Máquinas para Corte por Plasma

on: 25 de octubre de 2013En: Máquinas6

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Como hemos visto anteriormente, el corte

por plasma es un proceso en el que un

chorro de gas ionizado (plasma) se

estrecha y dirige a través de una tobera y

produce un arco que calienta un metal

eléctricamente conductor por encima de

su punto de fusión, produce un corte en el

metal y arroja metal fundido (escoria) a

través de la ranura del corte.

Esta operación se realiza mediante equipos cuyas características y componentes básicos vimos en

un artículo anterior. Si bien existe una gran variedad de máquinas para corte por plasma provistas

de prestaciones que varían según el fabricante y las necesidades del cliente, podemos distinguir

dos tipos principales:

• Máquinas para corte por plasma manual

• Máquinas para corte por plasma mecanizado

Seguidamente vamos a ver estos dos grandes grupos en detalle y nos vamos a detener un poco

más en el corte por plasma mecanizado.

Máquinas para corte por plasma manual

Estas son básicamente fuentes de alimentación moderadamente pequeñas que utilizan una

antorcha de plasma manual para el corte de diversos tipos de metales. Estos equipos son

maniobrables, versátiles y se pueden utilizar para una variedad de aplicaciones de corte. Las

fuentes de alimentación tienen un rango de capacidades de corte que se basa en el amperaje

de salida del sistema y comúnmente se califican desde 7-25 amperioshasta 30-100 amperios y,

excepcionalmente, hasta 200 amperios.

Los equipos manuales de plasma utilizan normalmente aire como gas plasmanógeno y/ogas

protector, y están diseñados para que puedan emplearse con diversos voltajes de entrada. El

voltaje de entrada está entre 120 y 600 V y usa transmisión de potencia monofásica o trifásica.

Las máquinas para corte por plasma manual generalmente se utilizan en talleres de fabricación

que manejan láminas metálicas delgadas, mantenimiento de fábrica, mantenimiento agrícola,

centros de reparación de soldaduras, centros de servicio de metales (aplicaciones de chatarra y

desguace), construcciones (tales como edificios y puentes), fabricación de buques comerciales,

fabricación de remolques, reparación de automóviles y obras de arte. Típicamente, se utilizan en

aplicaciones de metal liviano para recortar el exceso de material. Una antorcha manual típica de

12 amperios corta un máximo de 5 mm de material a aproximadamente 15 pulgadas por minuto.

Una antorcha manual típica de 100 amperios corta un máximo de 32 mm de material a

aproximadamente 20 pulgadas por minuto.

En general, una máquina para corte por plasma manual se elige de acuerdo al espesordel

material a cortar y la velocidad de corte deseada. Los equipos que ofrecen un alto amperaje de

corte son los que tienen mayores velocidades de corte. Sin embargo, cuando se corta a altos

amperajes, se hace cada vez más difícil controlar la calidad del corte.

El siguiente video describe claramente una máquina para corte por plasma manual y provee un

ejemplo ilustrativo de corte.

Máquinas para corte por plasma mecanizado

Estos equipos son generalmente bastante más grandes que las máquinas manuales y se utilizan en

conjunción con mesas de corte (a veces denominadas pantógrafos), que incluyen una mesa de

agua o mesa de aspiración y están provistas de un sistema “gantry” o de pórtico -es decir, un

sistema de doble motorización a cada lado de la mesa, sobre el eje “X”- que funciona mediante

diversos mecanismos, habitualmente, servomotes de corriente alterna acoplados a un sistema de

piñón-cremallera. Además, los equipos mecanizados generalmente cuentan con control CNC y

un control de altura de la antorcha (THC), que puede incluir la detección de la altura y el control

del voltaje al inicio del proceso.

Las máquinas para corte por plasma mecanizado se pueden incorporar en una prensa de punzón,

así como en sistemas de corte por láser, oxicorte, corte robótico y otros, conformando verdaderos

centros de trabajo automatizado. El tamaño de una configuración de corte por plasma

mecanizado se basa en la mesa y el pórtico que se utilizan. Las mesas pueden medir menos de

1.500 mm x 3.000 mm o más de 14.000 mm x 36.000 mm. Como es de esperar, estos sistemas no son

fáciles de maniobrar, por lo que antes de la instalación todos sus componentes deben

considerarse conjuntamente con el diseño del recinto que alojará la máquina.

De hecho, el uso de equipos mecanizados introduce notables mejoras en la calidad y precisión

del corte, así como en el rendimiento de la productividad y un abaratamiento de costos en

comparación con el oxicorte o el corte por láser. Muchos sistemas, además, se diseñan con

gran simplicidad operativa, lo que posibilita su utilización por parte de personal no experto. Un

ejemplo de equipos mecanizados es el que veremos en el siguiente video.

Algunas de las características de las máquinas para corte por plasma mecanizado son las

siguientes:

Fuentes de alimentación

Las fuentes típicas tienen un rango máximo de amperaje de 100-400 A para el corte con

oxígeno y 100-600 A para el corte con nitrógeno, mientras que el voltaje de entrada es200-600

V con una transmisión de potencia trifásica.

