BRPI0907971B1

BRPI0907971B1 - Método e sistema de maçarico de plasma para cortar um furo e um contorno em uma peça a trabalhar, memória legível por computador, controlador numérico de computador para controlar parâmetros de corte de um maçarico de plasma

Info

Publication number: BRPI0907971B1
Application number: BRPI0907971-8A
Authority: BR
Inventors: Jon W. Lindsay; Guy T. Best
Original assignee: Hypertherm, Inc.
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2020-05-12
Also published as: EP2420343A1; EP2237919A1; EP2237919B1; US8354610B2; AU2009329560A1; US8354609B2; CN101952075A; US20120018409A1; WO2010074800A1; JP2012501250A; BRPI0907971A2; AU2009329560B2; US20100155376A1; EP2420343B1; CN101952075B; KR20110048022A

Abstract

"corte de furo de alta qualidade utilizando composições variaveis de gas de blindagem" um método e equipamento para um sistema de maçarico de plasma tendo uma configuração de ponta de maçarico de plasma que inclui um bico, um eletrodo, e uma unidade de controle para controlar uma composição do fluxo de gás de blindagem, de tal modo que enquanto cortando o contorno o fluxo de gás de blindagem compreende uma primeira composição de gás de blindagem e enquanto cortando o furo o fluxo de gás de blindagem compreende uma segunda composição de gás de blindagem.

Description

“MÉTODO E SISTEMA DE MAÇARICO DE PLASMA PARA CORTAR UM FURO E UM CONTORNO EM UMA PEÇA A TRABALHAR, MEMÓRIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR, CONTROLADOR NUMÉRICO DE COMPUTADOR PARA CONTROLAR PARÂMETROS DE CORTE DE UM MAÇARICO DE PLASMA

CAMPO TÉCNICO [001]

A invenção se refere geralmente aos maçaricos de corte a arco de plasma. Mais especificamente, a invenção se refere a um método e equipamento para cortar furos e contornos em uma peça a trabalhar utilizando uma configuração de ponta de maçarico de plasma.

ANTECEDENTES [002]

Corte a plasma é comumente realizado mediante uso de um arco elétrico restrito para aquecer um fluxo de gás para o estado de plasma. A energia a partir do fluxo de plasma de alta temperatura derrete localmente a peça a trabalhar. Para muitos processos de corte, um fluxo de gás secundário (também conhecido como um fluxo de gás de proteção, ou fluxo de blindagem) é usado para proteger o maçarico e auxiliar no processo de corte. O momentum do fluxo de plasma de alta temperatura e do fluxo de blindagem ajuda a remover o material derretido, deixando um canal na peça a trabalhar conhecido como entalhe de corte.

[003]

Movimento relativo entre o maçarico de plasma e a peça a trabalhar permite que o processo seja usado para cortar efetivamente a peça a trabalhar. O gás de proteção interage com o gás de plasma e a superfície da peça a trabalhar e desempenha uma função crucial no processo de corte. A jusante do orifício de bocal, os fluxos de gás de

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2/28 plasma e de blindagem entram em contato possibilitando a transferência de calor e massa.

[004] Para referência, a Figura 1 é um diagrama de um sistema de maçarico de plasma automatizado conhecido. O sistema de maçarico automatizado 10 pode incluir uma mesa de corte 22 e maçarico 24. Um exemplo de um maçarico que pode ser usado no sistema automatizado é o sistema de autogás HPR260, fabricado pela Hypertherm®, Inc., de Hanover, N.H. O controlador de altura de maçarico 18 é então montado em um cavalete 26. O sistema automatizado 10 também pode incluir um sistema de acionamento 20. O maçarico é alimentado com energia por intermédio de uma fonte de energia 14. Um sistema de maçarico automatizado 10 também pode incluir um controlador numérico de computador 12 (CNC), por exemplo, um Hypertherm Automation Voyager, fabricado pela Hypertherm®, Inc., Hanover, N.H. O CNC 12 pode incluir uma tela de vídeo 13 que é usada pelo operador do maçarico para introduzir informação ou ler informação que o CNC 12 utiliza para determinar os parâmetros de operação. Em algumas modalidades, os parâmetros de operação podem incluir: velocidade de corte, altura do maçarico, e composição do gás de plasma e de blindagem. A tela de vídeo 13 pode ser usada pelo operador para manualmente introduzir parâmetros de operação. Um maçarico 24 também pode incluir um corpo de maçarico (não mostrado) e artigos de consumo de maçarico que são montados na extremidade frontal de um corpo de maçarico. Discussão adicional sobre a configuração do CNC 12 pode ser encontrada na Publicação de Patente dos Estados Unidos 2006/0108333, atribuído a

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Hypertherm®, Inc., cuja totalidade é aqui incorporada mediante referência.

[005] A Figura 12 é uma vista em seção transversal de uma configuração de ponta de maçarico a arco de plasma conhecida, incluindo partes que podem ser consumidas e fluxos de gás. O eletrodo 27, bocal 28, e proteção 29 são aninhados juntos de tal modo que o gás de plasma 30 flui entre o exterior do eletrodo e a superfície interior do bocal. Uma câmara de plasma 32 é definida entre o eletrodo 27 e o bocal 28. Um arco de plasma 31 é formado na câmara de plasma 32. O arco de plasma 31 sai da ponta de maçarico através de um orifício de arco de plasma 33 na extremidade frontal do bocal. O gás de proteção 34 flui entre a superfície exterior do bocal e a superfície interior da proteção. O gás de proteção 34 sai da ponta e maçarico através do orifício de saída de blindagem 35 na extremidade frontal da proteção, e pode ser configurado para envolver o arco de plasma. Em alguns casos, o gás de proteção também sai da ponta de maçarico através de furos de sangria 36 dispostos dentro da proteção 29. Um exemplo de artigos de consumo de maçarico de plasma são as partes de consumo fabricadas pela Hypertherm®, Inc., de Hanover, NH para sistemas HPR 130, para corte de aço doce com uma corrente de 80 ampères.

