BRPI1104137B1 - HYBRID PLASMA GENERATOR TORCH FOR APPLICATION IN MANUFACTURING PROCESSES, E, TORCH PRODUCTION PROCESS - Google Patents

Abstract

tocha híbrida geradora de plasma para aplicação em processos de fabricação, e, processo de produção de tocha. a presente invenção descreve uma tocha híbrida geradora de plasma para ser utilizada em processos de fabricação, tais como soldagem, corte, aspersão térmica, endurecimento superficial, ou demais processos que compreendem a utilização de latos de plasma. este dispositivo caracteriza-se pela formação simultânea de dois arcos elétricos em apenas um dispositivo, os quais geram um jato de plasma com elevada densidade de energia. esta tocha é proveniente da união de dois processos geradores de plasma: plasma não- transferido e propulsor magnetoplasmadinâmico.hybrid plasma generating torch for application in manufacturing processes, and torch production process. the present invention describes a hybrid plasma generating torch to be used in manufacturing processes, such as welding, cutting, thermal spraying, surface hardening, or other processes that comprise the use of plasma oxides. this device is characterized by the simultaneous formation of two electric arcs in just one device, which generate a plasma jet with high energy density. this torch comes from the union of two plasma generating processes: non-transferred plasma and magnetoplasmadynamic thruster.

Description

Campo da InvençãoField of Invention

A presente invenção descreve um dispositivo, gerador de plasma, para ser utilizado em processos de fabricação, tais como: soldagem, corte térmico, aspersão térmica, endurecimento superficial, ou demais processos compreendendo a utilização de jatos de plasma. Este dispositivo gera um jato de plasma com elevada temperatura através de dois arcos elétricos não transferidos. Cada arco é formado por um anodo e um cátodo. Esta tocha é dita híbrida por ser proveniente da união, em apenas um dispositivo, de dois processos geradores de plasma: plasma não transferido e propulsor magnetoplasmadinâmico. A presente invenção está situada no campo da engenharia, mais especialmente no campo da engenharia de manufatura.The present invention describes a device, plasma generator, to be used in manufacturing processes, such as: welding, thermal cutting, thermal spraying, surface hardening, or other processes comprising the use of plasma jets. This device generates a high temperature plasma jet through two non-transferred electrical arcs. Each arc is formed by an anode and a cathode. This torch is said to be hybrid because it comes from the union, in just one device, of two plasma generating processes: non-transferred plasma and magnetoplasmadynamic thruster. The present invention is situated in the field of engineering, more especially in the field of manufacturing engineering.

Antecedentes da invençãoBackground of the invention

O emprego de plasmas térmicos gerados por meio de tochas específicas (“tochas de plasma”) teve suas primeiras aplicações tecnológicas na década de 60. Nos últimos anos, essa tecnologia pode ser caracterizada como um dos processos eletrotérmicos industriais mais promissores, pois apresenta uma gama de aplicações e pode ser considerado um dos processos menos poluente.The use of thermal plasmas generated by specific torches ("plasma torches") had its first technological applications in the 60s. In recent years, this technology can be characterized as one of the most promising industrial electrothermal processes, as it has a range applications and can be considered one of the least polluting processes.

Uma das características mais importantes da utilização de plasmas em processos industriais está relacionada às altas potência ou densidades de energias. Por exemplo, têm-se os arcos elétricos com corrente contínua ou as tochas de plasmas de RF indutiva, nos quais a potência pode atingir níveis na faixa de poucos kW até a faixa de dezenas de MW, onde a temperatura do plasma pode variar entre 5.000 e 30.000 K, dependendo das condições de operação e geometrias dos componentes das tochas de plasma (eletrodos, bocal constritor, câmara, etc.). Estes plasmas estão dentro ou próximo do equilíbrio termodinâmico ou térmico e são utilizados para processos térmicos à plasma, os quais são capazes de fundir ou até vaporizar a maior parte de materiais, e são utilizado industrialmente para soldagem, corte, aspersão térmica, fornos a arco, e outras aplicações de processamento de materiais que exigem altas temperaturas.One of the most important characteristics of the use of plasmas in industrial processes is related to high power or energy densities. For example, there are electric arcs with direct current or inductive RF plasma torches, in which the power can reach levels in the range of a few kW to the range of tens of MW, where the plasma temperature can vary between 5,000 and 30,000 K, depending on the operating conditions and geometries of the plasma torch components (electrodes, constrictor nozzle, chamber, etc.). These plasmas are at or close to thermodynamic or thermal equilibrium and are used for thermal to plasma processes, which are capable of melting or even vaporizing most materials, and are used industrially for welding, cutting, thermal spraying, arc furnaces , and other materials processing applications that require high temperatures.

As principais tochas de plasmas, também conhecidas como “Plasmatrons”,são equipamentos que transformam a energia elétrica, obtida através de uma descarga elétrica, em energia térmica - preferencialmente por efeito Joule, para aquecer rapidamente um fluxo de gás contínuo. Em casos onde campos magnéticos intensos são aplicados, parte da energia elétrica é usada para acelerar as partículas do plasma, e devido à estagnação esta energia cinética pode ser convertida em energia térmica. A descarga elétrica ocorre entre o anodo e o cátodo, o fluxo de gás que passa através desta seção transversal é aquecido e expande-se através de um pequeno orifício, ou bocal, com altas velocidades, formando o jato de plasma.The main plasma torches, also known as "Plasmatrons", are equipment that transform electrical energy, obtained through an electrical discharge, into thermal energy - preferably by the Joule effect, to rapidly heat a continuous gas flow. In cases where intense magnetic fields are applied, part of the electrical energy is used to accelerate the plasma particles, and due to stagnation this kinetic energy can be converted into thermal energy. The electrical discharge occurs between the anode and the cathode, the gas flow passing through this cross section is heated and expands through a small orifice, or nozzle, at high speeds, forming the plasma jet.

As tochas de plasmas são constituídas, basicamente, de eletrodos coaxiais, sendo o interno o cátodo, normalmente construído de materiais refratários, tais como tungsténio e molibdênio, e o externo sendo o anodo, normalmente de cobre, isolados eletricamente e refrigerados com água. O gás de trabalho é admitido e aquecido pelo arco elétrico, formando um jato de plasma com elevada temperatura, o qual passa através de um bocal, geralmente, com velocidades supersônicas. Uma camada externa de gás fluindo ao redor do arco elétrico permanece relativamente fria è forma um isolador térmico e elétrico entre o jato de plasma e o bocal, protegendo-o, desta forma, da erosão. A expansão do jato de plasma depende dos seguintes parâmetros: intensidade de corrente elétrica; dimensões geométricas e refrigeração dos eletrodos; e fluxo dos gases. Dependendo destes parâmetros o jato de plasma pode ser mais ou menos estável e apresentar variações na tensão e na potência de descarga elétrica.Plasma torches basically consist of coaxial electrodes, the internal being the cathode, usually constructed of refractory materials, such as tungsten and molybdenum, and the external being the anode, normally made of copper, electrically insulated and cooled with water. The working gas is admitted and heated by the electric arc, forming a jet of plasma at high temperature, which passes through a nozzle, generally at supersonic speeds. An outer layer of gas flowing around the electric arc remains relatively cool and forms a thermal and electrical insulator between the plasma jet and the nozzle, thus protecting it from erosion. The expansion of the plasma jet depends on the following parameters: electric current intensity; geometric dimensions and electrode cooling; and gas flow. Depending on these parameters, the plasma jet can be more or less stable and present variations in voltage and electrical discharge power.

O dispositivo conhecido como propulsor magnetoplasmadinâmico (“Magnetoplasmadynamic Thruster - MPDT”) caracteriza-se por uma geometria coaxial constituída por um cátodo central e um anodo cilíndrico em forma de câmara, os quais são isolados eletricamente. Um gás é injetado através de orifícios gerando um fluxo na câmara, onde é ionizado através da passagem pela descarga elétrica entre os eletrodos (cátodo e anodo), gerada por uma fonte de energia com dispositivo gerador de alta frequência. Através desse plasma (gás ionizado) surge uma densidade de corrente radial, a qual atravessa o gás em direção ao cátodo. Esta corrente no cátodo gera um campo magnético circunferencial, o qual interage com a densidade de corrente aparecendo uma força eletromagnética, conhecida como “força de Lorentz”, a qual acelera as partículas e é também responsável pela expulsão do gás ionizado para fora da câmara. A diferença, deste dispositivo em relação às tochas de plasma de arco não transferido, é que a aceleração das partículas do plasma é realizada principalmente pelo efeito eletromagnético e não pelo efeito eletrotérmico característico das tochas de plasma térmico.The device known as magnetoplasmadynamic thruster (“Magnetoplasmadynamic Thruster - MPDT”) is characterized by a coaxial geometry consisting of a central cathode and a cylindrical chamber-shaped anode, which are electrically insulated. A gas is injected through orifices generating a flow in the chamber, where it is ionized by passing through the electrical discharge between the electrodes (cathode and anode), generated by an energy source with a high frequency generator device. Through this plasma (ionized gas) a radial current density arises, which passes through the gas towards the cathode. This current at the cathode generates a circumferential magnetic field, which interacts with the current density, giving rise to an electromagnetic force, known as “Lorentz force”, which accelerates the particles and is also responsible for expelling the ionized gas out of the chamber. The difference between this device in relation to non-transferred arc plasma torches is that the acceleration of the plasma particles is mainly carried out by the electromagnetic effect and not by the electrothermal effect characteristic of thermal plasma torches.

As tochas híbridas surgiram com o intuito de desenvolver processos mais produtivos e com características diferentes dos processos convencionais, tais como: processos de soldagem TIG, MIG/MAG, LASER, e outros. Estas tochas caracterizam-se pela utilização simultânea de dois ou mais processos em apenas um dispositivo. Por exemplo, tem-se a soldagem LASER com MIG/MAG, soldagem PAW com MIG, LASER com TIG, etc. Estes modernos dispositivos apresentam as seguintes vantagens sob os dispositivos convencionais: aumento da velocidade de soldagem e, consequentemente, aumento da produtividade; estabilidade do arco elétrico e do jato de plasma, redução do desgaste da ferramenta para o processo LASER/FSW; redução do desgaste de eletrodos por erosão; diminuição das zonas afetadas pelo calor (ZAC); diminuição das distorções residuais; entre outras.Hybrid torches emerged with the aim of developing more productive processes and with characteristics different from conventional processes, such as: TIG, MIG/MAG, LASER welding processes, and others. These torches are characterized by the simultaneous use of two or more processes in just one device. For example, there is LASER welding with MIG/MAG, PAW welding with MIG, LASER welding with TIG, etc. These modern devices have the following advantages over conventional devices: increased welding speed and, consequently, increased productivity; stability of electric arc and plasma jet, reduced tool wear for the LASER/FSW process; reduction of electrode wear by erosion; decrease in heat-affected zones (ZAC); reduction of residual distortions; among others.

