Soldadura - HST MAQUINAS PARA CORTE DE METALES
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Soldadura - HST MAQUINAS PARA CORTE DE METALES En cualquier actividad que involucre el trabajo con metales , ya sea para la fabricación de máquinas y equipos, instalaciones, reparación , desguace de cualquier tipo de construcción metálica ( trenes, barcos, máquinas y estructuras, industrias completas, etc. ) requiere, necesariamente del corte de los metales. Las máquinas de corte no escapan a la sostenida evolución tecnológica. Nuevos diseños, desarrollo y mejora de los materiales , o adaptación las nuevas exigencias de la industria etc. En cuanto a la clasificación de las maquinas de corte se puede hacer de acuerdo a la naturaleza de la energía presente en el entorno de corte . 1 - Energía mecánica Arranque de viruta Sin arranque de viruta Fricción Abrasión 2 - Energía eléctrica Plasma Arco eléctrico 3 - - Energía caloría Reacción exotérmica en oxicorte Lanza Térmica 4 - Energía de presión Chorro de agua 5 - Energía electromagnética Laser
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Soldadura - HST MAQUINAS PARA CORTE DE METALES En cualquier actividad que involucre el trabajo con metales , ya sea para
la fabricación de máquinas y equipos, instalaciones, reparación , desguace
de cualquier tipo de construcción metálica ( trenes, barcos, máquinas y
estructuras, industrias completas, etc. ) requiere, necesariamente del
corte de los metales.
Las máquinas de corte no escapan a la sostenida evolución tecnológica.
Nuevos diseños, desarrollo y mejora de los materiales , o adaptación las
nuevas exigencias de la industria etc.
En cuanto a la clasificación de las maquinas de corte se puede hacer de
acuerdo a la naturaleza de la energía presente en el entorno de corte .
1 - Energía mecánica Arranque de viruta
Sin arranque de viruta
Fricción
Abrasión
2 - Energía eléctrica Plasma
Arco eléctrico
3 - - Energía caloría Reacción exotérmica en oxicorte
Lanza Térmica
4 - Energía de presión Chorro de agua
5 - Energía electromagnética Laser
1 – Energía mecánica
Corte por arranque de viruta
Son los procesos de mecanizado más tradicionales: aserrado, torneado,
fresado y taladrado. Las piezas deseadas se generan con el
desprendimiento de metal en forma de virutas.
Aserrado
Sierra circular
Las sierras circulares con dientes de carburo de titanio se aplican para el
corte de perfiles de acero, metales en plancha, cobre, aluminio y latón.
Sierra sin fin
Esta sierra se aplica para el corte de metales en forma de barras pudiedo
cortar ademas secciones importantes . Por ejemplo el corte de una barra
de acero de 250 mm de diámetro .
Las hojas de sierra son de acero rapido con una cantidad de dientes por
pulgadas de acuerdo a la aplicación requerida .
Utililiza un refrigerange, por lo cual no produce calentamiento del metal.
SIERRA DE SABLE
Diseñada para cubrir las demandas de la industria automotriz
Su diseño discreto permite el acceso máximo a los espacios apretados.
Utiliza una cuchilla más larga para el movimiento en sentido vertical
complejo y los cortes circulares o una cuchilla más corta para los cortes
rectos exactos. La vibración es baja.
Una especificación típica de estas máquinas manuales
Potencia - 1000 W
- Carrera/Min - 0-2800 cpm
- Longitud de Carrera - 29mm
- Peso de la Herramienta – 2.6 Kg
Torneado
Fresado
Corte sin arranque de viruta
Además de los procesos de conformado del metal anteriores, existen otras
opciones para dar forma al material sin producir viruta. Son las más
indicadas para elaborar piezas que exigen precisión. Generan cortes de
gran calidad y sin emitir gases ni contaminantes.
Cizallado (manual o mecánico)
Puede ser manual o mecánico. Las cizallas, compuestas por dos cuchillas,
realizan movimientos contrarios para llevar a cabo el corte sobre el material.
