Tecn - Copia

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Universidad andina del cusco

Universidad andina del cusco

1. INTRODUCCINEl origen del corte por arco de plasma data del 1909 cuando el Alemn Schonherr cre un dispositivo con vrtice de gas estabilizado. En esta unidad el gas se soplaba tangencialmente dentro de un tubo a travs del cual pasaba el arco, la fuerza centrfuga del gas estabilizaba el arco a lo largo del eje del tubo mediante la creacin de un ncleo de baja presin axial. Podan producirse arcos de varios metros de largo.En el ao 1922 encontramos un nuevo intento de construccin de un equipo como tal para el corte por plasma cuando Gerdien y Lots, siguiendo las ideas anteriores, construyeron un dispositivo donde el agua entraba tangencialmente al tubo, el arco pasaba a travs de este y el agua lo concentraba aumentando su temperatura, este dispositivo no tubo aplicacin en la prctica debido al rpido consumo de electrodos y al vapor de agua generado, pero fue el padre de los equipos actuales. No es hasta los aos 50 cuando el mtodo de corte por plasma surge como tal, para el corte de lminas y chapas de acero.Uno de los descubrimientos que ms contribuy al desarrollo actual del mtodo lo aport en 1953 Gotc, quien observ la similitud entre un arco elctrico largo y una llama de gas ordinario. Sus esfuerzos por controlar el calor y la intensidad del arco lo llevaron al desarrollo de una antorcha para el arco por plasma que fue la base de la usada en la actualidad.Con el desarrollo del mtodo se obtienen velocidades de corte muy elevadas, sobre todo en materiales de poco espesor. Con el desarrollo de la electrnica y la tcnica se ha logrado disminuir el costo de inversin de estos equipos lo cual era una de sus principales limitaciones. En la actualidad existen equipos pequeos en el mercado, simples y econmicos los cuales convierten el corte por plasma en una alternativa viable al oxicorte. No obstante ser en la actualidad ms barata estos equipos, todava su costo resulta un poco caro para la obtencin, por parte de nuestras empresas, de estos productos. Es por eso que surge este trabajo, como parte de un proyecto abarcador que pretende disminuir an ms el costo de inversin de estos equipos para de esta forma ser adquiridos por nuestras empresas.

2. EL PLASMAPor lo general, pensamos que la materia se encuentra en tres estados naturales: lquido, slido y gaseoso. Sin embargo la materia se puede encontrar en un cuarto estado: el plasma. Este estado de la materia es muy diferente al estado gaseoso, debido a sus condiciones y caractersticas.El estado plasma se presenta cuando un gas se somete a temperaturas muy altas, lo que hace que sus electrones sean liberados del tomo y floten alrededor del gas. Es el estado ms abundante en el universo, ya que todo lo que podemos observar en el espacio exterior est constituido por plasma.El estado plasma se puede clasificar en artificial o natural. El plasma artificial se puede encontrar en aquellos elementos producidos por el ser humano con diferentes fines; por ejemplo en la elaboracin de bombillas y tubos fluorescentes para la iluminacin. En el entretenimiento se utiliza en la fabricacin de televisores y monitores plasma. En la industria metalmecnica, el estado plasma se emplea como mecanismo de soldadura para unir piezas metlicas. En la aeronutica espacial, se puede observar en la materia que expulsan los cohetes en los despegues. La materia en estado plasma tambin se utiliza en los recubrimientos de naves espaciales que las protegen cuando ingresan a la atmsfera terrestre.El estado plasma de origen natural se puede encontrar en fenmenos como la aurora boreal y los rayos; tambin lo encontramos en la ionosfera. El estado plasma est presente en las estrellas, como el Sol, en los vientos solares y en las nebulosas.

3. CORTE POR PLASMA

Este proceso usa un arco elctrico concentrado el cual funde el material a travs de un haz de plasma de muy alta temperatura. Cualquier material conductivo puede ser cortado con este sistema. ESAB CUTTING SYSTEMS ofrece equipos para corte por plasma con potencias desde 20 hasta 1000 amperios para cortar materiales desde 0,5 hasta 160mm. de espesor. Los gases plasmaticos que pueden usarse son aire comprimido, nitrgeno, oxigeno o argn/hidrogeno, para cortar materiales tales como el acero al carbono, aceros de alta aleacin, inoxidables, aluminio, cobre, etc.

