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.