[006] Uma porção do fluxo de gás de proteção pode entrar no entalhe de corte com o gás de plasma e formar uma camada limite entre o arco de corte e a superfície da peça a trabalhar 37. A composição dessa camada limite influencia a transferência de calor a partir do arco para a

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4/28 superfície da peça a trabalhar e as reações químicas que ocorrem na superfície da peça a trabalhar.

[007] Várias misturas de gás são usadas para ambos, o gás de plasma e o gás de proteção, nos processos de corte a plasma. Por exemplo, o oxigênio é usado como o gás de plasma e o ar como o gás de proteção para o processamento de aço doce. Alguns processos de baixa corrente (por exemplo, inferior a 65 ampères) utilizam o oxigênio não apenas como o gás de plasma como também com o gás de proteção para cortar material fino (por exemplo, peças a trabalhar inferiores à medida padrão 10). A combinação de gás de proteção de ar/gás de plasma de oxigênio é popular para aço brando em correntes de arco acima de 50 ampères, devido à capacidade de produzir peças grandes com boa qualidade e refugo mínimo em velocidades elevadas de corte. Tais processos de corte têm certas desvantagens. Por exemplo, embora a configuração de gás de proteção de ar/gás de plasma de oxigênio possa cortar de forma apropriada as grandes seções com bordas retas, tal combinação de gás é incapaz de criar furos de alta qualidade. Em vez disso, os furos cortados com gás de plasma de oxigênio e gás de proteção de ar têm um chanfro ou afilamento substancial. Chanfro ou afilamento ocorre onde o diâmetro do lado inferior da peça a trabalhar é menor do que o diâmetro no lado superior da chapa. Em um corte de furo de parafuso utilizando um gás de proteção de ar, se o diâmetro do furo no topo da peça a trabalhar for cortado para combinar com o tamanho do parafuso que deve passar através do furo, o afilamento do corte de furo com um gás de proteção

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5/28 de ar pode fazer com que o diâmetro do furo na parte inferior da peça a trabalhar seja menor do que o diâmetro do parafuso, impedindo que o parafuso passe através da parte inferior da peça a trabalhar. Nesses tipos de instâncias, processos secundários, tal como mandrilagem ou perfuração são exigidos para ampliar o diâmetro do furo de parafuso na parte inferior da peça a trabalhar. Esse método anterior de garantir qualidade de corte de furo era demorado sugerindo que um método mais eficiente de cortar furos e contornos em uma única peça a trabalhar é necessário.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [008] A presente invenção aperfeiçoa substancialmente a qualidade de corte para pequenos detalhes da parte interna, ou furos, enquanto mantendo a produtividade e a qualidade do corte para detalhes ou contornos maiores. Mediante mudança da composição de gás de proteção ao cortar um furo e um contorno em uma única peça a trabalhar, a presente invenção elimina a necessidade de processos secundários. Por exemplo, enquanto cortando o contorno o fluxo de gás de proteção tem uma primeira composição de gás de proteção e enquanto cortando o furo o fluxo de gás de proteção tem uma segunda composição de gás de proteção.

[009] Em um aspecto, a invenção apresenta um método para cortar um furo e um contorno em uma peça a trabalhar com um maçarico de plasma. Em uma modalidade o método inclui um maçarico de plasma incluindo um bocal e eletrodo que definem uma câmara de plasma, um arco de plasma é gerado na câmara de plasma. Em uma modalidade, o maçarico de plasma inclui também uma linha de fornecimento de

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6/28 gás de proteção para prover um fluxo de gás de proteção para o maçarico arco de plasma, e uma unidade de controle para controlar os parâmetros de corte incluindo a composição do gás de proteção e a velocidade de corte. Em uma modalidade o método inclui controlar os parâmetros de corte de tal modo que quando o contorno é cortado o gás de proteção compreende uma primeira composição de gás de proteção e quando o furo é cortado o gás de proteção compreende uma segunda composição de gás de proteção. Em algumas modalidades, a primeira composição de gás de proteção é diferente da segunda composição de gás de proteção.

[0010] Em ainda outro aspecto a presente invenção retrata um método para aperfeiçoar as características de corte de um pequeno detalhe interno em uma operação de corte com um maçarico de plasma. Em uma modalidade o método inclui as etapas de cortar um pequeno detalhe interno utilizando uma segunda composição de gás de proteção, o pequeno detalhe interno posicionado dentro do corte de contorno previsto de uma peça a trabalhar, e cortando um contorno correspondente ao corte de contorno previsto utilizando uma primeira composição de gás de proteção.

[0011] Em um aspecto adicional a invenção apresenta um método para cortar um furo e um contorno em uma peça a trabalhar utilizando um maçarico a arco de plasma. O maçarico a arco de plasma pode incluir um bocal e eletrodo que define uma câmara de plasma, de tal modo que o arco de plasma gerado na câmara de plasma é usado para cortar a peça a trabalhar, e uma linha de fornecimento de

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7/28 gás de proteção que fornece um fluxo de gás de proteção ao maçarico de plasma. Em uma modalidade, o método inclui a etapa de cortar um furo em uma peça a trabalhar em que o fluxo de gás de proteção compreende uma segunda composição de gás de proteção que é selecionada de tal modo que um chanfro de uma borda do furo é substancialmente eliminado. Em uma modalidade o método também pode incluir as etapas de cortar um contorno em que o fluxo de gás de proteção compreende uma primeira composição de gás de proteção, e controlando a primeira composição de gás de proteção e a segunda composição de gás de proteção de tal modo que enquanto cortando o furo a segunda composição de gás de proteção compreende menos nitrogênio que a primeira composição de gás de proteção.

[0012] Em outro aspecto, a invenção apresenta um método adicional de cortar um furo em uma peça a trabalhar utilizando um maçarico a arco de plasma. O método pode incluir um maçarico a arco de plasma incluindo artigos de consumo de alta corrente, os artigos de consumo de alta corrente incluindo um bocal e um eletrodo que definem uma câmara de plasma. Em uma modalidade o método também pode incluir as etapas de gerar um arco de plasma na câmara de plasma utilizando uma corrente de arco acima de 50 ampères, e controlar uma composição de gás de proteção de um fluxo de gás de proteção, de modo que quando o furo é cortado, a composição do gás de proteção compreende uma quantidade de nitrogênio de tal modo que qualquer chanfro potencial da parede lateral do furo é substancialmente eliminado.