La tecnologa deuniones de piezas metlicas por arco elctricovio sus xitos en 1930 al construir un barco totalmente soldado en Carolina del Sur en Estados Unidos, aos despus se introdujo mejoras en el proceso como corriente alterna, y se utiliz proteccin como fundente granulado.En los aos 40 se introdujo el primer proceso con proteccin gaseosa empleando un electrodo no consumible dewolframioyheliocomo gas protector, recibi el nombre de TIG (Tungsten Inert Gas).En 1954, cientficos descubren que al aumentar el flujo del gas y reducir la abertura de la boquilla utilizada en lasoldadura TIG, se obtiene un chorro deplasma. Este chorro es capaz de cortar metales, lo que dio lugar al proceso decorte por plasmaconocido hoy en da.3.1. Fundamentos fsico-qumicosEn la naturaleza podemos encontrar materia en forma slida, lquida o vapor, el plasma es el cuarto estado de la materia.A muy elevadas temperaturas, los electrones tienen suficiente energa como para escapar de su rbita alrededor del ncleo del tomo, generando iones de carga positiva.El plasma es el estado en el que se encuentran las estrellas por su elevada temperatura. En la atmsfera terrestre solo podemos conseguir el plasma por medios artificiales.Al calentar un gas a temperaturas del orden de 50.000 C los tomos pierden electrones. Estos electrones libres se colocan en los ncleos que han perdido sus propios electrones, convirtindose as en iones. De esta forma el gas se convierte en plasma y por consecuencia tendremos un conductor elctrico gaseoso con alta densidad de energa.3.2. Proceso de mecanizado con plasmaEl 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 20.000 C, llevando el gas utilizado hasta el cuarto estado de la materia, el plasma, estado en el que los electrones se disocian del tomo y el gas se ioniza (se vuelve conductor).El procedimiento consiste en provocar un arco elctrico estrangulado a travs de la seccin de la boquilla del soplete, sumamente pequea, lo que concentra extraordinariamente la energa cintica del gas empleado, ionizndolo, y por polaridad adquiere la propiedad de cortar.Resumiendo, el corte por plasma se basa en la accin trmica y mecnica de un chorro de gas calentado por un arco elctrico de corriente continua establecido entre un electrodo ubicado en la antorcha y la pieza a mecanizar. El chorro de plasma lanzado contra la pieza penetra la totalidad del espesor a cortar, fundiendo y expulsando el material.La ventaja principal de este sistema radica en su reducido riesgo de deformaciones debido a la compactacin calorfica de la zona de corte. Tambin es valorable la economa 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.No es recomendable el uso de la cortadora de plasma en piezas pequeas debido a que la temperatura es tan elevada que la pieza llega a deformarse.

3.3. Caractersticas del proceso

Esta moderna tecnologa es usable para el corte de cualquier material metlico conductor, y ms especialmente en acero estructural, inoxidables y metales no frricos.El corte por plasma puede ser un proceso complementario para trabajos especiales, como pueden ser la produccin de pequeas series, la consecucin de tolerancias muy ajustadas o la mejora de acabados.Tambin se produce una baja afectacin trmica del material gracias a la alta concentracin energtica del arco-plasma. El comienzo del corte es prcticamente instantneo y produce una deformacin mnima de la pieza.Este proceso permite mecanizar a altas velocidades de corte y produce menos tiempos muertos, (no se necesita precalentamiento para la perforacin).Permite espesores de corte de 0.5 a 160 milmetros, con unidades de plasma de hasta 1000 amperios.El corte por plasma tambin posibilita mecanizados en acero estructural con posibilidad de biselados hasta en 30 milmetros.Una de las caractersticas ms reseables es que se consiguen cortes de alta calidad y muy buen acabado.

4. Variables del proceso Las variables del proceso son: Gases empleados. El caudal y la presin de los mismos. Distancia boquilla pieza. Velocidad del corte. Energa empleada o intensidad del arco.Las variables como el caudal, la presin 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 segn cada pieza a cortar. Su calidad varia en funcin del control de esos parmetros para conseguir mejor acabado de las piezas y mayor productividad.