CIZALLAS MANUALES
Troquelado
Se realiza con por medio de una matriz y un punzón colocadas y
accionadas por una prensa. Es necesario definir la forma de la pieza final,
sus dimensiones, las características del material y si es posible extraer con
facilidad la pieza de la matriz.
Este proceso es utilizado para elaborar desde monedas a señales de
transito.
CORTE DE METALES POR FRICCION
El proceso de corte por fricción se basa precisamente en la fricción
producida por la elevada velocidad periférica de la sierra en contacto con el
perfil de hierro a cortar que, con el agregado del oxígeno del aire, produce
la fusión del acero eliminando el material en forma de chispa visible.
Las sierras de corte por fricción se utilizan habitualmente en cortadoras de
alta velocidad (2.000 a 8.000 rpm o Vc = 80 a 100 m/s), ya sea sensitivas o
automática.
Su aplicación se limita a perfiles de acero al carbono ( SAE 1010 ) , con
espesores menores a 10 mm.
Ventajas del corte por fricción
Un corte rápido
Un costo menor al de los discos abrasivos
No contamina el medio ambiente
Las sierras no se rompen
Las sierras pueden ser reafiladas
Desventajas
Bajo rendimiento para corte de perfiles con un espesor mayor a 10mm
Alto nivel de ruido.
Alta cantidad de chispas y material incandescente
Ranurado del disco de friccion
Corte de metales por friccion
CORTE DE METALES CON DISCO ABRASIVO
Los discos para el corte de metales están constituidos básicamente por un
material abrasivo y un aglutinante como resinas sintéticas montadas sobre
un soporte flexible.
Cada tipo de disco de corte está fabricado con una sustancia particular de
estos abrasivos, de acuerdo al uso final que tenga el disco.
Los abrasivos mas utilizados por su bajo costo de producción son :
Oxido de Aluminio y el Carburo de Silicio.
Además de la dureza, otras características que definen a los materiales
abrasivos son: la friabilidad que se define como la capacidad de los granos
abrasivos para romperse o auto-afilarse bajo tensión, la tenacidad que es
la capacidad de los materiales de resistir al desgaste y la capacidad de
corte que es determinada filo de las aristas de los granos.
En la operación de corte se realiza generalmente en forma manual
( amoladora) o bien la piedras van colocada en una maquina sensitiva.
Amoladora Inalambrica
MAQUINA SENSITIVA DE MESA
ELEMENTOS DE PROTECCION PERSONAL
Zapatos de seguridad
Guantes de cuero tipo mosquetero
Delantal de cuero
Protector auditivo
Protector facial
Respirador en corte o desbaste de materiales que produzcan polvo
2 - Energía eléctrica
CORTE POR PLASMA
El fundamento del corte por plasma se basa en elevar la temperatura del
material a cortar de una forma muy localizada y por encima de los 30.000
ºC, llevando el gas utilizado hasta el cuarto estado de la materia, el plasma,
estado en el que los electrones se disocian del átomo y el gas se ioniza (se
vuelve conductor)
El procedimiento consiste en provocar un arco eléctrico estrangulado a
través de la sección de la boquilla del soplete, sumamente pequeña, lo que
concentra extraordinariamente la energía cinética del gas empleado,
ionizándolo, y por polaridad adquiere la propiedad de cortar. La ventaja
principal de este sistema radica en su reducido riesgo de deformaciones
debido a la compactación calorífica de la zona de corte. También es
valorable la economía de los gases aplicables, ya que a priori es viable
cualquiera, si bien es cierto que no debe de atacar al electrodo ni a la pieza.
El corte por plasma es muy recomendable para acero estructural,
inoxidable y otros metales no férricos. No se suele utilizar para
elementos de pequeño tamaño, porque es fácil que sufran deformación.
A diferencia del oxicorte, se puede usar en cualquier metal conductor,
incluido los de calibre delgado. Además de ser más versátil, este proceso
ofrece una relación coste-beneficio superior al oxicorte, al tener una
velocidad de corte mayor.
