Post on 14-Aug-2015
DATOS GENERALES
I. INSTITUCION EDUCATIVA : Instituto de Educación Superior Tecnológico
Publico “NUEVA ESPERANZA”
II. CARRERA PROFESIONAL : Mecánica de Producción
III. PROMOCION : 2012
IV. NOMBRE DEL PROYECTO : Implementación de modulo de corte
por plasma
V. UBICACIÓN DEL PROYECTO : Taller de soldadura
VI. PROFESOR ASESOR : Jhon Chuquillanqui
VII. ALUMNOS DE LA PROMOCION QUE INTEGRAN EL PROYECTO
1. Alejandro Castillo, Denis
2. Bocanegra Olortegui
3. Carranza Aguilar, Luis
4. Chávez Gavidia, Pepe
5. Eustaquio Castillo, Luis
6. Flores Varas, Max
7. Huamán Herreros, Francisco
8. Inga Luna, Juan Abigael
9. Peche Sánchez, Michael Ardines
10. Perea Velásquez, Hanz
11.Ramírez Yesquen, Diego
12. Rivera Rodríguez, Ramon
13. Rodríguez Lozano, Renato
14. Rodríguez Paredes, Jairo
15. Salvador Merino, Carlos
16. Alvarado Castillo, Aarón Mario
PRESENTACIÓN
Señor Director del INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
TECNOLÓGICO PUBLICO “NUEVA ESPERANZA”
Ponemos a vuestra consideración y criterio el siguiente informe del proyecto
denominado “IMPLEMENTACIÓN DE UNA ESTACIÓN DE TRABAJO DE
CORTE POR PLASMA” concretado por los alumnos de la promoción 2012 en
la carrera profesional de Mecánica de Producción del instituto que Ud.
dignamente dirige y en el que hemos procurado detallar el trabajo efectuado
en lo que respecta al estudio y ejecución practica se refiere, con el propósito
de enriquecer nuestra formación profesional.
La ejecución del proyecto lo hemos realizado poniendo en practicas los
conocimientos teóricos realizados durante el desarrollo de la unidad didáctica
de soldaduras mixtas que se encuentra en el modulo de tecnología de la
soldadura el cual hemos concluido satisfactoriamente.
Implementando esta estación, es nuestro principal objetivo beneficiar a la
institución con un taller de soldadura mejor implementado con medios de
tecnología moderna en el campo de la soldadura, el cual será beneficio del
estudiante venidero en la especialidad para su formación profesional de
acuerdo al campo de la soldadura actual. Dicho modulo es un equipo de
corte por plasma que los docentes usaran para efectuar la practica en los
que respeta a corte de metales con plasma.
Señor Director, esperamos de Ud. un amplio y favorable criterio de la
presentación de nuestro proyecto, que ya es parte de los requisitos que
emana nuestro reglamento para obtener el titulo profesional en la
especialidad de Mecánica de Producción.
Trujillo febrero del 2013
Los integrantes de la promoción Me. De producción
INTRODUCCIÓN
Los objetivos principales del presente informe están orientados a mostrar
detalladamente el proceso de corte por plasma ya que industria
metalmecánica nacional es común el uso de procesos de corte para la
separación de metales, la adecuada selección de un método óptimo eficiente y
económico permite la utilización de estos según las necesidades de cada
empresa o cualquier trabajo, dependiendo del material utilizado.
Son aspectos importantes que se resalta del corte por plasma, sus
fundamentos, características del proceso , lo tipos de cortes por plasma, sus
ventajas y desventajas, sus elementos que lo conforman, su aplicación en la
industria, su operación y las medidas de seguridad que debe tener en cuenta
el operador del equipo de corte por plasma.
Los procesos de corte térmico son aplicados en diferentes campos de
la ingeniería Mecánica, en el área de la metalmecánica, industrias petroleras,
construcciones civiles, en los procesos para la producción de componentes y
para la preparación de juntas a soldarse.
Los integrantes
SUMARIO
Caratula
Datos generales
Presentación
Introducción
CAPITULO I
INFORME DEL PROYECTO
1.1. Aspectos generales del proyecto.
1.2. estudio técnico
1.3. informe económico
CAPITULO II
PROCESO DE CORTE POR PLASMA
2.1. Fundamentos físicos – químicos
2.2. Fundamentos del proceso (PAC)
2.3. Características del proceso (PAC)
2.4. Tipos de corte de plasma
2.5. Ventajas y desventajas del corte con plasma
2.6. Elementos del corte por plasma
2.7. Aplicación de la tecnología por corte de plasma
2.8. Calidad del corte con plasma
2.9. Operación y manejo del corte con plasma
2.10. Normas de seguridad para el operador de corte por plasma
CAPITULO I
INFORME DEL PROYECTO
1.4. Aspectos generales del proyecto.
1.5. estudio técnico
1.6. informe económico
CAPITULO II
PROCESO DE CORTE POR PLASMA
2.11. Fundamentos físicos – químicos
2.12. Fundamentos del proceso (PAC)
2.13. Características del proceso (PAC)
2.14. Tipos de corte de plasma
2.15. Ventajas y desventajas del corte con plasma
2.16. Elementos del corte por plasma
2.17. Aplicación de la tecnología por corte de plasma
2.18. Calidad del corte con plasma
2.19. Operación y manejo del corte con plasma
2.20. Normas de seguridad para el operador de corte por plasma
CORTE CON ARCO DE PLASMA (PAC)
El proceso de Corte Plasma utiliza el principio de la ionización de una columna
gaseosa dentro de una cámara (contenida en el interior de una antorcha), a
través de un arco eléctrico formado entre la pieza y un electrodo no
consumible, localizado en el interior de la cámara. Esa columna es proyectada
en dirección de la pieza, a velocidad supersónica, a través de un orificio
estrecho, adquiriendo altísima energía cinética, liberando de forma
concentrada una gran cantidad de energía térmica y luminosa. Es utilizado
para cortar planchas metálicas de materiales ferrosos o no ferrosos, con altas
velocidades de corte, cortando inclusive planchas pintadas sin dañarlas.