A busca na literatura patentária apontou alguns documentos relevantes, que serão descritos a seguir.The search in the patent literature pointed out some relevant documents, which will be described below.

O documento US 3,594,609 descreve um dispositivo gerador de jato de plasma com entrada adicional de gás e campo magnético externo. O campo magnético externo é gerado por uma bobina eletromagnética com núcleo ferromagnético adicionado ao redor do bocal constritor. A entrada adicional de gás e o campo magnético externo são adicionados com o intuito de estabilizar o jato de plasma expulso para fora da câmara. Estes tipos de estabilização são conhecidos como vórtice (entrada de gás) e magnética (campo magnético externo). Este dispositivo funciona com uma fonte de alimentação operando em corrente contínua ou alternada. O plasma é gerado através da passagem de gás por um arco elétrico transferido, o qual é formado entre o cátodo e a peça de trabalho - anodo. A presente invenção difere deste documento no que tange à formação do jato de plasma e o tipo de arco elétrico, isto é, neste documento o jato de plasma é formado por um arco elétrico apenas e o arco elétrico é do tipo direto ou transferido. Já na presente invenção, o jato é duplamente acelerado por dois arcos elétricos não transferidos, os quais são formados por diferentes eletrodos, proporcionando maior densidade de energia e estabilidade ao jato de plasma.US 3,594,609 describes a plasma jet generating device with additional gas input and external magnetic field. The external magnetic field is generated by an electromagnetic coil with a ferromagnetic core added around the constrictor nozzle. Additional gas inlet and external magnetic field are added in order to stabilize the plasma jet expelled out of the chamber. These types of stabilization are known as vortex (incoming gas) and magnetic (external magnetic field). This device works with a power supply operating on direct or alternating current. The plasma is generated by passing gas through a transferred electric arc, which is formed between the cathode and the workpiece - anode. The present invention differs from this document with regard to the formation of the plasma jet and the type of electric arc, that is, in this document the plasma jet is formed by an electric arc only and the electric arc is of the direct or transferred type. In the present invention, the jet is double accelerated by two non-transferred electric arcs, which are formed by different electrodes, providing greater energy density and stability to the plasma jet.

O documento US 4,125,754 refere-se a uma instalação para revestimento por soldagem à arco plasma, incluindo, em particular uma tocha de plasma e um dispositivo de fornecimento de energia para a formação de um arco transferido entre o eletrodo e a peça a ser revestida e um arco não transferido entre o eletrodo e o bocal constritor de saída do dispositivo. A tocha de plasma tem pelo menos duas câmaras de refrigeração conectadas a um dispositivo de distribuição que é controlado em função da temperatura da água de refrigeração e/ou do consumo de energia elétrica da tocha. A presente invenção difere deste documento por utilizar dois arcos elétricos não transferido internamente ao equipamento para formação do jato de plasma, o que não ocorre com este documento, no qual forma-se um arco não transferido e um transferido.Document US 4,125,754 relates to an installation for coating by plasma arc welding, including, in particular, a plasma torch and a power supply device for forming a transferred arc between the electrode and the part to be coated and an arc not transferred between the electrode and the constrictor output nozzle of the device. The plasma torch has at least two cooling chambers connected to a distribution device that is controlled as a function of the temperature of the cooling water and/or the electrical energy consumption of the torch. The present invention differs from this document in that it uses two electrical arcs not internally transferred to the equipment for the formation of the plasma jet, which does not occur with this document, in which a non-transferred and a transferred arc is formed.

O documento 6,693,253 descreve uma tocha de plasma de indução compreendendo uma tocha com corpo tubular, uma válvula distribuidora de gás para o fornecimento de, pelo menos, uma substância gasosa para a câmara dentro do corpo da tocha, uma fonte de potência de alta frequência ligada a uma bobina de indução primária montada coaxialmente ao corpo da tocha tubular, uma segunda fonte de potência ligada a uma pluralidade de bobinas de indução secundárias. A bobina de indução primária fornece a energia indutiva necessária ao gás para formar um plasma. As bobinas de indução secundárias fornecem a energia de trabalho necessária para operar a tocha de plasma. A presente invenção difere deste documento por utilizar outro tipo de mecanismo para formação do jato de plasma, sendo que neste documento utiliza-se bobinas de indução e na presente invenção o jato de plasma é formados por arcos elétricos entre os eletrodos.Document 6,693,253 describes an induction plasma torch comprising a torch with tubular body, a gas dispensing valve for supplying at least one gaseous substance to the chamber within the torch body, a high frequency power source connected to a primary induction coil mounted coaxially to the tubular torch body, a second power source connected to a plurality of secondary induction coils. The primary induction coil supplies the inductive energy needed by the gas to form a plasma. Secondary induction coils provide the working power needed to operate the plasma torch. The present invention differs from this document in that it uses another type of mechanism for the formation of the plasma jet, and in this document induction coils are used and in the present invention the plasma jet is formed by electrical arcs between the electrodes.

O documento US 3,735,591 refere-se a um propulsor do tipo arco magnetoplasmadinâmico em que um gás é ionizado por um arco formando um jato de plasma de escape. O dito propulsor compreende um ânodo cilíndrico oco formando uma câmara com uma extremidade aberta da qual o dito jato de plasma é expelido. A presente invenção difere no estado da arte deste documento por empregar não somente o processo de formação de plasma por propulsão magnetoplasmadinâmica, mas também, o de plasma não transferido.Document US 3,735,591 relates to a magnetoplasmadynamic arc type propellant in which a gas is ionized by an arc forming an exhaust plasma jet. Said impeller comprises a hollow cylindrical anode forming a chamber with an open end from which said plasma jet is expelled. The present invention differs in the state of the art of this document in that it employs not only the process of plasma formation by magnetoplasmadynamic propulsion, but also that of non-transferred plasma.

O documento 4,626,648 refere-se a um sistema híbrido de arco não transferido, o qual compreende em uma tocha de plasma de arco transferido com um anodo externo em forma de câmara isolado eletricamente em relação ao cátodo da tocha de plasma de arco transferido. A utilização do anodo externo à tocha de plasma de arco transferido permite a formação de um arco elétrico não transferido. Este documento difere da presente invenção no que diz respeito à formação do jato de plasma, pois, neste documento, o jato de plasma é formado por um cátodo e dois ânodos, sendo que na presente invenção o jato de plasma é formado por dois cátodos e dois ânodos.The document 4,626,648 relates to a hybrid non-transferred arc system, which comprises a transferred arc plasma torch with an external chamber-shaped anode electrically isolated from the cathode of the transferred arc plasma torch. Using the external anode to the transferred arc plasma torch allows an untransferred arc to form. This document differs from the present invention with regard to the formation of the plasma jet, since, in this document, the plasma jet is formed by a cathode and two anodes, and in the present invention the plasma jet is formed by two cathodes and two anodes.

Do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.From what appears from the researched literature, no documents were found anticipating or suggesting the teachings of the present invention, so that the solution proposed here has novelty and inventive step compared to the state of the art.

Sumário da InvençãoInvention Summary

A proposta da presente invenção é adquirir, em relação aos jatos de plasma gerados por tochas convencionais, as seguintes vantagens: • Produzir jatos de plasma com maior densidadé de energia e, consequentemente, maior temperatura; • Gerar economia no gasto de energia através da regulagem de potência entre as duas fontes, isto é, obter, com menor potência, jatos de plasma com características semelhantes ou melhores que os jatos de plasma de tochas convencionais. • Obter maior estabilidade e controle do jato de plasma. Por exemplo, gerar jatos de plasma laminares ou turbulentos variando somente a vazão do gás, pois jatos laminares são, geralmente, utilizados para soldagem e endurecimento superficial, já os jatos turbulentos são utilizados para aspersão e corte térmico. • Reduzir o desgaste dos eletrodos por oxidação, pois os mesmos localizam-se na parte interna do dispositivo evitando a contaminação pelo ambiente externo. • Utilizar o dispositivo para diferentes processos sem precisar a substituição de componentes do mesmo, isto é, apenas modificando os parâmetros de operação do dispositivo pode-se realizar soldagem, corte térmico e endurecimento superficial. • Utilizar o dispositivo para aspersão térmica através da simples substituição do anodo secundário por um anodo que permite a injeção do material a ser depositado, na forma de pó, dentro do bocal utilizando um fluxo de gás carregador. • Possibilitar a soldagem de chapas finas com mínimas distorções e zonas afetadas pelo calor. • Obter endurecimento superficial de superfícies muito pequenas devido ao formato cônico da distribuição de energia no jato de plasma.The purpose of the present invention is to acquire, in relation to plasma jets generated by conventional torches, the following advantages: • To produce plasma jets with greater energy density and, consequently, higher temperature; • Generate savings in energy expenditure through power regulation between the two sources, that is, obtaining, with less power, plasma jets with similar or better characteristics than the plasma jets of conventional torches. • Achieve greater stability and control of the plasma jet. For example, generating laminar or turbulent plasma jets by varying only the gas flow, as laminar jets are generally used for welding and surface hardening, whereas turbulent jets are used for spraying and thermal cutting. • Reduce wear on electrodes due to oxidation, as they are located inside the device, avoiding contamination by the external environment. • Using the device for different processes without needing to replace its components, that is, only modifying the device's operating parameters can be carried out welding, thermal cutting and surface hardening. • Use the device for thermal spraying by simply replacing the secondary anode with an anode that allows the injection of the material to be deposited, in the form of powder, into the nozzle using a flow of charger gas. • Enable welding thin plates with minimal distortion and heat-affected zones. • Achieve surface hardening of very small surfaces due to the conical shape of the energy distribution in the plasma jet.

Dessa forma, a presente invenção descreve um dispositivo para aplicações em processos de fabricação, tais como: soldagem, aspersão térmica, corte térmico, endurecimento superficial, entre outros processos que utilizam jatos de plasma. Também, aplicações em propulsão espacial poderão ser realizadas. A tocha híbrida geradora de plasma caracteriza-se pela formação simultânea de dois arcos plasmas em apenas um dispositivo, os quais geram um jato de plasma com elevada densidade de energia. Esta tocha é proveniente da união de dois processos geradores de plasma: plasma não transferido e propulsor magnetoplasmadinâmico. /Thus, the present invention describes a device for applications in manufacturing processes, such as: welding, thermal spraying, thermal cutting, surface hardening, among other processes that use plasma jets. Also, applications in space propulsion could be carried out. The hybrid plasma generator torch is characterized by the simultaneous formation of two plasma arcs in just one device, which generate a plasma jet with high energy density. This torch comes from the union of two plasma generating processes: non-transferred plasma and magnetoplasmadynamic thruster. /

É, portanto, um objeto da presente invenção uma tocha híbrida geradora de plasma para o processamento de materiais, compreendendo: a) Eletrodos formadores do jato de plasma; b) Meios para arrefecimento dos eletrodos; c) Meios para isolamento elétrico entre os eletrodos; d) Meios para centralizar e fixar os eletrodos; e) Pelo menos um gás ionizável; f) Meios para admissão do dito gás; g) Meios para fornecer energia ao dispositivo; h) Pelo menos uma tocha de plasma; i) Meios para controlar o sistema.It is, therefore, an object of the present invention a hybrid plasma generating torch for the processing of materials, comprising: a) Electrodes forming the plasma jet; b) Means for cooling the electrodes; c) Means for electrical isolation between the electrodes; d) Means to centralize and fix the electrodes; e) At least one ionizable gas; f) Means for admitting said gas; g) Means to supply power to the device; h) At least one plasma torch; i) Means to control the system.

