-
1DECUPAREA PRIN ARDERE CU PLASMPrincipiul de aciune tehnologic:n
procesul de tiere cu plasm un arc constrns (arcul de plasm)
topete
local materialul i l ndeprteaz cu vitez mare, realiznd rostul de
tiere.Gradul mare de concentrare a energiei i temperatura ridicat a
arcului de
plasm (10000 - 14000oC), fac posibil tierea metalelor i
aliajelor metalice,conductoare electric, ce nu pot fi tiate cu
oxigen, oeluri nalt aliate refractare iinoxidabile, aluminiu,
cupru, titan i aliajele lor, etc.
Comparativ cu tierea cu oxigen, energia dezvoltat de arcul cu
plasm estemult superioar, rezultnd viteze mari de tiere. Tierea cu
plasma asigur ocalitate ridicat a tieturii (netezire a suprafeei
tiate), zona de influen termic deextindere redus, astfel nct
piesele prelucrate cu plasm pot fi introduse nprocesul de sudare fr
a fi necesar o prelucrare ulterioar.
Fa de tierea cu oxigen costul echipamentului este mai ridicat,
consumulenergetic este mai mare i pericolul de accidentare i noxele
mai pronunate.
Procedeul are flexibilitate ridicat, generatorul de plasm poate
fi montat peun echipament de tiere mecanizat sau robot.
Eficiena energetic a procesului este bun permindu-se viteze mari
detiere. Astfel productivitatea este bun costul pe metru liniar de
tietur fiindsczut.
-
2Echipamentul tierii cu plasm:
Echipamentul standard penrtu tierea cu plasm are n componena
saurmtoarele:
Sursa de alimentare a arcului de plasm; Generatorul de tiere cu
plasm; Cutia de comand; Dispozitivul purttor al generatorului;
Instalaia de rcire; Sistemul de absorbie al noxelor.
Sursa de alimentare a generatorului de plasm:Sursa de alimentare
a arcului de plasm asigur alimentarea electric a
generatorului de plasm, putnd fi de curent continuu sau curent
alternativ.Tensiunea de mers n gol a sursei este variabil funcie de
gazul plasmogen utilizat,respectiv ntre 120 150V la utilizarea
argonului ca i gaz plasmogen sau 250 350V la utilizare aerului ca i
gaz plasmogen.
Curentul debitat depinde de puterea generatorului, la tiere
putnd variantre 50 -500A. Esenial este ns forma caracteristicii
exterioare care se
-
3recomand a fi ct mai cobortoare, preferabil chiar vertical. n
felul acesta creteputerea furnizat generatorului de plasm i se evit
formarea arcului secundar.
Generatorul de plasm:Generatorul de plasm este componenta
important a echipamentului de
tiere cu plasm, cea care genereaz plasma. Exist mai multe
procedee de generarea plasmei:
plasma produs cu ajutorul unui arc electric de curent
continuu,procedeul de generare cel mai uzual, cu largi posibiliti
de aplicareindustrial;
plasma generat cu ajutorul arcului electric de curent
alternativ,procedeul prezentnd dezavantajul unei descrcri mai puin
stabile;
plasma produs cu ajutorul curenilor de nalt frecven,
economicpentru temperaturi n jur de 6000oC, presiuni inferioare
celeiatmosferice i puteri de ordinul kilowailor;
plasma generat cu ajutorul reaciilor de fisiune nuclear,
cuposibiliti de temperatur n plasm pan la 50 000oC.
Generatorul de plasm are n componena sa n principal un electrod
dewolfram, grafit, hafniu etc. i un ajustaj diuz din cupru rcit cu
ap.
n cazul generatoarelor de plasm utiliznd pentru generare
curentcontinuu, arcul electric este ntreinut fie ntre electrodul de
wolfram pe post decatod i ajustajul din cupru pe post de anod
(fig.1.a), fie ntre electrod i un anodexterior (pies) generatorului
de plasm (fig.1.b).