ESQUEMAS DE LA ANTORCHA PARA CORTE POR PLASMA
DESPIESE DE UNA ANTORCHA PARA CORTE POR PLASMA
Gases utilizados
El mejor gas a utilizar depende, principalmente, de tres razones:
calidad de corte, productividad y economía.
Para un corte más económico, el aire comprimido del taller , limpio y seco, es la mejor opción para el acero al carbono, acero inoxidable y aluminio.
Muchos fabricantes optan por sistemas de plasma con doble gas o
capacidad de gases múltiples. Esto significa que una variedad gases
plasma y de protección pueden ser utilizados para varias aplicaciones.
Las antorchas de gases múltiples ofrecen una mayor flexibilidad para los
talleres que cortan una variedad de materiales.
GUIA ILUSTRADA PARA LA SELECCIÓN DE GAS PLASMA
Gas
Plasma/proteccion
Acero al carbono Acero Inoxidable Aluminio
Aire / aire Buena calidad de corte/velocidad Económico
Buena calidad de corte/velocidad Económico
Buena calidad de corte/velocidad Económico
Oxigeno (O2)/ aire Exelente calidad de corte/velocidad.Muy poca escoria
No se recomienda No se recomienda
Nitrogeno(N2)/CO2 Calidad de corte regular, algo de escoria. Exelente duración de las piezas
Buena calidad de corte Excelente duración de las piezas
Buena calidad de corte Excelente duración de las piezas
Nitrogeno(N2)/aire Calidad de corte regular, algo de escoria. Excelente duración de las piezas
Buena calidad de corte Excelente duración de las piezas
Buena calidad de corte Excelente duración de las piezas
Nitrogeno(N2)/agua Calidad de corte regular, algo de escoria. Excelente duración de las piezas
Exelente calidad de corte. Exelente duración de las piezas
Exelente calidad de corte. Exelente duración de las piezas
Argon Hidrogeno/N2 No se recomienda Exelente en material mayor a ½ “
Exelente en material mayor a ½ “
CORTE MANUAL
CORTE POR PLASMA AUTOMATIZADO
CORTE POR ARCO ELÉCTRICO - AIRE
El corte por arco – aire es técnicamente un proceso de mecanizado por el
cual un potente chorro de aire a presión barre el metal de la zona de corte,
fundido por efecto de un arco eléctrico provocado con un electrodo situado
en la parte delantera de la zona de barrido.
El proceso arco-aire comprimido con electrodos de carbón es ampliamente
usado y más económico que los procesos usuales de oxicorte.
El equipamiento es el mismo que el necesario para la soldadura por arco,
salvo que el portaelectrodos incluye unos orificios para la salida del aire a
presión, y se necesita por tanto un caudal adicional de aire comprimido.
Las medidas de seguridad a mantener para el uso y mantenimiento de
estos equipos de corte son las mismas que para los de soldadura
eléctrica.
Los electrodos a utilizar están compuestos en un 90% por grafito y el resto
de carbono, recubiertos por una fina capa de cobre cuya misión es facilitar
el paso de corriente .
Este aire tiene que ser completamente seco y muy caudaloso, por lo que se
precisa de potentes compresores que lo filtren y proporcionen un volumen
de entre 700 y 1000 litros por minuto, lo que mantiene una presión de
trabajo de 6 kg/cm2.
Se necesita principalmente de corriente continua con polaridad inversa.
La primera evidencia de este corte, es que al ser necesario establecer un
arco eléctrico, el material a cortar ha de ser necesariamente conductor, lo
que reduce su aplicación a la gama de metales empleados en calderería
(acero, fundición, magnesio, aluminio).
Su principal ventaja es que su naturaleza de arco y gracias a su barrido de
aire le convierten en un sistema ideal para realizar limpiezas y levantar
cordones de soldadura
CORTE DE METALES POR OXICORTE
El término oxicorte indica la operación de corte del acero por medio de un
soplete alimentado por un gas combustible y oxígeno.
Esta operación se basa en la reacción fuertemente exotérmica de la
oxidación del hierro en presencia de oxígeno.
Para que un metal pueda experimentar esta operación deben cumplirse dos
condiciones:
a) que la reacción de oxidación sea exotérmica.
b) Que el óxido formado tenga una temperatura de fusión inferior a la del
metal.