Gases: ¿cuáles y cuándo se usan?

Los gases utilizados comúnmente para el corte de acero dulce (acero al carbono), acero

inoxidable, aluminio y diversos materiales exóticos son aire comprimido, oxígeno,nitrógeno y una

mezcla de argón/hidrógeno. Se usan combinaciones de estos gases comogas

plasmanógeno y gas auxiliar. Por ejemplo, para el corte de acero dulce, se suele utilizar nitrógeno

como gas plasmanógeno al inicio del corte, oxígeno como gas plasmanógeno de corte y aire

comprimido como gas auxiliar.

El oxígeno se utiliza para el acero dulce porque produce cortes de alta calidad en materiales de

hasta 32 mm de espesor. El oxígeno también se puede usar como gas plasmanógeno para el

corte de acero inoxidable y aluminio, pero se produce un corte de aspecto irregular.

El nitrógeno es adecuado como gas plasmanógeno y gas auxiliar, ya que produce una excelente

calidad de corte en casi cada tipo de metal. Se utiliza para aplicaciones de alta corriente para

cortar metales de hasta 3 pulgadas de espesor, y como el gas auxiliar para cortar con plasma de

nitrógeno y argón/hidrógeno.

El aire comprimido es el gas de uso más común, ya sea como gas plasmanógeno o como gas

auxiliar. Funciona bastante bien para aplicaciones de corte de baja corriente en metales de hasta

1 pulgada de espesor, dejando una superficie de corte oxidada. Se utiliza como gas auxiliar

durante el corte con plasma de aire, nitrógeno u oxígeno.

Para el corte de acero inoxidable y aluminio, por lo general se elige una mezcla

deargón/hidrógeno como gas plasmanógeno. Proporciona un corte de alta calidad y se requiere

para el corte mecanizado de material con un espesor superior a las 3 pulgadas.

El dióxido de carbono también se puede utilizar como gas auxiliar en el corte con plasma de

nitrógeno, ya que corta la mayoría de los metales y proporciona una buena calidad de corte.

Otros dos tipos de gases usados ocasionalmente en el proceso de corte por plasma

son nitrógeno/hidrógeno y metano.

Otras consideraciones

Los gases plasmanógenos y auxiliares son sólo dos de las opciones críticas que deben tenerse en

cuenta a la hora de instalar o utilizar un sistema de plasma mecanizado. Los cilindros de gas están

disponibles para su compra o alquiler y se ofrecen en diferentes tamaños, lo que significa que

debe crearse un espacio para almacenarlos. La instalación de un sistema de plasma

mecanizado implica una cantidad considerable de cableado, así como tuberías de

gas y refrigerante. Además del propio sistema de plasma mecanizado, debe seleccionarse

la mesa, el pórtico, el CNC y el THC. Los fabricantes generalmente ofrecen una variedad de

opciones de equipos que son adecuados para cualquier aplicación de corte.

¿Cómo efectuar la selección correcta de un equipo para corte por plasma mecanizado?

Debido a la complejidad que implica la selección de un equipo de corte por plasma mecanizado,

se debe dedicar un buen margen de tiempo para investigar diversas configuraciones y criterios

del sistema. Para ello, debemos considerar lo siguiente:

• Tipos de piezas a cortar.

• Número de unidades de producción cortadas por lote.

• Calidad y velocidad de corte deseadas.

• Costo de los consumibles.

• Costo operativo total de la configuración (incluyendo consumibles, electricidad, gas y

mano de obra).

El tamaño, la forma y la cantidad de las piezas de producción pueden establecer el tipo de CNC,

mesa y sistema de pórtico. Por ejemplo, las piezas de producción pequeñas e intrincadas pueden

requerir un pórtico con un paquete de motorización especializado.Las motorizaciones a

cremallera y piñón, servomotores, amplificadores de motorización y codificadores utilizados en el

pórtico determinan la calidad de corte y la capacidad de velocidad del equipo de plasma.

La velocidad y la calidad de corte también dependen del equipo de plasma, el CNC y los gases

seleccionados. Un equipo mecanizado que ofrezca incrementos graduales de corriente y flujo de

gas al comienzo y al final del corte aumentará la vida útil del consumible. Además, un CNC con

alta capacidad de almacenamiento, una variedad de capacidades de programación (tales

como fijar la altura de la antorcha al final del corte) y una rápida velocidad de procesamiento

(comunicación entrada/salida) conducirá a una disminución del tiempo de inactividad y un

aumento de la velocidad y precisión de corte. En última instancia, la decisión de comprar o

actualizar una máquina para corte por plasma mecanizado o utilizar un equipo manual debe

basarse en los hechos. Frente a tal decisión, un cliente debe considerar el tamaño, la forma y el

espesor del material a cortar.

