Gases de proteção e processo plasma

Nesta publicação apresentamos uma nova entrada no nosso Grande manual dos gases de proteção, desta vez correspondente ao capítulo 4, que foca os processos de soldadura e corte por arco plasma.

O processo plasma aproveita a intensa energia calorífica libertada por uma coluna de gás ionizado (plasma) normalmente gerada entre um elétrodo e a peça (plasma transferido) ou entre um elétrodo e o bocal que o protege (plasma não transferido). Consoante a energia da coluna plasma, esta pode ser utilizada para soldar metais, o chamado processo de soldadura plasma, conhecido pela sigla PAW (plasma arc welding), ou para cortar metais, processo normalmente conhecido como “corte plasma”.

O processo de corte plasma é um dos processos de corte térmico mais amplamente usados na indústria dada a excelente combinação de produtividade, qualidade e gama de materiais que pode cortar. Este processo de corte já foi aprofundado numa publicação anterior deste blog , portanto, esta publicação destina-se a apresentar o processo de soldadura plasma PAW, sendo que, para informação adicional, convidamo-lo a consultar o capítulo anexo do Grande Manual dos Gases de Proteção.

É possível entender o processo PAW partindo do processo TIG, explicado na publicação anterior, já que o processo de soldadura plasma pode ser considerado uma evolução do processo TIG. O arco também se estabelece num elétrodo não consumível, mas o desenho do bocal que o protege é mais sofisticado, permitindo trabalhar com dois gases e com temperaturas de arco mais elevadas. O elétrodo encontra-se alojado no interior do bocal e gera um arco cuja forma se assemelha mais a uma coluna do que a do arco TIG (mais cónico), concentrando uma grande quantidade de calor numa área muito estreita. Este processo é muito sensível às variações de altura entre o elétrodo e a peça, sendo a sua aplicação manual complexa, o que torna necessário, na maioria dos casos, automatizar o processo.

Consoante a potência que a fonte de plasma administra ao processo, serão utilizadas diferentes tecnologias de soldadura PAW:

• Microplasma: são fontes que trabalham a uma intensidade muito baixa (0 – 50 amperes) e permitem estabelecer arcos pequenos e concentrados, mas de reduzido poder calorífico, sendo especialmente adequados para soldaduras de espessuras muito finas e pequenos componentes.
• Plasma por convecção ou melt-in: a intensidade utilizada é superior à do ponto anterior, mas não suficiente para vaporizar o metal. O arco plasma funde a peça e gera a união por fusão. É normalmente utilizado para soldaduras estéticas e sem grande responsabilidade, já que a penetração não é muito grande.
• Plasma key-hole: a intensidade utilizada é elevada e gera-se um arco plasma energético e concentrado que produz a vaporização do metal, formando-se no ponto de aplicação do plasma uma coluna de vapor metálico condutor do calor que funde progressivamente a frente de avanço de forma rápida em toda a sua profundidade. Isto permite soldaduras de grande penetração e alta velocidade de avanço, sendo um processo com excelente produtividade.

Relativamente aos gases associados ao processo, como já foi referido, o design do bocal é mais sofisticado que no processo TIG e apresenta dois circuitos de gás independentes. Um dos circuitos é interior e o gás apresenta duas funções, a primeira é de proteção do elétrodo não consumível contra a sua oxidação e degradação, a segunda, e muito importante, é de ionização para produzir o arco plasma, razão pela qual o gás que circula por este circuito se chama “gás plasma” e a sua propriedade plasmogénica (fácil ionização) é fundamental para a estabilidade do processo. O segundo circuito de gás é exterior e concêntrico em relação ao primeiro. A função deste gás também costuma ser dupla, sendo a primeira de proteção do banho de fusão e a segunda de atuação como corrente constritora do arco, permitindo que este permaneça concentrado e em forma de coluna, mantendo a excelente definição do processo. Este segundo gás é conhecido como gás de proteção.

Tanto quando se fala em “soldadura plasma”, como quando se fala em “corte plasma”, existem diferentes combinações de gases plasmogénicos e de proteção em função dos materiais, espessuras e tipo de processo plasma que se pretenda aplicar. Por isso, o nosso manual faculta excelentes tabelas de seleção e explicações adicionais, que permitirão selecionar o gás ou a mistura de gases mais adequados a cada aplicação.

O processo de soldadura plasma apresenta um vasto campo de aplicação que pode ir desde microssoldaduras de precisão em espessuras finas e componentes muito pequenos, com tecnologia microplasma, usada em sectores como o fabrico de componentes elétricos e eletrónicos, relojoaria, etc., até soldaduras produtivas de espessuras baixas a médias a elevada velocidade com tecnologia key-hole, como por exemplo, o fabrico e união de tubos e bobinas, construção de válvulas, fabrico de componentes de climatização e extração de fumos, etc.

É um processo também versátil em termos de material, que se pode aplicar tanto a materiais férreos como aços de baixa liga, de alta liga, inoxidáveis, ligas de níquel, etc., como a materiais não férreos como alumínio, titânio, cobre, etc.

A soldadura plasma permite obter em todos os campos de aplicação cordões finos, com um aspeto muito estético e com boas penetrações em key-hole. É importante ter em conta que as diferentes modalidades existentes, a vasta gama de materiais nos quais se pode aplicar e a sua potencialidade tanto como processo de soldadura, como de corte, devem ser sempre acompanhados por uma boa seleção dos gases a utilizar, aspeto fundamental para tirar o máximo partido desta tecnologia. Para tal, a Nippon Gases coloca à sua disposição uma vasta gama de produtos e misturas específicas que permitem obter taxas máximas de produtividade e qualidade.

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