El hierro y la mayor parte de sus aleaciones satisfacen estas dos
condiciones; sin embargo, para estas aleaciones, la formación de estos
óxidos más refractarios puede dificultar la operación. Así, para los aceros al
cromo, a partir de una cierta concentración en cromo, el acero presenta
dificultades de oxicorte debido a la formación de óxido de cromo que tiene
un punto de fusión muy alto respecto al del óxido de hierro y el hierro.
Soplete de corte.
El soplete de corte se compone, en principio de un soplete ordinario que
permite calentar un punto del acero a la temperatura de corte es decir de 1200
a 1300 °C y de un dispositivo que aporta el oxígeno necesario para la
oxidación del hierro; a este último se le da el nombre de oxígeno de corte,
mientras que a la llama del soplete destinada a mantener la reacción, se le da
el nombre de llama de calefacción.
El proceso de la operación es el siguiente: primeramente se regula
normalmente la llama de calefacción, como si procediéramos a soldar, y se
dirige sobre el lugar donde se desea realizar el corte.
En el momento en que la zona calentada se pone al rojo, se lanza el chorro de
oxígeno que atraviesa el metal proyectando óxido de hierro; de esta forma se
logra el cebado del corte; vasta entonces con desplazar el soplete a una
velocidad conveniente para que la operación continúe regularmente.
En cuanto a la llama de calefacción, puede ser cualquiera, puede utilizarse
cualquier otro combustible gaseoso en lugar de acetileno : hidrógeno, gas de
ciudad, butano, etc.
Los sopletes poseen un orificio con chorro central.
La llama de calefacción está constituida por gas combustible que sale por
orificios que rodean al conducto central por donde llega el oxígeno de corte.
La variación de la potencia de la llama se obtiene, bien por el intercambio de
las boquillas del eyector, bien, en cierta medida, por el aumento de la presión
de oxígeno.
Los sopletes con chorro central tienen la ventaja, como acabamos de decir, de
realizar cortes perfectos en todas direcciones.
Aplicaciones
El oxicorte se utiliza especialmente cuando es necesario cortar chapas y
barras de material férrico de espesores considerables .
Es de bajo costo respecto al oxicorte.
No necesita energía eléctrica , con lo cual se puede transportar a cualquier
lugar.
Ademas es posible cortar ,( con sopletes especialmente desarrollados)
metales bajo el agua hasta 10 mts de profundidad. Para mayores
produndidades se reemplaza el acetileno por hidrogeno.
EQUIPO OXIACETILENO
CORTE MANUAL
SOPLETE MONTADO SOBRE UN CARRO DE ARRASTRE
LANZA TERMICA
FUNCIONAMIENTO Consiste en un tubo de hierro, de diámetro y longitud convenientes.
El diametro ideal según las prácticas efectuadas es el que se encuentra
entre los 15 y 25 mm. de diámetro.
El interior del tubo va relleno de un haz de varillas de hierro , con el fin de
canalizar el flujo de oxigeno e impedir turbulencias que pudieran tender a
favorecer retornos de materiales en fusión.
Conocida es la propiedad que tiene el hierro para entrar en combustión, en
presencia del oxigeno.
La lanza formada según descripción anterior, se acopla mediante rosca en
otro sistema adecuado a un soporte con válvula generalmente de cobre (u
otro material no oxidante) que permite al operario el cierre o paso de
oxígeno según secuencia a realizar.
Este soporte se conecta mediante manguera a la fuente de suministro de
oxígeno a presión, controlada mediante regulador. las presiones de trabajo
son variables, siendo las más apropiadas, las comprendidas entre los 5 y
10kg/cm2.
Para iniciar el proceso, es preciso calentar al rojo vivo, mediante soplete
oxiacetilénico auxiliar, el extremo libre de la Lanza termica y seguidamente,
abrir el paso de oxígeno a circular por el interior de la lanza.
De esta manera se inicia la ignición en la punta de lanza que queda
dispuesta para realizar el trabajo. En este momento la temperatura en la
punta es de 4000º a 5000º C.