Diuz de cupru (anod)
-
4n prima situaie generatorul este cu jet de plasm, iar n cea de
a douageneratorul este cu arc cu plasm. Se utilizeaz i generatoare
de plasm cu arctransferat (dublu), cnd primul arc arcul electric
pilot-este ntreinut ntre electrodi ajustaj, iar arcul transferat
ntre acelai electrod i pies (fig.1.c).
Figura 1
-
5Clasificarea generatoarelor de plasm:Clasificarea se face lund
n considerare diverse criterii:
felul curentului; tipul arcului; sistemul de rcire; sistemul de
stabilizare a arcului; forma catodului; materialul electrodului;
natura gazului plasmogen.
Felul curentului ca i criteriu de clasificare mparte
generatoarele de plasmn:
generatoare de plasm de curent continuu; generatoare de plasm de
curent alternativ; generatoare de plasm combinate; generatoare de
plasm de cureni de nalt frecven.
Generatoarele de plasm de curent continuu alimentate n
polaritate directsau polaritate invers sunt cele mai utilizate. La
alimentarea n polaritate direct(cele mai rspndite) cea mai parte
din cldur este evacuat prin coloana arcului ipata anodic.
Pierderile la catod sunt relativ reduse, astfel c randamentul
generatoruluieste mai ridicat, comparativ cu alimentarea n
polaritate invers sau n curentalternativ.
Generatoarele de plasm n curent alternativ au posibilitatea de
alimentarea arcului dup una din schemele din figura 2.
Figura 2
-
6 a) alimentare direct; b) alimentarea arcului pilot prin punte
redresoare; c) alimentare n curent alternativ trifazat.
n cazul alimentrii directe (fig.2.a) stabilitatea arcului de
plasm este mairedus. n schema din figura 2.b. se asigur o redresare
a curentului astfel nctelectrodul funcioneaz doar n polaritate
direct, iar ajutajul ca anod doar nsemiperioada cu polaritate
invers, rezultatul fiind o stabilitate mai bun a arculuicomparativ
cu precedenta variant.
Alimentarea generatorului de plasm de la un transformator
trifazat (fig.2.c)asigur o stabilitate mai bun a arcului pe ntreaga
durat a procesului. Exist undezavantaj major, cel determinat de o
construcie mai complicat a generatorului.
Tipul arcului clasific generatoarele de plasm n: generatoare de
plasm cu arc direct sau arc de plasm; generatoare de plasm cu arc
indirect sau jet de plasm.
Sistemul de rcire al generatorului, respectiv al electrodului
mpartegeneratoarele de plasm n:
generatoare de plasm cu rcire cu aer; generatoare de plasm cu
rcire cu ap.
-
7Figura 3Generatoarele de plasm cu rcire cu aer (fig.3.a)
prezint avantajul
simplitii construciei generatorului dar capacitatea de rcire a
aerului este redus.Sistemul de rcire cu ap (fig.3.b) este cel mai
rspndit, apa avnd capacitatea dercire mult mai bun dect aerul.
Dezavantajul major este legat de construcia maicomplicat a
generatorului, de greutatea sporit datorit existenei furtunelor i
decostul de exploatare.
Sistemul de stabilizare a arcului asigur comprimarea coloanei
arcului ifixarea arcului de plasm n axa electrodului. Corespunztor
acestui criteriu declasificare generatoarele de plasm pot fi:
generatoare de plasm stabilizate cu gaz; generatoare de plasm
stabilizate cu ap; generatoare de plasm stabilizate magnetic.
Stabilizarea arcului de plasm cu gaz este metoda cea mai
utilizat,asigurndu-se insuflarea axial sau turbionar a gazului.
Forma catodului mparte generatoarele de plasm n: generatoare de
plasm cu catod ascuit; generatoare de plasm cu catod plat.
La generatoare de plasm cu catod ascuit pata catodic se fixeaz
pe vrfulcatodului asigurnd un arc mai stabil. n timp vrful
catodului se deteriorizeaz icatodul trebuie reascuit. La
generatoarele de plasm cu catod plat pata catodic sedeplaseaz
permanent pe suprafaa acestuia asigurnd un arc de plasm mai
puinstabil.
