BR112012007506A2

BR112012007506A2 - método para corte por plasma de uma peça de trabalho por meio de um sistema de corte por plasma e corrente pulsante

Info

Publication number: BR112012007506A2
Application number: BR112012007506-3A
Authority: BR
Inventors: Volker Krink; Jens Friedel; Gerhard Irrgang; Jens Ollmann
Original assignee: Kjellberg Finsterwalde Plasma Und Maschinen Gmbh
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2020-08-11
Also published as: US20120199562A1; DE102010005617A1; WO2011038713A1; US9731375B2; PL2483031T3; CN102574236A; ES2456892T3; RU2542158C2; RU2012117813A; CN102574236B; EP2483031B1; EP2483031A1; SI2483031T1

Abstract

MÉTODO PARA CORTE POR PLASMA DE UMA PEÇA DE TRABALHO POR MEIO DE UM SISTEMA DE CORTE POR PLASMA E CORRENTE PULSANTE. A invenção refere-se a um método para corte por plasma de uma peça de trabalho (5) por meio de um sistema de corte por plasma que compreende uma fonte de corrente de plasma (1) e uma tocha de plasma (4), que contém um eletrodo (4.1) e um bocal (4.2) que fica a uma distância pequena do eletrodo (4.1) em uma extremidade inferior da tocha de plasma (4) de maneira a formar uma câmara de plasma (4.7) entre eles, onde uma corrente I produzida pela fonte de corrente de plasma (1) e que flui através da tocha de plasma (4) é levada a pulsar, pelo menos durante um período de tempo parcial do processo de corte por plasma, de maneira dirigida ou controlada com uma freqüência f que pode ser selecionada livremente na faixa de 30 Hz a 500 Hz. preferivelmente de 35 Hz a 500 Hz, especialmente peferível de 55 Hz a 400 Hz ou por uma corrente I produzida pela fonte de corrente de plasma (1) e que flui através da tocha de plasma (4) ser levada, pelo menos durante um período de tempo parcial do processo de corte por plasma, de maneira dirigida ou controlada para pulsar com uma freqüência f que pode ser selecionada livremente na faixa de 0,1 Hz a 30 Hz, preferivelmente 0,1 Hz a 29 Hz, especialmente preferida sendo de 0,1 Hz a 20 Hz.

Description

MÉTODO PARA CORTE POR PLASMA DE UMA PEÇA DE TRABALHO POR MEIO DE UM SISTEMA DE CORTE POR PLASMA E CORRENTE

PULSANTE A presente invenção refere-se a um método para corte por plasma de uma peça de trabalho por meio de um sistema de corte por plasma que compreende uma fonte de corrente de plasma e uma tocha de plasma que compreende um eletrodo e um bocal que fica a uma distância pequena do eletrodo em uma extremidade inferior da tocha de Plasma de maneira a formar uma câmara de plasma entre eles.

Na forma de plasma um gás condutor é utilizado o qual pode ser aquecido termicamente para um nível e que consiste em íons positivos e negativos, bem como átomos e moléculas excitados e neutros.

Como gás de plasma diferentes gases, por exemplo, argônio monoatômico e/ou os gases diatômicos hidrogênio, oxigênio ou ar, são utilizados. Estes gases são ijonizados e se dissociam por meio da energia de um arco. O arco que é afunilado através de um bocal é então descrito como um jato de plasma.

O jato de plasma pode ser grandemente influenciado em seus parâmetros pelo desenho do bocal e do eletrodo. Estes parâmetros do jato de plasma são, por exemplo, o o. diâmetro do jato, a temperatura, a densidade da energia e a velocidade de fluxo do SAS — Durante o corte por plasma, por exemplo, o plasma é afunilado através de um bocal que pode ser resfriado a gás ou resfriado a água. Densidades de energia de até 2 x 10º W/em? podem, desta forma, serem alcançadas. Temperaturas de até 30000ºC ocorrem no jato de plasma o que facilita, em associação com a velocidade de fluxo alta do gás, velocidades de corte muito altas nos materiais.

Sistemas de corte por plasma geralmente consistem em pelo menos uma fonte de corrente, uma tocha de plasma e um suprimento de gás.

Devido à alta carga térmica no bocal, este é geralmente feito de um material metálico, preferivelmente cobre, tendo em vista sua alta condutividade elétrica e condutividade térmica. O mesmo se aplica ao suporte do eletrodo, o qual pode também ser feito de prata. O bocal é então utilizado em uma tocha de plasma, os prinecipais é 2/19 componentes da qual são um cabeçote de tocha de plasma, uma tampa do bocal, uma parte de direcionamento do gás de plasma, um bocal, um suporte de bocal, um elemento receptor do eletrodo, um suporte de eletrodo com uma inserção de emissão e, no caso das tochas de plasma modernas, um suporte da tampa de proteção do bocal e uma tampa — de proteção do bocal.

O suporte de eletrodo fixa uma inserção de eletrodo pontuda feita de tungstênio que é adequado para o uso de gases não oxidantes como gás de plasma, por exemplo, uma mistura de argônio-hidrogênio.

Um assim chamado eletrodo plano, a inserção de emissão do qual consiste em zircônio ou háfnio, por exemplo, é também adequada para o uso de gases oxidantes como gás de plasma, por exemplo, ar ou oxigênio.

Zircônio pode ser utilizado para gás de plasma contendo oxigênio.

Devido às suas melhores propriedades térmicas, entretanto, o háfnio é mais adequado uma vez que seu óxido é mais resistente à temperatura.

De maneira a se alcançar uma vida útil longa para o bocal e o eletrodo, o resfriamento frequentemente ocorre com um líquido, por exemplo, água, mas pode ser também realizado com um gás.

A este respeito, uma distinção é feita entre tochas de plasma resfriadas a líquido e resfriadas a gás.

De maneira a se obter uma vida útil longa do eletrodo, o material de alta temperatura é incorporado como um inserto de emissão no suporte que é então resfriado. — O tipo mais eficiente de resfriamento é o resfriamento a líquido.

O arco queima entre a inserção de emissão do eletrodo e o bocal e/ou a peça de trabalho a ser cortada.

Durante a operação a inserção de emissão é gradualmente gasta e um orifício é perfurado no eletrodo.