Ventajas
Desarme y corte de múltiples materiales. ( aceros y sus aleaciones
hormigón, aluminio).
Relativamente silencioso, salvo el silbido del gas bajo presión.
Sin efectos mecánicos ni vibraciones.
Rapidez de puesta en servicio y de ejecución.
Máquina sencilla (botellas de gas y lanzas).
Inconvenientes
Difícil protección del operario. Humos. Personal altamente entrenado y conocedor de la tarea técnica. Fuerte energía irradiada.
4 - Energía de presión
CORTE DE METALES MEDIANTE CHORRO DE AGUA
La tecnología básica es simple y sin embargo, complicada al mismo tiempo.
En su nivel más básico, el agua circula desde la bomba al cabezal de corte.
Sencillo de entender, operar y mantener.
El proceso, sin embargo, incorpora materiales e ingeniería sumamente
complejos. En la actualidad, las bombas trabajan a presiones nominales de
entre 4100 y 6500 bar.
En la máquina-herramienta de chorro de agua, el agua a presión al cabezal
de corte a través de conducciones de ultra-alta presión.
En el cabezal de corte, una válvula de corte accionada neumáticamente
hace que el agua pase a través un orificio de pequeño diámetro, creando
así un flujo de agua supersónico.
Aun siendo la presión muy elevada, el chorro de agua realmente no cortan
solamente gracias a la presión, si no empleando la relación de esta con la
velocidad.
La presión se convierte en velocidad cuando el agua atraviesa el orificio del
cabezal de corte. Cuanto mayor es la presión, mayor es la velocidad del
flujo.
A 6500 bar, el chorro de agua se desplaza a casi 4000 km/h, más de tres
veces más rápido que la velocidad del sonido.
Aplicaciones
Corte por chorro de agua pura
El corte por chorro de agua pura fue el primer método de corte empleando
agua que se utilizó. Proporcionando siempre una geometría sumamente
detallada y una alta velocidad de corte, es capaz de funcionar las 24 horas
del día. Entre los mayores usos del corte por chorro de agua pura en la
actualidad se encuentran materiales como las juntas, espuma, pañales
desechables, papel tisú, plástico, moqueta y alimentos.
Corte por chorro de agua con abrasivo
El chorro de agua con abrasivo incorpora en el cabezal de corte una
mezcla agua pura y un abrasivo, que se utiliza para cortar materiales duros
como metales, materiales cerámicos, piedra, vidrio y materiales
compuestos.
Para evitar el paso de barro a través de la bomba, el abrasivo se mantiene
limpio y seco en una tolva de transferencia y se incorpora al cabezal de
corte en el último momento. Una vez en el cabezal de corte, el agua acelera
el abrasivo y este sale del tubo de mezcla tal como lo haría un proyectil al
salir de un rifle. Por lo tanto, estamos ante una mezcla de agua, abrasivo y
un poco de aire.
El proceso utiliza aproximadamente 4 l/min de agua y 0,45 kg/min de
abrasivo.
Los tamaños del grano del abrasivo varían desde el 50 al 220, pero el más
común es el grano 80.
5 - Energía electromagnética
CORTE LASER
Todo se remonta a 1917, cuando Albert Einstein describió que, si se
estimulaban los átomos de una sustancia, éstos podían emitir una luz
con igual longitud de onda. Este proceso se conoce también como
emisión estimulada. Sin embargo, para tener una plataforma capaz de
producir un láser, se requiere amplificar esa emisión estimulada.
La palabra LASER significa Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation, que traducido al español quiere
decir: amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación.
El laser es una onda electromagnética ( compuesto por un campos
eléctrico y magnéticos oscilantes ) y como tal transportan energía, y
cuando se propagan a través del espacio pueden transferir energía a los
objetos que se encuentran en su camino.
Propiedades básicas de la luz laser:
* La luz es coherente . Los rayos individuales de luz laser mantienen una
relación de fase constante. Dando lugar a una interferencia no destructiva.
*La luz es monocromática . La luz laser tiene un rango pequeño de
longitudes de onda.