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8/28 [0013] A invenção retrata, em um aspecto, um sistema de maçarico de plasma para cortar um furo e contorno em uma peça a trabalhar. Em uma modalidade o sistema de maçarico de plasma inclui uma configuração de ponta e maçarico de plasma incluindo um bocal e um eletrodo que define uma câmara de plasma, um arco de plasma é gerado na câmara de plasma. Em uma modalidade o sistema de maçarico de plasma inclui também uma linha de fornecimento de gás de proteção para prover um fluxo de gás de proteção à ponta de maçarico de plasma e uma unidade de controle para controlar uma composição do fluxo de gás de proteção. Em uma modalidade a unidade de controle controla a composição do fluxo de gás de proteção de tal modo que enquanto cortando o contorno o fluxo de gás de proteção compreende uma primeira composição de gás de proteção e enquanto cortando o furo o fluxo de gás de proteção compreende uma segunda composição de gás de proteção. Em uma modalidade o aperfeiçoamento compreende um produto legível por computador incorporado de forma tangível em uma portadora de informação, operável na unidade de controle, o produto legível por computador contendo informação de corte para o sistema de maçarico a arco de plasma incluindo instruções que selecionam a primeira composição de gás de proteção ao cortar o contorno e selecionam a segunda composição de gás de proteção ao cortar o furo.

[0014] Em outro aspecto, a invenção apresenta um componente que inclui um produto legível por computador incorporado de forma tangível em uma portadora de informação, operável em um CNC

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9/28 para uso em um sistema de maçarico de plasma. Em uma modalidade o produto legível por computador inclui informação de corte para cortar um furo e um contorno a partir de uma peça a trabalhar utilizando um maçarico a arco de plasma, incluindo instruções de tal modo que enquanto cortando o furo um fluxo de gás de proteção compreende uma segunda composição de gás de proteção e quando o contorno é cortado o fluxo de gás de proteção compreende uma primeira composição de gás de proteção.

[0015] Em ainda outro aspecto, a invenção apresenta um controlador numérico de computador para controlar os parâmetros de corte de um maçarico de plasma incluindo uma composição de um fluxo de gás de proteção. Em uma modalidade o controlador inclui um processador, um dispositivo de

armazenamento	eletrônico,	uma	interface	para prover
instruções	de	controle	a um	maçarico	a arco	de
plasma, e	uma	tabela de	consulta para	selecionar	a
composição	do	fluxo de	gás	de proteção para	o

maçarico de plasma. Em uma modalidade o controlador controla a composição do fluxo de gás de proteção de acordo com o fato de se o maçarico de plasma cortará um furo ou um contorno em uma peça a trabalhar.

[0016] Qualquer um dos aspectos acima pode incluir uma ou mais das seguintes características. A segunda composição de gás de proteção pode compreender menos nitrogênio do que a primeira composição de gás de proteção de tal modo que um chanfro de uma borda do furo é substancialmente eliminado. Em algumas modalidades a peça a trabalhar é aço doce, em algumas modalidades a primeira composição de gás de proteção é ar, e em

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10/28 algumas modalidades a segunda composição de gás de proteção é oxigênio. A segunda composição de gás de proteção também pode consistir essencialmente em oxigênio durante o corte de furo. Em uma modalidade uma taxa de fluxo do fluxo de gás de proteção é reduzida durante o corte de furo. Uma velocidade de corte do maçarico pode ser reduzida durante o corte do furo. Em uma modalidade, o controle dos parâmetros de corte pode compreender ainda o controle da segunda composição de gás de proteção de acordo com uma relação de um diâmetro do furo para uma espessura da peça a trabalhar. A relação pode ser inferior ou igual a 2,5. Em algumas modalidades a relação é inferior ou igual a 1. Em algumas modalidades a relação é inferior ou igual a 0,7 e/ou limitada pelo tamanho da penetração de perfuração.

[0017] Qualquer um dos aspectos acima também pode incluir uma ou mais das seguintes características. Em uma modalidade o controle dos parâmetros de corte pode incluir sequências de alteração gradual de corrente para terminação de arco onde a alteração gradual é constante não apenas para corte de contorno como também para corte de furo. A etapa de controlar os parâmetros de corte também pode compreender ainda controlar a quantidade de nitrogênio no fluxo de gás de proteção de tal modo que a segunda composição de gás de proteção contenha menos nitrogênio como uma percentagem do volume total do que a primeira composição de gás de proteção pelo que um chanfro de uma borda do furo é substancialmente reduzido.

[0018] Qualquer um dos aspectos acima também pode incluir uma ou mais das seguintes

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11/28 características. Em uma modalidade um método pode incluir a etapa de prover um produto legível por computador incorporado de forma tangível em uma portadora de informação, operável em um CNC para uso com um sistema de maçarico de plasma, o produto legível por computador contendo informação de corte para o maçarico a arco de plasma incluindo instruções que selecionam a primeira composição de gás de proteção ao cortar o contorno e selecionam a segunda composição de gás de proteção ao cortar o furo. Em algumas modalidades a segunda composição de gás de proteção pode ser selecionada de acordo com uma relação do diâmetro do furo para a espessura de uma peça a trabalhar. E, em algumas modalidades, a informação de corte inclui instruções de tal modo que quando um furo é cortado a unidade de controle controla a segunda composição de gás de proteção de acordo com uma relação de um diâmetro do furo para uma espessura da peça a trabalhar.

[0019] Uma vantagem da presente invenção é que ela produz furos cortados a plasma de alta qualidade, enquanto mantendo a produtividade e os níveis de refugo tipicamente obtidos em cortes de contorno. Outra vantagem da presente invenção é que ela também minimiza o impacto sobre o custo total da peça mediante eliminação do uso das misturas mais dispendiosas de gás de proteção para cortes de furo de curta duração.