Materialul electrodului clasific generatoarele de plasm n:
generatoare de plasm cu electrod consumabil; generatoare de plasm
cu electrod neconsumabil; generatoare de plasm cu electrod cu
pelicul de protecie.
-
8Figura 4Electrodul consumabil (fig.4.a.) este realizat din
grafit i este avansat n
mod mecanizat n arc pe msura consumrii sale, datorit activitii
mediuluiplasmogen.
Electrodul neconsumabil (fig.4.b.) este realizat din wolfram,
funcionndn mediu inert (Ar, He) sau reductor (H2, NH3). Electrozii
de wolfram nu se potfolosi n cazul n care gazul plasmogen conine
oxigen.
Electrod de wolfram(catod)
-
9Electrozii cu pelicul de protecie (fig.4.c.) sunt formai
dintr-o plcu dezirconiu presat ntr-o manta de cupru.
Electrozii dau rezultate satisfctoare la utilizarea unor cureni
prin arcul deplasm pn la 400A. Pentru a face posibil funcionarea
generatorului n mediioxidante la cureni mari 1000A se utilizeaz
diferite forme de electrozi, cele mairspndite fiind cele din figura
4.d.-4.f.
Electrozii prezint dezavantaje legate de complexitatea
constructiv, deneuniformitatea deplasrii petei catodice pe suprafaa
electrodului i implicit deinstabilitatea arderii arcului
electric.
Natura gazului plasmogen determin efectul chimic pe care gazul
plasmogenl are asupra electrodului. Astfel generatoarele de plasm
pot fi:
generatoare de plasm cu gaze inerte Ar, He; generatoare de plasm
cu gaze reductoare H2, N2, NH3, CnH2n+2; generatoare de plasm cu
gaze oxidante O2, H2O+O2, aer.n corelaie cu natura gazului
plasmogen utilizat se alege i materialul
electrodului corespunztor durabilitii acestuia i stabilitii
arcului de plasm.Cutia de comand:Cutia de comand a unui echipament
de tiere cu plasm asigur
alimentarea generatorului de plasm cu energie electric, gaz
plasmogen, fluid dercire, permind totodat comanda i reglarea
regimului de tiere.
Ea are n componena sa elemente de reglare i control uzuale
(contactoare,relee de timp, electroventile, butoane, lmpi de
semnalizare etc.) i poate fi realizatseparat de sursa de alimentare
a arcului sau n construcie monobloc.
Instalaia de rcire:Instalaia de rcire se realizeaz n circuit
nchis sau deschis. Ea trebuie s
asigure debitul necesar al apei de rcire (3 8 l/min) la o
presiune adecvat (0,2 0,6 Mpa).
n varianta de circuit nchis rcirea apei se realizeaz cu
radiatoaremulticelulare. Lichidul de rcire uzual n astfel de
situaie este apa distilat,eventual n amestec cu soluii
anticorozive, antigel sau soluii care limiteazfenomenul de
electroliz.
Dispozitivul purttor al generatorului:n procesele de tiere
mecanizat cu plasm generatorul de plasm
urmrete conturul de tiat prin intermediul dispozitivului
purttor.
-
10
Se utilizeaz o gam larg de echipamente pentru tiere mecanizat de
latractoarele de tiere termic la echipamentele cu comanda numeric
comandate decalculatoare de proces. De asemenea generatoarele de
plasm pot fi ataate roboilorde sudare n cazul tierii altor piese
dect tablele plate.
Dispozitivul purttor al generatorului de plasm realizeaz viteza
de tiere,el trebuind s asigure posibilitatea de reglare a acesteia
n mod continuu n gama 2 200m/h.
-
11
Sistemul de absorbie al noxelor:Sistemul de absorbie a noxelor
asigur ambientul adecvat, n mod deosebit
la tierea oelurilor inoxidabile sau a metalelor neferoase.
