processos de corte a grafite

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www.infosolda.com.br/nucleo/downloads/nr.pdf 1

(ARC GOUGING AND CUTTING) PROCESSO DE CORTE A GRAFITE

Flavio M. Pereira da Silva [email protected] Edson Francisco da Silva [email protected] Orientador: Luiz Gimenes Jr [email protected]

INTRODUÇAO

Corte a arco com eletrodo de carbono (CAC-A), a remoção é realizada por meio físico do metal base ou metal de solda usando um eletrodo de carbono, arco elétrico e ar comprimido. No processo de corte a grafite o calor é intenso entre o eletrodo de carbono e a peça de trabalho, derretendo uma parte do metal base, ou solda. Simultaneamente um jato de ar passa pelo arco com um volume e velocidade suficiente expusando o material fundido. Esta sequência pode ser repetida até a obtenção do chanfro ou corte exigido. O processo (CAC-A) não depende de oxidação para manter o corte, é capaz de cortar metais que o OFC não corta; aço inoxidável, muitas ligas de cobre e ferro. O material pode ser removido aproximadamente cinco vezes mais rapidamente por goivagem a arco que por rebarbação. Um chanfro de 3/8 (9,525mm), por exemplo, pode ser goivado a uma velocidade de mais de 2 fpm (609,6 mm por minuto). A profundidade do corte pode ser controlada bem próxima, e a escória da solda não inclina ou impede a ação da ferramenta cortante. O Custo de operação do equipamento de goivagem geralmente é menor do que o martelo rebarbador, e o equipamento de goivagem também requer menos espaço. Superfície goivada limpa e lisa, e também pode ser soldada sem nenhuma preparação adicional.

O processo tem várias desvantagens. Porém. Não é tão bom comparando a outros processos de corte, que necessita de grande volume de ar comprimido. Operação imprópria da

tocha pode resultar em ponto de carbono, (e mudanças metalúrgicas indesejáveis) em alguns materiais. Aumentando a dureza de produtos fundidos e matérias tratados pelo ar.

APLICAÇÕES

O processo CAC-A pode ser usado para preparar chapas para solda, fornecendo um ângulo oblíquo ou entalhe satisfatório, Veja Fig. 13.29. Também pode goivar uma costura atrás antes de soldar o segundo lado, Figo. 13.31. Fornece meios excelentes de remover soldas defeituosas ou soldas deslocadas. Tem muitas aplicações boas em indústria de fabricação de metal, fundição, Fig.13.30, construção, mineração, manutenção e reparos em geral.

13.29 junta de topo chanfrada parcialmente pelo processo de corte a grafite

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Fig. 13.30 excesso de metal sendo removido pelo processo de corte a grafite

PORTA ELETRODO E CABO Este pode ser utilizado manualmente

ou mecanizado, é frequentemente

usado como um processo manual. Este

requer um porta eletrodo e cabo com

isolamento especial à pega do eletrodo

é coberto com camada de cobre, leva a

corrente, e conduz o ar comprimido e o

dirigi ao metal fundido, nota fig. 13.32.

Além disto, deve ter um gatilho para

liberar o ar quando for necessário.

13.31 goivagem de uma solda interna do tanque, bem como a preparação da solda externa

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Fig. 13-32 tocha típica para goivagem manual.

TIPOS DE ELETRODOS Deve ser usado eletrodo com revestimento especial de cobre; estão disponíveis vários tipos diferentes. O tamanho do eletrodo de grafite vai influenciar o tamanho da ranhura e a profundidade do corte. O eletrodo chato fixa e também varia a erosão no metal de solda. O eletrodo está disponível de ? ”(3,175mm) a ¾” (19,05mm) de diâmetro.