Frequentemente ocorre também o fato do arco entrar no suporte de eletrodo e o destruir.

Isto ocorre particularmente quando a inserção de emissão foi queimada mais profundamente que 1 mm.

O eletrodo inteiro é então destruído e deve ser substituído.

As fontes de corrente utilizadas para o corte por plasma são predominantemente fontes de corrente contínua com uma curva característica altamente decrescente ou uma curva de corrente constante.

Flutuações da voltagem de corte causadas pelo processo, desta forma, não apresentam efeito, ou apresentam muito pouco efeito, sobre a corrente —decorte.

Estas flutuações são causadas, por exemplo, por diferentes distâncias da tocha

.” 3/19 para a peça de trabalho, por flutuações no suprimento de gás e pelo desgaste dos componentes da tocha de plasma.

Exemplos de fontes de corrente com uma curva característica altamente decrescente são transformadores de campo espalhado e de núcleo espalhado com um retificador subseqiientemente dsposto. A característica decrescente é produzida aqui por meio da disposição das bobinas do transformador.

No caso de fontes modernas de corrente contínua a curva de corrente constante é obtida pela regulação da corrente de corte utilizando-se componentes eletrônicos, por exemplo, tiristores e transistores.

Em princípio, é possível se distinguir aqui entre fontes de corrente orientadas por rede e fontes de corrente com frequência aumentada.

As fontes de corrente orientadas por rede, das quais o tempo de intervenção da regulação é determinado pela freqilência da voltagem da rede de fornecimento de corrente e seu cruzamento em zero. Uma variante é um transformador com um —retificador controlado por tiristor disposto subseqiientemente. O tempo de intervenção mínimo possível para a regulação do retificador chega a, de acordo com a variante de circuito, entre 6,6 ms com um circuito em ponte de 3 pulsos e 1,6 ms com um circuito em ponte de 12 pulsos.

O As fontes de corrente com frequência aumentada substancialmente apresentam tempos de intervenção menores para a regulação, na medida em que a frequência é claramente mais alta que a frequência da voltagem da rede. Os tempos de intervenção ficam aqui, dependendo da frequência da fonte de corrente, entre 100 us e Sus.

Uma variante consiste em um transformador, um retificador de diodo não regulado e um comutador transistor disposto subseqiientemente, também decrito como —um“chopper”, que regula a corrente. Uma variante adicional, freqiientemente chamanda de inversor, consiste em um redificador de diodo não regulado, um inversor, um transformador e um retificador de diodo. Uma freqiiência entre 10 e 200 kHz é utilizada como freqiiência para o “chopper” e para o inversor.

De acordo com a técnica anterior — independentemente de ruído inevitável ou — harmônicos indesejados — uma corrente contínua que é tão uniforme quanto possível é

CO 4/19 requerida para uma boa qualidade de corte e um tempo de vida útil longo das partes da tocha de plasma que são submetidas a desgaste. Para isto, a maioria das unidades estruturais indutoras (restritores) é disposta no circuito de corrente da corrente de corte de maneira a reduzir as ondulações causadas pela rede de corrente e os processos de comutação da fonte de corrente fonte de corrente.

As fontes de corrente que funcionam com freqiiência mais alta podem, em contraste com as fontes de corrente orientadas por rede, regular as ondulações da corrente contínua causadas pela freqiilência da voltagem de rede na medida em que a frequência da fonte de corrente é claramente maior que a freqilência da voltagem de rede. Frequentemente, tais fontes de corrente estão apenas disponíveis com uma potência limitada, por exemplo, 10 a 20 kW. Por esta razão, uma pluralidade de fontes de corrente é disposta em paralelo. Fontes de corrente orientadas por rede e fontes de corrente com frequência aumentada podem ser dispostas em paralelo.

É um objetivo da invenção aumentar o tempo de vida útil do eletrodo.

De acordo com a invenção, este objetivo é alcançado, de acordo com um primeiro aspecto, por um método para o corte por plasma de uma peça de trabalho por meio de um sistema de corte por plasma que contém uma fonte de corrente de plasma eum a tocha de plasma que compreende um eletrodo e a bocal que fica a uma distância o pequena do eletrodo em uma extremidade inferior da tocha de plasma, de maneira a | formar uma câmara de plasma, caracterizado pelo fato de uma corrente (1) produzida pela fonte de corrente de plasma e que flui através da tocha de plasma ser levada, pelo menos durante um período de tempo parcial do processo de corte por plasma, de maneira orientada ou controlada para uma pulsação com uma freqiiência livremente selecionável (O na faixa de 30 Hz a 500 Hz, preferivelmente 35 Hz a 500 Hz, especialmente preferivelmente 55 Hz a 400 Hz. A frequência fica, de maneira especialmente preferida, na faixa de 65 Hz a 300 Hz.

Este objetivo é adicionalmente alcançado de acordo com um segundo aspecto, por meio de um método para o corte por plasma de uma peça de trabalho por meio de um sistema de corte por plasma que compreende uma fonte de corrente de plasma e uma — tocha de plasma que apresenta um eletrodo e um bocal que fica a uma pequena distância o 5/19 do eletrodo em uma extremidade inferior da tocha de plasma, de maneira a formar uma câmara de plasma, caracterizado pelo fato de uma corrente (1) produzida pela fonte de corrente de plasma e que flui através da tocha de plasma ser levada, pelo menos durante um período de tempo parcial do processo de corte por plasma, de uma maneira orientada — ou controlada para pulsar com uma freqiiência livremente selecionável (f) na região de 0,1 Hz a 30 Hz, preferivelmente 0,1 Hz a 29 Hz, especialmente preferivelmente 0,1 Hz a 20 Hz. Um pulso pode compreender qualquer forma de sinal, tal como retangular, forma de dente de serra, etc. Em adição, o pulso pode ser assimétrico e completamente unilateral tanto em termos de tempo quanto em relação a um valor de média aritmética ou valor de partida (valor base), por exemplo, decrescente a partir da média aritmética ou valor de partida.

Pode ser provido no método de acordo com o primeiro aspecto que a corrente de corte pulsante (Is), com pelo menos um valor de pico livremente selecionável (Imin) e/ou (Ima), flutue na região de 5% a 70%, preferivelmente de 10% a 50%, em torno de seu valor de média aritmética value (Im).