[0020] Uma vantagem adicional da presente invenção é que ela aperfeiçoa a eficiência em termos de tempo ao permitir que o operador utilize uma única configuração de artigos de consumo de maçarico enquanto cortando furos e contornos em uma

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12/28 única peça a trabalhar, enquanto impedindo simultaneamente a deterioração de qualidade vista ao utilizar a técnica de corte anterior de um único gás de proteção para ambos, corte de furo e corte de contorno.

[0021] Os objetivos, aspectos, características e vantagens precedentes e outros da invenção se tornarão mais evidentes a partir da descrição seguinte e a partir das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0022] Essas e outras características serão entendidas mais completamente mediante referência à descrição detalhada seguinte quando considerada em conjunto com os desenhos anexos, os quais são ilustrativos e não necessariamente traçados em escala.

[0023] A Figura 1 é um diagrama de um sistema de maçarico a arco de plasma mecanizado conhecido, mostrando um maçarico montado em uma mesa.

[0024] A Figura 2 é uma vista em seção transversal de uma ponta de maçarico a arco de plasma conhecido.

[0025]	A	Figura 3 é	uma peça a trabalhar
de amostra mostrando	esboços de	corte de furo e	de
contorno, previstos.
[0026]	A	Figura 4	é	um diagrama	de
blocos de um sistema	de maçarico	a arco de plasma
com um sistema de	gás	proposto.
[0027]	A	Figura 5 é	um	diagrama de fluxo
que mostra como	os	fluxos	de	gás podem	ser
manipulados de	acordo com	uma	modalidade	da

invenção.

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13/28 [0028] A Figura 6 ilustra um percurso de movimento durante uma operação de corte de furo.

[0029] A Figura 7 é uma mesa ilustrando diferentes combinações de gás que podem ser usadas com uma modalidade da invenção para corte de aço doce.

[0030] A Figura 8A é uma ilustração das medidas de tolerância usadas para determinar a cilindricidade de um furo.

[0031] A Figura 8B é uma seção transversal de um corte de furo com o processo de corte da técnica anterior.

[0032] A Figura 9 é uma seção transversal de um corte de furo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0033] Na presente invenção, uma primeira composição de gás de proteção é usada ao cortar o contorno, e uma segunda composição de gás de proteção é usada ao cortar um ou mais furos ou uma pequena característica interna em uma única peça a trabalhar enquanto utilizando uma configuração de

item consumível	de maçarico de plasma	.
[0034]	Como aqui usado,	um furo é	um
formato tendo	uma relação de	diâmetro	(ou
dimensão)/peça	a trabalhar	(chapa)	de
aproximadamente	2,5 ou menor. Com	referência	à

Figura 3, como exemplo, é mostrada uma peça quadrada de 15,24 x 15,24 cm (6x6 polegadas) de aço em chapa de 1,27 cm (0,5 polegadas) de espessura 100 que em uma modalidade, poderia ser cortada a partir de uma peça a trabalhar maior (não mostrada). Um furo de 2,54 cm (uma polegada) de diâmetro 105 na chapa de

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1,27 cm (0,5 polegadas) de espessura de aço 100 teria uma relação de 2. Um furo, como aqui usado, pode ser categorizado como uma característica de peça interna pequena que não é necessariamente redonda, mas onde a maior parte das características tem dimensões que são de aproximadamente 2,5 vezes ou menos a espessura dos materiais, por exemplo, um quadrado de 2,54 cm (1 polegada) 110 na chapa de aço de 1,27 cm (½ polegada) 100. Todas as outras características são aqui referidas como contornos que podem incluir cortes retos 115 ou cortes curvos 120.

[0035] Uma configuração de sistema de maçarico que pode ser usada com uma modalidade é mostrada na Figura 4. Em uma modalidade, a composição de gás de proteção para cortar um furo é O2. Em algumas modalidades, a composição de gás de proteção selecionada ao cortar um furo contém menos nitrogênio do que a composição de gás de proteção usada ao cortar o contorno. Em algumas modalidades, a composição de gás de proteção usada ao cortar um furo pode incluir He, N2, O2 ou suas combinações.

[0036] A Figura 4 é um diagrama de blocos de um sistema de maçarico a arco de plasma incluindo um sistema de controle de gás automático de acordo com uma modalidade da invenção. O sistema de maçarico de plasma pode incluir todos os elementos descritos acima em conexão com a Figura 1. Adicionalmente, o sistema de maçarico pode incluir um console de gás 40 que provê gás de plasma e de blindagem ao maçarico a arco de plasma 41. O gás de plasma e o gás de proteção fluem a partir do console de gás 40 através das linhas de fornecimento de gás 42 para, em algumas modalidades, um console de

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15/28 seleção de gás 45 e um console de medição de gás 44 permite a mistura dos diferentes tipos de gases, antes de a mistura de gás continuar para o maçarico de plasma 41. O console de seleção de gás 45 permite a seleção e a mistura de uma pluralidade de gases, os gases selecionados podem ser então dosados pelo console de medição de gás 44. O console de gás pode receber entradas de gás incluindo: oxigênio, nitrogênio, F5, H35, H5, e ar. O console de medição de gás 44 pode então medir o gás de plasma e o gás de proteção. Essa configuração de controle permite que o sistema de plasma mude rapidamente o gás de proteção exigido ou a mistura de gás para a perfuração de furo, corte de furo, ou corte de contorno. Por exemplo, ao cortar um furo, em uma modalidade da presente invenção, o console de gás 40 provê ar como o gás de proteção durante o processo de perfuração e quando a perfuração da chapa de metal estiver concluída, o console de gás 40 muda automaticamente o gás de proteção para O2 para corte do furo. Quando o sistema de plasma se desloca para cortar um contorno, o console de gás 40 pode comutar o gás de proteção de volta para ar como o gás de proteção para ambos, o processo de perfuração e o processo de corte. Tal comutação rápida pode ser dirigida por código ou programação no CNC 12.