13.33 Goivagem mecanizada, fornecendo o curso automático ao longo da emenda.

O tipo mais comum de tocha manual é mostrado na fig.13.32, onde o eletrodo é mantido em uma cabeça giratória. As tochas são geralmente resfriadas a ar, mas aquelas que são aplicadas alta corrente são resfriadas a água. Estão disponíveis três tipos de tochas mecanizadas. O tipo muito simples é montado em um carro da máquina, más requer alimentação manual do eletrodo (fig.13-33). Uma versão mais refinada do carro monta-se uma tocha que emprega uma mola que carrega o dispositivo e mantém uma distancia constante entre a tocha e a peça obra provendo uma profundidade uniforme na ranhura. A terceira e o tipo mais sofisticado tem controles eletrônicos que regula a voltagem e prove ranhuras com tolerância de profundidade de ± 0,025 in (± 0,635mm). A especificação do tipo de eletrodo e corrente recomendada para goivagem

em diferentes metais são resumidos na tabela 13-20 e discutido nos parágrafos seguintes.

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TABELA 13-20. TIPOS DE ELETRODO E POLARIDADE RECOMANDADA PARA GOIVAGEM

MATERIAL ELETRODOS FONTE

DC DCEP AÇO AC AC DC DCEP AÇO INOX AC AC AC AC OU DEEN FERRO

FUNDIDO DC DCEP(ALTA-AMPERAGEM)

AC AC OU DCEN LIGAS DE COBRE DC DCEP LIGAS DE NIQUEL AC AC OU DCEN

Manual AWS, sexta edição, seção 3ª.

AÇO: eletrodos de corrente continua (dc) são usados com corrente continua (dc) no pólo positivo para baixa liga e aço inoxidável. Se corrente continua (dc) não está disponível corrente alternada (ac) com eletrodo de corrente alternada (ac) pode ser usado. Para está aplicação, a corrente alternada (ac) tem 50% da eficiência da corrente continua (dc). FERRO FUNDIDO: eletrodo de corrente alternada (ac) são usados com corrente continua (dc) na polaridade negativa ou com corrente alternada (ac) com a metade da amperagem para todo o ferro fundido, incluindo maleável e ferro fundido nodular. LIGAS DE COBRE: são usados eletrodos corrente continua (dc) com corrente continua (dc) pólo positivo em amperagem máxima se o conteúdo do cobre das ligas não for acima de 60% . Para ligas especiais sub-aquática, usar eletrodos de corrente continua (dc) com corrente continua (dc) polaridade negativa. Se o conteúdo do cobre for acima de 60% , ou se o metal base for extremamente grande, usar eletrodos de corrente alternada (ac) com corrente alternada (ac). Com 99,9% no eletrodo de grafite tem que ter uma vareta de aço no centro do eletrodo. LIGAS DE NIQUEL: usar eletrodos de corrente alternada (ac) com corrente alternada (ac). LIGAS DE MAGNÉSIO: eletrodos de corrente continua (dc) são usados com corrente continua (dc) pólo positivo, superfície goivada deve ser escovada antes da solda. LIGAS DE ALUMINIO: são usados eletrodos de corrente continua (dc) com corrente continua (dc) no pólo positivo. É obrigatório escovar antes da solda. Os eletrodos tem que estar afastados em 4” para a qualidade do trabalho. LIGAS ESPECIAIS: titânio, zircônio, hafnium e suas ligas podem ser cortadas por goivagem. É necessário uma operação de limpeza minuciosa após a goivagem se estes materiais forem soldados.

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TABELA 13-21. Fonte de Força para Goivagem Tipo de corrente

Tipo de fonte de força Observação

DC

Moto-gerador de tensão variável, retificador, ou equipamento com resistente a rede elétrica.

Recomendado para todo tamanho de eletrodo.

DC Moto-gerador tensão constante

recomendado somente para eletrodos acima de 1/4" in. De diâmetro.

AC transformador somente usado quando empregar eletrodos de corrente alternada (AC).

AC-DC retificador

fornecer satisfatoriamente corrente continua (DC) com transformador retificador de três fases. Corrente continua (DC) para fonte de fase simples não é recomendado. Corrente alternada (AC) para fonte de força AC-DC é suficiente se for usado eletrodos de corrente alternada (AC).

FONTE DE FORÇA É possível goivar com corrente alternada (ac) este método não é o preferido. Uma fonte de corrente continua (dc) de capacidade suficiente no mínimo de 60 ciclos, ou retificador com uma geração motora vai dar os melhores resultados. Com corrente continua (dc) é operado dcep (eletrodos reais). Tensão do arco com arco goivando normalmente extende-se de quase 35 para 56

volts. A lista da tabela 13-21 recomenda a fonte de força, e a lista da tabela 13-22

recomenda quantidade de corrente.