4.1. Gas-plasmaLos principales gases que se utilizan como gases plasmgenos son, argn, nitrgeno y aire, o mezcla de estos gases, en general se utiliza el nitrgeno por su mejor comportamiento respecto a la calidad del corte y garantiza una durabilidad de la boquilla. El chorro del gasplasma utilizado en el proceso se compone de dos zonas:Zona envolvente, que es una capa anular fra sin ionizar que envuelve la zona central. Al ser fra conseguimos refrigerar la boquilla, aislarla elctricamente y confinar el arco de la regin de la columna-plasma.La zona central, que se compone por dos capas, una perifrica constituida por un anillo de gas caliente no suficientemente conductor y la columna de plasma o el ncleo donde el gas-plasma presenta su ms alta conductividad trmica, la mayor densidad de partculas ionizadas y las ms altas temperaturas, entre 10.000 y 30.000 C. 4.2. El arco elctricoLa utilizacin del arco abierto puede mejorarse pasando el arco a travs de un orific io, el avance ms notable es la estabilidad en la direccin del chorro de plasma. Un arco convencional se descarga sobre la conexin de trabajo ms cercana al suministro de energa y s deflecta mediante campos magnticos de baja potencia; mientras que un chorro de plasma uniforme tiende a ir en la direccin en que se apunte y es menos afectado por los campos magnticos. Las altas densidades de energa que se producen a travs de la constriccin del arco se traducen en una alta densidad de temperatura en el arco de plasma, lo que revela que su principal ventaja no es la temperatura que se logra sino la estabilidad direccional y la focalizacin del arco de plasma, adems de su relativa insensibilidad a las variaciones de la distancia de la antorcha a la superficie de trabajo. El uso con efectividad del arco de energa suministrada, el grado de colimacin del arco, su fuerza y su densidad de energa en la pieza de trabajo estn en funcin de los siguientes factores: Corriente de plasma. Dimetro y forma del orificio. Tipo de gas utilizado. Razn de fluido del gas. Tipo de gas de pantallaLas diferencias fundamentales en el trabajo con metales aparecen mediante la relacin de estos 5 factores, stos se pueden ajustar para brindar energas trmicas muy altas o muy bajas. En el caso del corte se usa alta velocidad del chorro, un pequeo dimetro del orificio, una alta razn de fluido del gas y un gas que tenga una alta conductividad trmica

4.3. Tipos de arco.Existen dos tipos de arco: Arco transferido. Arco no transferido.4.3.1. el arco transferido El arco se transfiere de un electrodo a la pieza de trabajo que es parte del circuito elctrico y el calor se obtiene del nodo, situado en la pieza de trabajo, as como del chorro de plasma. Con el arco no transferido este se estabiliza y se mantiene entre el orificio de constriccin y el electrodo, el arco se fuerza a pasar a travs del orificio por el chorro de plasma, la pieza de trabajo no est en el circuito del arco y el calor utilizado solo se obtiene del chorro de plasma. El arco transferido tiene la ventaja de transferir una mayor energa al trabajo.

4.3.2. El arco no transferido puede ser utilizado en el corte y unin de piezas de trabajo no conductoras o para aplicar donde sean necesarias bajas concentraciones de energa. En el caso de la existencia de un insuficiente fluido a travs del orificio o una corriente de arco demasiada alta para una determinada forma de boquilla o si esta llega a hacer contacto con la pieza de trabajo puede afectarse por el llamado fenmeno de doble arco. En este fenmeno la boquilla metlica de la antorcha forma parte del flujo de corriente del electrodo al suministro de energa y el calor generado afecta la boquilla. La naturaleza de la columna del arco de plasma constricto lo hace menos sensible a la variacin de su longitud que en el proceso de arco comn. Debido a que el arco no constricto tiene forma cnica el rea de entrada de calor a la pieza vara cuadrticamente en relacin con la longitud de ste, por lo que un pequeo cambio en la longitud del arco produce una variacin considerable en la relacin de 5. TIPOS DE CORTE POR PLASMA

Corte por plasma por aire Corte con inyeccin de agua Corte con inyeccin de oxgeno Corte con doble flujo

5.1. Corte por plasma por aireEn el ao 1963 se introduce el corte por plasma por aire. El oxgeno del aire aumenta las velocidades de corte en un 25 por ciento en relacin con el corte tradicional por plasma seco, sin embargo, tambin conlleva una superficie de corte muy oxidada y una rpida erosin del electrodo que est dentro de la boquilla de corte.Corte con inyeccin de aguaEn 1968, Dick Couch, presidente de Hypertherm, inventa el corte con inyeccin de agua, un proceso que implicaba inyectar radialmente agua en la boquilla. El resultado final fue corte mejor y ms rpido, as como con menos escoria. Este proceso tambin utiliza como gas nitrgeno pero como protector utiliza una capa de agua.Corte con inyeccin de oxigenoEn 1983 se desarrolla una nueva tcnica que implica la utilizacin de oxgeno como gas de corte y la introduccin de agua por la punta de la boquilla. Este proceso denominado corte por plasma con inyeccin de oxgeno ayuda a solucionar los problemas del rpido deterioro de los electrodos y la oxidacin del metal.Corte con doble flujoEste es el sistema convencional o stndard, de alta velocidad que utiliza comogas-plasmanitrgeno y como gas protector puede emplearsedixido de carbonoo bienoxgeno.