Definición de “plasma”.- Podemos considerar que el “plasma” es en realidad
un “gas” que se encuentra en un estado en que es conductor eléctricamente.
Este “plasma” existe, por definición, en toda operación de “soldadura por arco”
ya que es indispensable para mantener este último.
2.1. Fundamentos físicos – químicos
En la naturaleza podemos encontrar materia en forma sólida, líquida o
vapor, el plasma es el cuarto estado de la materia.
A muy elevadas temperaturas, los electrones tienen suficiente energía
como para escapar de su órbita alrededor del núcleo del átomo,
generando iones de carga positiva.
El plasma es el estado en el que se encuentran las estrellas por su
elevada temperatura. En la atmósfera terrestre solo podemos conseguir el
plasma por medios artificiales.
Al calentar un gas a temperaturas del orden de 50.000 ºC los átomos
pierden electrones. Estos electrones libres se colocan en los núcleos que
han perdido sus propios electrones, convirtiéndose así en iones. De esta
forma el gas se convierte en plasma y por consecuencia tendremos un
conductor eléctrico gaseoso con alta densidad de energía.
2.2. FUNDAMENTOS DEL PROCESO
El proceso de corte con arco de plasma (Plasma Arc Cutting, PAC)
separa el metal empleando un arco constreñido para fundir un área
localizada de la pieza de trabajo, que al mismo tiempo elimine el
material derretido con un chorro de alta velocidad de gas ionizado que
sale por el orificio de constricción. El gas ionizado es el plasma, de ahí el
nombre del proceso. Los arcos por plasma operan a temperaturas 10
000 a 14 000 ºC (18 000 a 25 000 ºF)
Un plasma de arco es un gas que ha sido calentado por un arco hasta
alcanzar un estado de por lo menos ionización parcial, lo que le permite
conducir una corriente eléctrica. En cualquier arco eléctrico existe un
plasma, pero el término arco de plasma se aplica a sopletes que utilizan
un arco constreñido. La principal característica que distingue a los
sopletes de arco de plasma de otros sopletes de arco es que, para una
corriente y tasa de flujo de gases dados, el voltaje del arco es más alto
en el soplete de arco constreñido.
El arco se constriñe haciéndolo pasar por un orificio situado en la
boquilla. La terminología básica y la disposición de los componentes
de un soplete de corte con plasma se muestran en la figura
Cuando el gas de plasma atraviesa el arco, se calienta rápidamente
hasta una temperatura elevada, se expande y se acelera al pasar por el
orificio de constricción hacia la pieza de trabajo. La intensidad y la
velocidad del plasma dependen de cierto número de variables, entre las
que están el tipo de gas, su presión, el patrón de flujo, la corriente
eléctrica, el tamaño y la forma del orificio y la distancia respecto a la
pieza de trabajo.
Consta de las siguientes fases:
1. Ionización del gas: En el comienzo del proceso, el gas, que
proviene de la botella correspondiente, sufre una ionización inicial,
causada por el campo eléctrico formado por una chispa de alta
frecuencia que salta entre el electrodo y la boquilla y que se
denomina arco piloto.
Este arco, que es no transferido, da lugar al arco que ya se forma
entre el electrodo y la pieza (transferido) y que continúa con la
ionización del gas una vez extinguido, automáticamente, el arco
piloto.
2. Constreñimiento y recombinación del gas: El estrechamiento de
la tobera produce un estrangulamiento del arco plasma, lo que
produce un gran aumento de la velocidad e, inmediatamente de
chocar con la pieza, los iones del gas comienzan a recombinarse
con el consiguiente desprendimiento de calor.
3. Corte: La energía cinética producida en el estrangulamiento y la
energía térmica, producida en la recombinación de los átomos del
gas, funden y expulsan fuera de la sangría el material.
Figura 1. Fases de formación del arco de plasma
Dispositivo de cebado
Un generador de alta frecuencia produce, entre el electrodo y la boquilla,
un “arco piloto” que genera una cantidad de calor, suficiente para elevar la
temperatura del gas hasta el punto donde adquiere las propiedades
“plasma” (conductividad eléctrica).
El arco formado entre el electrodo y la boquilla es un arco “no
transferido” y, aunque se forma en el interior de la antorcha, bajo
determinadas condi cione s, puede salir un poco del conducto para volver
enseguida al extremo de la tobera.
Si este “arco piloto” es seguido por un “voltaje a circuito abierto”, lo
suficientemente alto, entre el electrodo y la pieza a cortar, se iniciará entre
ambos el “arco principal” y se mantendrá estable.
El arco “transferido” se forma entre el electrodo y la pieza a cortar en
donde el chorro de plasma es recorrido totalmente por la corriente
eléctrica.
Nada más iniciarse el arco principal, debe interrumpirse el arco piloto para
evitar el fenómeno conocido como “doble arco”.
La energía que recibe la pieza, en el arco transferido, proviene del arco y
del chorro de plasma, siendo mucho menor en al arco no transferido.
Las corrientes y caudales de gas en las distintas fases son
aproximadamente:
Figura 2. Circuito eléctrico de corte por plasma
Figura 3. Cebado del corte de plasma
2.3. CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO
Esta moderna tecnología es usable para el corte de cualquier material
metálico conductor, y mas especialmente en acero estructural, inoxidables
y metales no férricos.
El corte por plasma puede ser un proceso complementario para trabajos
especiales, como pueden ser la producción de pequeñas series, la
consecución de tolerancias muy ajustadas o la mejora de acabados.
También se produce una baja afectación térmica del material gracias a la
alta concentración energética del arco-plasma. El comienzo del corte es
prácticamente intantáneo y produce una deformación mínima de la pieza.
Este proceso permite mecanizar a altas velocidades de corte y produce
menos tiempos muertos, (no se necesita precalentamiento para la
perforación).
Permite espesores de corte de 0.5 a 160 milímetros, con unidades de
plasma de hasta 1000 amperios. El corte por plasma también posibilita
mecanizados en acero estructural con posibilidad de biselados hasta en
30 milímetros. Una de las características más reseñables es que se
consiguen cortes de alta calidad y muy buen acabado.