Em uma realização preferencial, o número de eletrodos são quatro, sendo cada par (cátodo e anodo) responsável pela formação de um arco elétrico.In a preferred embodiment, the number of electrodes is four, with each pair (cathode and anode) responsible for the formation of an electric arc.

Em uma realização preferencial, os meios para arrefecimento dos eletrodos compreendem em mangueiras para admissão e saída de água ou líquido refrigerante; quatro câmaras de refrigeração eletricamente isoladas, sendo uma para cada eletrodo; um reservatório e um sistema de bombeamento da água.In a preferred embodiment, the means for cooling the electrodes comprise in hoses for inlet and outlet water or coolant; four electrically insulated refrigeration chambers, one for each electrode; a reservoir and a water pumping system.

Em uma realização preferencial, há um sistema fechado ou aberto para refrigeração com água ou líquido refrigerante da tocha.In a preferred embodiment, there is a closed or open system for water or liquid cooling of the torch.

Em uma realização preferencial, os meios para admissão do gás são mangueiras para circulação do gás; pelo menos um cilindro contendo o gás ionizável sob pressão; fluxímetros para controle de vazão; e difusor para homogeneizar o fluxo de gás na câmara da tocha.In a preferred embodiment, the means for inletting the gas are hoses for circulating the gas; at least one cylinder containing the ionizable gas under pressure; flowmeters for flow control; and diffuser to homogenize the gas flow in the torch chamber.

Em uma realização preferencial, os meios para fornecer energia ao dispositivo são duas fontes de potência, uma para cada par de eletrodos, sendo que uma das fontes deve conter um cofre de alta frequência.In a preferred embodiment, the means for supplying power to the device are two power sources, one for each pair of electrodes, one of which must contain a high-frequency safe.

Em uma realização preferencial, o meio para o controle do sistema compreende em, pelo menos, uma chave de liga/desliga.In a preferred embodiment, the means for controlling the system comprises at least one on/off switch.

Em uma realização preferencial, a dita tocha híbrida geradora de plasma é formada por dois processos distintos, plasma a arco não transferido e propulsor magnetoplasmadinâmico. / ■ / ■In a preferred embodiment, said hybrid plasma-generating torch is formed by two distinct processes, non-transferred arc plasma and magnetoplasmadynamic thruster. / ■ / ■

Em uma realização preferencial, os processos industriais nos quais o dispositivo pode ser empregado compreendem em soldagem, aspersão térmica, corte, endurecimento superficial e outros que utilizam jatos de plasma.In a preferred embodiment, the industrial processes in which the device can be employed comprise welding, thermal spraying, cutting, surface hardening and others using plasma jets.

Em uma realização preferencial, o dispositivo pode ser aplicado em propulsão espacial.In a preferred embodiment, the device can be applied in space propulsion.

É um objeto adicional da presente invenção o processo de produção da tocha híbrida geradora de plasma, compreendendo nas seguintes etapas: a) Montagem da câmara de refrigeração e de fixação do cátodo secundário; b) Montagem da câmara de refrigeração e de fixação do catodo primário; c) Montagem da câmara de refrigeração e de fixação do anodo primário; d) Montagem da câmara de refrigeração e de fixação do ando secundário; e) Conexões dos engates rápidos nas câmaras de refrigeração para admissão de água ou líquido refrigerante; f) União das peças pré-montadas formando um só dispositivo.It is an additional object of the present invention the production process of the plasma generating hybrid torch, comprising the following steps: a) Assembly of the cooling chamber and fixation of the secondary cathode; b) Assembly of the refrigeration chamber and fixation of the primary cathode; c) Assembly of the refrigeration chamber and fixation of the primary anode; d) Assembly of the refrigeration chamber and fixation of the secondary stage; e) Connections of quick couplers in the refrigeration chambers for admission of water or coolant; f) Union of pre-assembled parts forming a single device.

Em uma realização preferencial, a montagem da câmara de refrigeração e de fixação do catodo secundário consiste em fixar o flange com conector elétrico, o flange isolante e o catodo secundário à câmara de refrigeração. O flange com conector elétrico é fixado através de pequenos pontos de solda. O catodo secundário é centralizado e fixado através de um difusor, uma pinça e uma capa longa, onde estes são conectados a câmara de refrigeração através de um corpo fixador.In a preferred embodiment, the assembly of the cooling chamber and fixing the secondary cathode consists of fixing the flange with electrical connector, the insulating flange and the secondary cathode to the cooling chamber. The flange with electrical connector is fixed using small solder points. The secondary cathode is centralized and fixed through a diffuser, tweezers and a long cover, where these are connected to the cooling chamber through a fixing body.

Em uma realização preferencial, a montagem da câmara de refrigeração do catodo primário compreende em unir a câmara de refrigeração, o catodo primário e o flange que contem um conector elétrico, uma câmara de gás, duas entradas de gás e um difusor. Todos são conectados através de roscas.In a preferred embodiment, the assembly of the primary cathode cooling chamber comprises joining the cooling chamber, the primary cathode and the flange which contains an electrical connector, a gas chamber, two gas inlets and a diffuser. All are connected via threads.

Em uma realização preferencial, a montagem da câmara de refrigeração e de fixação do anodo primário consiste em conectar a câmara de refrigeração e o anodo primário através de flanges fixadores.In a preferred embodiment, the assembly of the cooling chamber and fixing the primary anode consists of connecting the cooling chamber and the primary anode through fixing flanges.

Em uma realização preferencial, a montagem da câmara de refrigeração / / e de fixação do ando secundário compreende em unir a câmara de refrigeração a um flange de fixação e conectar o anodo secundário à câmara através de uma rosca.In a preferred embodiment, the assembly of the cooling chamber / / and fixing the secondary stage comprises joining the cooling chamber to a mounting flange and connecting the secondary anode to the chamber through a thread.

Em uma realização preferencial, dois engates rápidos são conectados em cada câmara de refrigeração para entrada e saída do líquido refrigerante.In a preferred embodiment, two quick couplings are connected to each refrigeration chamber for inlet and outlet of the coolant.

Em uma realização preferencial, a junção das peças pré-montados, formando um só dispositivo, é realizada através da utilização de isolantes térmicos e elétricos, conectores elétricos e elementos fixadores, tais como: flanges, porcas, buchas isolantes e parafusos fixadores.In a preferred embodiment, the joining of the pre-assembled parts, forming a single device, is performed through the use of thermal and electrical insulators, electrical connectors and fastening elements, such as: flanges, nuts, insulating bushings and fastening screws.

Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.These and other objects of the invention will be immediately valued by those skilled in the art and by companies with interests in the segment, and will be described in sufficient detail for their reproduction in the description below.

Breve Descrição das FigurasBrief Description of Figures

A invenção ficará mais clara a partir da descrição detalhada que segue, feita com referência aos desenhos em anexo, fornecidos a título de exemplo não limitativos, os quais ilustram formas preferidas de realização, e nos quais: • A Figura 1 mostra a vista explodida da tocha híbrida geradora de plasma com seus respectivos componentes. • A Figura 2 apresenta a vista isométrica do corpo da tocha híbrida geradora de plasma. • A Figura 3, Figura 4, Figura 5 e Figura 6 mostram os conjuntos de peças montados de acordo com as, respectivas, sequências I, II, III e IV de montagem da tocha. • A Figura 7 mostra o desenho esquemático dos equipamentos e conexões entre os mesmos necessários para o funcionamento e aplicação da tocha híbrida geradora de plasma. • A Figura 8 mostra a secção transversal da tocha híbrida geradora de plasma com a representação esquemática dos fluxos de gás e líquido refrigerante. • A Figura 9 apresenta um desenho esquemático do funcionamento da tocha híbrida geradora de plasma. • A Figura 10 mostra o gráfico da tensão em função do tempo adquirido durante o funcionamento da tocha. • A Figura 11 mostra o gráfico da intensidade de corrente elétrica em função do tempo adquirido durante o funcionamento da tocha. • A Figura 12 apresenta o gráfico da força propulsora média em função da intensidade de corrente elétrica para diferentes vazões de gás. • A Figura 13 apresenta algumas imagens dos jatos de plasma resultantes da tocha híbrida geradora de plasma para diferentes vazões de gás. • A Figura 14 mostra o gráfico do comprimento médio do jato de plasma em função da vazão de gás para diferentes intensidades de corrente elétrica. • A Figura 15 mostra os perfis de temperatura dos jatos de plasma expulsos para fora da câmara da tocha híbrida, quando a mesma opera com apenas um arco elétrico (arco elétrico secundário). • A Figura 16 mostra os perfis de temperatura dos jatos de plasma expulsos para fora da câmara da tocha, quando a mesma funciona com os dois arcos elétricos (primário e secundário). • Figura 17 apresenta a vista superior de chapas submetidas à soldagem com a tocha híbrida geradora de plasma. • A Figura 18 mostra o corte de uma chapa de aço realizado com a tocha híbrida geradora de plasma. • A Figura 19 apresenta a macrografia e o gráfico de microdureza em função da distância para um corpo de prova submetido ao processo de endurecimento superficial com a tocha híbrida geradora de plasma.The invention will become clearer from the following detailed description, made with reference to the attached drawings, provided by way of non-limiting example, which illustrate preferred embodiments, and in which: • Figure 1 shows the exploded view of the hybrid plasma generator torch with its respective components. • Figure 2 shows the isometric view of the hybrid plasma generating torch body. • Figure 3, Figure 4, Figure 5 and Figure 6 show the sets of parts assembled according to the respective torch assembly sequences I, II, III and IV. • Figure 7 shows the schematic drawing of the equipment and connections between them necessary for the operation and application of the hybrid plasma generator torch. • Figure 8 shows the cross section of the hybrid plasma generator torch with the schematic representation of the gas and liquid coolant flows. • Figure 9 presents a schematic drawing of the operation of the hybrid plasma generator torch. • Figure 10 shows the graph of voltage versus time acquired during torch operation. • Figure 11 shows the graph of electrical current intensity versus time acquired during torch operation. • Figure 12 presents the graph of the average propulsive force as a function of the electric current intensity for different gas flows. • Figure 13 shows some images of the plasma jets resulting from the hybrid plasma generating torch for different gas flows. • Figure 14 shows the graph of mean plasma jet length as a function of gas flow for different electric current intensities. • Figure 15 shows the temperature profiles of the plasma jets ejected out of the hybrid torch chamber when it operates with only one flash arc (secondary flash arc). • Figure 16 shows the temperature profiles of the plasma jets expelled out of the torch chamber when the torch works with both electric arcs (primary and secondary). • Figure 17 shows the top view of plates subjected to welding with the hybrid plasma-generating torch. • Figure 18 shows the cut of a steel sheet made with the hybrid plasma-generating torch. • Figure 19 shows the macrograph and microhardness graph as a function of distance for a specimen subjected to the surface hardening process with the hybrid plasma generating torch.