De acordo com uma realização particular do método de acordo com o primeiro aspecto, pode ser provido que o desvio mínimo de um valor de pico (Imax) €/ou (Imin) do valor da média aritmética (Im) da corrente de corte (Ii) é 5 A, mais preferivelmente 10 À e mais preferivelmente ainda 20 A.

Em adição, pode ser provido que o desvio máximo de um valor de pico (Imax) €/ou (Imin) do valor da média aritmética value (Im) da corrente de corte (I.) chega a 200 A, preferivelmente 100 A.

A soma da velocidade máxima de alteração de corrente dI/dt da corrente de corte (Is) favoravelmente chega a 400 A/ms e/ou a soma da velocidade mínima de alteração de corrente dI/dt da corrente de corte (I.) chega a 2A/ms.

De acordo com uma realização adicional particular da invenção a razão de varredura D = tima/T da corrente de corte (I.) fica entre 0,1 e 0,9, preferivelmente entre 0,3 e 0,7.

- 6/19 Pode ser provido, por sua vez, no método de acordo com o segundo aspecto, que cada impulso da corrente de corte da corrente de corte pulsante (I.) compreenda uma duração limite alta (trmax), pelo que o seguinte se aplica: timin + timax = T, com um periodo de duração de T = 1/f e timin OU timax < 25% do periodo de duração T, preferivelmente timin OU timax < 15% do período de duração (T). Alternativamente, é também concebível que cada pulso de corrente de corte da — corrente de corte pulsante (1I.) apresente uma duração limite baixa (timin) e uma duração limite alta (timax), pelo que o seguinte se aplica: timin + timax <T, período de duração de T = 1/f e timin + timax < 50% do período de durção (T), preferivelmente trmin + timax < 30% do período de duração T.

A média aritmética da voltagem de corte vantajosamente apresenta no método de acordo com o primeiro aspecto e o segundo aspecto um valor na faixa de 90 V a 250 V, preferivelmente na faixa de 120 V a 220 V. o O fluxo do volume do gás de plasma (PG) é favoravelmente mantido constante.

Pode ser provido em particular que o eletrodo é um eletrodo plano.

Pode ser provido adm que o gás de plasma é posto em rotação na câmara de plasma.

Um gás de plasma contendo oxigênio é vantajosamente utilizado.

Finalmente a média aritmética da corrente de corte (Is) favoravelmente apresenta um valor na faixa de 25 A a 500 A.

A presente invenção é baseada no reconhecimento em referência a investigações que mesmo com uma corrente contínua uniforme a destruição mencionada acima do suporte de eletrodo ocorre e que o tempo de vida útil do eletrodo não é, desta — forma, particularmente longo. Foi, entretanto, surpreendentemente determinado que a

Co 7/19 superposição da corrente contínua da corrente de corte com uma corrente alternada, a pulsação da corrente de corte tem uma influencia positiva sobre o tempo de vida útil.

Particularmente no caso de corte por plasma com um gás de plasma contendo oxigênio com uma tocha de plasma com um assim chamado eletrodo plano que consiste —empelomenos uma inserção de emissão com uma capacidade de carga térmica alta e um suporte de eletrodo, foi alcançado mais do que o dobro do tempo de vida útil.

Foi mostrado que o ponto de fixação do arco permanece melhor na inserção de emissão e não entra no suporte de eletrodo.

A inserção de emissão pode, desta forma, adicionalmente “queimar para baixo” e a inserção de emissão pode ser utilizada mais empo e melhor.

É assumido que a corrente de pulso leva a uma melhor centralização do ponto de fixação do arco na inserção de emissão.

A alteração na corrente pode ser realizada pela predefinição de um valor desejado correspondente e pelo desenho correspondente da fonte de corrente.

Os valores de exemplo a seguir devem esclarecer isto: Corte por plasma de aço estrutural de 15 mm pode ocorrer, por exemplo, com Os seguintes parâmetros: Gás de plasma oxigênio Pressão de gás de plasma 9 bar Volume de fluxo de gás de plasma 1500 1/h Gás secundário Nitrogênio Pressão do gás secundário 6 bar Volume de fluxo de gás secundário 2200 1/h Velocidade de corte 2,7 m/min Valor médio de voltagem de corte 135 V Valor médio de corrente de corte 160 À Corrente de corte min. (Imin) 140 A Corrente de corte máx. (Ima) 180 A Frequência 83 Hz Diâmetro do orifício do bocal 1,4 mm

“ 8/19 Os valores relativos à frequência e amplitudes Imax (corrente de corte máxima) Trin (corrente de corte mínima) devem ser preferivelmente selecionados de tal forma que as ondulações de corrente não são refletidas na superfície de corte na forma de ranhuras. Foi então possível aumentar o tempo de vida útil do eletrodo de 3 horas a 8 horas.

Mesmo com correntes de 360 A, o tempo de vida útil poderia ser aumentado de 2 horas para 6 horas.

Características e vantagens adicionais da invenção mostradas pela descrição a seguir, na qual várias realizações da presente invenção são descritas com referência aos desenhos, nos quais: Fig. 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema de corte por plasma de acordo com o estado da técnica; Fig. 2 curso de um processo de corte por plasma de acordo com o estado da técnica, mostrado esquematicamente; Fig. 3 curso de um processo de corte por plasma de acordo com uma realização particular da presente invenção, mostrado esquematicamente; Figs. 4a 9 realizações particulares do processo de corte por plasma de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção; Figs. 10 a 18 realizações particulares do processo de corte por plasma de acordo com um segundo aspecto da presente invenção; Fig. 19º uma vista em seção de uma tocha de plasma com eletrodo plano; e Fig. 19a a tocha de plasma da Fig. 19 adicionalmente com rotação do gás de plasma e gás secundário.

A Fig. 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema de corte por plasma — de acordo com o estado da técnica que consiste da fonte de corrente de plasma (1), os componentes do qual são a fonte de corrente (1.1), a unidade de ignição (1.2), o resistor (1.3) e o contato (1.4). O pólo negativo da fonte de corrente é conectado pela linha (10.5) com o eletrodo (4.1) da tocha de plasma (4) e o pólo positivo pela linha (10.7) com a peça de trabalho (5) e por meio do (1.3), a unidade de ignição (1.2) e o contato — (1.4) por meio da linha (10.6) com o bocal (4.2) da tocha de plasma (4). A fonte de o 9/19 corrente de plasma é geralmente suprida poir uma rede de corrente trifásica, por exemplo, 400 V/S0 Hz, com energia elétrica.