Equipo necesario
Corte por plasma mediante centro de mecanizado CNC.
El equipo necesario para aportar esta energía consiste en un generador
de alta frecuencia alimentado por energía eléctrica, gas para generar la
llama de calentamiento, y que más tarde se ionizará (argón, hidrógeno,
nitrógeno), un electrodo y porta electrodo que dependiendo del gas puede
ser de tungsteno, hafnio o circonio, y por supuesto la pieza a mecanizar.
Variables del proceso Las variables del proceso son:
Gases empleados.
El caudal y la presión de los mismos.
Distancia boquilla pieza.
Velocidad del corte.
Energía empleada o intensidad del arco.
Las variables como el caudal, la presión del gas-plasma, la distancia
boquilla pieza y la velocidad del corte se pueden ajustar en las maquinas
de corte por plasma existentes en el mercado según cada pieza a cortar.
Su calidad varía en función del control de esos parámetros para conseguir
mejor acabado de las piezas y mayor productividad.
Dinámica de partículas en el gas y en el plasma. Átomos neutros en
verde, iones positivos en azul y electrones en rojo.
Gas-plasma
Los principales gases que se utilizan como gases plasmágenos son,
argón, nitrógeno y aire, o mezcla de estos gases, en general se utiliza el
nitrógeno por su mejor comportamiento respecto a la calidad del corte y
garantiza una durabilidad de la boquilla. El chorro del gas–plasma
utilizado en el proceso se compone de dos zonas:
Zona envolvente, que es una capa anular fría sin ionizar que
envuelve la zona central. Al ser fría conseguimos refrigerar la
boquilla, aislarla eléctricamente y confinar el arco de la región de la
columna-plasma.
La zona central, que se compone por dos capas, una periférica
constituida por un anillo de gas caliente no suficientemente
conductor y la columna de plasma o el núcleo donde el gas-plasma
presenta su más alta conductividad térmica, la mayor densidad de
partículas ionizadas y las más altas temperaturas, entre 10.000 y
30.000 ºC.
Arco eléctrico
El arco generado en el proceso de corte por plasma se denomina
arco transferido. Como su propio nombre lo indica, el arco se
genera en una zona y es transferido a otra.
¿Cómo? Por medio de un generador de alta frecuencia
conseguimos generar un arco entre el electrodo y la boquilla, este
arco calienta el gas plasmágeno que hay en su alrededor y lo
ioniza estableciendo un arco plasma.
Gracias a la conductividad eléctrica es transferido hasta la zona de
corte, mientras que el arco generado inicialmente, denominado
arco piloto, se apaga automáticamente.
Una vez el arco-plasma está establecido, la pieza se carga
positivamente mientras el electrodo se carga negativamente, lo que
hace mantener el arco-plasma y cortar la pieza.
En ocasiones podemos generar el arco-plasma acercando la
boquilla a la pieza. Este arco se denomina 'arco no transferido' y se
genera entre el electrodo y la boquilla que esta conectada al lado
positivo de la fuente de corriente a través de una resistencia.
Este tipo de arco se emplea más en procesos de soldadura.
2.3.1. Características de los gases utilizados en el corte por plasma
Los gases influyen considerablemente en la calidad del corte. Para
que el proceso resulte rentable y se obtengan resultados óptimos,
para cada material tienen que utilizarse unos gases plasmágenos de
proceso determinados. La elección depende en gran parte de sus
propiedades físicas. Tiene que considerarse la energía de ionización
y de disociación, la conductividad térmica, el peso atómico y la
reactividad química.
a. Argón
El argón es un gas inerte, por lo que no reacciona con el material
durante el proceso. Por su peso atómico (el más alto de todos
los gases utilizados en el corte por plasma) favorece la expulsión
del material fundido de la vía de corte. Esto se debe a la elevada
energía cinética que puede alcanzar el haz de plasma. Por su
bajo potencial de ionización, sirve perfectamente para encender
el haz de plasma. Sin embargo, el argón no puede utilizarse en
solitario para cortar, ya que presenta una conductividad térmica
reducida y un bajo contenido calorífico.
b. Hidrógeno
En comparación con el argón, el hidrógeno presenta una buena
conductividad térmica y, además, se disocia a altas
temperaturas. Esto significa que absorbe mucha energía del
arco eléctrico (como en la ionización), con lo que las capas
exteriores se enfrían. Este efecto contribuye a estrechar el arco
generando una densidad energética mayor. Debido a procesos
de recombinación, la energía absorbida vuelve a liberarse en el
baño de fusión en forma de calor. Sin embargo, el hidrógeno no
puede utilizarse en solitario ya que, al contrario que el argón,
tiene un peso atómico muy bajo y, por ello, no es capaz de
generar energía cinética suficiente para expulsar el material
fundido.
c. Nitrógeno
El nitrógeno es un gas poco reactivo, es decir, sólo reacciona
con la pieza a altas temperaturas y permanece inerte a
temperaturas bajas. En cuanto a sus propiedades (conductividad
térmica, entalpía y peso atómico), se sitúa entre el argón y el
hidrógeno, por lo que puede utilizarse en solitario para cortar
chapas delgadas de aceros de alta aleación, tanto como gas
secundario como plasmágeno.
d. Oxígeno
Por su conductividad térmica y peso atómico, el oxígeno puede
clasificarse junto al nitrógeno. Presenta buena afinidad con el
hierro, es decir, en el proceso de oxidación se desprende calor
que puede utilizarse para alcanzar una velocidad de corte más
alta. Sin embargo, esta reacción crea un proceso de corte por
fusión y no de oxicorte, ya que la reacción con el material se
produce demasiado lentamente y éste se ha fundido
previamente. El oxígeno se utiliza como gas de corte y
secundario para cortar aceros sin aleación o de baja aleación.
e. Aire
Básicamente, el aire se compone de nitrógeno (aprox. 70%) y
oxígeno (aprox. 21%), por lo que permite utilizar las propiedades
de ambos gases. El aire es uno de los gases más baratos y se
utiliza para cortar chapas de aceros sin aleación y de baja y alta
aleación.
f. Mezclas gaseosas
A menudo se utilizan los gases anteriores formando mezclas
gaseosas. Esto permite combinar, por ejemplo, las buenas
propiedades térmicas del hidrógeno con el elevado peso atómico
del argón. Los aceros de alta aleación y el aluminio pueden
cortarse a partir de un espesor de 5 mm. La proporción de
hidrógeno depende del espesor del material. A mayor espesor
del material, más hidrógeno se utiliza. Como máximo puede
utilizarse un volumen de H del 35% respecto al volumen total de
la mezcla gaseosa. Naturalmente, pueden utilizarse también
otras combinaciones, como mezclas de nitrógeno-hidrógeno o
argón-nitrógeno-hidrógeno.