[0037] A linha de fornecimento de gás 42 que carrega o fluxo de gás de proteção é referida como linha de fornecimento de gás de proteção 42A em algumas modalidades. Em algumas modalidades, a linha de fornecimento de gás que carrega fluxo de gás de plasma é referida como linha de fornecimento de gás de plasma 42B. Em algumas modalidades, a composição

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16/28 do fluxo de gás de plasma é controlada utilizando válvulas 42. Em algumas modalidades as válvulas são válvulas de solenoide de ligar-desligar, e em algumas modalidades as válvulas são válvulas de solenoide variáveis. Em algumas modalidades, o gás de plasma e de blindagem pode ser O2, ar, He, N2 ou alguma combinação dos mesmos. O console de medição de gás 44 também pode incluir uma válvula de ventilação 48 a qual também pode ser uma válvula de ligar/desligar ou uma válvula de solenoide. Em algumas modalidades, a válvula de ventilação 48 é usada para possibilitar rápida comutação do gás de plasma e do gás de proteção.

[0038] O CNC 12 pode ser qualquer computador que controla um sistema de maçarico de plasma. Um CNC 12 pode ter um processador, dispositivo de armazenamento eletrônico, e uma interface para prover instruções de controle a um maçarico a arco de plasma. O dispositivo de armazenamento pode ser interno ou externo e pode conter dados relacionados à parte a ser cortada na peça a trabalhar. Em outras modalidades, o CNC 12 pode ser manualmente programado, e em algumas modalidades o CNC 12 pode incluir um produto legível por computador que inclui instruções legíveis por computador que podem selecionar ou configurar os parâmetros de operação do sistema de maçarico de plasma.

[0039] Um exemplo de instruções legíveis por computador vem abaixo. As instruções correspondem a um corte de furo redondo para um corte de contorno quadrado utilizando um controlador Hypertherm Automation Voyager CNC com um HPR 260

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Autogas Console, todos fabricados pela Hypertherm, Inc. de Hanover, NH. No código exemplar abaixo usado com os controladores Hypertherm Automation CNC, o código provê dois gráficos de corte separados para o furo (G59 V503 F1.01 a G59 V507 F31) e para o contorno (G59 V503 F1 a G59 V507 F31). Em algumas modalidades, outras formas de código, ou instruções legíveis por computador podem ser usadas com um ou mais gráficos de corte para prover uma saída final similar, ou até mesmo idêntica. Notavelmente, a coluna esquerda contém as linhas de código referenciadas; a coluna uma explanação genérica cada linha de código.

G2 0

G91

G59 V503 F1.01

G59 V504 F130

G59 V505 F3

G59 V507 F31

G00X1.7500Y-1.7500

M07

G03X-0.0970I-0.0485

G03X0.0015Y0.0168I0.0970

G03X0.0212Y0.0792I0.0955J-0.0168

M08 da direita provê em geral das instruções contidas em

Unidades inglesas são definidas

Modo de programação incremental

Carregar um gráfico de corte sob medida para um furo

Mover para centro do furo

Início de plasma

Movimento de furo

Interrupção de plasma

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G59

V503

Fl

Carregar gráfico de corte para corte de contorno

G59	V504	F130
G59	V505	F2	\\	\\
G59	V507	F31

Mover para localização de

G00X-1.6757Y1.5624

		início de contorno
M07		Início de plasma
G01X0.2500		Movimento de contorno
G01X3.0000		\\
G01Y-3.0000		\\
G01X-3.0000		\\
G01Y3.0000		\\
G01Y0.2500		\\
M08		Interrupção de plasma
M02		Fim do programa
[0040]	Em	algumas modalidades,

legíveis produtos os por computador são referidos como gráficos de corte.

Em algumas modalidades, o produto legível por computador (não mostrado), ou gráficos de corte, contém informação de corte incluindo instruções que selecionam um primeiro gás de proteção quando o maçarico 41 está cortando um contorno em uma peça a trabalhar e selecionam uma segunda composição de gás de proteção quando o maçarico estiver cortando um furo na mesma peça a trabalhar. Em algumas modalidades, o gráfico de corte contém informação que seleciona a composição de gás de proteção com base no tipo de corte, isto é, um corte de contorno ou um corte de furo. Em algumas modalidades, o

CNC é capaz de mudar rapidamente de um gás de proteção para outro dependendo das instruções contidas no gráfico de

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19/28 corte. Em algumas modalidades, o operador de maçarico seleciona a composição de gás de proteção e o CNC 12 apenas provê sinais para controlar, por exemplo, as válvulas de linha de fornecimento de gás de plasma 44 com base na entrada de informação a partir do operador de maçarico.

[0041] Em algumas modalidades, o operador de maçarico seleciona um programa de corte que inclui ambas, instruções de corte de furo e instruções de corte de contorno. E em algumas modalidades um operador seleciona um gráfico de corte de furo e um gráfico de corte de contorno que são projetados para execução consecutiva. Em algumas modalidades, o corte de furo será posicionado dentro do corte de contorno previsto pelo CNC 12 na peça a trabalhar. Quando um programa de corte inclui instruções para ambos, cortes de furo e cortes de contorno, o gráfico de corte incluirá instruções adicionais de tal modo que o furo é cortado em primeiro lugar utilizando uma segunda composição de gás de proteção e então o corte de contorno é cortado utilizando uma primeira composição de gás de proteção. Cortar os furos em primeiro lugar dentro de um perfil do corte de contorno previsto impede o movimento da peça a trabalhar enquanto os furos estão sendo cortados, desse modo eliminando os desvios que ocorreriam se os cortes de contorno da peça fossem cortados em primeiro lugar e os cortes de furo em segundo lugar.

[0042] Em outras modalidades, o produto legível por computador é software de nidificação, tal como feito pela MTC de Lockport, NY. Software de nidificação pode prover código que designa quando o

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20/28 primeiro gás de proteção e o segundo gás de proteção devem ser usados com base em desenhos CAD da peça a ser cortada. O software de nidificação pode usar o desenho CAD para identificar os furos e pequenas características internas com base na relação de diâmetro de furo/espessura da peça a trabalhar. O software de nidificação pode então prover instruções ao CNC 12 de modo que o primeiro gás de proteção é usado ao cortar os contornos e o segundo gás de proteção é usado ao cortar os furos. Alternativamente, o CNC pode incluir software que seleciona o gás de proteção apropriado, para corte de furo e corte de contorno sem que instruções sejam providas a partir do software de nidificação.