O suprimento de gás da tocha de plasma ocorre aqui por meio do reservatório de gás (2), o qual pode conter válvulas, por exemplo, válvulas magnéticas e/ou válvulas reguladoras (não mostradas) para trocar os — gases, em particular o gás de plasma (PG) e o gás secundário (SG). O suprimento de gás ocorre neste exemplo por meio de garrafas (2.1) para gás de plasma e (2.2) para o gás secundário.

No caso de corte de aços não ligados ou de liga baixa oxigênio é fm utilizado como gás de plasma, no entanto um gás contendo oxigênio, por exemplo, ar ou mistura gasosa, por exemplo, nitrogênio/oxigênio, pode ser também utilizado.

Como — gás secundário, no mesmo caso oxigênio pode ser também utilizado, no entanto também um gás contendo oxigênio, por exemplo, air ou mistura gasosa, por exemplo, nitrogênio/oxigênio ou nitrogênio.

O gás de plasma (PG) é transportado por meio da linha de gás (10.3) para o espaço entre o eletrodo (4.1) e bocal (4.2), a câmara de plasma, e o gás secundário (SG) é transportado por meio da linha de gás (10.4) para o — espaço entre o bocal (4.2) ou tampa do bocal (4.4) (não mostrada) e a tampa de proteção do bocal (4.5). Em comum com a Fig. 2, a seqiiência durante o corte por plasma de acordo com a técnica anterior é descrita abaixo.

Inicialmente, a tocha de plasma (4) é posicionada com o auxílio de um sistema de guia, por exemplo, uma máquina de guia de coordenada == —CNC-controlada ou um robot a uma distância definida da peça de trabalho (5). O sinal enviado pelo sistema de guia para a fonte de corrente de plasma “tocha LIGADA” inicia o processo.

Então, o gás de plasma (PG) e o gás secundário (SG), controlados pelo reservatório de gás, fluem através da tocha de plasma (4). Após um certo tempo, por exemplo, 400 ms, a unidade de ignição (1.2) acende com alta voltagem o arco piloto que —queimaentreo eletrodo (4.1) e o bocal (4.2) e ioniza a seção entre a tocha de plasma (4) e a peça de trabalho (5). A corrente piloto (Ipitowo) é limitada pelo resistor (1.3). Valores típicos para a corrente piloto são de 12 a 35 A.

O resistor (1.3) simultaneamente produz uma queda de voltagem entre o bocal (4.2) e a peça de trabalho (5), que suporta a transição do ponto de fixação anódica do bocal para a peça de trabalho.

Após a transição da corrente (1), o contato (1.4) é aberto, a corrente (D é aumentada durante o e” 10/19 tempo (tu) (varia de 50 ms a 500 ms) para o valor de corte requerido.

É formada a corrente de corte (I.) que flui durante o tempo (ts). Os valores para a corrente de corte (Is) ficam, de acordo com a espessura do painel a ser cortado, que pode usualmente ser de entre 1 e 200 mm, entre 20 e 1000 A.

De acordo com o estado da técnica a corrente — que fluidurante este tempo deve ser tão uniforme quanto possível.

A corrente (1) flui até que o sinal “tocha LIGADA” seja desligado e então a corrente (D) é reduzida durante o tempo (táown) € interrompida.

Os valores usuais para este tempo são de 50 a 500 ms, no entanto a corrente pode ser também interrompida imediatamente, sem este tempo.

O gás de plasma e o gás secundário continuam a fluir de maneira a refriar adicionalmente a tocha de plasma.

De acordo com o estado da técnica é também possível se trabalhar com diferentes gases de plasma e secundários e também diferentes pressões e quantidades de gás nas fases do processo.

A Fig. 3 mostra, em contraste com a técnica anterior, uma corrente de corte (Is) flutuando de maneira definida, mostrada meramente como exemplo, durante o tempo (ts) — de acordo com uma realização particular da invenção.

De maneira a realizar o método de corte por plasma de acordo com uma realização particular da invenção, o sistema de corte por plasma da Fig. 1 pode ser também utilizado.

As Figs. 4 a 9 mostram realizações para os padrões de corrente de corte patterns ' de acordo com a presente invenção, onde a Fig. 4 refere-se ao padrão de corrente de — corteindicado na Fig.3. A Fig. 4 mostra um corte da corrente (Ii) que flui durante o tempo (ts). A média aritmética (Im) da corrente chega a 160 A aqui, a corrente máxima (Imax) Chega a 180 A e a corrente mínima (Imin) chega a 140 A.

O desvio dos valores de Imax € Imin do vlor da média aritmética (Im) de de igual magnitude aqui e chega a 20 A e, desta forma, de 12,5%. A corrente alternada sobreposta em relação à corrente contínua (Is) apresenta forma trapezoidal.

As velocidades de alteração de corrente dI/dt, isto é, as quantidades das alterações de corrente em um tempo que é necessário de maneira a passar de: - média aritmética (Im) para a corrente de corte máxima (max) dI/dti = [(Imax-Im)|/t1

C 11/19 - corrente de corte máxima (Imax) para média aritmética (Im) dI/dto= |Amax-Im)Vta - valor da média aritmética (Im) para corrente de corte mínima (min) dI/dta = [Amax-Im)Vt - corrente de corte mínima (Imin) para média aritmética (Im) dI/dt4 = |(Imax-Im)l/ta, são aqui constantes, na medida em que o montante das diferenças entre a corrente de corte máxima e a média aritmética da corrente de corte e a corrente de corte mínima e a média aritmética da corrente de corte são, respectivamente, de 20 A e os respectivos tempos t1, t2, t3, t4 são de igual magnitude e, respectivamente, de 0,5 ms. Chega a 40 A/ms dI/dt = (ImaxIm)/t1 = (180A—-160A)/0,5 ms = 40 A/ms O período de duração (T) chega a 12 ms e a frequência (f) é, desta forma, de 8. Hz. Foiobtido mais do dobro do tempo de vida útil com este padrão de corrente (ver exemplo acima do corte por plasma de aço estrutural de 15 mm).

