Desgaste do eletrodo com plasma a ar e oxigênio

How to tell good electrode wear from bad and improve system performance

Publicado em 29/01/2016
Publicado por Hypertherm

Os eletrodos para sistemas de corte a plasma de alta potência são consumíveis altamente desenvolvidos, semelhantes em design, material e função a uma vela de ignição automotiva. Assim como as velas de ignição, os eletrodos emitem eletricidade de alta tensão em um ambiente de alta temperatura. Os materiais devem resistir às emissões de arco de temperatura de plasma, suportar jatos de gás de alta velocidade em espiral e proporcionar uma vedação hermética para gases e fluidos de alta pressão. O eletrodo, assim como a vela de ignição, é a peça que mais trabalha no sistema.

Um bom mecânico pode dizer muito sobre as condições de um motor de combustão analisando as velas de ignição. Um técnico em plasma treinado pode fazer o mesmo em um sistema a plasma se aprender a inspecionar o eletrodo, conhecer padrões normais de desgaste e souber como identificar sinais de problemas.

O eletrodo transmite a alimentação CC da fonte de alimentação de plasma para a chapa de metal. Ele geralmente conta com um suporte de cobre ou de composto de cobre/prata que contém um elemento emissivo de háfnio – um metal com um ponto de fusão elevado que sustenta arcos em ambientes de corte a ar e oxigênio. O elemento emissor é lentamente corroído pelo calor do arco e pelo fluxo de gás de plasma de alta velocidade. Grande parte do desgaste ocorre no início e na interrupção de um corte, quando o material de háfnio fundido esquenta e esfria rapidamente, fundindo e então se solidificando novamente.

Durante o desgaste normal, um pequeno ponto de erosão côncavo se forma na extremidade da peça que se desgasta de forma estável, alguns milésimos de polegada por vez, para uma profundidade de 0,040 pol até 0,125 pol, dependendo da tocha e do design e dos materiais dos consumíveis. (Consulte a tabela abaixo). Quando o ponto de erosão fica muito profundo, o arco se encaixa no material do suporte e o funde. O eletrodo “falha” quando não consegue mais iniciar e sustentar um arco. Se o material fundido do eletrodo for depositado a jusante no orifício do bico, ele causará uma falha catastrófica de “explosão” tanto do eletrodo quanto do bico.

Sistema de corte a arco plasma (PAC) Polegadas de desgaste dos eletrodos de cobre Polegadas de desgaste dos compostos de cobre/prata
PAC de alta precisão
(plasma a oxigênio)
0,030 - 0,050 pol 0,060 - 0,080 pol
PAC com injeção de água
(plasma a oxigênio)
0,040 - 0,080 pol 0,100 - 0,140 pol
PAC convencional com duplo gás (plasma a oxigênio) 0,040 - 0,080 pol 0,100 - 0,140 pol
PAC convencional com duplo gás 0,090 - 0,120 pol 0,100 - 0,140 pol

 

A vida útil normal das peças para sistemas avançados de plasma a oxigênio é de 1 a 2 horas de tempo de arco ativo e de 200 a 300 perfurações. Sistemas a ar geralmente duram duas vezes mais tempo, 400 a 600 partidas, pois o componente de nitrogênio do ar o torna menos reativo aos eletrodos. Os sistemas de plasma a oxigênio com gases inertes de partida e aumento da corrente podem alcançar 1.000 partidas ou mais antes que seja necessário trocar o eletrodo.

Nova condição de um consumível

Figura 1

Nova condição

A Figura 1 mostra uma imagem de um eletrodo novo. Nesse exemplo, o eletrodo é um modelo com solda composto de cobre e prata, com prata na parte frontal do eletrodo e cobre na extremidade traseira. No centro da peça, está o elemento de háfnio não usado.

Desgaste normal de um consumível

Figura 2

Desgaste normal

A Figura 2 mostra um eletrodo com um padrão normal de desgaste. O ponto de erosão do háfnio está bem centralizado e uniforme em seu formato, indicando bom alinhamento dos consumíveis e distribuição adequada do gás de plasma. A profundidade aproximada do ponto de erosão é de 0,100 pol. As bordas frontais da peça são nítidas e distintas; não há descoloração grave da prata. A ocorrência de alguns óxidos acinzentados na superfície frontal da peça é considerada normal.