[0043] A Figura 5 é um fluxograma ilustrando como um processador, tal como um controlador numérico computadorizado (CNC), pode ser

usado	para	manipular	os	fluxos	de	gás para
implementar	princípios	da	invenção.	A	Figura 5
mostra	uma	modalidade	das	operações	de	fluxo que

podem ser contidas dentro de um produto legível por computador que é incorporado em uma portadora de informação. Outras modalidades também estão dentro do escopo da invenção. Conforme mostrado na Figura 5 um arquivo CAD contendo a peça a ser cortada é provido ao CNC 510, ou software de nidificação, e com base nas instruções contidas no gráfico de corte o CNC seleciona a composição de gás de proteção. Em outra modalidade, instruções contidas no software de nidificação determinam a composição de gás de proteção. Em alguma modalidade, quando o CNC utiliza as instruções legíveis por computador para determinar se um furo ou contorno está sendo cortado,

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21/28 o maçarico é ligado 520 e o arco é transferido para a peça a trabalhar 530. Quando o arco é iniciado, o gás de proteção e o gás de plasma de iniciação são utilizados, por exemplo, as combinações mostradas na Figura 7. Após o arco ser transferido para a peça a trabalhar, o maçarico é abaixado até a peça a trabalhar e o arco perfura a peça a trabalhar 530. Em uma modalidade, o arco perfura a peça a trabalhar utilizando o ar como o gás de proteção de perfuração. Quando a etapa de perfuração é concluída, o CNC utiliza as instruções legíveis por computador para selecionar o gás de proteção apropriado dependendo de se um furo ou um contorno deve ser cortado. Em algumas modalidades, a determinação em relação a se um furo ou um contorno deve ser cortado (e seleção da composição de gás de proteção apropriada) se baseia em um exame das dimensões do furo em relação à espessura da peça a trabalhar. Em uma modalidade, se o diâmetro do furo for de aproximadamente 2,5 vezes ou menos a espessura da peça a trabalhar, então um furo deve ser cortado, e o CNC seleciona o segundo gás de proteção 550. Em algumas modalidades a composição de gás de proteção selecionada para cortar o furo é O2; e em algumas modalidades a composição de gás de proteção é O2, He, N2, ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, as instruções com relação às composições de gás de proteção são incluídas nas instruções no gráfico de corte. Quando o segundo gás de proteção é selecionado, o CNC controlará o fluxo de gás de proteção de tal modo que a segunda composição de gás de proteção flui através das linhas de fornecimento de gás de proteção. O furo é então cortado 560 na

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22/28 peça a trabalhar utilizando a segunda composição de gás de proteção conforme determinado pelas instruções contidas no gráfico de corte, ou designadas pelo software de nidificação. Após um ou mais furos serem cortados na peça a trabalhar, o CNC inicia as operações de corte de contorno 570. Quando o CNC inicia a operação de corte de contorno, o arco é outra vez iniciado 530 utilizando o gás de proteção e o gás de plasma de iniciação para corte de contorno. O arco então perfura a peça a trabalhar 540, e quando o corte de contorno começa, o CNC seleciona o primeiro gás de proteção para a operação de corte de contorno 580.

[0044]

Se for determinado que um contorno esteja sendo cortado, então o CNC seleciona a primeira composição de gás de proteção para o corte de contorno 580. A identificação de um contorno pode ser selecionada com base no formato do corte ou no caso de uma característica interna, pode se basear em uma relação do diâmetro da abertura a ser cortada para a espessura da peça a trabalhar. Em algumas modalidades ao cortar um contorno a iniciação de arco, a perfuração da peça a trabalhar, e o corte de contorno são todos realizados utilizando uma única composição de gás de proteção, isto é, a primeira composição de gás de proteção. Em algumas modalidades, o gás de proteção durante a iniciação de arco e a perfuração da peça a trabalhar é diferente do gás de proteção usado ao cortar o formato de contorno na peça a trabalhar.

[0045]

Ao cortar um furo ou contorno em uma peça a trabalhar, as mesmas etapas operacionais podem ser seguidas, embora diferentes composições de

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23/28 gás de proteção possam ser selecionadas para cada etapa. A Figura 6 mostra um percurso de movimento exemplar seguido durante o corte de furo, o percurso de movimento é traçado ao longo da parte superior de uma peça a trabalhar. Em primeiro lugar, o fluxo de gás de plasma e de gás de proteção é iniciado, junto com a corrente de arco. A iniciação dos fluxos de gás e do arco de corrente pode variar dependendo do item consumível e da configuração de maçarico sendo usada pelo operador. A Patente dos Estados Unidos 5.070.227, Patente dos Estados Unidos 5.166.494 e 5.170.033 todas atribuídas a Hypertherm®, Inc. e aqui incorporadas mediante referência integralmente, descrevem várias configurações de fluxo de gás e de corrente que podem ser usadas durante a iniciação, operação, e desligamento do arco de plasma, e processo de corte. Após o arco de plasma ser iniciado, ele é transferido para a peça a trabalhar. Quando o arco é transferido para a peça a trabalhar, a altura do maçarico é diminuída utilizando o controlador de altura de maçarico. Um corte de furo é iniciado em uma peça a trabalhar mediante primeiramente perfuração da peça a trabalhar utilizando o arco de plasma. Quando a peça a trabalhar é perfurada pelo arco de plasma, o gás de proteção é comutado para um segundo gás de proteção cuja composição pode ser otimizada para corte de furo. Em algumas modalidades o maçarico começará a se deslocar através da peça a trabalhar para cortar o furo na peça a trabalhar ao longo do padrão de corte de furo que pode ser, em algumas modalidades, determinado pelo plasma e proteção do desenho da peça. A Figura 6 mostra uma modalidade exemplar

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24/28 incluindo a posição de perfuração 51, a posição inicial circundante 52, a posição final circundante, e a borda 54 do corte de furo na peça a trabalhar.