Purezas
Para obtener resultados óptimos y reproducibles en el corte se
recomiendan utilizar gases de la pureza siguiente:
Gas plasmágeno
Aire comprimido: tamaño máx. de partículas 0,1 µm (clase 1
conforme a ISO 8573), contenido en aceite máximo 0,1 mg/m³ (clase
2 conforme a ISO 8573), punto de rocío a presión máximo +3 °C
(clase 4 conforme a ISO 8573)
Oxígeno: 99,5 %
Nitrógeno: 99,999 %
Hidrógeno: 99,95 %
Argón: 99,996 %
Gases secundarios
Oxígeno: 99,5 %
Nitrógeno: 99,996 % (mejor 99,999 %)
Mezcla hidrógeno-nitrógeno (mezcla N2 95 %, H2 5%)
Tabla 1. de comparación de tipos de corte por plasma
2.3.2. Tipos de gas del proceso de corte por plasma
Al definir el proceso de corte por plasma se mencionan siempre
distintos tipos de gas. A continuación se define cada uno de estos
tipos de gas para poder ofrecer una descripción inequívoca del
proceso de corte
a. Gas plasmágeno (PG)
Se denomina gas plasmágeno a todo gas o mezcla gaseosa que
puede emplearse para generar el arco de plasma y llevar a cabo el
proceso de corte. Pueden considerarse dos fases principales del
arco de plasma: la fase de ignición y la fase de corte. Del mismo
modo, el gas plasmágeno puede dividirse en gas de ignición y gas
de corte, los cuales pueden diferenciarse tanto en su composición
como en su caudal.
Gas de ignición (ZG). Este gas se emplea en el proceso de ignición
del arco de plasma. Tiene como función facilitar la ignición y puede
influir positivamente sobre la vida útil del cátodo.
Gas de corte (SG). Al ionizarse, el gas de corte se vuelve conductor
y es capaz de producir el arco eléctrico principal entre el cátodo y la
pieza que se quiere cortar. A continuación, la energía del arco
eléctrico funde el material, el cual se desprende al incidir sobre él el
gas de corte a gran velocidad. Para poder obtener resultados de
corte óptimos, los gases de corte varían según el tipo de material y
su espesor. (Ejemplo: Gas de ignición aire con gas de corte O2 o gas
de ignición Ar con gas de corte Ar/H2, Ar/H2/N2, Ar/N2)
Gas de marcado (MG). Se denomina gas de marcado al gas
empleado para marcar con plasma.
b. Gas secundario (WG):
Este gas envuelve el arco de plasma. Contribuye a mejorar la
calidad del corte, ya que reduce la sección del arco y enfría el
mismo, protegiendo los consumibles al perforar y al realizar cortes
sumergidos en agua. También puede tener distintas composiciones.
Gas protector (SpG) Se denomina gas protector a un gas
secundario de reducido caudal utilizado durante las interrupciones
del corte por plasma bajo agua. Evita que entre agua en el cabezal
de la antorcha cuando ésta está sumergida.
c. Gas de control (KG)
Este gas es conducido hasta el cabezal de la antorcha y sirve para
supervisar la presencia allí de la tapa protectora. Es decir, la
máquina sólo puede ponerse en funcionamiento cuando la antorcha
está montada correctamente.
Gas de identificación (IG). Este gas es el gas de control que
retorna de la antorcha y sirve para identificar los distintos cabezales
desmontables de la misma.
2.4. TIPOS DE CORTE POR PLASMA
Toda su tecnología se basa fundamentalmente en el diseño de las
boquillas o porta electrodos.
Los avances introducidos en el tiempo han permitido ir mejorando la
calidad de corte, aumentando su velocidad, simplificando los gases
utilizados y reduciendo los costes de los elementos consumibles de la
boquilla hasta llegar a conseguir circunstancialmente que el corte con
plasma para los aceros al carbono, sea más rentable que el oxicorte.
2.4.1. Corte de plasma con aire
El gas que se emplea en esta modalidad es aire. Los electrodos
deben ser de zirconio, tungsteno, wolframio o hafnio. Mejora la
velocidad un 25% se suele aplicar sólo para acero inoxidable y
aluminio, porque para otros materiales tiene el inconveniente que las
superficies de corte resultan muy oxidadas.
2.4.2. Corte con inyección de oxigeno
El nitrógeno es utilizado como gas de corte en el cebador
introduciendo el oxígeno en el momento en que se produce el chorro-
plasma. El corte con oxígeno se aplica para acero al carbono y se usa
como gas, una mezcla formada por
80 % N2 + 20 % 02, lo cual incrementa la velocidad de corte y
aumenta considerablemente la vida de los electrodos.
Sin embargo, presenta los inconvenientes de que el corte no es recto
y la duración de boquilla escasa.
2.4.3. Corte con plasma doble flujo
Esta opción de corte añade un
segundo gas de protección alrededor
de la boquilla y utiliza una cápsula
protectora de cerámica que la protege
del arco doble. Como gas de corte se
usa nitrógeno y como gas de
protección, C02, aire, argón
hidrógeno, etc. en función del metal a
cortar.
Con este sistema mejora la velocidad
de corte pero la calidad no es
excelente y el gasto de consumibles es alto.
2.4.4. Corte con inyección de agua
En este procedimiento se inyecta agua
de forma radial y laminar.
El efecto radial produce una mejor
constricción del plasma con lo que se
consigue más perpendicularidad en el
corte y mayor velocidad.