¿Qué es el Corte por Plasma?

on: 15 de agosto de 2013En: Máquinas4 Comentarios

Las técnicas tradicionales de mecanizado emplean máquinas con herramientas afiladas, ya sea

para cortar y/o dar forma al material o para eliminar el exceso del mismo. Los ejemplos van desde

las fresadoras hasta los tornos y comprenden métodos de mecanizado por abrasión, así como

mecanizado con y sin arranque de viruta.

Además de estas técnicas, también existen, sin embargo, otras técnicas no tradicionales en los

que las operaciones de mecanizado no se realizan con herramientas afiladas, sino que involucran

diversas formas de energía. Esa energía puede ser mecánica, térmica, electroquímica o química,

por lo que los procesos que las utilizan reciben el mismo nombre.

Dado que en adelante veremos en DMyH algunos de estos procesos no convencionales de

mecanizado, repasemos brevemente en la siguiente tabla las características principales de estos

procesos y sus aplicaciones de mayor importancia comercial.

Características-corte-por-plasma

En este artículo vamos a conocer una de las aplicaciones de los procesos térmicos que involucran

una técnica de corte con arco eléctrico: el corte por plasma (PAC, por sus siglas en inglés), como

así también las máquinas utilizadas para esa técnica.

El plasma es un conductor eléctrico gaseoso de alta densidad de energía, constituido por una

mezcla de electrones libres, iones positivos, átomos disociados y moléculas de un gas, que se

produce cuando un chorro de dicho gas inicialmente frío se calienta con un arco eléctrico y se

hace pasar por un orificio estrecho para reducir su sección.

No solamente ciertas operaciones de corte utilizan plasma, sino también la soldadura, mediante el

conocido proceso de soldadura por plasma.

El corte por plasma convencional (denominado plasma seco) usa un arco transferido, es decir, un

arco que se establece entre el electrodo y la pieza de trabajo. Al comienzo del proceso, cuando

el gas aún no está ionizado, no es posible establecer el arco, por lo que se emplea un generador

de alta frecuencia que produce un arco piloto entre el electrodo y la tobera. El arco piloto

calienta el gas plasmágeno y lo ioniza. En este momento el arco piloto se apaga

automáticamente y se estabiliza el arco plasma.

El diagrama básico del proceso que acabamos de exponer es el que vemos en la siguiente figura:

Corte-por-plasma

Como en todas las operaciones de mecanizado, la disponibilidad de máquinas para corte por

plasma es sumamente amplia, desde las máquinas portátiles hasta las sofisticadas máquinas

industriales con control CNC.

No obstante, independientemente del tamaño de la máquina, los componentes básicos son

similares. Veamos cómo está compuesta una máquina de corte por plasma.

Componentes equipos plasma

1 – Cilindro de gas plasmágeno: toda operación de corte por plasma implica el uso de gases

(denominados gases primarios) para crear el plasma. El circuito de gas está equipado con

manómetro y regulador. Los gases más usados son aire, nitrógeno, argón con hidrógeno o una

mezcla de estos. También es común el uso de los llamados gases secundarios, o agua, alrededor

del chorro de plasma, que ayudan a confinar el arco y limpiar el canal de metal fundido para

evitar la acumulación de escoria.

2 – Fuente de energía: generalmente es un transformador eléctrico de alimentación monofásica o

trifásica, equipado con refrigeración, elevada tensión de vacío (100-400 V) e intensidad

constante.

3 – Pieza de trabajo: el corte con plasma se emplea para cortar casi cualquier metal

eléctricamente conductor. A menudo, los metales cortados mediante PAC incluyen aceros al

carbono simple, acero inoxidable y aluminio, pero últimamente también se corta hierro, cobre,

latón, bronce y titanio.

4 – Antorcha: es la pieza que realiza el corte y está equipada con mangueras para aire

comprimido y electricidad y con una serie de elementos que veremos en detalle más abajo.

Equipo básico de corte por plasma

Si bien hay distintas técnicas de corte por plasma y, por consiguiente, distintos equipos que

veremos en otro artículo, por ahora vamos a centrarnos en la descripción de un equipo portátil

convencional, es decir, aquel donde el arco se establece entre el electrodo y la pieza de trabajo.

El esquema de un equipo de esas características se detalla en la siguiente figura:

Equipo-portátil-de-corte-por-plasma

1 – Panel de control

2 – Panel de acceso

3 – Mangueras de la antorcha

4 – Regulador / filtro

5 – Montaje del filtro

6 – Montaje del cabezal de la antorcha:

7 – Electrodo (consumible): es de wolframio o circonio, en función del gas a utilizar; el de wolframio es

puntiagudo (como el utilizado en soldadura TIG), mientras que el de circonio es plano con revestimiento de

cobre.

8 – Difusor de gas

9 – Tobera (consumible): su función es la de forzar el arco y dirigir al chorro de plasma. La medida del orificio

está directamente relacionada con el amperaje y su tamaño es mayor cuanto mayor es la corriente.

10 – Porta tobera

11 – Pinza de masa

En un próximo artículo vamos a describir con mayor profundidad los equipos utilizados para el corte por

plasma, como así también algunas de sus características principales.