[0046] A Figura 7 é uma tabela ilustrando exemplos de combinações de gás que podem ser usadas com uma modalidade da invenção. Em uma modalidade, os gases são selecionados para prover propriedades de corte a gás, ótimas com base na operação de maçarico de plasma, tal como corte de furo ou contorno a ser realizado. Os gases sendo mostrados nessa figura são para aplicações de corte de aço doce. Embora a presente invenção possa ser usada no corte de outros materiais, diferentes gases de blindagem podem ser mais bem-adequados para tais materiais. Em algumas modalidades, uma mistura de He

e de N2 pode	ser	usada	em vez de	oxigênio para o	gás
de proteção	de	furo	cortando	aço inoxidável	ou
alumínio.
[0047]	Na	modalidade demonstrada	na

Figura 7, enquanto cortando um contorno ou um furo, o sistema provê ar como o gás de plasma e o gás de proteção durante iniciação do arco de plasma. O ar é usado como o gás de plasma porque ele tende a prover uma melhor vida útil de artigo consumível em comparação com O2 durante a iniciação de arco. Quando o arco é iniciado e transferido para a peça a trabalhar, o gás de plasma é mudado para O2 e o gás de proteção permanece como ar para o processo de perfuração. Nesse caso, o gás de plasma é comutado para o gás que é apropriado para o modelo de bocal, nessa modalidade O2, para impedir dano ao bocal quando a corrente é alterada gradualmente para a corrente de corte. A maioria dos casos é desejável

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25/28 que o gás de corte esteja presente no momento quando a corrente de corte plena é alcançada. O gás de proteção para o processo de perfuração, por outro lado, permanece como ar. O gás de proteção de ar para as operações de perfuração comprovou deixar uma penetração de perfuração menor que limita o desperdício na peça a trabalhar. Quando a peça a trabalhar é perfurada, o maçarico de plasma começa a cortar ao longo da borda da penetração com o movimento do maçarico. É importante distinguir entre perfuração e corte. Na perfuração, o maçarico geralmente está estacionário e o objeto deve fazer uma penetração completamente através da peça a trabalhar. O corte, por outro lado, envolve mover o maçarico mediante corte das bordas expostas para criar um formato desejado.

[0048] Com referência outra vez à Tabela da Figura 7, após a etapa de perfuração, o gás de proteção pode ser selecionado com base no tipo de corte: um contorno de um furo. Ao cortar um contorno, o gás de proteção e o gás de plasma permanecem inalterados. A combinação de gás de plasma O2 e gás de proteção de ar permite bordas retas livres de refugo e velocidades de corte superiores ao cortar contornos utilizando uma combinação de gás de plasma O2 e gás de proteção de ar, contudo, tende a criar um furo com um grau maior de afilamento ou chanfro, criando um furo de qualidade insuficiente. Mantendo-se o O2 como o gás de plasma e mudando o gás de proteção também para O2 ao cortar furos ou pequenas características internas, o afilamento do furo pode ser reduzido se não eliminado. O afilamento é reduzido mediante uso

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26/28 de um gás de proteção de O2 ao cortar aço doce em comparação com o ar porque a quantidade de nitrogênio no gás de proteção é reduzida. Assim, outros gases ou composições de gás com baixo teor de nitrogênio poderiam ser usados na modalidade na Figura 7. Em outras modalidades, um gás de proteção com diferentes combinações de composição pode ser usado ao cortar os furos.

[0049] Conforme mencionado anteriormente, descobriu-se que a composição de gás de proteção afeta o afilamento, ou chanfro, da borda de um corte de furo que está sendo realizado. O chanfro pode ser medido pela cilindricidade do corte de furo concluído. A cilindricidade é definida como uma zona de tolerância que é estabelecida por dois cilindros concêntricos entre os quais a superfície de um furo cilíndrico deve estar situada conforme ilustrada na Figura 8A. Na Figura 8A a zona de tolerância pode ser definida como o espaço entre as duas setas 81. Quanto menor for a zona de tolerância, mais a superfície representa um cilindro perfeito. Um grande afilamento ou chanfro em um furo, por outro lado, resultará em uma grande zona de tolerância. A cilindricidade de um furo pode também ser medida utilizando uma máquina de medição - coordenada (“CMM).

[0050] A Figura 8B é outro exemplo de seções transversais de um corte de furo utilizando processos de corte da técnica anterior, isto é, utilizando a mesma composição de gás de proteção para corte de contorno e para corte de furo na mesma peça a trabalhar. Na Figura 8B a cilindricidade (“afilamento ou “chanfro) do furo pode ser medida

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27/28 mediante formação de cilindros concêntricos com um diâmetro igual à medição de diâmetro no topo 71, meio 72, e parte inferior 73 da borda 74 do furo. A maior diferença entre os diâmetros é ilustrada pelo espaço entre as setas 81. A grande diferença entre os raios dos dois cilindros de referência na Figura 8B indicam um furo de qualidade insuficiente. Tais furos podem exigir tratamento pós-corte significativo.

[0051] A Figura 9 é uma seção transversal de um corte de furo com uma modalidade da presente invenção. Na Figura 9 a cilindricidade (afilamento ou chanfro) do furo pode ser medida também mediante formação de cilindros concêntricos com um diâmetro igual à medição de diâmetro no topo 71, meio 72, e parte inferior 73 da borda 74 do furo. Na Figura 9, pode ser visto que o chanfro ou afilamento da borda do corte de furo é significativamente reduzido em comparação com o chanfro da borda de furo na Figura 8A e na Figura 8B. Adicionalmente, a cilindricidade reduzida também pode ser vista pela distância reduzida entre as setas 81 em comparação com as Figuras 8A e 8B. Com o chanfro ou afilamento reduzido das bordas do furo, a zona de tolerância de cilindricidade entre os dois cilindros concêntricos é mínima e resulta em um furo de qualidade muito superior, não exigindo tratamento pós-corte.