*La luz tiene un ángulo pequeño de divergencia .La luz se dispersa muy
poco incluso para grandes distancias.
El corte con láser es una técnica empleada para cortar piezas
de chapa caracterizada en que su fuente de energía es un láser que
concentra luz en la superficie de trabajo.
El corte por haz láser es un proceso de corte térmico que utiliza fundición o
vaporización altamente localizada para cortar el metal con el calor de un
haz de luz coherente, generalmente con la asistencia de un gas de alta
presión por ejemplo oxígeno, nitrógeno o argón.
Se utiliza un gas de asistencia para eliminar los materiales fundidos y
volatilizados de la trayectoria del rayo láser.
Con el proceso de rayo láser pueden cortarse materiales metálicos y no
metálicos
Ventajas
Precisión de corte , accionamiento robotizado.
Desventajas
Alto costo de inversión inicial.
Cuanto más conductor del calor sea el material, mayor dificultad habrá para
cortar.
. El láser afecta térmicamente al metal pero si la graduación es la correcta
no deja rebaba.
Las piezas a trabajar se prefieren opacas y no pulidas porque reflejan
menos.
Los espesores más habituales varían entre los 0,5 y 6 mm para acero y
aluminio.
Los potencias más habituales para este método oscilan entre 3000 y 5000
W.
Los 3 tipos de láseres más usados son :
Láser CO2,
Láser YAG (Nd) Material cristalino
Láser por fibra óptica.
La primera diferencia de estos láseres es la longitud de onda:
La onda del láser Yag es de (1.064 micras)
La onda del láser de fibra óptica es de (1.064 micras)
La onda del láser CO2 es de (10.060 micras)
Esto traduce que el punto de foco de luz del láser YAG y laser de fibra
óptica es diminuto, creando una alta precisión y presión en el área de
trabajo y sobre el material, lo que le permite grabar con gran precisión y
cortar con una capacidad de potencia y calor más concentrada que la que
produce un láser CO2.
La segunda gran diferencia es la durabilidad.
El láser CO2 1000 horas hasta 15.000 horas de trabajo.
El láser YAG 8000 a 15.000 horas
El láser fibra óptica desde 80.000 horas hasta 100.000 horas
Sin duda la mejor elección en costo beneficio para corte de metales.
Tecnologías de Fabricación avanzadas
Mecanizado por ultrasonido Rotatorio
El mecanizado por ultrasonidos rotatorio se aplica a los materiales duros y
frágiles como las cerámicas técnicas, los vidrios, metales endurecidos,
Silicio, piedras preciosas, etc.
El proceso del mecanizado por ultrasonidos rotatorio (Rotary Ultrasonic
Machining-RUM) es un avance tecnológico del clásico mecanizado por
ultrasonidos (Ultrasonic Machining-USM).
Se basa en la eliminación de material mediante la combinación de giro y
vibración en dirección axial de una herramienta, generalmente de diamante
que, a su vez, se alimenta con una corriente interna-externa de fluido de
corte.
El término “ultrasonidos” es debido a que la vibración se produce a una
frecuencia próxima a los 20kHz (vibra unas 20.000 veces por segundo),
frecuencia que está en el rango de los ultrasonidos. Se emplean regímenes
de giro de entre 1000 y 6000rpm, y la vibración axial tiene una de amplitud
1-35µm.
Mecanizado Mixto fresado / laser
La tecnología del mecanizado por láser posibilita el mecanizado de figuras y
piezas de pequeñas dimensiones, permitiendo obtener esquinas vivas y
agujeros de pequeño diámetro, es decir, formas geométricas que no es
posible o es muy costoso obtener mediante procesos convencionales.
BIBLIOGRAFIA
SERWAY JEWET – Física II
ESAB – Equipos de Soldadura y Corte
Técnicas de Oxicorte - UTN
Lincol Electric – Equipos de soldadura y corte.
Maquinas y herramientas modernas – Mario Rossi
Manual del Ing. Químico Perry
Interempresas. net
Asignatura : SOLDADURA ( HST) – Ing. Scotti José Manuel