Descrição detalhadaDetailed Description

Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo, sem limitar o escopo da mesma.The examples shown here are intended only to exemplify one of the numerous ways of carrying out the invention, however, without limiting its scope.

A Figura 1 apresenta a vista explodida da tocha híbrida geradora de plasma, onde os componentes constituintes da tocha são compreendidos em: a) Parafusos (1) (2) (3) (4) (5) (6) e porcas (31) (32) (33) (34) (35) (36) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (90) (91) (92) (93) (94) (95) utilizadas para unir os conjuntos de peças da tocha. Estes parafusos e porcas podem ser de material metálico, polímeros, e outros. Os parafusos e porcas quando constituídos de material isolante (por exemplo, teflon) dispensam a utilização de buchas isolantes, porém a rigidez do corpo da tocha pode ser comprometida. b) Buchas isolantes (9) (10) (11) (12) (13) (14) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (84) (85) (86) (87) (88) (89), onde, para cada uma, a parte interna (12a) é inserida junto ao parafuso (1) e a parte externa (12b) é inserida no orifício (20a) do flange fixador. Sendo os parafusos e as porcas condutores elétricos, as buchas isolantes tem a função de isolar eletricamente os mesmos em relação ao corpo da tocha, pois sem o uso das buchas pode ocorrer curto circuito entre as partes. Os materiais utilizados para a confecção das buchas devem ser de característica isolante elétrico, tais como: teflon, nylon, cerâmica, entre outros materiais correlates. c) Flanges isolantes (22) (50) (78) são utilizados para isolar eletricamente os conjuntos de peças contendo os eletrodos. Estes flanges podem ser confeccionados com materiais cerâmicos, fibras cerâmicas, vidros, entre outros materiais pertinentes. O isolamento entre os conjuntos de peças contendo os eletrodos não se limita ao uso de flanges isolantes, pois podem ser utilizados outros tipos de isolantes elétricos entre os eletrodos. d) Flanges fixadores (20) (23) (47) (51) (77) (79) contendo haste para conexão elétrica (20b) (47a) (51a) (79a), tubos para entrada de gás (47b) (47c), câmara de gás (47d), ou simplesmente flanges de fixação. Alguns flanges possuem pequenos rebaixos (23a) em seu corpo para encaixe de outros componentes. Na presente invenção, o material utilizado na construção dos flanges fixadores foi o cobre, mas não se limita a este tipo de material, podendo ser utilizado latão, aço inoxidável, entre outros materiais. Os flanges com hastes para conexões elétricas (20) (47) (51) (79) devem ser constituídos de um material condutor elétrico, mas não se limitam a este tipo de material, pois, se os eletrodos forem alimentados eletricamente por outros meios, o material para construção destes flanges pode ser não condutor. e) Câmaras de refrigeração (17) (39) (68) (82), sendo uma para cada eletrodo. Cada câmara possui, no mínimo, uma entrada e uma saída para algum tipo de líquido refrigerante, nas quais são conectados engates rápidos para mangueiras. Estas câmaras são confeccionadas em cobre, porém não se limita a este tipo de material, podendo ser utilizado outro material com boa condutividade térmica e elétrica. Cada câmara possui meios específicos para conexão dos eletrodos. f) Cátodo secundário (16) caracterizado por ser um eletrodo coaxial de tungsténio (AWS E WTh-2) com 150 mm de comprimento e 3,2 mm de diâmetro e com extremidade cônica (16a) de 60°. Este eletrodo pode ser com diferentes formas geométricas. O material do eletrodo não se limita ao tungsténio e tório, podendo ser de molibdênio, cobre, entre outros materiais correlates. g) Componentes fixadores do cátodo secundário, tais como: capa longa (7), corpo fixador (8), pinça (15) e difusor (21). h) Cátodo primário (49) caracterizado por ser um eletrodo cilíndrico em forma de câmara com chanfro cônico (49a) de 60° em uma de suas extremidades. Este eletrodo é conectado à câmara de refrigeração através de uma rosca (49b) no seu interior. O material utilizado para a fabricação deste eletrodo foi o cobre, porém, outros materiais condutores elétricos podem ser utilizados, tais como: tungsténio, molibdênio, e outros. i) Isolante cerâmico entre os cátodos (46) em forma de bucha, o qual tem a função de evitar arcos elétricos entre o cátodo primário (49) e o cátodo secundário (16) dentro da câmara de refrigeração (39a). Este isolante é constituído de fibra cerâmica, mas não se limita a este tipo de material, podendo ser utilizado cimento cerâmico, quartzo, ou outro material isolante elétrico e térmico. j) Difusor (48) capaz de tornar o fluxo de gás laminar dentro da câmara de ionização. Em uma de suas extremidades, este difusor (48) possui orifícios circulares (48a) que tornam o fluxo de gás laminar; na outra extremidade forma-se uma câmara de gás quando o difusor (48) é unido ao flange fixador (47) com rebaixo em forma de câmara (47d). O difusor é constituído de cobre, mas pode ser construído com outros materiais metálicos ou não metálicos, tais como: latão, aço inoxidável, cerâmica, quartzo, entre outros. k) Anodo primário (65) caracterizado por ser um corpo cilíndrico em forma de anel com alguns relevos (65b) em sua estrutura para ser encaixado entre a câmara de refrigeração (68) e o flange fixador (51). Este eletrodo possui, em uma de suas extremidades, um chanfro interno (65a) de 60°. O material utilizado na construção deste eletrodo foi o cobre, mas podem ser utilizados outros tipos de material, tais como: tungsténio, molibdênio, háfnio, entre outros. Também, outras formas geométricas podem ser atribuídas para este eletrodo. l) Bocal cerâmico (76) em forma de câmara com a função de conduzir o gás ionizado pelos eletrodos primários até os eletrodos secundários e de evitar que o arco elétrico primário se expanda até o anodo secundário. O material para a construção deste bocal deve ser um bom isolante térmico e elétrico, neste caso, deve ser constituído de materiais cerâmicos ou outro materiais correlatos. m) Anodo Secundário (83) caracterizado por ser um corpo coaxial em forma de câmara. Este eletrodo possui uma rosca externa (83a) para ser fixado à câmara de refrigeração (82). Este eletrodo pode ser confeccionado em cobre, tungsténio, molibdênio, ou outros materiais correlatos. Também, outras formas geométricas podem ser assumidas por este eletrodo, tais como: eletrodo com diferentes diâmetros e ângulos no seu interior; eletrodo com entradas para alimentação de pó, quando o dispositivo for utilizado para o processo de aspersão térmica; entre outros..Figure 1 shows the exploded view of the plasma-generating hybrid torch, where the constituent components of the torch are comprised of: a) Screws (1) (2) (3) (4) (5) (6) and nuts (31) (32) (33) (34) (35) (36) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (90) (91) (92) (93) (94) (95) ) used to join sets of torch parts. These screws and nuts can be made of metallic material, polymers, and others. Screws and nuts, when made of insulating material (for example, Teflon) do not require the use of insulating bushings, but the rigidity of the torch body may be compromised. b) Insulating bushings (9) (10) (11) (12) (13) (14) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (40) (41) (42) ( 43) (44) (45) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (84) (85) (86) (87) (88) (89), where, for each, the inner part (12a) is inserted next to the screw (1) and the outer part (12b) is inserted in the hole (20a) of the fastening flange . As screws and nuts are electrical conductors, insulating bushings have the function of electrically insulating them in relation to the torch body, because without the use of bushings a short circuit can occur between the parts. The materials used for making the bushings must be electrically insulating, such as: Teflon, nylon, ceramic, among other related materials. c) Insulating flanges (22) (50) (78) are used to electrically insulate the sets of parts containing the electrodes. These flanges can be made with ceramic materials, ceramic fibers, glass, among other relevant materials. The insulation between the sets of parts containing the electrodes is not limited to the use of insulating flanges, as other types of electrical insulators can be used between the electrodes. d) Fastening flanges (20) (23) (47) (51) (77) (79) containing rod for electrical connection (20b) (47a) (51a) (79a), gas inlet pipes (47b) (47c ), gas chamber (47d), or simply mounting flanges. Some flanges have small recesses (23a) in their body for fitting other components. In the present invention, the material used in the construction of the fastening flanges was copper, but it is not limited to this type of material, it being possible to use brass, stainless steel, among other materials. Flanges with rods for electrical connections (20) (47) (51) (79) must be made of an electrically conductive material, but are not limited to this type of material, as, if the electrodes are electrically powered by other means, the material of construction for these flanges may be non-conductive. e) Refrigeration chambers (17) (39) (68) (82), one for each electrode. Each chamber has, at a minimum, an inlet and an outlet for some type of coolant, to which quick connectors for hoses are connected. These chambers are made of copper, but it is not limited to this type of material, and another material with good thermal and electrical conductivity can be used. Each chamber has specific means for connecting the electrodes. f) Secondary cathode (16) characterized by being a coaxial tungsten electrode (AWS E WTh-2) with 150 mm in length and 3.2 mm in diameter and with a conical end (16a) of 60°. This electrode can be with different geometric shapes. The electrode material is not limited to tungsten and thorium, it can be molybdenum, copper, among other related materials. g) Secondary cathode fixing components, such as: long cap (7), fixing body (8), clamp (15) and diffuser (21). h) Primary cathode (49) characterized by being a cylindrical chamber-shaped electrode with a conical bevel (49a) of 60° at one of its ends. This electrode is connected to the refrigeration chamber through a thread (49b) inside. The material used to manufacture this electrode was copper, however, other electrical conductive materials can be used, such as: tungsten, molybdenum, and others. i) Ceramic insulator between the cathodes (46) in the form of a bushing, which has the function of preventing electrical arcs between the primary cathode (49) and the secondary cathode (16) inside the cooling chamber (39a). This insulator is made of ceramic fiber, but it is not limited to this type of material, ceramic cement, quartz, or other electrical and thermal insulating material can be used. j) Diffuser (48) capable of making the gas flow laminar inside the ionization chamber. At one of its ends, this diffuser (48) has circular holes (48a) that make the gas flow laminar; at the other end a gas chamber is formed when the diffuser (48) is joined to the fixing flange (47) with chamber-shaped recess (47d). The diffuser is made of copper, but it can be built with other metallic or non-metallic materials, such as: brass, stainless steel, ceramic, quartz, among others. k) Primary anode (65) characterized by being a cylindrical body in the form of a ring with some reliefs (65b) in its structure to be fitted between the cooling chamber (68) and the fastening flange (51). This electrode has, at one of its ends, an internal bevel (65a) of 60°. The material used in the construction of this electrode was copper, but other types of material can be used, such as: tungsten, molybdenum, hafnium, among others. Also, other geometric shapes can be assigned to this electrode. l) Ceramic nozzle (76) in the form of a chamber with the function of conducting the ionized gas through the primary electrodes to the secondary electrodes and preventing the primary electric arc from expanding to the secondary anode. The material for the construction of this nozzle must be a good thermal and electrical insulator, in this case, it must be made of ceramic materials or other related materials. m) Secondary Anode (83) characterized by being a coaxial chamber-shaped body. This electrode has an external thread (83a) to be attached to the refrigeration chamber (82). This electrode can be made of copper, tungsten, molybdenum, or other related materials. Also, other geometric shapes can be assumed by this electrode, such as: electrode with different diameters and angles inside; electrode with inputs for powder feeding, when the device is used for the thermal spraying process; between others..