[0052] Embora a invenção tenha sido particularmente mostrada e descrita com referência às modalidades específicas, outros aspectos do que é descrito aqui podem ser implementados em sistemas de corte por aqueles de conhecimento comum na

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28/28 técnica. Deve ser entendido por aqueles versados na técnica que diversas alterações na forma e detalhe podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da invenção conforme definidos pelas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para cortar um furo e um contorno em uma peça a trabalhar, o método compreendendo:

prover um maçarico a arco de plasma tendo um bocal e um eletrodo que definem uma câmara de plasma, um arco de plasma gerado na câmara de plasma, uma linha de fornecimento de gás de proteção para prover um fluxo de gás de proteção para o maçarico a arco de plasma, e uma unidade de controle para controlar os parâmetros de corte incluindo a composição de gás de proteção;

usar o maçarico a arco de plasma para cortar o furo e o contorno sem mudar o bocal e o eletrodo;

o método sendo caracterizado pelo fato de controlar os parâmetros de corte de modo que, quando o contorno é cortado, o gás de proteção compreende uma primeira composição de gás de proteção e quando o furo é cortado o gás de proteção compreende uma segunda composição de gás de proteção, em que a primeira composição do gás de proteção é diferente da segunda composição de gás de proteção.
2. Método, de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo fato de que um ou mais dos seguintes se aplica:

a) controlar os parâmetros de corte compreende adicionalmente controlar a segunda composição de gás de proteção de acordo com uma proporção de diâmetro do furo para espessura da peça a trabalhar, em que opcionalmente a relação é inferior ou igual a 2,5;

b) a etapa de controlar os parâmetros de

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2/5 corte compreende adicionalmente controlar uma quantidade de nitrogênio no fluxo de gás de proteção de tal modo que a segunda composição de gás de proteção contém menos nitrogênio como uma percentagem de um volume de gás de proteção total do que a primeira composição de gás de proteção pelo que uma cilindricidade do furo é substancialmente reduzida;

c) o método compreendendo adicionalmente prover um produto legível por computador incorporado de forma tangível em uma portadora de informação, operável em um CNC para uso com um sistema de maçarico de plasma, o produto legível por computador contendo informação de corte para o maçarico a arco de plasma incluindo selecionar a primeira composição de gás de proteção quando cortando o contorno e selecionar a segunda composição de gás de proteção quando cortando o furo, em que opcionalmente o método compreende adicionalmente selecionar a segunda composição de gás de proteção de acordo com uma proporção do diâmetro do furo para espessura de uma peça a trabalhar;

d) reduzir uma velocidade de corte do maçarico quando o furo é cortado, em comparação com uma velocidade de corte do maçarico quando o contorno é cortado; e

e) reduzir uma taxa de fluxo do gás de proteção quando o furo é cortado, em comparação com uma taxa de fluxo do gás de proteção quando o contorno é cortado.
3. Método, de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pela a segunda composição de gás de proteção compreender menos nitrogênio do que a

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3/5 primeira composição de gás de proteção.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por selecionar a segunda composição de gás de proteção de tal modo que um chanfro de uma borda do furo é substancialmente eliminado.
5. Método, de acordo com a reivindicação

1, caracterizado por compreender adicionalmente:

prover um produto legível por computador incorporado de forma tangível em uma portadora de informação, operável em um CNC para uso com um sistema de maçarico de plasma, o produto legível por computador contendo informação de corte para o maçarico a arco de plasma incluindo selecionar a primeira composição de gás de proteção quando cortando o contorno e selecionar a segunda composição de gás de proteção quando cortando o furo.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender adicionalmente selecionar a segunda composição de gás de proteção de acordo com uma prorpoção do diâmetro do furo para espessura de uma peça a trabalhar.
7. Memória legível por computador, caracterizada pelo fato de que compreende armazenada na mesma o método do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
8. Controlador numérico de computador para controlar parâmetros de corte de um maçarico de plasma, incluindo uma composição de um fluxo de gás de proteção, o controlador sendo caracterizado por compreender:

um processador;

um dispositivo de armazenamento eletrônico;

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4/5 uma interface para prover instruções de controle a um maçarico a arco de plasma;

uma tabela de consulta para selecionar a composição do fluxo de gás de proteção para o maçarico de plasma, de tal modo que o controlador controla a composição do fluxo de gás de proteção de acordo com o fato de se o maçarico de plasma cortará um furo ou um contorno em uma peça a trabalhar.
9.

Sistema de maçarico de plasma para cortar um furo e um contorno em uma peça a trabalhar, o sistema de maçarico de plasma compreendendo:

uma configuração de ponta de maçarico de plasma incluindo um bocal e um eletrodo, o bocal e o eletrodo definindo uma câmara de plasma, um arco de plasma gerado na câmara de plasma;

uma linha de fornecimento de gás de proteção para prover um fluxo de gás de proteção para a ponta de maçarico de plasma; e o sistema sendo caracterizado por uma unidade de controle para controlar uma composição do fluxo de gás de proteção, e um produto legível por computador incorporado de forma tangível em uma portadora de informação, operável na unidade de controle, o produto legível por computador contendo informação de corte para o sistema de maçarico a arco de plasma incluindo selecionar uma primeira composição de gás de proteção quando cortando o contorno e selecionar uma segunda composição de gás de proteção quando cortando o furo, em que a primeira composição de gás é diferente da segunda composição de gás.
10. Sistema de maçarico de plasma, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo

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5/5 fato de que um ou mais dos seguintes se aplica:

a) a segunda composição de gás de proteção compreende menos nitrogênio do que a primeira composição de gás de proteção de modo que um chanfro de uma borda do furo é substancialmente eliminado;

b) a peça a trabalhar é aço brando, a primeira composição de gás de proteção é ar, e a segunda composição de gás de proteção é oxigênio;

c) a segunda composição de gás de proteção consiste essencialmente em oxigênio durante o corte de furo;

d) o segundo gás de proteção é composto de um ou mais dentre hélio, oxigênio e nitrogênio;

e) a velocidade de corte do maçarico é reduzida durante o corte de furo;

f) uma taxa de fluxo do fluxo de gás de proteção é reduzida quando cortando o furo, em comparação com uma taxa de fluxo do gás de proteção quando cortando o contorno, e

g) a primeira composição de gás de proteção é ar.