Utiliza nitrógeno como gas de corte para
todo tipo de materiales.
Entre el plasma y el agua inyectada se
produce una capa de vapor. Esta capa
incrementa la duración de la boquilla,
debido a que hace de aislante y permite además, como se observa en
la figura que la parte inferior de la misma sea de material cerámica
para evitar el "doble arco". Este procedimiento es el más utilizado en
la industria
2.4.5. Método de corte en mesa de agua
Este método viene caracterizado por la utilización de una mesa
especialmente el material a cortar sobre la superficie parcialmente
sumergido o totalmente sumergido en el agua.
Con este sistema de corte podemos obtener las siguientes ventajas
respecto al corte convencional:
Control de la distorsión por efecto del calor del plasma.
Menor producción de humos.
Mayor atenuación de los ruidos.
Mayor limpieza en las caras de corte.
En el caso de corte en piezas totalmente sumergidas deberemos
automatizar el corte, ya que éste no puede ser controlado visualmente
debido a la refracción que produce el agua.
Sobre el nivel del agua al nivel del agua
Chapa y boquilla sumergida en agua ( 6 a 10 cm)
En el caso de corte en piezas totalmente sumergidas deberemos
automatizar el corte, ya que éste no puede ser controlado visualmente
debido a la refracción que produce el agua.
2.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CORTE POR PLASMA
Ventajas del Proceso
En comparación con los procesos de corte mecánicos, la cantidad
de fuerza requerida para sostener la pieza de trabajo en su lugar y
desplazar el soplete (o viceversa) es muy inferior en el caso del
proceso de corte con arco de plasma, que no hace contacto.
En comparación con el OFC, el proceso de corte con plasma opera
en un nivel energético muy superior, lo que permite mayores
velocidades de corte.
El PAC tiene la ventaja de iniciarse inmediatamente, sin necesidad
de precalentamiento. El inicio instantáneo resulta especialmente
ventajoso en aplicaciones que implican interrupción del corte, como
en el corte de mallas.
Desventajas del Pac
En comparación con la mayor parte de los métodos de corte
mecánicos, presenta peligros como son incendio, choque eléctrico,
luz intensa, humo y gases, y niveles de ruido que probablemente no
estén presentes en los procesos mecánicos.
Es difícil controlar el PAC con tanta precisión como algunos
procesos mecánicos, para trabajos con tolerancias estrechas.
En comparación con el OFC, el equipo de PAC tiende a ser más
costoso, requiere energía eléctrica y presenta peligros de choque
eléctrico.
2.6. ELEMENTOS DEL EQUIPO DE CORTE POR PLASMA
a. Fuente de poder
El proceso PAC requiere fuente de potencia de corriente continua, de
relativamente alto voltaje, con una característica voltios-amperios de
corriente constante o de caída. Para que el arco inicie de manera
satisfactoria, el voltaje de circuito abierto de la fuente de potencia,
generalmente, es casi el doble del voltaje de operación del soplete. Los
voltajes de operación van desde 50 a 60 voltios hasta más de 200
voltios, por lo que las fuentes de potencia para PAC tendrán voltajes de
circuito abierto entre 150 y más de 400 voltios.
b. Soplete
El proceso de corte por plasma
emplea un soplete de mano o
montado mecánicamente. Los tipos y
tamaños dependen del espesor del
material. Algunos sopletes pueden
arrastrarse en contacto directo con la
pieza de trabajo, mientras que otros
requieren que se mantenga una
separación entre la punta del soplete
y la pieza de trabajo.
Los sopletes PAC trabajan a altas temperaturas extremadamente altas
y sus componentes tales como la punta y electrodo, son
vulnerables al desgaste durante el corte. El remplazo oportuno de los
componentes consumibles es indispensable para obtener cortes de
calidad.
c. Aire comprimido
El aire comprimido se puede tomar de dos fuentes diferentes:
Del compresor que lleva el contenedor.
De las botellas de aire comprimido utilizadas para los equipos de
respiración autónoma. En ambos casos llevan acoplado un
manorreductor para disminuir la presión existente en el calderín o
botella hasta 6 kg/cm2. La presión de salida del calderín visual
izada en el manómetro se puede graduar con la llave. Una vez
graduada ésta, se deberá abrir la llave de paso de la misma.
En el caso de usar botellas de autónomos, el manorreductor ya
esta regulado y no podemos modificar la presión de salida.
La presión final de trabajo para la unidad de corte por plasma será
de 4,5 kg/cm2.
Para regular esta presión tendrá que estar encendidos la unidad y
el interruptor de test en la posición RUN; el aire saldrá por la tobera
de la antorcha y habrá un
consumo real e igual que
cuando está cortando.
Regularemos la presión con
la llave, para ello,
tendremos que quitar el
seguro de regulación de
presión tirando de la
caperuza de plástico hacia
arriba, una vez regulada volveremos a apretar la caperuza para
que quede cerrado el seguro.
Para alimentar de aire el equipo usaremos un manguito neumático
con enchufe rápido en sus extremos. Éste lo conectaremos por un
lado a la entrada de aire de la unidad y por el otro a la salida del
calderín del compresor o bien, a la salida del manorreductor de las
botellas.
d. Consumibles
Boquillas
Cuando con el uso del equipo, el orificio
que lleva en el centro aumenta de
diámetro o se deforma de manera
notable, disminuirá de forma paulatina la
capacidad de corte hasta llegar un
momento que prácticamente no corte.
Aislante
Con el uso el aislante se va quemando poco a poco o se resquebraja,
hasta llegar un momento en el que pierde su capacidad aisladora, no
siendo posible iniciar el arco piloto.
Electrodos
El centro de este elemento es de tungsteno cada vez que encendemos
el arco piloto se gasta o pierde una pequeña cantidad.
Cuando se ha gastado todo ese material que lleva solidario el electrodo,
el arco piloto no se podrá crear.
En los tres casos mencionados es imprescindible cambiar esos
elementos por unos nuevos. Estos últimos los encontraremos en una
caja de repuestos que acompaña al equipo. En ella viene un gráfico con
la forma de montaje de los mismos.
e. Unidades de control
Los paneles de control
Son indicadores ópticos (leds de control) del panel de mando.