A Figura 2 apresenta a tocha híbrida geradora de plasma (96) montada.Figure 2 shows the assembled hybrid plasma generator torch (96).

A montagem da tocha segue, mas não se limita às seguintes sequências: I. O flange fixador (20) é anexado à câmara de refrigeração (17) através de pontos de solda, formando um corpo único. Um corpo fixador (8) é unido por uma rosca (8a) à câmara de refrigeração (17). O difusor (21) ê preso aq corpo fixador (8) e, sequencialmente, o cátodo secundário (16) é introduzido no interior da pinça (15), que por sua vez, é introduzida dentro do difusor (21). A capa longa (7) é inserida através de uma rosca (7a) ao corpo fixador (8), onde a mesma (7) pressiona a pinça (15) contra o difusor (21) prendendo o cátodo secundário (16). As buchas isolantes (9) (10) (11) (12) (13) (14) são introduzidas nos orifícios do flange fixador (20), onde, posteriormente, são introduzidos os parafusos (1) (2) (3) (4) (5) (6). O flange isolante (22) e o flange fixador (23) são unidos ao corpo formado anteriormente e presos pelas buchas (25) (26) (27) (28) (29) (30) e porcas (31) (32) (33) (34) (35) (36). A bolacha isolante (24) é encaixada junto ao flange fixador (23). Com isto e conforme indicado pela Figura 3, o primeiro conjunto de peças (97) da tocha é constituído. II. A câmara de refrigeração (39), o flange fixador (47), o difusor (48) e o catodo primário (49) são unidos através de roscas (39b) (47e) (48b) (49b) formando um único corpo. As buchas isolantes (40) (41) (42) (43) (44) (45) são adicionadas ao flange fixador (47). Por fim, o isolante cerâmico (46) é introduzindo sob pressão no interior (39a) da câmara de refrigeração (39). A Figura 4 mostra a o conjunto de peças (98) formado por esta sequência de montagem. III. O anodo primário (65) é encaixado, sob pressão, entre a câmara de refrigeração (68) e o flange fixador (51). O bocal cerâmico (76) em forma de câmara é unido à câmara de refrigeração (68) através uma peça fixadora (75). As buchas isolantes (52) (53) (54) (55) (56) (57) são adicionadas aos orifícios do flange fixador (51), no qual o flange isolante (50) é fixado também. O conjunto de peças (99) formado nesta sequência de montagem pode ser visto través da Figura 5. IV. A Figura 6 apresenta o último conjunto de peças (100) da montagem da tocha híbrida geradora de plasma, onde a câmara de refrigeração (82) é fixada aos flanges de fixação (77) (79) e ao flange isolante (78). Por fim, o anodo secundário (83) é unido à câmara de refrigeração (82) e as buchas isolantes (84) (85) (86) (87) (88) (89) são inseridas aos orifícios do flange fixador (79). V. Os engates rápidos (18) (19) (37) (38) (66) (67) (80) (81) são adicionados às câmaras de refrigeração (17) (39) (68) (82). VI. Finalmente, os conjuntos de peças, montados anteriormente pelas sequências I, II, III, IV e V, são unidos e fixados por porcas e parafusos formando a tocha híbrida geradora de plasma (96)The torch assembly follows, but is not limited to, the following sequences: I. The clamping flange (20) is attached to the coolant chamber (17) through solder points, forming a single body. A fastener body (8) is screwed together (8a) to the refrigeration chamber (17). The diffuser (21) is attached to the fixing body (8) and, sequentially, the secondary cathode (16) is introduced into the clamp (15), which in turn, is introduced into the diffuser (21). The long cap (7) is inserted through a thread (7a) to the fixing body (8), where it (7) presses the clamp (15) against the diffuser (21) holding the secondary cathode (16). The insulating bushings (9) (10) (11) (12) (13) (14) are introduced in the holes of the fastening flange (20), where, subsequently, the screws (1) (2) (3) ( 4) (5) (6). The insulating flange (22) and the fastening flange (23) are joined to the previously formed body and secured by bushings (25) (26) (27) (28) (29) (30) and nuts (31) (32) ( 33) (34) (35) (36). The insulating wafer (24) is fitted together with the fastening flange (23). With this and as indicated by Figure 3, the first set of torch parts (97) is constituted. II. The cooling chamber (39), the clamping flange (47), the diffuser (48) and the primary cathode (49) are joined by threads (39b) (47e) (48b) (49b) forming a single body. Insulating bushings (40) (41) (42) (43) (44) (45) are added to the clamping flange (47). Finally, the ceramic insulator (46) is introduced under pressure into the interior (39a) of the cooling chamber (39). Figure 4 shows the set of parts (98) formed by this assembly sequence. III. The primary anode (65) is press-fitted between the coolant chamber (68) and the clamping flange (51). The chamber-shaped ceramic nozzle (76) is joined to the cooling chamber (68) by means of a fastening piece (75). The insulating bushings (52) (53) (54) (55) (56) (57) are added to the holes of the fastening flange (51) to which the insulating flange (50) is also fastened. The set of parts (99) formed in this assembly sequence can be seen through Figure 5. IV. Figure 6 shows the last set of parts (100) of the hybrid plasma generating torch assembly, where the cooling chamber (82) is attached to the mounting flanges (77) (79) and the insulating flange (78). Finally, the secondary anode (83) is joined to the cooling chamber (82) and the insulating bushings (84) (85) (86) (87) (88) (89) are inserted into the fixing flange holes (79) . V. The quick couplings (18) (19) (37) (38) (66) (67) (80) (81) are added to the cooling chambers (17) (39) (68) (82). SAW. Finally, the sets of parts, previously assembled by sequences I, II, III, IV and V, are joined and fixed by nuts and bolts forming the hybrid plasma generating torch (96)

A Figura 7 apresenta o sistema esquemático utilizado no funcionamento da tocha híbrida geradora de plasma. Para o funcionamento da tocha híbrida é necessário um sistema compreendido em:Figure 7 shows the schematic system used in the operation of the hybrid plasma generating torch. For the operation of the hybrid torch, a system comprised of:

Meios para fornecimento de energia à tochaMeans for supplying power to the torch

Os meios de fornecer energia a presente invenção compreendem, mas não se limitam a, fontes de potência com característica de corrente contínua, corrente alternada, ou demais formas para fornecimento de energia. Em especial, na presente invenção, os meios para fornecimento de potência à tocha híbrida geradora de plasma são formados por duas fontes de potência, fonte de potência primária (101) e secundária (102), ambas com característica “tombante” - corrente constante. A fonte de potência primária possui um gerador de alta frequência para facilitar a abertura do arco elétrico primário. As fontes de potência são conectadas à tocha através de cabos elétricos (112) (113) (114) (115) (116).The means of supplying power to the present invention comprise, but are not limited to, power sources having the characteristic of direct current, alternating current, or other forms of power supply. In particular, in the present invention, the means for supplying power to the hybrid plasma generating torch are formed by two power sources, primary (101) and secondary (102) power source, both with "tipping" characteristic - constant current. The primary power source has a high frequency generator to facilitate the opening of the primary electric arc. The power sources are connected to the torch via electrical cables (112) (113) (114) (115) (116).

Meios para controle dos parâmetros da tochaMeans for controlling torch parameters

Os meios para controle dos parâmetros da tocha da presente invenção compreendem, mas não se limitam a, painéis de controle contendo chaves de liga/desliga, indicadores de corrente e tensão para cada fonte, sistema de aquisição de dados, e outros comando necessários para o controle da tocha. Em especial, na presente invenção, o sistema de controle é constituído de um painel de controle (103) contendo duas chaves de liga/desliga (103a), sendo uma para cada fonte, e dispositivos indicadores de tensão e corrente (103b) para cada fonte.The means for controlling the torch parameters of the present invention comprise, but are not limited to, control panels containing on/off switches, current and voltage indicators for each source, data acquisition system, and other commands necessary for the torch control. In particular, in the present invention, the control system consists of a control panel (103) containing two on/off switches (103a), one for each source, and voltage and current indicating devices (103b) for each source.

Meios para alimentação de gásMeans for supplying gas

Os meios para alimentação de gás na presente invenção compreendem, mas não se limitam a, reservatórios de gases, fluxímetros, misturadores de gás, mangueiras, tubos de PVC, conduítes metálicos ou demais meios para transporte e controle dos gases. Em especial, na presente invenção foi utilizado cilindro de gás sob pressão (105), fluxímetros (106) (107) e mangueiras (117) para transporte dos gases.The means for feeding gas in the present invention comprise, but are not limited to, gas tanks, flow meters, gas mixers, hoses, PVC tubes, metallic conduits or other means for transporting and controlling the gases. In particular, in the present invention, pressure gas cylinders (105), flow meters (106) (107) and hoses (117) were used to transport the gases.

Tipo de gástype of gas

Os gases utilizados para serem transformados em plasma na presente invenção compreendem, mas não se limitam a, argônio, hélio, hidrogênio, nitrogênio, misturas dos mesmos ou demais gases adequados para tal finalidade. Em especial, na presente invenção o gás empregado foi o argônio.The gases used to be transformed into plasma in the present invention comprise, but are not limited to, argon, helium, hydrogen, nitrogen, mixtures thereof or other gases suitable for such purpose. In particular, in the present invention the gas used was argon.

