser aplicado com pré-aquecimento do arame por efeito Jaule passando-se uma corrente elétrica através deste antes de atingir a poça de fusão. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

21 Corrente de Soldagem No processo conhecido como micro plasma trabalha-se com correntes iniciais em faixas tão baixas quanto 0,1 à 1 A e máximo de 20 A, ou elevadas pois o processo admite a utilização de correntes até 500 A; Costuma-se demarcar 100 A como limite de baixas correntes, e acima são chamadas de altas correntes. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

22 Configuração da corrente Típica é a corrente continua, polaridade direta, porém para soldagem de alumínio, trabalha-se com polaridade inversa ou corrente alternada, esta ultima causa uma certa instabilidade de arco. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

23 Tensão A tensão de arco é menos sensível a uma variação do comprimento do arco, garantindo assim uma maior estabilidade dos parâmetros sendo superiores às do processo TIG, em valores de 50V ou maiores. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

24 Técnicas O processo a arco plasma possui duas técnicas principais, sendo: arco transferido; não transferido. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

25 Arco plasma transferido É o sistema mais comum. Após a abertura do arco piloto entre o eletrodo e o bocal, o arco se transfere para a peça por aproximação, fluindo para a mesma, extinguindo-se o arco piloto. Ao se afastar a pistola da peça, o arco extingue-se. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

26 Arco plasma não transferido O arco piloto é intensificado (soprado) para fora do bocal aproveitando-se o calor gerado pelo mesmo; O jato plasma emergente é utilizado principalmente para corte de materiais não metálicos (não condutores) e revestimentos por aspersão de pós metálicos (ou cerâmicos) fundidos. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

27 Técnicas Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

28 Técnicas operacionais A soldagem a plasma pode ser utilizada em três modos de operação: Microplasma; Melt-in; Key hole. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

29 Microplasma União de chapas de 0,1 a 1 mm de espessura; Gás de proteção é geralmente uma mistura de argônio-hidrogênio com um teor de H2 até 10%, já que o H2 possui alta condutibilidade térmica, permitindo a retirada de calor nas zonas limítrofes do núcleo do plasma impedindo um alargamento do arco elétrico. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

30 Melt-in Consiste na união de chapas finas (sem adição de arame) de 0,5mm até 3,0mm de espessura de aços carbonos não revestidos e revestidos (galvanizados) e aços inoxidáveis. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

31 Key hole Técnica utilizada para a soldagem plasma mecanizada ou robotizada dos aços inoxidáveis. Possibilita soldagem de chapas de até 10mm de espessura com altíssima qualidade. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

32 Técnicas operacionais Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

33 Técnicas operacionais Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

34 Equipamentos Tocha Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

35 Equipamentos Fonte de energia Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

36 Equipamentos Alimentador de arames Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

37 Equipamentos Recirculador de água Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

38 Equipamentos Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

39 Vantagens Vantagens do processo em relação ao processo TIG ou outros processos: Maior concentração de energia e densidade de corrente, consequentemente, menores distorções, maiores velocidades de soldagem e maiores penetrações; Maior estabilidade do arco em baixos níveis de corrente, permitindo a soldagem de finas espessuras (a partir de 0,05 mm) Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

40 Vantagens O arco é mais homogêneo e de maior extensão, permitindo melhor visibilidade operacional, maior constancia da poça de fusão e menor sensibilidade a variações no comprimento do arco; Menor probabilidade de contaminação do cordão por inclusões de tungstênio e de contaminação do eletrodo pelo material de adição uma vez que o mesmo encontra-se dentro do bocal. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

41 Desvantagens Alto custo do equipamento (2 a 5 vezes mais que o TIG); Manutenção da pistola mais frequente (orificio calibrado) e cara; Maior consumo de gases; Exigencia de maior qualificação de mão de obra. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

42 Barreira de mercado Uma das explicações para o insucesso inicial da soldagem a plasma pode estar no modo como o processo foi introduzido no mercado; a expressão Soldagem a Plasma trazia à mente dos usuários um processo complexo e com alta tecnologia agregada. Sob o ponto de vista de marketing, usar a palavra Plasma para descrever uma modificação do processo TIG pode ter prejudicado sua receptividade. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

43 Barreira de mercado Os fabricantes de equipamentos deveriam ter divulgado o potencial de aplicação do novo processo e as vantagens sobre os processos convencionais. Na história do processo Plasma houve uma certa tendência por parte dos fornecedores de equipamentos de disponibilizar muita informação acerca de como funcionava o processo e pouca informação em relação ao que o processo era capaz de fazer. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

44 Aplicações industrial É mais utilizado na fabricação de equipamentos de aços inoxidáveis, com chapas de espessuras médias (3 a 8 mm) e dos que requerem cordões longos, como tanques e reatores para a indústria química e de bebidas; Indústria aeroespacial, na soldagem de ligas especiais de alumínio; Apesar de menos comum, pode ser aplicado em uniões de aços ao carbono, como na soldagem da parte superior de amortecedores destinados à indústria automobilística. Outros exemplos pode-se mencionar a fabricação de radiadores, a soldagem de pontos críticos em motores de automóveis e a soldagem de componentes elétricos, como chapas para transformadores e alternadores. Engenharia Mecânica UFSJ Soldagem a Plasma

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