Usura dell’elettrodo nel plasma ad aria e ossigeno

Come distinguere tra l’usura dell’elettrodo buona e quella cattiva e come migliorare le prestazioni del sistema

Postato su 29/01/2016
Postato da Hypertherm

Gli elettrodi per i sistemi di taglio plasma ad alta potenza sono consumabili altamente tecnologici, simili nel design, nei materiali e nella funzione alle candele per automobili. Così come le candele, anche gli elettrodi emettono elettricità ad alta tensione in ambienti ad alta temperatura. I materiali devono resistere alla temperatura delle emissioni dell’arco plasma, ai getti di gas ad alta velocità, e devono fornire una tenuta ermetica contro i gas e i fluidi ad alta pressione. L’elettrodo, allo stesso modo della candela, è il componente sottoposto al lavoro più intenso nell’intero sistema.

Un buon meccanico è in grado di conoscere molto bene lo stato di salute di un motore a combustione attraverso il controllo delle candele. Un tecnico qualificato può fare lo stesso con un sistema al plasma se impara a ispezionare l’elettrodo, a capire quali sono i normali schemi di usura e se sa come individuare i segnali dei problemi.

L’elettrodo trasporta la corrente continua dal generatore del plasma alla lamiera di metallo. In genere è costituito da un supporto in rame o in composito rame/argento che contiene un elemento emittente di afnio-a, un metallo con un punto di fusione molto alto, in grado di sostenere un arco in ambienti di taglio ad aria e ossigeno. L’elemento emittente viene eroso lentamente dal calore dell’arco e dal flusso di gas plasma ad alta velocità. La maggior parte di questa usura avviene all’avvio e all’arresto di un taglio quando l’afnio fuso si scalda e si raffredda velocemente fondendo e risolidificandosi.

Durante il normale processo di usura, si forma un piccolo cratere sull’estremità del componente che si usura con più stabilità, poche migliaia di pollici alla volta, fino a una profondità che varia tra 0,4 e 0,125 pollici a seconda del design della torcia e dei consumabili e a seconda dei materiali (Vedere la tabella sotto). Se il cratere diventa troppo profondo, l’arco si attacca al materiale del supporto e lo fonde. L’elettrodo va in “errore” quando non è più in grado di innescare e sostenere un arco. Se il materiale fuso dall’elettrodo è depositato a valle nella camera dell’ugello, questo può causare un guasto “esplosivo” catastrofico sia dell’elettrodo, sia dell’ugello.

Sistema di taglio arco plasma (PAC) Pollici di usura  degli elettrodi in rame Pollici di usura  dei compositi rame/argento
Controllore dell’arco pilota (PAC) ad alta precisione
(plasma a ossigeno)
 0,030 poll. – 0,050 poll.  0,060 poll. – 0,080 poll.

Controllore dell’arco pilota (PAC) a iniezione d’acqua
(plasma a ossigeno)

 0,040 poll. – 0,080 poll.  0,100 poll. – 0,140 poll.
Controllore dell’arco pilota (PAC) gas duale convenzionale (plasma a ossigeno)  0,040 poll. – 0,080 poll.  0,100 poll. – 0,140 poll.
Controllore dell’arco pilota (PAC) gas duale convenzionale  0,090 poll. – 0,120 poll.  0,100 poll. – 0,140 poll.

 

La durata normale dei consumabili per i sistemi al plasma a ossigeno all’avanguardia è di 1/ 2 ore di arco acceso e 200/300 sfondamenti. I sistemi ad aria in genere riescono a raggiungere una durata doppia, 400/600 accensioni, grazie alla componente di azoto dell’aria che la rende meno reattiva agli elettrodi. I sistemi plasma a ossigeno con gas di accensione inerti e incrementi di corrente, possono raggiungere oltre 1000 accensioni prima che sia necessario il cambio di elettrodo.

Consumabile in condizioni nuove

Figura 1

 

Condizioni nuove

Figura 1 mostra una foto di un elettrodo nuovo. In questo esempio l’elettrodo ha un design saldato in composito rame/argento con l’argento sulla porzione anteriore dell’elettrodo e il rame sull’estremità posteriore. Al centro del componente vi è l’elemento di afnio non ancora utilizzato.

 

Usura normale di un consumabile

Figura 2

 

Usura normale

La Figura 2 mostra un normale schema di usura di un elettrodo. Il cratere di afnio è ben centrato e con forma uniforme, il che indica l’allineamento corretto dei consumabili e un flusso di gas adeguato. La profondità del cratere è all’incirca di 0,100 pollici. I bordi frontali del componente sono affilati e netti; non è presente scolorimento grave dell’argento. Alcune ossidazioni tendenti al grigio sulla superficie frontale del componente sono normali.