Cuando estamos funcionando con la unidad, únicamente permanecerán
encendidos los leds 1 y 2. Si se enciende cualquiera de los otros tres (3,
4, 5) no podremos cortar debido a que el arco piloto no se generará por
tanto el arco o dado de plasma desaparecerá.
Control del aire
Sirve para hacer un test de consumo real de
aire del equipo, igual a su valor real cuando
éste esté trabajando.
Si este interruptor lo ponemos en la posición
TEST, la unidad hará ese consumo sin
encenderse el arco piloto permitiendo regular
el manómetro a 4,5 kg/cm2. La posición RUN
es la que corresponde a posición de trabajo.
Potenciómetro
Regula la intensidad de la corriente en la salida (antorcha). Puede
regularse entre 15y 40 Amperios.
La mínima intensidad se utiliza para piezas de poco grosor, con la
máxima, cortamos los metales cuyo grosor llega hasta los 10 mm.
Interruptor de conexión
En la otra cara, lleva el interruptor de
conexión de la unidad y un manómetro que
nos indica la presión que le entra al
equipo.
Para regular esta presión lo haremos con
el mando que lleva en su parte superior;
antes de girar hacia un lado u otro
deberemos tirar de la caperuza hacia
arriba, ya que ésta hace de seguro. Una vez regulada la presión (para ello
pondremos el interruptor en TEST) empujaremos la caperuza hacia abajo
quedando así el seguro puesto.
2.7. APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE CORTE POR PLASMA
El corte por plasma es uno de los procedimientos de corte más
importantes de la industria, ya que permite un corte flexible en 2D y en 3D
de todos los materiales conductores de la electricidad. También hay
soluciones interesantes para cortar materiales no conductores.
2.7.1. Cortar biseles
Los biseles, en el pasado poco frecuentes, forman hoy en día una
proporción fundamental de los cortes que se realizan. Mientras que
hace unos años aún era necesario invertir mucho esfuerzo en
preparar cordones de soldadura manualmente, en la actualidad se
hace de forma fácil y rápida con la tecnología de corte por plasma. En
resumen: las exigencias en cuanto a calidad, precisión dimensional,
productividad y reproducibilidad han aumentado enormemente.
Figura x diferentes cortes de biseles
2.7.2. Orificios
Con plasma no sólo pueden cortarse contornos alargados, sino
también orificios en cualquier material conductor.
Debido a la estructura del arco eléctrico, hay un límite inferior en el
corte de orificios: el diámetro mínimo. Una regla general dice que el
diámetro mínimo de los orificios que pueden cortarse con plasma
convencional mide 1,5 veces más que el espesor de la chapa. Eso
quiere decir que, para chapas de un espesor de 10 mm, el diámetro
de los orificios más pequeños sería de 15 mm. Sin embargo, con los
sistemas de corte por plasma de alta precisión pueden cortarse
orificios de diámetro bastante menor. En acero de 10 mm de espesor,
pueden alcanzarse diámetros de 8 mm con muy buena calidad. Las
desviaciones angulares son mínimas y las socavaciones debidas al
acercamiento y alejamiento de la antorcha al material apenas se ven.
Las aristas resultantes de la cara superior e inferior del material
quedan afiladas. Esto se debe a que la zona afectada térmicamente
es muy pequeña y el material de la superficie no se funde o redondea.
Naturalmente, este resultado no sólo depende de la herramienta, de
la máquina de corte por plasma y del material cortado, sino también
de la óptima interacción de los sistemas de guiado y regulación de
distancia (control de altura). Los sistemas de guiado pueden
reaccionar de forma diversa, por lo que las máquinas de guiado 2D
realizan esta operación de otro modo que, por ejemplo, los robots.
Los fabricantes de máquinas de guiado también tienen distintos
sistemas y posibilidades de realizarla. Si los usuarios conocen estas
interrelaciones, nada se opone a la obtención de perfiles interiores
precisos de pequeño tamaño.
A continuación pueden verse algunos ejemplos de orificios de distinto
tamaño cortados en material de 10 mm de espesor. El diámetro
mínimo es de 8 mm. La tolerancia entre cara superior e inferior es de
sólo 0,2 mm.
2.7.3. El corte de estructuras con interrupciones
El fundamento del corte de estructuras con interrupciones es el corte
por plasma indirecto. Al contrario que en el directo, el arco se
establece aquí entre el electrodo y la boquilla de la antorcha de
plasma.
En el procedimiento HotWire no se utiliza como ánodo la pieza ni la
boquilla, sino un hilo (por ej., hilo de soldadura). Este tiene que
alimentarse continuamente durante el proceso de corte. Este ánodo
auxiliar o de sacrificio que se va fundiendo permite combinar la
elevada potencia térmica del corte por plasma directo con las ventajas
del corte por plasma indirecto. Pueden cortarse materiales no
conductores como, por ej., plásticos reforzados con fibra de vidrio,
hormigón, hormigón armado, cerámica o vidrio, vidrio armado y
tejidos.
Al contrario que en el corte por plasma indirecto "clásico", en el corte
por plasma HotWire, las antorchas pueden trabajar con las mismas
potencias eléctricas elevadas que en el corte por plasma directo. El
máximo espesor de la pieza depende de la potencia de la fuente de
alimentación y, por tanto, de la energía disponible. El corte por plasma
HotWire abre otro campo de aplicación del corte por plasma: el corte
de estructuras con interrupciones como, por ejemplo, rejillas. Éstas
están compuestas de materiales variados como acero de
construcción, acero al CrNi y aluminio y se cortan con los gases ya
conocidos del corte por plasma y los consumibles correspondientes.