Tierea cu plasm este unproces tehnologic n care noxele sunt
inevitabile.
Sistemele moderne de asigurare a ambientului pentru posturile de
tiere cuplasm utilizeaz mese de tiere cu pnz de ap sau tierea cu
plasm sub perdeade ap. n primul caz sub masa de tiere este prevzut
o pnz de ap, iar n celde-al doilea caz o perdea de ap nconjoar
generatorul de tiere. n ambele cazurise asigur un debit suficient
de ap (55 75l/min) prin recircularea forat aacestuia.
Parametrii procesului de tiere cu plasm:Principalii parametrii
ai procesului de tiere cu plasm sunt:
curentul prin arcul de plasm; tensiunea arcului de plasm; viteza
de tiere; natura gazului plasmogen; poziionarea generatorului de
plasm fa de materialul de tiat.
-
12
Curentul prin arcul de plasm (lp) corelat cu tensiunea arcului
determinputerea generatorului. Alegerea valorii curentului (la
tiere pn la 800 1000A) seface n corelaie cu limea rostului tieturii
(b), grosimea materialului de tiat (s),viteza de tiere (vt),
debitul gazului plasmogen (Dg), i construcia
generatorului.Tensiunea arcului de plasm (Uap), depinde de natura
gazului plasmogen. Uapcrete proporional cu tensiunea de ionizare i
debitul gazului plasmogen. Valorilemaxime ale tensiunii arcului de
plasm poate ajunge la 300V.
Viteza de tiere (vt), este unul din parametrii importani ai
procesului, eadeterminnd productivitatea procesului i calitatea
suprafeei tieturii.Determinarea vitezei de tiere se face n baza
bilanului energetic al procesului detiere.
Ecuaia de bilan energetic al procesului este: Uap lp= b s vt c
Tt
unde: randamentul total al procesului de tiere; lp curentul prin
arcul de plasm; Uap tensiunea arcului de plasm; b limea rostului
tieturii; s grosimea materialului; vt viteza de tiere; masa
specific; c coeficientul cldurii specifice a materialului; Tt
temperatura de topire a materialului, rezult valoarea vitezei
detiere.
Natura gazului plasmogen influeneaz proprietile termofizice i
chimice,calitatea suprafeei tieturii i viteza de tiere.
La tierea cu plasm se folosesc diverse gaze sau amestecuri de
gaze:argonul, heliul, hidrogenul, azotul, aerul, vaporii de ap,
etc, utilizarea sau altuiadepinznd de accesibilitate sau scopul
urmrit.
Argonul este gazul plasmogen preferat datorit atmosferei inerte
create,masei mari i conductibilitii termice moderate. n consecin
uzura electrodului ia diuzei este redus, arcul are temperatur
accesibil, grosimile tiate de asemenea.Se poate utiliza pentru
orice valori ale curentului prin arcul de plasm i la
tiereadiverselor materiale metalice, preferabil cele reactive.
Un dezavantaj major este preul destul de ridicat.Azotul este un
gaz ieftin utilizat la tierea grosimilor mici i medii.
Dezavantajele utilizrii azotului sunt temperatura mai sczut a
plasmei i deciviteze de tiere sczute, la care se asociaz i o
calitate mai sczut a suprafeeitieturii (obinuit rizuri de nlime
0,10 0,15mm). n plus, suprafaa tieturii senitureaz i nivelul
noxelor este mai pronunat.
Hidrogenul are entalpie i conductibilitate termic ridicat,
acesteaconducnd la capacitatea maxim de transfer spre materialul
tiat a puteriidezvoltate n coroana arcului.