A Fig. 5 mostra um padrão triangular de corrente, onde o período de duração, frequência, corrente de corte mínima e máxima e a média aritmética da corrente de corte são idênticos aos da Fig. 4. As velocidades de alteração de corrente, sendo de 6,6 A/ms, —sãomenores de de igual magnitude.

A Fig. 6 mostra um padrão de corrente senoidal com um período de duração de 6 ms e uma frequência de 166 Hz. A média aritmética (Im) da corrente aqui chega a 300 A, a corrente máxima (Inax) chega a 350 A e a corrente mínima (Imin) chega a 250 A. O desvio dos valores Imax € Imin da média aritmética (Im) é de igual magnitude é chega a 50 o 12/19 A e, desta forma, a 16%. As velocidades de alteração de corrente chegam a 33 A/ms e são de igual magnitude.

A Fig. 7 mostra um padrão de corrente que é similar a uma função-e.

O período de duração chega a 4 ms e a fregiiência chega a 250 Hz.

O valor da média aritmética (Im) da corrente aqui chega a 300 A, a corrente máxima (Imax) é de 400 A e a corrente mínima (Inin) é de 200 A.

O desvio dos valores de Imax € Imin do valor aritmético (Im) é de igual magnitude e chega a 100 A e, desta forma, a 33%. As velocidades de alteração de corrente neste exemplo são diferentes e apresentam os seguintes valores: dI/dt = dI/dt; = 100 A/1,7 ms = 59 A/ms dI/dtz = dI/dt, = 100 A/0,3 ms = 333 A/ms A Fig. 8 mostra um padrão de corrente trapezoidal, pelo que desta vez as diferenças entre a corrente de corte máxima (Imax) e a média aritmética (Im) da corrente decorte(l,)e entre a corrente de corte mínima (Inin) e o valor da média aritmética value (Im) da corrente de corte (Ii) e os tempos (tima) (2 ms) e (timin) (4 ms) asão diferentes: | Imax — Im | = | 260A — 160A | = 100A |Imin-Im[=|110 A- 160 A|=50 A |

O período de duração (T) chega a 6 ms e a frequência a 166 Hz.

As velocidades de alteração de corrente são de igual magnitude neste exemplo e chegam a 200 A/ms. dI/dt = dI/dtz = 100 A/0,5 ms = 200 A/ms dI/dts = dI/dta = 50 A/0,25 ms = 200 A/ms A Fig. 9 also mostra um padrão de corrente trapezoidal, onde as diferenças entre a corrente de corte máxima (Inmax) € a média aritmética (Im) da corrente de corte I; e —entrea corrente de corte mínima (Imin) e a média aritmética (In) da corrente de corte (Is)

Co 13/19 e os tempos (timax) (2 ms) e timin) (3 ms) são diferentes e a corrente de corte é de uma vez em relação a seu valor da média aritmética (Im): |Imax - Im|=|235 A- 160 A| =75 À |Imin-Im|=[|110 A- 160 A|=50 À O período de duração (T) chega a 6 ms ea frequência a 166 Hz. As velocidades de alteração de corrente são de igual magnitude neste exemplo e chega a aproximadamente 200 A/ms.

dI/dt = dI/dtz = 100 A/0,37 ms = 200 A/ms dI/dt; = dI/dt, = 50 A/0,25 ms = 200 A/ms As Figs. 10 a 13 mostram realizações particulares do método para o corte por plasma de acordo com o segundo aspecto da presente invenção. Em vez de uma sobreposição Ide uma corrente contínua com uma corrente alternada, a corrente de corte pode ser descrita nestes casos como uma seqilência de pulsos que se repetem periodicamente. Nas Figs. 10 e 11 a forma do sinal com o período de duração (T = 1/1) contém um pulso retangular voltado para baixo (Fig. 10) ou um pulso retangular voltado NM para cima (Fig. 11), a partir de um valor de base. Nas Figs. 12 e 13, por outro lado, a forma do sinal compreende impulsos retangulares tanto voltados para cima quanto voltados para baixo, onde as formas do sinal nas Figs. 12 e 13 diferem meramente na distância do tempo entre os pulsos retangulares voltados para cima e para baixo. A Fig. 14 mostra um exemplo numérico completo para a realização de acordo comaFig 10,enquanto que é mostrada na Fig. 15 uma realização concreta para a forma de acordo com a Fig. 11. Em ambos os casos o que se segue é aplicável para a soma de timax, isto é, a duração de limite alto, e de timin, isto é, a duração de limite baixo, e o período (T): timin + timax = T,

CU 14/19 onde T é 500 ms, timax 470 ms e timin 30 ms. Para Imax (limite alto) = 300 A e Imin (limite baixo) = 220 A se tem uma média aritmética (Im) da corrente de corte no nível de 295 A. No caso mostrado na Fig. 15, o período de duração (T = 1/f) é também de 500 ms, ,noentantotina,éde30 ms «e timiné de 470 ms. Quando Imax = 400 A e Imin = 300 A, se tem uma média aritmética (Im) da corrente de corte (1) de 306 A.

As Figs. 16 e 17 mostram casos nos quais o seguinte é aplicável para os pulsos da corrente de corte (I.): timin + timax < T A Fig. 16 mostra um exemplo numérico para a realização de acordo com a Fig. 13, enquanto que na Fig. 17 mostra um exemplo numérico para a realização de acordo com a Fig. 14. Na Fig. 16, o período de duração (T) é de 500 ms, enquanto que tanto —timax quanto timin São claramente menores, a saber, respectivamente 25 ms. Para Imax = 400 A e Imin = 200 A se tem então um valor da média aritmética (Im) da corrente de corte (Is) de 300 A.

Na Fig. 17, o período de duração (T) é de 650 ms e timax E timin São claramente menores, a saber, respectivamente 50 ms. Com uma corrente máxima (Ima) de 450 A e uma corrente mínima (Imin) de 250 A, se tem, desta forma, um valor de média aritmética value (In) de 350 A.