É recomendado que a fonte de força tenha proteção para sobrecarga na saída do circuito. Surge altas correntes no arco durante o processo de goivagem e estas correntes podem sobrecarregar a fonte.

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TABELA 13-22. Margem recomendada para corrente de goivagem Tipo de eletrodo e fonte corrente máxima e mínima. eletrodos tamanho

3,968mm 5/32in

4,762mm 3/16in

6,35mm 1/4in

7,937mm 5/16in

9,525mm 3/8in

12,7mm 1/2in

eletrodos (DC), fonte DCEP 90 - 150 150 - 200

200 - 400 250 - 450 350 - 600 600 -

1000

eletrodos (AC), fonte (AC) - - 150 - 200

200 - 300 - - 300 - 500 400 - 600

eletrodos (AC), fonte (DCEN) - - 150 -

180 200 - 250 - - 300 - 400 400 - 500

Tabela 13-23. Consumo de ar para Goivagem

tamanho máximo do eletrodo aplicação pressão

(psi) consumo (cfm)

6,35mm 1/4in tarefa intermitente, tocha manual 40 3

6,35mm 1/4in tarefa intermitente, tocha manual 80 9 9,525mm 3/8in finalidade geral 80 16 19,05mm 3/4in tarefa pesada 80 29

15,875mm 5/8in tocha mecanizada semi-automática 80 25

SUPRIMENTO DE AR Normalmente as pressões de ar para a goivagem ficam entre 80 a 100 psi. Onde não há linha de ar comprimido disponíveis para a goivagem, é executado com tochas apropriadas para o trabalho leve, podendo operar com cilindros de gás com pressões abaixo de 40 psi. Pressões acima de 100 psi às vezes são utilizadas, mas não fornece nenhuma vantagem na eficiência da remoção do material. A tubulação da linha de ar deve ter pelo menos ¼ de polegada. Para tochas manuais e

mecanizadas, com exceção das tochas com controle de tensão. Estes requerem tubos

com o diâmetro no mínimo de ½ polegada. Exigências típicas da lista da tabela 13-23

para fonte de ar comprimido.

CONSIDERAÇÕES METALÚRGICAS O uso correto do eletrodo de grafite para goivagem não causa aparentemente nenhum efeito

prejudicial, tanto para absorção de carbono, resistência à corrosão, ou a distorções. As mudanças metalúrgicas produzidas pelo processo são similares às do processo de soldagem a arco;

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isto é, uma camada fina endurecida, pode aparecer em alguns metais, mas a zona de fusão da soldagem posterior reduz a dureza. A contaminação de cobre pelo eletrodo de cobre não é detectada. A penetração é menor com o corte a grafite do que o corte com o oxigênio, desta maneira o corte a grafite produz menor distorção. A usinagem do aço baixo carbono não endurece o aço e o corte a grafite não é afetado. A superfície do ferro fundido e do aço temperado não pode ser usinada. Esta cama dura é de aproximadamente 0,006in (0,15mm) de espessura, podendo ser facilmente removida por ferramentas de corte e penetração. DIAGNOSTICANDO A maioria dos problemas encontrados na goivagem são comuns. Por exemplo, o depósito de carbono no chanfro é geralmente causada pela falta de ar para expulsar a poça de fusão. Um arco instável faz com que o operador trabalhe lentamente, geralmente é causado pela corrente insuficiente. Um chanfro irregular onde o arco oscile de um lado para o outro, onde ocorre o superaquecimento do eletrodo, é normalmente causado pela corrente contínua polaridade negativa. A ação do arco intermitente resulta em chanfro de superfície irregular é também causado pela baixa velocidade

de goivagem. Os depósitos de carbono ao longo do chanfro são causados pela falta do arco do eletrodo contra a peça. A escória aderida na face do chanfro são resultados da pressão insuficiente do arco. A distância incorreta do arco torna progressivamente o chanfro raso ou profundo. PRECAUÇÕES DE SEGURANÇA Todo processo no qual o metal líquido

é espelido para cima obviamente

apresenta perigo. O operador do

processo de corte a grafite deve seguir

as práticas de segurança na soldagem

da seção 15.1 e particularmente deve

ter atenção para fagulhas. Materiais

inflamáveis devem ser removidos da

área de trabalho, proteções de telas

devem ser instaladas e o operador

deve usar roupas de proteção,

incluindo proteção auricular se o

trabalho for exposto ao barulho.