-
13
Temperatura i lungimea mare a arcului de plasm de hidrogen cresc
vitezade tiere i posibilitatea de tiere a grosimilor mari. Fiind un
gaz reductor,calitatea suprafeei tiate este maxim. Dezavantajul
utilizrii hidrogenului ca i gazplasmogen sunt legate de uzura
ridicat a ajutajului, preul ridicat i pericolul deexplozie n
contact cu aerul. Protejarea diuzei se poate face prin utilizarea
unuiamestec 80% H2+25%N2.Recomandri privind gazul plasmogen este
prezentat n tabelul urmtor:
Materialul Gaz plasmogen Gaz de protecieOel carbon Argon Argon,
Argon+(2-5%)Hidrogen
Oel carbon aliat Argon ArgonOel inoxidabil
Nichel i aliajele saleArgonArgon
Argon, Argon+(2-5%)Hidrogen,HeliuArgon, Argon+(2-5%)Hidrogen
Titan i aliajele sale Argon Argon, 75%Heliu+25%ArgonCupru i
aliajele sale Argon Argon, 75%Heliu+25%Argon
Regimuri de tiere cu plasm:Primele apicaii ale tierii cu plasm
au fost orientate asupra aluminiului
i aliajelor sale. Ulterior procedeul s-a dezvoltat asupra
oelurilor inoxidabile,oelurilor carbon i metalelor neferoase.
n tabelul urmtor sunt prezentate regimurile de tiere cu plasm
aoelurilor carbon.
Grosime[mm]
Puteregenerator[kW]
Curentprin arc[A]
Viteza detiere[cm/s]
Diametrudiuz[mm]
Gazplasmogen
6 55 275 8,6 3,2Aer
comprimatN2+10%H2N2+O2
13 55 275 4,2 3,225 85 425 2,1 4,051 110 550 1,1 4,8
-
14
Defectele tierii cu plasm:Principalele defecte ce apar la tierea
cu plasm pot fi:
defecte pe muchia tieturii; defecte ale suprafeei tieturii;
depuneri de zgur; fisuri; defecte de alte tipuri.
Defectele pe muchia tieturii sunt localizate la muchia superioar
sauinferioar a rostului tieturii. n principal este vorba de:
stropi pe muchia superioar, defect care are ca principal
cauzpresiunea redus sau debitul insuficient de gaz plasmogen;
stropi pe muchia inferioar a tieturii (fig. 5.a.b.) cauzai de un
debitde gaz plasmogen prea mare, corelat cu o vitez de tiere
ridicat.
concavitate (scobitur) sub muchia inferioar a
rostului(fig.5.c.)cauzat n principal de un amestec de gaz plasmogen
necorespunztor naturiimaterialului tiat.
Figura 5Defecte pe suprafaa tieturii sunt multiple. Mai
importante sunt:
rost lrgit superior sau inferior (fig.5.d,e.), defect datorat
unei vitezede tiere superioare, respectiv inferioare vitezei de
tiere optime;
abatere unghiular (fig.5.f.) cauzat de o poziionare incorect
ageneratorului de plasm fa de suprafaa materialului de tiat;
suprafaa ondulat (fig.5.g.) cauzat de o conducere incorect
ageneratorului de plasm;
-
15
profil concav (fig.5.h.) avnd ca principal cauz un
amestecnecorespunztor de gaz plasmogen, corelat cu o vitez redus de
tiere;
rizuri deviate n urm sau concave (fig.5.i,j.) defecte ce au ca i
cauzeviteza de tiere prea mare i puterea (curent, tensiune) prea
mare a generatoruluide plasm;
rizuri de adncime excesiv sau neuniforme (fig.5.k,l.) provocate
deputerea prea mare a generatorului de plasm corespunztoare
grosimii tiate, diuzageneratorului deteriorat sau o conducere
necorespunztoare a generatorului deplasm la tierea manual.
capt netiat (fig.5.m.) datorat faptului c la sfritul tieturii nu
semicoreaz viteza de tiere i jetul de plasm iese din material;
tietur neptruns (fig.5.n.) n adncime sau n direcia
tieturii,defectul fiind cauzat de viteza de tiere mare, corelat cu
puterea mic ageneratorului, respectiv datorit stingerii arcului
transferat.