Desgaste normal de meia vida de um consumível

Figura 3

 

Desgaste normal de meia vida

A Figura 3 mostra um eletrodo com um padrão normal de desgaste que foi retirado prematuramente por outro motivo. Tocha raspando na chapa, colisão da tocha, mudança de tensão, mudança na qualidade de corte, etc. O comprimento do ponto de erosão é de 0,078 pol. Embora essa peça pareça gasta, talvez ainda possa realizar outras 100 partidas ou mais, chegando a um comprimento de 0,100 pol ou até mesmo 0,140 pol antes de falhar.

Exemplo de consumível com queima descentralizada

Figura 4

 

Queima descentralizada

A Figura 4 mostra uma queima descentralizada. Esse problema é fácil de localizar. Em geral ele indica um grave problema de vazão de gás (como um distribuidor de gás quebrado ou obstruído) ou um desalinhamento entre as peças da tocha (devido a erros de montagem e problemas com ajuste). Se a troca de todas as peças da tocha não corrigir o problema, é provável que a tocha esteja danificada.

Exemplo que mostra que havia umidade durante a partida do arco

Figura 5

 

Umidade na partida

A Figura 5 mostra que havia umidade durante a partida do arco. Essas peças apresentam um desgaste em arco espiral áspero deixado desde a parte plana do encaixe de chave até a face do eletrodo. A umidade no gás de pré-fluxo faz com que a alta frequência afete o material em prata. As bordas frontais de prata não permanecem afiadas; ficam alisadas com uma superfície de aspecto “jateado com areia”. Verificar sinais de umidade no gás de pré-fluxo. Uma forma rápida de verificar é usar papel toalha como teste. Segure um papel limpo sob a tocha com o gás fluindo através do sistema - somente no modo TEST (teste) ou GAS CHECK (verificação do gás)! Não deverá haver sinais de umidade ou contaminação.

Exemplo que mostra o líquido refrigerante vazando em um consumível

Figura 6

 

Vazamentos de líquido refrigerante

Figura 6 – O vazamento de líquido refrigerante é o problema mais fácil de localizar. Grave formação de arco na face e laterais do eletrodo, caracterizada pela corrosão e formação de cavidades na superfície do eletrodo. A superfície frontal fica áspera e preta, com pontos derretidos brilhantes do material do suporte. Em geral, esse problema é causado por anéis retentores cortados ou com lubrificação insuficiente, ou por peças frouxas ou desalinhadas.

Exemplo de fluxo de gás insuficiente durante a inicialização do arco

Figura 7

 

Baixo pré-fluxo

Figura 7 – Um fluxo de gás insuficiente durante a inicialização do arco permite uma “partida lenta”. O arco gasta muito tempo no percurso do ponto de partida (geralmente uma borda afiada como uma face plana de encaixe de chave) até o elemento emissor. Essas peças apresentam um anel bastante uniforme de material derretido do suporte em torno do ponto de erosão. A superfície pode apresentar uma aparência similar à formação de respingos de solda ou de uma poça de solda ao redor da parte frontal da peça.

Exemplo de eletrodo que estourou

Figura 8

 

Estouro

A Figura 8 mostra um eletrodo que foi usado até falhar de forma catastrófica. Visto que o eletrodo fica a montante, ele danificará o bico se o material derretido estourar da extremidade da peça e for depositado no interior do bico. Todas as peças falharão se a tocha for mantida em funcionamento nessa condição.

Exemplo de pouco gás de plasma (extinção)

Figura 9

 

Estouro

Pouco gás de plasma (extinção) Figura 9. A presença de pequenas cavidades em toda a extremidade do eletrodo e seus danos correspondentes ao interior do bico causa uma baixa vazão de gás. A baixa vazão de gás permite que arcos sejam formados de maneira descontrolada entre o bico e o eletrodo. Verifique as faixas de vazão de gás para a tocha. A melhor forma de fazer isso é colocar um fluxômetro (0-400 cfh) e uma mangueira na saída da tocha, com o sistema em modo de teste. Se não for possível, realize um teste rápido verificando a vazão de gás na saída da tocha somente com o gás de plasma ligado. Você deverá sentir um fluxo de gás em espiral que apresentará uma força de sucção.

Exemplo de quando há alta vazão de gás

Figura 10

 

Alta vazão de gás

Figura 10 – Se o bico estiver em boas condições, mas o eletrodo tiver um ponto de erosão concêntrico e profundo, é possível que a faixa de vazão do gás de plasma esteja muito alta. Se o movimento em espiral do gás de plasma for muito intenso, o elemento será corroído rapidamente. Isso provoca um padrão de desgaste intenso. Verifique a faixa de fluxo volumétrico do gás de plasma.

Publicado em 29/01/2016
Publicado por Hypertherm