GOIVAGEM E CORTE DE GRAFITE O processo de corte a grafite é capaz de cortar e goivar a maioria dos metais através do uso do arco concentrado no qual o metal derretido é localizado numa área específica. O metal derretido é imediatamente removido pela alta velocidade do gás ionizado ou grafite emitido através do orifício restrito. O corte a grafite opera em temperaturas de 18.000°F a 25.000°F.

Este processo, o qual é comercializado desde 1950 é capaz de cortar ou goivar qualquer material metálico, estes são particularmente o atrativo para o uso em aço inox e ligas não ferrosas os quais não podem ser cortadas ou goivadas pelo processo oxigás, estes começarão a ser cortados instantaneamente sem a necessidade de um pré-aquecimento. O processo de corte a grafite pode ser usado manualmente ou mecanicamente. As primeiras tochas eram mecanizadas e operadas com

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altas correntes (100-1000 Amp), com o gás argônio ou nitrogênio, mais recentemente, tochas manuais são desenvolvidas para operar entre 20 a 125 Amp. e usam nitrogênio ou ar como ionizante. A energia fornecida para o processo de corte a grafite e goivagem tende a tensões mais altas que a fonte de alimentação. Maiores energias fornecidas também incorporam circuitos para ativar ou desativar a ionização, ajustes de corrente e um arco piloto para iniciar a transferência do arco para a peça. Estas unidades também são circuitos de trava de segurança para prevenir que o operador tenha contato com a alta voltagem se o eletrodo for exposto. Uma vez a máquina ajustada para determinada operação, o operador segura a tocha próximo da peça e aperta o gatilho. O arco piloto iniciará e dentro de poucos segundos o arco principal iniciará o corte. Para chapas acima de ½”, o processo de corte a plama é mais rápido do que o oxigás e produz superfícies muitos boas. Cortando, o orifício deve ter acima de 1/8” de distância da chapa e a tocha move-se ao longo da chapa com velocidade constante para produzir o corte. A copo de arraste

permite em algumas tochas fornecer o correto alinhamento da distância para o corte quando o operador ajusta o copo na peça e move a tocha ao longo da linha de corte. A copo de arraste faz isso facilmente para que o operador mantenha a distância correta. O conjunto formado pelo eletrodo, o orifício e a tocha. O eletrodo é revestido com uma camada de cobre. O arco emitido a partir da camada na qual gradualmente é consumida com o uso, e estes necessitam ser repostos. Atocha contém um orifício no qual restringe a passagem do arco. Vários tamanhos de orifícios são encontrados onde o menor dos diâmetros opera com menor amperagem e produz maior restrição do que diâmetros maiores. Os bocais se desgastam gradualmente devendo ser trocados frequentemente. O corte a grafite pode ser usado para goivar. A principal diferença é o tamanho do orifício que é o maior do que o utilizado para corte e a tocha trabalha num ângulo maior do que 30 graus e menor do que 90 graus como no corte. Goivagem pode ser usado para todos os metais e particularmente para o alumínio e aço inox quando o oxigás é insuficiente para contaminação do carbono.

As faíscas emitidas pelo corte a plasma, podem provocar incêndio; conseqüentemente, o material combustível e os solventes devem ser retirados da área onde será efetuado o corte. O arco do plasma emite-se a radiação intensa, visível, infravermelha e ultravioleta que pode ser prejudicial aos olhos e à pele. A mesma proteção do olho e de pele usada normalmente para a soldagem com o processo TIG (gás inerte tungstênio), deve ser usada.

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Fonte de alimentação típica para plasma com cabo e tocha.

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Corte manual por plasma em chapa de aço

Bibliografia:

Welding Handbook, American Welding Socielty, 8th edition 1995, vol. 1 2 3 e 4, USA.

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