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