Corte por plasma Procesos modernos de corte Ing. J. Gpe. Octavio Cabrera Lazarini M.C.
Contenido 0 Historia 1 Fundamentos físico-químicos 2 Proceso de corte con plasma 3 Características del proceso 4 Equipo necesario 5 Variables del proceso 5.1 Gas-plasma 5.2 Arco eléctrico 6 Tipos de corte por plasma 6.1 Corte por plasma por aire 6.2 Corte con inyección de agua 6.3 Corte con inyección de oxigeno 6.4 Corte con doble flujo 7 Ventajas respecto al proceso de oxicorte
Corte por plasma Éxito:1930 soldadura por arco eléctrico, construcción de barco (mejoras posteriores) corriente alterna y protección como fundente granulado. 40 s soldadura con protección gaseosa (helio) y electrodo no consumible de wolframio (TIG). En 1954 se descubre que aumentando el flujo del gas y reducir la abertura de la boquilla utilizada en TIG, se obtiene un chorro de plasma: capaz de cortar metales, proceso de corte por plasma.
Antorcha para el corte por plasma
Fundamentos físico-químicos En la naturaleza la materia se encuentras 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 salir de su órbita del núcleo del átomo, generando iones de carga positiva. Calentando un gas a temperaturas cercanas a 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: un conductor eléctrico gaseoso con alta densidad de energía.
Fundamentos físico-químicos
Proceso de corte con 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 C, llevando el gas hasta el plasma. El procedimiento consiste en provocar un arco eléctrico estrangulado a través de la sección de la boquilla del soplete, sumamente pequeña, lo que concentra la energía cinética del gas, ionizándolo, lo que le permite cortar. 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 compactación calorífica de la zona de corte.
Proceso de corte con plasma
Características del proceso Es usable para el corte de cualquier material metálico conductor, y mas especialmente en acero estructural, inoxidables y metales no ferrosos. Como proceso complementario en trabajos especiales: producción de series pequeñas, piezas tolerancias muy ajustadas, mejores acabados, baja afectación térmica del material (alta concentración energética). El comienzo del corte es prácticamente instantáneo y produce una deformación mínima de la pieza. Permite cortar a altas velocidades 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 ampers. Una de las características más reseñables es que se consiguen cortes de alta calidad y muy buen acabado.
Equipo necesario Generador de alta frecuencia alimentado por energía eléctrica, Gas para generar la llama de calentamiento, y que más tarde se ionizará (argón, hidrógeno, nitrógeno), Electrodo y portaelectrodo que dependiendo del gas puede ser de tungsteno, hafnio o circonio, Pieza a mecanizar.
Equipo necesario
Variables del proceso Gas empleado. Caudal y presión del gas. Distancia boquilla pieza. Velocidad del corte. Energía empleada o intensidad del arco. Caudal, presión, la distancia boquilla-pieza y la velocidad del corte se pueden ajustar en las máquinas según cada pieza a cortar.
Gas-plasma Los principales gases que se utilizan como gases plasmágenos son, argón, nitrógeno (calidad del corte y garantiza una durabilidad de la boquilla) y aire, o mezcla de estos gases. El chorro del gas plasma se compone de dos zonas: Zona envolvente, que es una capa anular fría sin ionizar que envuelve la zona central (permite refrigerar la boquilla, aislarla eléctricamente y confinar el arco). Zona central, 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 (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.
Tipos de corte por plasma Corte por plasma por aire Corte con inyección de agua Corte con inyección de oxígeno Corte con doble flujo
Corte por plasma por aire En 1963 se introduce. El oxígeno del aire aumenta las velocidades de corte en un 25 por ciento en relación con el corte tradicional por plasma seco Desventaja: superficie de corte muy oxidada y una rápida erosión del electrodo que está dentro de la boquilla de corte.
Corte con inyección de agua En 1968, Dick Couch, inventa el corte con inyección de agua, un proceso que implicaba inyectar radialmente agua en la boquilla. El resultado final fue corte mejor y más rápido, así como con menos escoria. Este proceso también utiliza como gas nitrógeno pero como protector utiliza una capa de agua.
Corte con inyección de oxígeno En 1983 se desarrolla una nueva técnica que implica la utilización de oxígeno como gas de corte y la introducción de agua por la punta de la boquilla. Este proceso denominado corte por plasma con inyección de oxígeno ayuda a solucionar los problemas del rápido deterioro de los electrodos y la oxidación del metal.
Corte con doble flujo Este es el sistema convencional o stándard, de alta velocidad que utiliza como gas-plasma nitrógeno y como gas protector puede emplearse bióxido de carbono o bien oxígeno.
Ventajas vs. oxicorte Tiene un espectro de aplicación sobre materiales más amplio. Su costo operativo es sensiblemente inferior Facilidad de su operación hace posible trabajar en corte manual. Corta metales con espesores pequeños, con oxicorte no sería posible. Otras desventajas del oxicorte son la baja calidad de corte y el efecto negativo sobre la estructura molecular, al verse afectada por las altas temperaturas. Brinda mayor productividad toda vez que la velocidad de corte es mayor (hasta 6 veces mayor vs. Oxicorte). Mayor precisión y limpieza en la zona de corte.