No padrão de sinal mostrado na Fig. 18 da corrente de corte (I.) ocorre, por sua vez, uma seqiiência de pulsos com um período de duração (T = 400 ms) = timin + timax, onde timax é de 300 ms e timin é de 100 ms. A forma de sinal periódico, entretanto, não — apresenta um pulso retangular, mas em vez disto uma progressão do tipo dente ou do tipo rebarba. O tmin corresponde ao tempo durante o qual a corrente de corte (Is) se desvia de Imax (= 300 A). No caso de uma corrente mínima (Imin) de 200 A se tem, desta forma, um valor de média aritmética (Im) da corrente de corte (Is) de 290 A. |

TN ASA

CU 15/19 Finalmente, a Fig. 19 mostra uma seção por meio de uma vista lateral de uma tocha de plasma (4) com um eletrodo plano (4.2), onde o método inventivo pode ser utilizado particularmente vantajosamente.

Os componentes essencialmente mostrados da tocha de plasma (4) (dos quais — apenas um cabeçote da tocha de plasma é mostrado) são um eletrodo (4.1) na forma de um eletrodo plano, que inclui um suporte de eletrodo (4.1.1) e uma inserção de emissão (4.1.2), um bocal (4.2) com um orifício de bocal (4.2.1), onde o bocal (4.2) e o eletrodo (4.1) formam entre eles uma câmara de plasma (4.7), Um gás de plasma (PG) é transportado para dentro da câmara de plasma (4.7) por um guia de gás de plasma (4.3) que coloca o gás de plasma em rotação através de orifícios apropriadamente dispostos, e na câmara de plasma (4.7) este é ionizado por um arco de plasma e é formado um jato de plasma (6) (não mostrado, mas ver Fig. 1). O bocal (4.2) é fixado por uma tampa de bocal (4.4). Na area compreendida por ambos, flui um refrigerante a partir de um suprimento de refrigerante (WV2) para um retorno de refrigerante (WR2) e resfria o —bocal(4.2) e a tampa de bocal (4.4). O eletrodo oco (4.1) formado no interior, no qual uma tubulação de refrigerante (4.8) se projeta, é também resfriado por um refrigerante. Este flui a partir de um suprimento de refrigerante (WV1) através da tubulação de refrigerante (4.8) para a câmara oca do eletrodo (4.1) para a ponta do eletrodo e então entre a tubulação de refrigerante (4.8) e o eletrodo (4.1) para um retorno de refrigerante (WRI). Água destilada, que pode ser provida com um aditivo para proteção contra congelamento, é utilizada como refrigerante. Um circuito de água de refrigeração (não mostrado) é o que, vantajosamente, resfria o refrigerante por meio de um trocador de calor (não mostrado) ou uma máquina de refrigeração (não mostrada) e o alimenta por meio de uma bomba (não mostrada) de voltapara a tocha de plasma. O volume do fluxo eatemperatura do refrigerante podem ser, desta forma, monitorados e/ou controlados.

O gás secundário (SG) flui para uma câmara entre a tampa do bocal (4.4) e uma tampa de proteção do bocal (4.5) e é posto em rotação por meio de um guia de gás secundário (4.6) através de orifícios apropriados e então alimentado ao jato de plasma (6). O gás secundário (SG) protege em combinação com a tampa de proteção do bocal

CÚ 16/19 (4.5) em particular o bocal (4.2) e a tampa do bocal (4.4) na penetração em uma peça de trabalho (5) (ver Fig. 1) contra danos provocados por estilhaços de material.

A Fig. 19a mostra adicionalmente, esquematicamente, a rotação do gás de plasma (PG) e do gás secundário (SG) produzida pelos respectivos guias de gás.

Aspectos adicionais podem ser: - o fato da corrente (1) flutuar periodicamente, isto é, com frequência (9) constante; - Oo fato da frequência da voltagem de corte ser independente e/ou mantida constante; - o fato da corrente (1) flutuar em torno de sua média aritmética durante todo o processo (piloto, transferência (tu), corte (ts), redução da corrente ao final do corte (táown)); - o fato da corrente flutuar em torno de sua média aritmética durante o corte (ts), transferência (tup) e/ou redução da corrente (taown); - o fato da corrente (1) flutuar em torno de sua média aritmética apenas depois de alcançar a dita média aritmética predefinida para o corte; - o fato da corrente (1) flutuar em torno de sua média aritmética apenas pelo menos 1 segundo apos alcançar o dito valor da média aritmética predefinido para o corte; - o fato da densidade média de corrente da área do orifício do bocal (4.2.1) ser entre 30 e 150 A/mmº; - o fato da densidade média de corrente da área do orifício do bocal (4.2.1) ser entre 60 e 150 A/mmº; - o fato do gás de plasma (PG) ser posto em rotação por meio de um guia de gás —noespaço entre o eletrodo (4.1) e o bocal (4.2); - o fato dp volume de fluxo do gás de plasma (PG) ficar na faixa de 700 I/h a 7000 1/h; - o fato da pressão do gás de plasma (PG) no espaço entre o eletrodo (4.1)eo bocal (4.2) ficar entre 2,5 e 8 bar;

e 17/19 - o fato do gás de plasma (PG) ser oxigênio, um gás contendo oxigênio ou uma mistura gasosa; - o fato do gás de plasma (PG) consistir pelo menos de um gás molecular gas tal como oxigênio, nitrogênio, hidrogênio; - o fato do gás de plasma (PG) consistir pelo menos na proporção de 30% em volume de um gás molecular tal como oxigênio, nitrogênio, hidrogênio; - o fato haver resfriamento a água para a tocha de plasma (4); - o fato de apresentar uma base de dados, na qual por meio de parâmetros de corte pelo menos serem definidos o material, corrente de corte, velocidade de corte e gás deplasma; - o eletrodo (4.1) para uma tocha de plasma, que o suporte de eletrodo (4.1.1 é oco no interior e forma uma superfície interna; - o fato do eletrodo (4.1) ser formado como um eletrodo plano; - o fato do eletrodo (4.1) ser resfriado a água; - o fato da inserção de emissão (4.1.2) apresentar um diâmetro de 0,9 a 8 mm; - o fato do orifício do bocal (4.2.1) apresentar um diâmetro de 0,4 a 7 mm; - o fato do bocal (4.2) ser resfriado a água; - O fato de uma parte do guia de gás estar presente no espaço entre o eletrodo (4.1) e o bocal (4.2); - o fato de estar presente uma tampa de proteção do bocal (4.5); - o fato de um anel do guia de gás estar presente entre a tsmpa de proteção do bocal (4.5) e a tamap do bocal cap (4.4) ou bocal (4.2); - o fato do anel do guia de gás colocar o gás secundário (SG) em rotação.