Meios para admissão do líquido de refrigeraçãoMeans for inlet coolant

Os meios para admissão do líquido de refrigeração na presente invenção compreendem, mas não se limitam a, reservatórios de líquidos refrigerantes, bombas hidráulicas, mangueiras, conectores para mangueiras e outros dispositivos. O circuito de alimentação do líquido refrigerante pode ser aberto ou fechado. Em especial, na presente invenção, uma unidade de refrigeração (104), a qual é constituída por um reservatório de água, uma bomba hidráulica, mangueiras (118) e engates rápidos para mangueiras.The coolant inlet means in the present invention comprise, but are not limited to, coolant reservoirs, hydraulic pumps, hoses, hose connectors and other devices. The coolant supply circuit can be opened or closed. In particular, in the present invention, a refrigeration unit (104), which comprises a water reservoir, a hydraulic pump, hoses (118) and quick couplings for hoses.

A Figura 8 apresenta uma secção transversal da tocha híbrida geradora de plasma, na qual são indicados os fluxos do líquido refrigerante e do gás. O líquido refrigerante entra na câmara de refrigeração (17) do cátodo secundário (16) através de uma mangueira (122) conectada por um engate rápido (19) e sai por uma mangueira (130) conectada a um engate rápido (81) da câmara de refrigeração (82) do anodo secundário (83). A passagem de líquido refrigerante da câmara de refrigeração (17) às outras câmaras de refrigeração (39) (68) (82) é realizada por meios de mangueiras (124) (125) (126), isto é, uma mangueira (124) liga a câmara de refrigeração (17) do cátodo secundário (16) à câmara de refrigeração (39) do cátodo primário (49), outra mangueira (125) liga à câmara de refrigeração (39) do cátodo primário (49) à câmara de refrigeração (68) do anodo primário (65), e outra mangueira (126) liga a câmara de refrigeração (68) do anodo primário (65) à câmara de refrigeração (82) do anodo secundário (83). O líquido refrigerante circula dentro das câmaras (123) (127) (128) (129) retirando o calor proveniente da condução térmica entre os eletrodos (16) (49) (65) (83) e as câmaras de refrigeração (19) (39) (68) (82). O gás é admitido na tocha por duas entradas (47b) (47c) em forma de tubo localizadas no flange fixador (47). Este gás passa por um difusor (48), o qual torna o fluxo de gás laminar dentro da câmara de ionização (131), e sai pelo orifício (132) do anodo secundário (83).Figure 8 shows a cross section of the plasma-generating hybrid torch, in which the coolant and gas flows are indicated. The coolant enters the cooling chamber (17) of the secondary cathode (16) through a hose (122) connected by a quick coupling (19) and exits by a hose (130) connected to a quick coupling (81) of the chamber cooling (82) of the secondary anode (83). The passage of coolant from the refrigeration chamber (17) to the other refrigeration chambers (39) (68) (82) is carried out by means of hoses (124) (125) (126), i.e. a hose (124) connects the cooling chamber (17) of the secondary cathode (16) to the cooling chamber (39) of the primary cathode (49), another hose (125) connects the cooling chamber (39) of the primary cathode (49) to the chamber of coolant (68) of the primary anode (65), and another hose (126) connects the coolant chamber (68) of the primary anode (65) to the coolant chamber (82) of the secondary anode (83). The coolant circulates inside the chambers (123) (127) (128) (129) removing the heat from the thermal conduction between the electrodes (16) (49) (65) (83) and the cooling chambers (19) ( 39) (68) (82). Gas is admitted to the torch through two tube-shaped inlets (47b) (47c) located on the clamping flange (47). This gas passes through a diffuser (48), which makes the gas flow laminar within the ionization chamber (131), and exits through the orifice (132) of the secondary anode (83).

O funcionamento da tocha híbrida geradora de plasma pode ser descrito através da Figura 9 que apresenta o desenho esquemático da tocha híbrida (133), onde são representadas as linhas de campo magnético (134) no cátodo primário (143), as linhas de campo magnético (135) no cátodo secundário (146), as linhas de densidade de corrente elétrica (136) entre os eletrodos primários (143) (144), as linhas de densidade de corrente (137) entre os eletrodos secundários (146) (147) e os vetores de força eletromagnética (138) (139). Inicialmente, um gás é injetado na câmara por duas entradas (47b) (47c). O gás injetado é ionizado ao passar pela descarga elétrica (arco plasma primário) entre os eletrodos primários (143) (144). Esse arco plasma é formado por uma fonte de potência - primária (145) de característica corrente constante (“tombante”) que contém um gerador de alta frequência. Com isto, forma-se uma câmara com plasma (140) e, sendo o plasma um condutor elétrico, um arco plasma secundário é imediatamente formado entre os eletrodos secundários (146) (147). Este segundo arco plasma é gerado por outra fonte de potência - secundária (148), que também possui característica corrente constante. A aceleração e expulsão do jato de plasma (142) da tocha são provenientes de forças eletromagnéticas, chamadas de “forças de Lorentz” (JxB), as quais são determinadas pelo produto vetorial entre as densidades de corrente elétrica e os campos magnético induzidos, principalmente, nos cátodos (primário e secundário). Então, neste sistema o gás ionizado (141) é, praticamente, acelerado duas vezes, isto é, inicialmente é acelerado pelo arco plasma primário e força eletromagnética proveniente das interações elétricas entre os eletrodos primários (143) (144); e posteriormente pelo arco plasma secundário e força eletromagnética gerada pela interação elétrica entre os eletrodos secundários (146) (147).The operation of the hybrid plasma generating torch can be described through Figure 9 which shows the schematic drawing of the hybrid torch (133), where the magnetic field lines (134) on the primary cathode (143) are represented, the magnetic field lines (135) at the secondary cathode (146), the electric current density lines (136) between the primary electrodes (143) (144), the current density lines (137) between the secondary electrodes (146) (147) and the electromagnetic force vectors (138) (139). Initially, a gas is injected into the chamber through two inlets (47b) (47c). The injected gas is ionized as it passes through the electrical discharge (primary plasma arc) between the primary electrodes (143) (144). This plasma arc is formed by a power source - primary (145) with constant current characteristic ("dropping") that contains a high frequency generator. With this, a chamber with plasma is formed (140) and, as the plasma is an electrical conductor, a secondary plasma arc is immediately formed between the secondary electrodes (146) (147). This second plasma arc is generated by another power source - secondary (148), which also has a constant current characteristic. The acceleration and expulsion of the plasma jet (142) from the torch come from electromagnetic forces, called “Lorentz forces” (JxB), which are determined by the cross product between the electric current densities and the induced magnetic fields, mainly , at the cathodes (primary and secondary). So, in this system, the ionized gas (141) is practically accelerated twice, that is, initially it is accelerated by the primary plasma arc and electromagnetic force from the electrical interactions between the primary electrodes (143) (144); and later by the secondary plasma arc and electromagnetic force generated by the electrical interaction between the secondary electrodes (146) (147).

As aplicações da tocha híbrida geradora de plasma compreendem, mas não se limitam a, soldagem, corte, endurecimento superficial, aspersão térmica, reciclagem de dejetos, e outros processos industriais que envolvam a utilização de jatos de plasma. Na presente invenção, a tocha híbrida foi, inicialmente, utilizada em soldagem, corte e endurecimento superficial. Pára a realização destes processos a tocha (111) foi fixada em um sistema (Figura 7) contendo um dispositivo de deslocamento (110). O dispositivo de deslocamento possui uma haste fixadora (109), um distribuidor de cabos e mangueiras (108), controlador de velocidade e direção (110a). Também faz parte deste sistema, um trilho (119) para deslocamento, uma mesa (120) e um suporte (121) para chapas ou corpos de prova.Hybrid plasma-generating torch applications include, but are not limited to, welding, cutting, surface hardening, thermal spraying, waste recycling, and other industrial processes involving the use of plasma jets. In the present invention, the hybrid torch was initially used in welding, cutting and surface hardening. To carry out these processes, the torch (111) was fixed in a system (Figure 7) containing a displacement device (110). The displacement device has a clamping rod (109), a cable and hose distributor (108), a speed and direction controller (110a). Also part of this system, a rail (119) for displacement, a table (120) and a support (121) for plates or specimens.

Exemplo 1. Realização preferencialExample 1. Preferred realization

Os experimentos realizados com a tocha híbrida geradora de plasma são divididos em duas etapas. A primeira etapa consiste em caracterizar a tocha através das seguintes metodologias: determinação das curvas características de tensão e intensidade de corrente elétrica; determinação da força propulsora; determinação do comprimento do jato de plasma e tipo de jato; e determinação do perfil de temperatura do jato de plasma expulso para fora da câmara. A segunda etapa de experimentos consiste na aplicação do dispositivo em soldagem, corte e endurecimento superficial.The experiments performed with the hybrid plasma generator torch are divided into two steps. The first step consists in characterizing the torch through the following methodologies: determination of the characteristic curves of voltage and intensity of electric current; determination of the driving force; determination of plasma jet length and jet type; and determining the temperature profile of the plasma jet expelled from the chamber. The second stage of experiments consists of applying the device in welding, cutting and surface hardening.

Alguns resultados experimentais com a tocha híbrida geradora de plasma são apresentados através da Figura 10 até a Figura 19.Some experimental results with the hybrid plasma generator torch are presented through Figure 10 to Figure 19.

A Figura 10 apresenta as curvas características de tensão entre os eletrodos (primários e secundários) em função do tempo. Estas curvas foram simultaneamente adquiridas com os seguintes parâmetros: intensidade de corrente da fonte primária de 30 A, intensidade de corrente elétrica da fonte secundária de 150 A e vazão do gás de 20 l/min. A curva de tensão da fonte secundária apresenta uma periodicidade, enquanto que a curva de tensão da fonte primária não é periódica. Com isso, pode-se concluir que o arco elétrico secundário é mais estável que o arco elétrico primário. A Figura 11 apresenta as curvas de intensidade de corrente elétrica em função do tempo para os mesmos parâmetros das curvas de tensão descritas anteriormente.Figure 10 shows the characteristic voltage curves between the electrodes (primary and secondary) as a function of time. These curves were simultaneously acquired with the following parameters: current intensity of the primary source of 30 A, electrical current intensity of the secondary source of 150 A and gas flow of 20 l/min. The voltage curve of the secondary source has a periodicity, while the voltage curve of the primary source is not periodic. Thus, it can be concluded that the secondary electric arc is more stable than the primary electric arc. Figure 11 presents the electric current intensity curves as a function of time for the same parameters as the voltage curves described above.