Al contrario que en el corte autógeno, pueden cortarse perfiles
variados en cualquier dirección sin precalentamiento y, por tanto, sin
sistema de rotación adicional. Con esta tecnología, también pueden
cortarse de forma segura y fiable rejillas de aceros al CrNi y aluminio
que no pueden cortarse por corte autógeno. El rango de intensidades
de corte está actualmente entre 200 y 300 A. Dependiendo de la
intensidad, del material, del espesor de la rejilla y de la geometría del
corte puede alcanzarse una velocidad de 1,1 m/min obteniéndose una
buena calidad. El máximo espesor de la rejilla que puede cortarse
depende del material y, en la actualidad, está entre 40 y 50 mm. Los
mejores resultados se obtienen evitando la desviación del haz de
plasma hacia el ánodo. Para ello, la alimentación del hilo se realiza
con un ángulo de 45° y una distancia a la antorcha de 12 a 18 mm. La
distancia entre el hilo y la superficie de la pieza debe mantenerse lo
más baja posible, pero esto no es de gran relevancia para la calidad.
Las distancias habituales de trabajo están entre 10 y 30 mm. La
regulación de la distancia entre la antorcha y la pieza se realiza de
forma capacitiva. La continuidad del arco eléctrico produce una
solicitación reducida de los consumibles y una elevada fiabilidad. La
primeras aplicaciones industriales lo confirman. Los cortes de buena
calidad con baja tolerancia de perpendicularidad encuentran gran
número de aplicaciones en el corte de los perfiles más diversos.
2.7.4. Ranurar con plasma
El ranurado con plasma es un procedimiento que sirve para fundir y
eliminar material con ayuda del haz de plasma. Se puede aplicar a
cualquier material conductor de electricidad como, por ejemplo, el
acero de construcción, el acero inoxidable, el aluminio, materiales con
un elevado punto de fusión o materiales compuestos.
Además, se puede ejecutar tanto con una antorcha manual como
también con una antorcha de plasma mecánica. El ranurado se
realiza transfiriendo el arco de plasma directamente sobre la pieza. La
antorcha de plasma elimina el material fundido de manera eficaz.
El ranurado con plasma se utiliza principalmente para eliminar fallos
en cordones de soldadura, aunque también se utiliza para preparar
soldaduras contrarias en cordones de raíz. Además, el procedimiento
es especialmente apropiado para eliminar defectos superficiales
como, por ejemplo, grietas, rechupes o inclusiones. Otras
aplicaciones posibles son la elaboración de entalladuras, el
procesamiento de bordes para soldadura así como la limpieza y el
desbarbado de piezas de fundición. También cabe destacar su
potencial para decapar las superficies de los materiales, así como
piezas recargadas por soldadura y piezas conformadas.
En comparación con los procesos de eliminación mecánicos, la
velocidad de trabajo es normalmente mucho mayor. El usuario se libra
de trabajos físicos duros gracias a que no es necesario utilizar
esmeriladoras ni ningún otro tipo de máquina. El ranurado con plasma
se ha impuesto al ranurado con electrodos de carbón porque el
procedimiento no necesita rectificación, la superficie ranurada del
material no carbura en caso de utilizar gases técnicos y porque la
entrada de calor es menor. Además, el proceso se ejecuta de manera
más sencilla y precisa gracias a una mejor visibilidad y control de las
zonas llagueadas. Especialmente en el caso de posiciones de trabajo
desfavorables, el ranurado puede aplicarse sin problemas gracias a
su excelente manejabilidad
.
2.8. CALIDAD DE CORTE CON PLASMA
La calidad del corte depende en gran medida del ajuste y de parámetros
tales como la separación entre la antorcha y la pieza, la alineación con la
pieza, la velocidad de corte, la presión del gas y la habilidad del operador.
Los requisitos para un corte de buena calidad difieren según la
aplicación. Por ejemplo, la formación de nitruros y el ángulo del
chaflán pueden constituirse en factores importantes si la
superficie será soldada luego del corte. La ausencia de residuos
en el corte es importante cuando se desea una calidad de
terminación del corte que evite una operación secundaria de
limpieza. Los indicadores de la calidad del corte enumerados a
continuación se ilustran en la siguiente figura:
Superficie del corte
Es la condición (suave o rugosa) deseada o especificada de la cara del
corte.
Formación de nitruros
Los depósitos de nitruros pueden permanecer en la superficie del corte
cuando hay gas nitrógeno presente en el flujo del gas de plasma. Estas
formaciones pueden ocasionar dificultades si la pieza debe ser soldada
luego del corte.
Ángulo del chaflán
Es el ángulo entre la superficie del borde del corte y un plano
perpendicular a la superficie de la placa. Un corte perfectamente
perpendicular daría por resultado un chaflán con un ángulo de 0°.
Redondeo del borde superior
El redondeo en el borde superior de un corte se debe al desgaste desde
el punto de contacto inicial del arco de plasma sobre la pieza.
Formación de residuos en el borde inferior
El residuo es material derretido que no es despedido de la zona del corte
y se vuelve a solidificar en la placa. Un residuo excesivo puede requerir
de una operación secundaria de limpieza luego del corte.
Ancho de ranura
Es el ancho del corte (o el ancho del material removido durante el corte).
Salpicaduras (residuos) en el borde superior
Son las salpicaduras o residuos en el borde superior del corte
producidos por una baja velocidad de desplazamiento, una excesiva
altura de separación de corte o por una punta de corte cuyo orificio se ha
alargado.
Problemas de calidad de corte
Defectos comunes en el corte por plasma
Problema – síntomas Causa comúnPenetracióninsuficiente
1. Velocidad de corte muy elevada.2. Demasiada inclinación de la antorcha.3. Metal demasiado grueso.4. Piezas de la antorcha desgastadas.5. Corriente de corte muy baja.6. Presión de gas incorrecta.
El arco principal seextingue
1. Velocidad de corte muy baja.2. Excesiva distancia de separación vertical entre la antorcha y la pieza.3. Corriente de corte muy elevada.4. Cable de masa desconectado.5. Piezas de la antorcha desgastadas.
Excesiva formaciónde residuos
1. Velocidad de corte muy baja.2. Excesiva distancia de separación vertical entre la antorcha y la pieza.3. Piezas de la antorcha desgastadas.4. Corriente de corte inadecuada.5. Presión de gas incorrecta.