As características da invenção descritas no presente relatório, nos desenhos e nas reivindicações podem ser essenciais tanto individualmente quanto também em qualquer combinação para a realização da invenção em suas diferentes realizações.

. 18/19 Lista de referências numéricas 1 Fonte de corrente de corte de plasma 11 Fonte de corrente 12 Unidade de ignição (ZG) 13 Resistor

1.4 Contato de comutação 2 Reservatório de gás 21 Garrafa de gás com gás de plasma 22 Garrafa de gás com gás secundário 4 Tocha de plasma

4.1 Eletrodo

4.1.1 Inserção de emissão

4.1.2 Suporte de eletrodo 42 Bocal

4.2.1 Orifício de bocal

4.3 Guia de gás de plasma

4.4 Tampa de bocal

4.5 Tampa de proteção do bocal

4.6 Guia de gás secundário

4.7 Câmara de plasma

4.8 Tubulação de refrigeração Peça de trabalho 6 Jato de plasma

10.1 Linha de suprimento de refrigerante

10.2 Linha de retorno de refrigerante

10.3 Linha de gás de plasma

10.4 Linha de gás secundário

10.5 Linha de corrente para o eletrodo e. 19/19

10.6 Linha de corrente line para o bocal

10.7 Linha de corrente line para a peça de trabalho D Razão de varredura D = tima/T f Freqiiência dI/dt Velocidade de alteração de corrente 1 Corrente Im Média aritmética da corrente de corte Is Corrente de corte Imin Corrente mínima de corte TImax Corrente máxima de corte T Período de duração tm Tempo Im timin Tempo Imin timax Tempo Imax | Tempo de corte tpitot Tempo do arco piloto tup Tempo de aumento da corrente (1) tdown Tempo de redução da corrente [S Tempo 1 (Im à Imax) 2 Tempo 2 (Imax à Im) 3 Tempo 3 (Im à Imin) t4 Tempo 4 (Imin para Im) WV1 Suprimento de refrigerante 1 WV2 Suprimento de refrigerante 2 WRI1 Suprimento de refrigerante 1 WR2 Retorno de refrigerante 2

Claims

Í 1/3 REIVINDICAÇÕES

1. — Método para corte por plasma de uma peça de trabalho peça de trabalho (5) por meio de um sistema de corte por plasma que compreende uma fonte de corrente —deplasma(1)e uma tocha de plasma (4), que contém um eletrodo (4.1) e um bocal (4.2), que fica a uma distância pequena do eletrodo (4.1) em uma extremidade inferior da tocha de plasma (4) de maneira a formar uma câmara de plasma (4.7) entre eles, caracterizado pelo fato de uma corrente I produzida pela fonte de corrente de plasma (1) e que flui através da tocha de plasma (4) ser levada a pulsar, pelo menos durante um período de tempo parcial do processo de corte por plasma, de maneira dirigida ou controlada com uma freqiiência f que pode ser selecionada livremente na faixa de 30 Hz a 500 Hz, preferivelmente de 35 Hz a 500 Hz, especialmente preferida de 55 Hz a 400 Hz.

2. “Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da | 15 corrente de corte pulsante 1, flutuar, com pelo menos um valor de pico que pode ser . selecionado livremente Imin €/0u Imax na faixa de 5% a 70% m, preferivelmente de 10% a 50%, em torno de sua média aritmética In.

3. — Método de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato do desvio mínimo de um valor de pico Imax €/ou Imin do valor da média aritmética Im da corrente de corte 1, ser de 5 A, mais preferivelmente de 10 A e o mais preferido sendo de 20 A.

4. — Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato do desvio máximo de um valor de pico Imax €/0u Irnin do valor da média aritmética Im da corrente de corte 1; ser de 200 A, preferivelmente 100 A.

5. “Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da quantidade da velocidade de alteração da corrente máxima dI/dt da corrente de corte 1; ser de 400 A/ms e/ou da quantidade da velocidade de alteração da corrente mínima dI/dt da corrente de corte I; ser de 2 A/ms.

6. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da razão de varredura D = tima/T da corrente de corte I; ficar entre 0,1 e 0,9, preferivelmente entre 0,3 e 0,7.

7. “Método para corte por plasma de uma peça de trabalho por meio de um sistema de corte por plasma que compreende uma fonte de corrente de plasma (1) e uma

' 2/8 tocha de plasma (4) compreendendo um eletrodo (4.1) e um bocal (4.2) que está a uma distância pequena do eletrodo (4.1) em uma extremidade inferior da tocha de plasma (4) de maneira a formar uma câmara de plasma (4.7) entre eles, caracterizado pelo fato de uma corrente I produzida pela fonte de corrente de plasma (1) e que flui através da tocha — de plasma (4) ser levada, pelo menos durante um período de tempo parcial do processo de corte por plasma, de maneira dirigida ou controlada para pulsar com uma frequência f que pode ser selecionada livremente na faixa de 0,1 Hz a 30 Hz, preferivelmente 0,1 Hz a 29 Hz, especialmente preferida sendo de 0,1 Hz a 20 Hz.

8. — Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de cada pulso da corrente de corte da corrente corrente de corte pulsante 1; apresentar uma duração limite inferior timin € uma duração limite superior timax, Onde o que se segue se aplica: timin + timax = T onde o período de duração é T = 1/f € timin OU timax < 25% do período de duração T, preferivelmente timin ou timax < 15% do período de duração T.

9. “Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de cada pulso da corrente de corte da corrente de corte pulsante I, compreender comprises uma duração limite inferior timin e uma duração limite superior timax, Onde O que se segue se aplica: timin + timax <T, período de duração de T = 1/f € timin + timax < 50% do período de duração T, preferivelmente timin + timax < 30% do período de duração T.

10. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da média aritmética da voltagem de corte compreender um valor na faixa de 90 V a 250 V, preferivelmente na faixa de 120 V a 220 V.

| = 3/3

11. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato do fluxo volumétrico do gás de plasma (PG) ser mantido constante.

12. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato do eletrodo (4.1) ser um eletrodo plano.

13. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato do gás de plasma (PG) ser posto em rotação na câmara de plasma (4.7).

14. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de ser utilizado um gás de plasma (PG) contendo oxigênio.

15. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, ] caracterizado pelo fato da média aritmética da corrente de corte 1; apresentar um valor na faixa de 25 A a 500 A.

- 1/20

DESENHOS 7 & 7 ms 3 1 À . i as

NE E Es =? " ah

E | G o H 3 | | í : | ts Â | 12 2 4 > pio e Foo o a focas a foro, i H Ê o MN 1 F t | ! 1: 1 t 1 E | 1 E a ee t 1 Ledo | Sl 2) | ! Co Í | | . Po - i : Í ! | À | ê | ! É t ! t i o 3 9 q ”” « 2 are

1 | | | A mm come ces Eco nana aaa as Ss | TOFiT Ss ! | 2? H .—. uu. Do | ! | Í | É 1 -” Do > | Í â | 1 Í Í | i | Nm | | 0 L ! dê dg a nm À | é é 8 <<

TO SN v< o o o ” eã *t *?g

| | | o am ias rms É o o e Ás nt pata sino te io o r nr ê i TA | || : i

ES | i j el q ir — — Anpodpedesene ES &8 RBS ê & ão é as ê&& Ex to e ao E E 8

ESTES EA a. É 1 +

S i = nr) | .

' 5/20

1. o Í mo Ss

O Í | " t mvqm=— da nos t $ Lit. / Í imo ê mg me e mm co o e = É 1 Í = 1 : PS Es Í 7 Í E& = | Ê LA À z le a oo os o a e É A nen T 1 i | = H ur i ) ' E * a =! So 4 1 + Í 82 nf cm ce ce o is É nao PA Ss 6 e X í 8= e nn " a 1 Í i dE É E % Í i EE neo fo ! á NÉ 1 Í i io FA | Arre Es SE ovo : da q o | [3 Ss = > o LL. Í T nm mea ee os ENS 1

- 7/20 ii o Fa Ss Ú t í = t E Vi & t - t is f Loeb 1 i ij = 1 Í EE NTAS e mí q bo ame aaa nf gs 7 E i às.

Í a i

Í | pala o ora at e Dae semana : Po 28: gl PP sé ts 1/1 Es gg PES í ; 7 " GR ss fo É PoE Í t 1 í Pie Zan = = Voo go No po mi i Í t i soares Arraman tucana 1 mn É E é É - E : â É cocada

FS e É s vo o As =

SD | i to í i j Sur aa fio den rm e oi poquTTTOA ido

Ê

Í Í

Í É t j; * % Í ie = sã i i É af ea) Aspas: 7”? 1 qua q E: Ez il aê Poço ED creo z % d f Í 2 & É i FM E E é a À rs ã Po | 4 ES

PS ZE ; io | |, 82295 : i t j sz Or OR E x i Í | SE Et sã l bo — Fis Cos s Í à H io ê to! = | mão dndo md, ã é é se z 2 É mm E " * É a

B : dos >

OD o” 1 SA) | Í Tp ne de ! Í 1

Í

É io j as . FE OO - > dedo 7” "A j | |

É TI i | E A... Pesto mm e fts coment . = j Í | | . ; ge 2. Í HS Í Es , E o “ EE embed a Ea dRR 1 à ÉS 4 RE a LL %

OA EE O E O o o NA, Do é Cio ja) margem A etetrmmenstnenameçena a É É 8 E Po To FÉ ss o na aaa im Ás ro om ente ficas mm re ea sauaa E ! Í õ | | - ! | | ! | | "O L au e 88 &8 3 88 ; “s TAC s & & zé & 8$ E 8 7

A z " | | 1 ” | : | É : | e : | Ee =

LEO $$ 88 8888 Ê é &é É à zé v so E 8X ” | Pr E

|| do e | T 3 E . |

EE | | | | | | | |

Í Í | ST : | 1 : ——. area Sat cr eraaaaada

LE pod dean 8º SS ss: É Sá 83 82 Ss É 2 s sã vv & E 8X - sê ? S&

ce Desafloadhess! tenham andas! sora 6 BF 3 Se. un td Í 1

Í Í | lá +

DR 8 Í | Tem 4 Lo Node É —Lr- TiTTIT=AT=T 33 23; 8 8 & 8 sã & às 2 BZ - Pr Pt ev = Ss — 2 iL —: | Z

Í 1 & ij t t : : do a aa ! [O ! ! | t | ; i É a ' Í z gi ê ã 1 Êí Ss * 5 | 7 e 2 17

Oo e ID] de =

E iz í d |

Í [o M— | í = HE o Í & É g éj é É Z Í eo T i Í s a menqmTn] rim | : f 222 Fe memorando Arm E É & Ez E mm... * se A 5 * ix : E da

[x —

S =

É u. do Í 1 T red nd 2 msm] == ã ê & r ! E " | | 2É 1% à

E í Po | É Pon =TITT um 7 Mm & EN $i ã o. És co - o Se 3

SD [1 em É | s

Í 1%

Í t i | | | j ] Ps t Í Í 1 t+ E t | Í Í e = : j Í S É t gg 88 í É É E * Í = É 5 i PARADA E = Í i A o - | o : X Da o? uai nie irei srs se soa qr .. ima é É ú as o ' CE EO v Ts de

Figura 19 á Wi SG WR2 WRIVARIO WD so | PG PG x | rr SEE RS ii 4.6 S NS NS E q SE NSEDSS NA EE NZD a ENS) RN o ONG Nes E//08. ENÚNAS IAS ——46 ANSA SE : - Ne A o NA 41 SEA TA, Pa TALE DA e “A:

4.7 TI TA5 A” . “-. 2º

4.21 N T42 X. “44

Figura 19a 4 WVi se WeZ Ri jo W2 SS | | Pe, fio TS TREE EIS Di to 4,8 NINE LEA ds NO Za NA TAS 4.3 > RN A | REA FR EO ANTENAS ASA a o RAM — 417 ERRA = A oe O EEE : SS —, 5 E A “ DS , 8217 N 4.2 * 4,4