Segundo uma análise de variância em relação à força propulsora, pode- se dizer que os três parâmetros reguláveis da tocha (intensidade de corrente elétrica da fonte primária, intensidade de corrente elétrica da fonte secundária e vazão do gás) possuem influência significativa com confiabilidade de 95%. O fator mais influente é a intensidade de corrente elétrica da fonte secundária, seguido pela vazão de gás e o menos influente é a intensidade de corrente elétrica da fonte primária. A Figura 12 apresenta o gráfico da força propulsora em função da intensidade de corrente elétrica secundária para diferentes vazões do gás. De acordo com o gráfico, pode-se afirmar que força propulsora aumenta com o aumento da intensidade de corrente elétrica secundária e da vazão do gás.According to an analysis of variance in relation to the propulsive force, it can be said that the three adjustable torch parameters (primary source electrical current intensity, secondary source electrical current intensity and gas flow) have significant influence with reliability of 95 %. The most influential factor is the electric current intensity of the secondary source, followed by the gas flow and the least influential is the electric current intensity of the primary source. Figure 12 shows the graph of the propulsive force as a function of the intensity of secondary electrical current for different gas flows. According to the graph, it can be stated that the propulsive force increases with the increase in the intensity of the secondary electric current and the gas flow.

A Figura 13 mostra algumas imagens utilizadas para determinar o comprimento do jato de plasma expulso para fora da câmara da tocha, onde aFigure 13 shows some images used to determine the length of the plasma jet expelled out of the torch chamber, where the

Figura 13a apresenta uma foto com padrão de distância. A Figura 13b até a Figura 13e apresentam os jatos de plasma gerados com intensidade de corrente elétrica primária de 30 A, intensidade de corrente elétrica secundária de 200 A, e vazões do gás de, 7 l/min, 14 l/min, 20 l/min e 25 l/min, respectivamente. Através da análise das imagens, observa-se que ao aumentar a vazão do gás, de 7 l/min para 25 l/min, o fluxo do jato de plasma passa de laminar para turbulento. Uma análise de variância também foi realizada para determinar a influência dos parâmetros de funcionamento da tocha híbrida sobre o comprimento do jato de plasma, onde foi constatado que os três fatores (intensidade de corrente elétrica da fonte primária, intensidade de corrente elétrica da fonte secundária e vazão do gás) influenciam significativamente, com confiabilidade de 95%, o comprimento do jato de plasma. A Figura 14 mostra o gráfico do comprimento médio do jato de plasma em função da vazão do gás para diferentes intensidades de corrente elétrica da fonte secundária. Neste caso, o comprimento do jato de plasma diminui com o aumento da vazão do gás, isso acontece devido à transformação de um fluxo laminar para um fluxo turbulento do jato de plasma. Para uma vazão do gás de 7 l/min, o comprimento do jato de plasma aumenta com o aumento da intensidade de corrente elétrica da fonte secundária.Figure 13a shows a photo with a distance pattern. Figure 13b to Figure 13e show the plasma jets generated with a primary electric current intensity of 30 A, a secondary electric current intensity of 200 A, and gas flow rates of 7 l/min, 14 l/min, 20 l /min and 25 l/min, respectively. Through image analysis, it is observed that when increasing the gas flow, from 7 l/min to 25 l/min, the plasma jet flow changes from laminar to turbulent. An analysis of variance was also performed to determine the influence of the hybrid torch operating parameters on the length of the plasma jet, where it was found that the three factors (primary source electrical current intensity, secondary source electrical current intensity and gas flow) significantly influence, with 95% reliability, the length of the plasma jet. Figure 14 shows the graph of mean plasma jet length as a function of gas flow for different electric current intensities from the secondary source. In this case, the length of the plasma jet decreases with the increase of the gas flow, this happens due to the transformation from a laminar flow to a turbulent flow of the plasma jet. For a gas flow of 7 l/min, the length of the plasma jet increases with increasing electrical current intensity from the secondary source.

Os perfis de temperatura dos jatos de plasmas expulsos para fora da câmara do dispositivo são obtidos através de uma técnica envolvendo a emissão de radiação. A Figura 15 mostra os perfis de temperatura dos jatos de plasma expulsos para fora da câmara da tocha híbrida, quando a mesma opera com apenas um arco elétrico (arco elétrico secundário). A Figura 16 mostra os perfis de temperatura dos jatos de plasma expulsos para fora da câmara da tocha, quando a mesma funciona com os dois arcos elétricos (primário e secundário). Na Figura 16, os números indicados nas imagens significam, respectivamente, a intensidade de corrente elétrica secundária, intensidade de corrente elétrica primária e vazão do gás, e na Figura 15, os números significam a intensidade de corrente elétrica secundária e a vazão do gás. Analisando os perfis de temperatura apresentados pelas Figuras 15 e 16 observa-se que os jatos de plasma, os quais são gerados pela tocha operando com os dois arcos elétricos simultaneamente, apresentam temperaturas mais elevadas do que os jatos de plasma gerados por um arco elétrico apenas, chegando a valores de, aproximadamente, 8.000 °C.The temperature profiles of the plasma jets expelled out of the device chamber are obtained through a technique involving the emission of radiation. Figure 15 shows the temperature profiles of the plasma jets ejected out of the hybrid torch chamber when it operates with only one electric arc (secondary electric arc). Figure 16 shows the temperature profiles of the plasma jets expelled out of the torch chamber when the torch works with the two electric arcs (primary and secondary). In Figure 16, the numbers indicated in the images mean, respectively, the intensity of the secondary electric current, the intensity of the primary electric current and the gas flow, and in Figure 15, the numbers mean the intensity of the secondary electric current and the gas flow. Analyzing the temperature profiles presented in Figures 15 and 16, it is observed that the plasma jets, which are generated by the torch operating with the two electric arcs simultaneously, have higher temperatures than the plasma jets generated by one electric arc alone , reaching values of approximately 8,000 °C.

Os testes de soldagem foram realizados com parâmetros e materiais apresentados na Tabela 1. A Figura 17 mostra a vista superior das chapas 5 submetidas a soldagem com a tocha híbrida geradora de plasma, onde os números indicados nas fotografias correspondem aos números dos experimentos apresentados na Tabela 1. O dispositivo mostrou-se capaz de realizar soldagem de chapas finas com baixa vazão de gás. Os experimentos 2 e 5 apresentam cordões de solda com muitas irregularidades, isso porque o 10 jato de plasma utilizado tinha fluxo turbulento. O experimento 3 apresenta algumas falhas de fusão devido a elevada velocidade de soldagem empregada para esta tocha. Tabela 1. Parâmetros experimentais utilizados em testes de soldagem.

The welding tests were carried out with parameters and materials shown in Table 1. Figure 17 shows the top view of the plates 5 subjected to welding with the hybrid plasma generator torch, where the numbers indicated in the photographs correspond to the numbers of the experiments shown in the Table 1. The device has been shown to be capable of welding thin plates with low gas flow. Experiments 2 and 5 show weld beads with many irregularities, because the plasma jet used had turbulent flow. Experiment 3 has some fusion failures due to the high welding speed employed for this torch. Table 1. Experimental parameters used in welding tests.

A Figura 18 mostra uma secção de uma chapa de aço AISI 304 com espessura de 1,5 mm cortada com a tocha híbrida geradora de plasma. O corte foi realizado com os seguintes parâmetros: intensidade de corrente elétrica primária de 60 A e secundária de 250 A; vazão do gás de 25 l/min; velocidade 20 de corte de 8,4 mm/s; e distância do bocal à peça de 5 mm.Figure 18 shows a section of 1.5 mm thick AISI 304 steel sheet cut with the hybrid plasma generating torch. The cut was performed with the following parameters: intensity of primary electrical current of 60 A and secondary of 250 A; 25 l/min gas flow; cutting speed of 8.4 mm/s; and nozzle-to-part distance of 5 mm.

Um resultado da aplicação do dispositivo em processos de endurecimento superficial poder ser visto através da Figura 19, onde é apresentado um gráfico da microdureza em função da distância e uma macrografia da secção transversal da região tratada termicamente. O corpo de prova utilizado para este experimento é constituído de um aço SAE 52100 com 70x70x15 mm de dimensões. Neste experimento foram utilizados os seguintes parâmetros: intensidade de corrente elétrica primária de 60 A e secundária de 250 A; vazão do gás de 7 l/min; velocidade de deslocamento da tocha de 1,7 mm/s; distância do bocal à peça de 5 mm. A região alterada termicamente atingiu uma penetração e uma área de, aproximadamente, 0,74 mm e 2,06 mm2, respectivamente, isso sem haver fusão. A comprovação do endurecimento superficial pode ser visto através da microdureza que, no metal base, foi obtido um valor médio de, aproximadamente, 250 Vickers, e, na região tratada termicamente, foi obtido um valor médio de, aproximadamente, 700 Vickers.A result of the application of the device in surface hardening processes can be seen through Figure 19, where a graph of microhardness versus distance and a macrograph of the cross section of the heat treated region is presented. The specimen used for this experiment is made of SAE 52100 steel with 70x70x15 mm dimensions. In this experiment, the following parameters were used: primary electrical current intensity of 60 A and secondary of 250 A; 7 l/min gas flow; torch travel speed of 1.7 mm/sec; distance from nozzle to part 5 mm. The thermally altered region reached a penetration and an area of approximately 0.74 mm and 2.06 mm2, respectively, without fusion. The proof of the surface hardening can be seen through the microhardness that, in the base metal, an average value of approximately 250 Vickers was obtained, and, in the heat-treated region, an average value of approximately 700 Vickers was obtained.

Claims (33)