6. Cmo funciona el cortador de plasma CNC?Los cortadores de plasma funcionan mediante el envo de un arco elctrico a travs de un gas que pasa a travs de una abertura estrecha. El gas puede ser de nitrgeno, argn, oxgeno. etc. Esto eleva la temperatura del gas hasta el punto que entra en un cuarto estado de la materia. Todos estamos familiarizados con los tres primeros: slido, lquido, y gaseoso. Los cientficos a este cuarto el estado del plasma. A medida que el corte de metal ste forma parte del circuito, la conductividad elctrica del plasma hace que el arco para transferir el trabajo.La abertura restringida (boquilla), el gas pasa a travs de l causa de apretar por a una velocidad alta, como el aire que pasa a travs de un Ventura en un carburador. Estos cortes de gas a alta velocidad a travs del metal fundido. El gas se dirige tambin alrededor del permetro de la zona de corte para proteger el corte.En muchos de los cortadores de plasma de hoy en da, un arco piloto entre el electrodo y la boquilla se utiliza para ionizar el gas e inicialmente generar el plasma antes de la transferencia de arco.Otros mtodos que se han utilizado son tocando la punta de la antorcha a los trabajos para crear una chispa, y el uso de un circuito de alta frecuencia de partida (como la chispa de un enchufe). Ninguno de estos dos ltimos mtodos es compatible con los cortes automatizados de CNC.El corte por plasma es un proceso vital para cualquier taller de fabricacin de metal. A diferencia de los que usan carburantes de oxigeno, el plasma puede cortar acero inoxidable, aluminio y bronce, as como acero carbonatado.6.1. Los cortadores de plasma Hypertherm Hypertherm, Inc. USA fundado en 1968, es la marca lder en el mundo de la tecnologa de corte por plasma. Tienen casi 40 aos de experiencia en investigacin y desarrollo, desarrollaron varias patentes hiper trmicas; diferentes tecnologas de corte que han jugado un papel muy importante en la era de los cortes por plasma.

6.2. El cortador de plasma por Thermadyne Thermal Dynamics ha sido una operacin realizada durante mas de 5 dcadas es como un pionero en los sistemas de corte por plasma.Los sistemas de arcos con corte termodinmico por plasma se puede utilizar para cortar prcticamente cualquier material, desde el calibre ligero hasta las 4 pulgadas (9,6 cm) de espesor, y el rango de las altamente porttiles unidades de 100V para HVAC funcionan a la velocidad ms sofisticada, las altas definiciones de los sistemas de corte por plasma, para las fabricaciones ms precisas.

6.3. Suministros de cortadores de plasma domstico:Durante muchos aos de desarrollo, los cortadores de plasma domsticos de China tiene una gran apoyo por parte del gobierno chino, ahora tiene una mejor calidad para hacer las trabajos de corte pesados, lo ms importante es que los cortadores de plasma domsticos de China tiene un buen rendimiento y una excelente calidad-precio.Caractersticas y Beneficios1. Diseo porttil y fcil manejo, apropiado para el corte de chapa delgada.2. Superficie de corte suave y pequea deformacin.3. Este corte funciona mediante el uso de aire comprimido por plasma; no hay polucin y es econmico. La velocidad de corte es la misma que en la placa de acero espesa, es 3 veces ms rpido que el cortado con llama; cuesta un tercio menos que ste, rpida velocidad de corte de metal por debajo de 30 mm de espesor.4. Aplicable para cortar en todos los materiales tales como acero carbonatado, aluminio, cobre, zinc, metal revestido, hierro fundido, etc.5. Cubierta de Metal/Plstico disponible para el corte.

7. CONCLUSIONESEl corte por plasma se efecta a travs de un arco elctrico que calienta el gas y lo convierte en plasma. En el arco elctrico ocurren tres procesos electrofsicos que son: emisin electrnica, ionizacin y recombinacin. Los electrones por tener menor masa que los iones, se mueven a mayor velocidad, siendo la corriente mayoritaria en el arco garantizada por los electrones. La existencia de iones negativos se debe fundamentalmente a la presencia de halgenos y oxigeno, cuyos tomos tienen gran afinidad hacia los electrones y provocan la desionizacin del arco.La influencia particular de cada uno de los fenmenos electrofsicos presentes en el arco puede conocerse por separado mediante experimentos de laboratorio, pero como actan un conjunto de factores se hace muy difcil su estudio sin el empleo de computadoras de registro y anlisis de sus caractersticas. Para la construccin de una fuente para la soldadura o corte por Plasma se recomiendo el empleo de inversores de potencia.

8. Bibliografa

http://voluntad.com.co/zonactiva/images/pdfampliacion/ciencias_naturales/cuarto/za_elestado_c426.pdfhttp://procesoscorteciateq.wikispaces.com/file/view/Corte+por+Plasma.pdfhttp://www.esab.com/es/sp/education/procesos-corte-plasma.cfm1