Vida reducida delas piezas de la
antorcha
1. Aceite o humedad en el suministro de aire.2. Capacidad del sistema excedida (material demasiado grueso).3. Tiempo de arco piloto excesivo.4. Presión de gas muy baja.5. Antorcha armada incorrectamente.
Dificultades en elarranque
1. Piezas de la antorcha desgastadas.2. Presión de gas incorrecta.
2.9. OPERACIÓN Y MANEJO DE EQUIPO PARA CORTE CON PLASMA
El manejo es sumamente sencillo:
Primero conectaremos eléctricamente los equipos: plasma y
compresor (en el caso que sea éste el que alimente de aire).
A continuación pondremos en marcha el compresor.
Una vez funcionando el compresor y abierta su llave de paso,
regularemos el manómetro de salida de éste a 6 kgjcm2,
conectaremos el manguito de conducción de aire en compresor y
equipo. Si lo que vamos a usar como alimentación de aire va a ser
una botella, simplemente conectaremos los manguitos y abriremos
su llave de paso.
Conmutaremos el interruptor general de encendido del equipo y
daremos al interruptor TEST; regularemos la presión en el
manómetro de entrada a la unidad.
Pondremos la pinza de forma que haga buen contacto con la pieza
a cortar.
Nos pondremos el equipo de protección: guantes, gafas protectoras
de grado 6, todas las protecciones precisas, según los casos.
Graduaremos el potenciómetro en función del grosor del elemento
a cortar.
Procuraremos que según cortemos, los materiales incandescentes
proyectados en el corte no dañen los manguitos, ni la manguera de
antorcha.
Tomaremos la antorcha acercándola a la pieza que pretendemos
cortar (de 0,5 a 2 mm) oprimiremos el gatillo. En ese momento se
inicia el arco piloto y de inmediato el arco de corte.
La distancia que debemos mantener entre la boquilla y la pieza que
cortamos debe de ser mínima, sin que haya contacto entre éstas.
Debemos limpiar exteriormente la boquilla de las escorias que se
adhieren a ella, fruto del corte. Tanto en este caso como en el
cambio de alguno de los consumibles, como norma fundamental de
seguridad, debemos conmutar el interruptor de encendido del
equipo apagando éste.
2.10. NORMAS DE SEGURIDAD PARA ELOPERADOR
El procedimiento de corte por plasma produce humos, rayos ultravioleta,
proyección de material incandescente que pueden provocar daños
graves si no se respetan ciertas consignas de seguridad.
2.10.1. Protección general
Con el fin de protegerse contra los rayos,
chispas y proyecciones de metal
incandescente, se recomienda llevar:
Guantes de cuero apropiados.
Calzado de seguridad.
Polainas.
Delantal de cuero.
Caretas de protección que cubran la
totalidad de la cara con cristales filtrantes
inactínicos de grado 10.
A falta de careta, gafa de protección con
cristales filtrantes inactínicos, n° 2 6 mínimo.
Ante una mala ventilación usar el equipo
autónomo si el corte es prolongado.
2.10.2. Protección óptica
Las fuertes radiaciones de los rayos ultravioletas e infrarrojos son
parecidas a las producidas por el arco eléctrico en los procesos de
soldadura con alta intensidad de corriente. Estas radiaciones son
peligrosas para los ojos y la piel.
En los ojos las radiaciones pueden llegar a causar conjuntivitis,
quemaduras en la retina o peor aún, una pérdida de capacidad
visual; en la piel puede provocar quemaduras más o menos graves.
En caso de no estar lo suficientemente protegido el arco eléctrico, el
nivel de las radiaciones aumenta rápidamente. Por lo tanto no debe
de haber personas observando sin protección ocular próximas al
punto donde se está cortando.
La protección ocular aconsejable según el fabricante, es la utilización
de gafas o careta con cristales de grado inactínico
10. Sin embargo, con este grado de protección no se ve
prácticamente por donde va el corte. Se puede también usar un
grado 6 (que es el aconsejado para el oxicorte). Sumando a esta
protección el buen diseño de la antorcha (gracias al mismo, el que
usa la antorcha no ve prácticamente el arco de corte ni la proyección
de material cuando está cortando), estaremos prácticamente
protegidos.
2.10.3. Protección ante choques eléctricos
Este equipo utiliza tensiones elevadas en vacío para cebar el arco
eléctrico. Por este motivo hay que prestar mucha atención durante
las operaciones de mantenimiento, cambio de consumibles,
utilización y manipulación de la antorcha en general.
Deberemos intentar seguir y cumplir las siguientes normas:
Evitar trabajar cerca de materiales inflamables.
Cuando se desmonten las piezas con desgaste y de
repuesto de la antorcha es indispensable cortar la
alimentación eléctrica de la máquina.
Las ropas de la persona que va a usar el equipo deben estar
secas.
No subir ni apoyarse en el material que se va a cortar
cuando se utilice este equipo.
No trabajar en un ambiente húmedo o mojado si no es con
las protecciones apropiadas, con el fin de evitar choques
eléctricos.
Estar sobre una base seca, y aislamos del circuito creado
entre antorcha y la pieza a cortar ante una humedad
ambiental evidente.
2.10.4. Prevención ante humos tóxicos
Se deben de tomar precauciones
con el fin de evitar que el operador y
las personas próximas sufran
inhalación de humos tóxicos que
pueden ser emitidos durante el
corte.
Los metales recubiertos o que
contengan plomo, grafito, zinc, mercurio o berilio pueden
producir concentraciones nocivas de humos tóxicos durante la
operación de corte.
Una ventilación adecuada, si nos encontramos en un lugar mal
ventilado, la utilización del equipo autónomo, nos evitan esa
posible inhalación de humos tóxicos.
3. BIBLIOGRAFÍA
Manual de operación CUTMASTER corte por plasma TERMAL
DINAMICS
Arcos, Fiallos (2010) análisis comparativo de los procesos de corte por
plasma, oxicorte y arc air aplicados a metales. Tesis. España.
Miller (2006) Guía para cortar con plasma.
Iglesias (2005) Manual de corte, soldadura y perforación Egraf SA
Madrid – España