1. Tocha híbrida (Figura 2) geradora de plasma para aplicação em processos de fabricação, caracterizada pela utilização de dois geradores de plasma oriundos de processos distintos (plasma a arco não transferido e propulsor magnetoplasmadinâmico) agindo simultaneamente em um único dispositivo de caráter híbrido e por compreender a) Eletrodos formadores do jato de plasma, os quais são constituídos por dois catodos (primário (49) e secundário (16)) e dois anodos (primário (65) e secundário (83)) b) Meios para arrefecimento dos eletrodos, por exemplo, câmaras de refrigeração (17) (39) (68) (82) c) Meios para isolamento elétrico entre os eletrodos e peças da tocha, por exemplo, buchas isolantes (9) (10) (11) (12) (13) (14) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (84) (85) (86) (87) (88) (89) e flanges isolantes (22) (50) (78) d) Meios para centralizar e fixar os eletrodos, por exemplo, capa longa (7), corpo fixador (8), pinça (15), flange fixador (47) e difusor (21) (48) e) Pelo menos um gás ionizável f) Meios para admissão do dito gás (105) (106) (107) (117) g) Meios para fornecer energia ao dispositivo (101) (102) h) Pelo menos uma tocha de plasma (111) i) Meios para controlar o sistema (103).1. Hybrid torch (Figure 2) plasma generator for application in manufacturing processes, characterized by the use of two plasma generators from different processes (non-transferred arc plasma and magnetoplasmadynamic thruster) acting simultaneously on a single hybrid device and because it comprises a) Electrodes forming the plasma jet, which consist of two cathodes (primary (49) and secondary (16)) and two anodes (primary (65) and secondary (83)) b) Means for cooling the electrodes , eg cooling chambers (17) (39) (68) (82) c) Means for electrical isolation between electrodes and torch parts, eg insulating bushings (9) (10) (11) (12) (13) (14) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (52) (53) (54 ) (55) (56) (57) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (84) (85) (86) (87) (88) (89) and insulating flanges ( 22) (50) (78) d) Means for centering and securing the electrodes, eg long cap (7), fixed body pain (8), clamp (15), fixing flange (47) and diffuser (21) (48) e) At least one ionizable gas f) Means for admitting said gas (105) (106) (107) (117) g) Means for powering the device (101) (102) h) At least one plasma torch (111) i) Means for controlling the system (103). 2. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo catodo primário (49) ser um eletrodo cilíndrico em forma de câmara com chanfro cônico em uma de suas extremidades.2. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 1, characterized in that the primary cathode (49) is a cylindrical chamber-shaped electrode with a conical bevel at one of its ends. 3. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo eletrodo ser conectado à câmara de refrigeração (39) através de uma rosca no seu interior.3. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 2, characterized in that the electrode is connected to the cooling chamber (39) through a thread inside. 4. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo material utilizado para a fabricação do eletrodo (49) ser qualquer material condutor elétrico.4. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 3, characterized in that the material used to manufacture the electrode (49) is any electrically conductive material. 5. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo material utilizado para a fabricação do eletrodo ser cobre.5. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 4, characterized in that the material used for the manufacture of the electrode is copper. 6. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo catodo secundário (16) ser um eletrodo coaxial com extremidade cônica ou não.6. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 1, characterized in that the secondary cathode (16) is a coaxial electrode with a conical end or not. 7. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo material utilizado para a fabricação do eletrodo compreender material condutor elétrico.7. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 6, characterized in that the material used to manufacture the electrode comprises electrically conductive material. 8. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo material utilizado para a fabricação do eletrodo (16) ser tungstênio.8. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 7, characterized in that the material used to manufacture the electrode (16) is tungsten. 9. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo anodo primário (65) ser um corpo cilíndrico em forma de anel com alguns relevos em sua estrutura para ser encaixado entre a câmara de refrigeração (68) e o flange fixador (51).9. Hybrid plasma generating torch, according to claim 1, characterized in that the primary anode (65) is a cylindrical body in the form of a ring with some reliefs in its structure to be fitted between the cooling chamber (68) and the flange fastener (51). 10. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo eletrodo (65) possuir um chanfro interno em uma de suas extremidades.10. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 9, characterized in that the electrode (65) has an internal chamfer at one of its ends. 11. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo material utilizado para a fabricação do eletrodo (65) compreender material condutor elétrico.11. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 9, characterized in that the material used to manufacture the electrode (65) comprises electrically conductive material. 12. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo material utilizado para a fabricação do eletrodo (65) ser cobre.12. Hybrid plasma generating torch, according to claim 11, characterized in that the material used to manufacture the electrode (65) is copper. 13. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo anodo secundário (83) ser um corpo coaxial em forma de câmara.13. Hybrid plasma-generating torch according to claim 1, characterized in that the secondary anode (83) is a coaxial chamber-shaped body. 14. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo eletrodo (83) possuir uma rosca externa para ser fixado à câmara de refrigeração (82).14. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 13, characterized in that the electrode (83) has an external thread to be fixed to the refrigeration chamber (82). 15. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos meios para arrefecimento dos eletrodos serem constituídos de mangueiras (122) (124) (125) (126) (130) para admissão e saída de água ou líquido refrigerante; quatro câmaras (17) (39) (68) (82) eletricamente isoladas, sendo uma para cada eletrodo; um reservatório e um sistema de bombeamento da água (104).15. Hybrid plasma-generating torch according to claim 1, characterized in that the means for cooling the electrodes are constituted by hoses (122) (124) (125) (126) (130) for admission and output of water or coolant ; four electrically insulated chambers (17) (39) (68) (82), one for each electrode; a reservoir and a water pumping system (104). 16. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada por cada câmara de refrigeração (17) (39) (68) (82) possuir pelo menos uma entrada e uma saída para algum tipo de líquido refrigerante, nas quais são conectados engates rápidos (18) (19) (37) (38) (66) (67) (80) (81) para mangueiras.A hybrid plasma-generating torch according to claim 15, characterized in that each cooling chamber (17) (39) (68) (82) has at least one inlet and one outlet for some type of coolant, in which quick couplings (18) (19) (37) (38) (66) (67) (80) (81) are connected for hoses. 17. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelas câmaras serem confeccionadas com materiais com boa condutividade térmica e elétrica.17. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 16, characterized in that the chambers are made of materials with good thermal and electrical conductivity. 18. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelas câmaras serem confeccionadas em cobre.18. Hybrid plasma generating torch, according to claim 16, characterized in that the chambers are made of copper. 19. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender meios para isolamento elétrico constituídos de buchas isolantes (9) (10) (11) (12) (13) (14) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (84) (85) (86) (87) (88) (89) e/ou flanges isolantes (22) (50) (78) e/ou câmara isolante.19. Hybrid plasma-generating torch according to claim 1, characterized in that it comprises means for electrical isolation consisting of insulating bushings (9) (10) (11) (12) (13) (14) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (69) ) (70) (71) (72) (73) (74) (84) (85) (86) (87) (88) (89) and/or insulating flanges (22) (50) (78) and/or or insulating chamber. 20. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos meios de fixar e centralizar os eletrodos constituídos de flanges fixadores (20) (23) (47) (51) (77) (79) e/ou parafusos (1) (2) (3) (4) (5) (6) e/ou porcas (31) (32) (33) (34) (35) (36) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (90) (91) (92) (93) (94) (95).20. Hybrid plasma-generating torch according to claim 1, characterized by the means of fixing and centralizing the electrodes consisting of fastening flanges (20) (23) (47) (51) (77) (79) and/or screws (1) (2) (3) (4) (5) (6) and/or nuts (31) (32) (33) (34) (35) (36) (58) (59) (60) ( 61) (62) (63) (90) (91) (92) (93) (94) (95). 21. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelos flanges serem constituídos de hastes para conexões elétricas e/ou tubos para entrada de gás e câmara de gás.21. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 19, characterized in that the flanges consist of rods for electrical connections and/or tubes for gas inlet and gas chamber. 22. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelos parafusos e porcas, quando constituídos de material isolante, dispensarem a utilização de buchas isolantes.22. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 20, characterized in that the screws and nuts, when made of insulating material, do not require the use of insulating bushings. 23. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos gases ionizáveis serem escolhidos do grupo que compreende argônio, hélio, hidrogênio, nitrogênio, e/ou misturas dos mesmos.23. Hybrid plasma generating torch, according to claim 1, characterized in that the ionizable gases are chosen from the group comprising argon, helium, hydrogen, nitrogen, and/or mixtures thereof. 24. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos meios de alimentação do gás compreenderem reservatórios de gases, fluxímetros, misturadores de gás, mangueiras, tubos de PVC, conduítes metálicos e/ou demais meios para transporte e controle de gases.24. Hybrid plasma-generating torch according to claim 1, characterized in that the gas feed means comprise gas tanks, flow meters, gas mixers, hoses, PVC tubes, metallic conduits and/or other means for transport and control of gases. 25. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 24, caracterizada pelos meios de alimentação do gás compreenderem cilindro de gás sob pressão (105), fluxímetros (106) (107) e mangueiras para transporte dos gases (107).25. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 24, characterized in that the means for feeding the gas comprise gas cylinders under pressure (105), flow meters (106) (107) and hoses for transporting the gases (107). 26. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos meios para fornecimento de potência à tocha híbrida geradora de plasma compreenderem duas fontes de potência, fonte de potência primária (101) e secundária (102).26. Hybrid plasma generating torch according to claim 1, characterized in that the means for supplying power to the hybrid plasma generating torch comprise two power sources, primary (101) and secondary (102) power source. 27. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 26, caracterizada pelas fontes de potência possuírem corrente constante.27. Hybrid plasma-generating torch, according to claim 26, characterized in that the power sources have constant current. 28. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 26, caracterizada pela fonte de potência primária (101) possuir um gerador de alta frequência para facilitar a abertura do arco elétrico primário.28. Hybrid plasma generating torch, according to claim 26, characterized in that the primary power source (101) has a high frequency generator to facilitate the opening of the primary electric arc. 29. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 26, caracterizada pelas fontes de potência serem conectadas à tocha através de cabos elétricos (112) (113) (114) (115) (116).29. Hybrid plasma-generating torch according to claim 26, characterized in that the power sources are connected to the torch through electrical cables (112) (113) (114) (115) (116). 30. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos meios para controlar os parâmetros da tocha compreenderem, painéis de controle contendo chaves de liga/desliga, indicadores de corrente e tensão para cada fonte, sistema de aquisição de dados, e outros comandos necessários para o controle da tocha.30. Hybrid plasma generating torch according to claim 1, characterized in that the means to control the torch parameters comprise control panels containing on/off switches, current and voltage indicators for each source, data acquisition system , and other commands necessary for torch control. 31. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com a reivindicação 30, caracterizada pelo sistema de controle ser constituído de um painel de controle (103) contendo duas chaves de liga/desliga (103a), sendo uma para cada fonte e dispositivos indicadores (103b) de tensão e corrente para cada fonte.31. Hybrid plasma generating torch according to claim 30, characterized in that the control system is constituted by a control panel (103) containing two on/off switches (103a), one for each source and indicator devices ( 103b) of voltage and current for each source. 32. Tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 31, caracterizada pelos processos industriais onde a referida tocha será aplicada compreenderem soldagem, corte térmico, endurecimento superficial, aspersão térmica, e outros processos que utilizam jatos de plasma.32. Hybrid plasma generating torch according to any one of claims 1 to 31, characterized in that the industrial processes where said torch will be applied comprise welding, thermal cutting, surface hardening, thermal spraying, and other processes that use plasma jets. 33. Processo de produção da tocha híbrida geradora de plasma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 32, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) Montagem da câmara de refrigeração e de fixação do catodo secundário b) Montagem da câmara de refrigeração e de fixação do catodo primário c) Montagem da câmara de refrigeração e de fixação do anodo primário d) Montagem da câmara de refrigeração e de fixação do ando secundário e) Conexões dos engates rápidos nas câmaras de refrigeração para admissão de água ou líquido refrigerante f) União das peças pré-montadas formando um só dispositivo.33. Production process of the plasma-generating hybrid torch, according to any one of claims 1 to 32, characterized in that it comprises the following steps: a) Assembly of the cooling chamber and fastening of the secondary cathode b) Assembly of the cooling chamber and fixing the primary cathode c) Mounting the cooling chamber and fixing the primary anode d) Mounting the cooling chamber and fixing the secondary stage e) Connections of the quick couplings in the cooling chambers for water or coolant admission f ) Union of pre-assembled parts forming a single device.

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