Zgur aderent (fig.5.o.) este defectul datorat unui debit prea
mare de gazsuplimentar (de protecie) care rcete jetul de plasm i
metalul, astfel c acesta sesolidific la suprafaa inferioar a
rostului.
Fisuri interioare sau exterioare (fig.5.p.) pot apare n cazul
unor materialesensibile la durificare i n cazul unor viteze mari de
rcire dup tiere.
NORME GENERALE DE SECURITATE I PROTECIE AMUNCII PENTRU TIEREA CU
PLASM:
OCURILE ELECTRICE POT FI LETALE:- Instalarea electric a unitii
de tiat n plasm trebuie fcut numai de
personalul "CALIFICAT" n acest scop, conform legilor de protecie
a muncii nvigoare.
- Asigurai-v de conectarea cablului de alimentare la "BORNA DE
MAS"- Evitai orice "CONTACT DIRECT" cu prile neizolate ale
"CIRCUITULUI
DE TIERE", circuit ce include ansamblul conductorilor strbtui de
curent.- Purtai ntotdeauna echipament de protecie: mnui, ort, masc,
pantofi de
protecie, etc.- Pstrai echipamentul de protecie curat i n bun
stare.- NU UTILIZAI cablul sau capul de tiere dac izolaia este uzat
sau degradat
sau dac conexiunile electrice sunt slbite.- NU FOLOSII aparatul
n ncperi umede sau n ploaie.- DECONECTAI aparatul de la reea n
timpul instalrii sau n timpul
operaiilor de ntreinere i reparaii.
-
16
RADIAIILE PRODUSE DE ARCUL CU PLASM POT DUNA OCHILORI POT
PROVOCA ARSURI PIELII:- Protejai-v ntotdeauna ochii cu ochelari de
sudur din sticl inactinica sau cu o
masc pentru sudur: DIN 4 -10, n funcie de modul de tiere (din
apropiere saude la distan) i n funcie de intensitatea
curentului.
- Purtai echipament de protecie i evitai expunerea pielii la
razele ultravioleteproduse de arcul electric.
- Asigurai-v c cei din preajma dumneavostr se protejeaz n acelai
mod.FUMUL I GAZUL DEGAJAT N TIMPUL OPERAIUNILOR DE TIERE
POT FI DUNTOARE SNTII:- Asigurai o bun circulaie a aerului n
perimetrul de tiere cu plasm.- Utilizai masca respiratorie
individual dac sistemul de ventilaie nu este
suficient pentru a nltura fumul i gazul degajat.- Nu tiai
materiale care au fost curite n prealabil cu solveni clorurai:
vaporii
degajai prin aciunea razelor ultraviolete produse de arc pot fi
toxici.- Evitai tierea suprafeelor vopsite, acoperite galvanic ori
murdrite cu ulei sau
grsimi. Curai suprafeele nainte de tiere.ZGOMOTUL POATE DUNA
AUZULUI:
- Zgomotul produs de tierea n plasm poate depsi 85 dB (A).-
Verificai nivelul de EXPUNERE INDIVIDUAL la zgomot zilnic.-
Utilizai mijloace adecvate de protecie n cazul n care limita admis
de zgomot
este depit.SCNTEILE I METALUL TOPIT POT PRODUCE INCENDII:
- Nu tiai pe containere sau evi coninnd produse inflamabile n
stare lichidsau gazoas.
- ndeprtai materialele inflamabile din zona de tiere pe un
perimetru de 10metri.
- Asigurai-v de existena mijloacelor de stingerea incendiilor n
zon.
-
17
Bibliografie:1. Craing, E. The Plasma Arc Process a Review,
Welding Journal,1988;2. Va, Al., Joni, N.,Cheverean,T. Aplicaiile
industriale ale plasmei
termice, Ed. Facla, Timioara, 1979;3. *** Procedee de tiere
termic, DSVHoleriegelskreuth, 1994;4. *** AWS, Welding Handbook,
vol.4, 8th Edition, 1991.