 

Usura normale di un consumabile a metà della sua durata

Figura 3

 

Usura normale a metà durata

La Figura 3 mostra un normale schema di usura di un elettrodo che è stato estratto per altre ragioni. Torcia che affonda sulla lamiera, collisione della torcia, cambiamento di tensione, cambiamento della qualità di taglio, ecc. La profondità del cratere è 0,078 pollici. Sebbene questo componente abbia un aspetto consumato, può bruciare ancora per oltre 100 accensioni e arrivare a una profondità di 0,100 pollici o addirittura 0,140 pollici prima che si verifichi il guasto.

 

Esempio di consumabile con bruciatura decentrata

Figura 4

 

Bruciatura decentrata

La Figura 4 mostra una bruciatura decentrata. Questo è un problema facile da individuare. Generalmente indica la presenza di un problema grave con il flusso di gas (un anello diffusore rotto o otturato) o di un disallineamento tra i componenti della torcia (causato da errori durante il montaggio e da problemi di adattamento). Se la sostituzione completa dei componenti della torcia non corregge il problema, è possibile che la torcia sia danneggiata.

 

Esempi in cui è presente umidità durante l’accensione dell’arco

Figura 5

 

Umidità all’accensione

La Figura 5 mostra che era presente dell’umidità durante l’accensione dell’arco. Questi componenti presentano piccole tracce elicoidali dell’arco a partire dalle sezioni piatte fino alla parte frontale dell’elettrodo. L’umidità sul gas in pre-flusso può comportare che l’alta frequenza intacchi il materiale in argento. Bordi frontali non affilati dell’argento; levigati mediante “sabbiatura” come trattamento superficiale. Ispezionare il gas di pre-flusso per eventuali tracce di umidità. È possibile eseguire un test veloce con un panno di carta. Tenere un panno di carta sotto la torcia mentre il gas fluisce all’interno del sistema (solo in modalità TEST o GAS CHECK!) Segni di umidità o contaminazione dovrebbero essere assenti.

 

Esempio di perdite di refrigerante da un consumabile

Figura 6

 

Perdite di refrigerante

Figura 6 - Le perdite di refrigerante sono tra i problemi più semplici da individuare. Arco elettrico sulla parte frontale e sui lati dell’elettrodo caratterizzato da vaiolatura e alveolatura sulla superficie dell’elettrodo. La superficie frontale è irregolare e annerita, e i punti di fusione del materiale del supporto sono più lucidi. Questo problema è spesso causato da o-ring tagliati, da una scarsa lubrificazione degli o-ring, oppure dall’allentamento o disallineamento dei componenti.

 

Esempio di gas insufficiente durante l’accensione dell’arco

Figura 7

 

Basso pre-flusso

Figura 7 - Gas insufficiente durante l’accensione dell’arco causa un’ “accensione pigra”. L’arco impiega troppo tempo per andare dal punto di accensione (in genere un angolo affilato come una sezione piatta) all’elemento emittente. Questi componenti presentano un anello uniforme di materiale fuso del supporto intorno al cratere. La superficie può avere l’aspetto di uno spruzzo di saldatura o di un bagno di saldatura lungo la parte frontale del componente.

 

Esempio di elettrodo scoppiato

Figura 8

 

Scoppio

La Figura 8 mostra un elettrodo che è stato utilizzato fino al guasto catastrofico. Dato che l’elettrodo si trova a monte, questo può causare il danneggiamento dell’ugello quando il materiale fuso scoppia all’estremità del componente e si deposita all’interno dell’ugello. Tutti i componenti subiranno questo tipo di guasto se utilizzati abbastanza a lungo.

 

Esempio di bassa pressione del gas plasma (spegniarco)

Figura 9

 

Scoppio

Bassa pressione del gas plasma (spegniarco) Figura 9. Se l’elettrodo ha piccoli alveoli su tutta l’estremità del componente con corrispondente danneggiamento dell’interno dell’ugello, questo comporta un flusso di gas ridotto. Il flusso di gas ridotto comporta un arco incontrollato tra l’ugello e l’elettrodo. Controllare la portata del gas verso la torcia. Il modo migliore per farlo è utilizzando un flussometro (0-400 cfh) e un flessibile posizionato sull’uscita della torcia con il sistema in modalità test. Se non è possibile, si può eseguire un controllo rapido sentendo il flusso di gas sull’uscita della torcia tenendo acceso solo il gas plasma. Dovrebbe essere possibile avvertire un flusso di gas vorticoso che esercita una forza di suzione.

 

Esempio di casi in cui il flusso di gas è forte

Figura 10

 

Flusso di gas forte

Figura 10 – Se l’ugello è in buone condizioni ma l’elettrodo ha un cratere profondo e concentrico, il flusso di gas plasma potrebbe essere troppo forte. Se il vortice del flusso di gas è troppo intenso, l’elemento può subire un’erosione veloce. Questo comporta uno schema di usura rapido e profondo. Controllare la portata volumetrica del gas plasma.

 

Postato su 29/01/2016
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