Índice
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Introducción de corte con plasma Objetivo Fundamentos físico-químicos
Proceso de mecanizado con plasma
Características del proceso
Equipo necesario
Variables del proceso
o
Gas-plasma
o o
Arco eléctrico
o
Tipos de corte por plasma
o
Corte por plasma por aire
o o
Corte con inyección de agua
o o
Corte con inyección de oxigeno
o o
Corte con doble flujo
o
Ventajas respecto al proceso de oxicorte
Bibliografía
Enlaces externos
Introducción
Corte por plasma
Antorcha para el corte por plasma.
La tecnología de uniones de piezas metálicas por arco eléctrico vio sus éxitos en 1930 al construir un barco totalmente soldado en Carolina del Sur en Estados Unidos, años después se introdujo mejoras en el proceso como corriente alterna, y se utilizó protección como fundente granulado. En los años 40 se introdujo el primer proceso con protección gaseosa empleando un electrodo no consumible de wolframio y helio como gas protector, recibió el nombre de TIG (Tungsten Inert Gas ). En 1954 Los científicos descubren que, al aumentar el flujo del gas y reducir la abertura de la boquilla utilizada en la soldadura TIG, se obtiene un chorro de plasma. Este chorro es capaz de cortar metales, lo que dio lugar al proceso de corte por plasma conocido hoy en día.
Fundamentos físico-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.
Proceso de mecanizado con plasma
Boquilla para la formación de gas ionizado.
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 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. Resumiendo, el corte por plasma se basa en la acción térmica y mecánica de un chorro de gas calentado por un arco eléctrico 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 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.
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 buén 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 portaelectrodo 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.
Tipos de corte por plasma Corte por plasma por aire En el año 1963 se introduce el corte por plasma por aire. El oxígeno del aire aumenta las velocidades de corte en un 25 por ciento en relación con el corte tradicional por plasma seco, sin embargo, también conlleva una 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, presidente de Hypertherm, 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 oxigeno 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 respecto al proceso de oxicorte
Robot realizando una aplicación de corte por plasma.
El corte con plasma a diferencia del oxicorte, tiene un espectro de aplicación sobre materiales más amplio. Su costo operativo es sensiblemente inferior al oxicorte y la facilidad de su operación hace posible trabajar en corte manual con plantillas de chapa con un acabado de la pieza prácticamente definitivo. Especialmente se puede destacar la versatilidad para cortar metales de espesores delgados, lo cual 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 y metales ferrosos al cromo-niquel (aceros inoxidables), además del aluminio y el cobre. Adicionalmente, el corte con plasma es un proceso que brinda mayor productividad toda vez que la velocidad de corte es mayor, dependiendo del espesor del material hasta 6 veces mayor, lo cual entrega una razón de cortebeneficioso mejor que el oxicorte. Además, con el corte por plasma conseguimos una mayor precisión y limpieza en la zona de corte que con el oxicorte convencional.
Bibliografía Apuntes bajados de Internet (google) Datos obtenidos de compañeros de trabajo
Objetivo
Los objetivos que se pretenden, es conseguir con este trabajo, son los de conocer y aprender sobre el sistema de corte por plasma. Y para ello se realiza este trabajo de investigación para preparar al alumno con un conocimiento más amplio para poder enfrentar el mundo laboral
Utiles y herramientas de trabajo
El aparato que se utiliza para el corte por plasma esta compuesto por las siguientes partes.
a) Cable de alimentación b) Empalme aire comprimido (rosca ¼” gas hembra) c) Interruptor de red d) Luz testigo de red y) Empuñadura regulación de presión f) Manómetro g) Led termostato h) Borne de masa i) Cubeta recoge condensación l) Led presión aire insuficiente m) Empuñadura de regulación de la corriente de corte n) Led de desbloqueo; se ilumina si se verifican condiciones peligrosas o) Led que se ilumina cuando se activa la función “SELF -RESTART PILOT” P) Pulsador para activar la función “SELF -RESTART PILOT” q) Antorcha plasma
Proceso de trabajo
A continuación se explicara paso por paso el proceso de trabajo maquina de corte por plasma.
con la
Conectar la alimentación del aire al empalme B. Si el aire de la instalación contuviese humedad y aceite en cantidad notable, seria conveniente utilizar un filtro secador para evitar una excesiva oxidación y desgaste de las partes de consumo, dañar la antorcha y que se reduzca la velocidad y calidad de corte. En el caso de que la alimentación de aire venga de un reductor de presión de un compresor de una instalación centralizado, el reductor deberá ser regulado a una presión de salida no superior a 8bar (0,8Mpa). Si la alimentación de aire proviene de una bombona de aire comprimido esta deberá ser equipada con un regulador de presión, no conectar nunca una bombona de aire comprimido directamente al aparato. La presión podría superar la capacidad del reductor y como consecuencia podría explotar. Conectar el cable de alimentación A: el conductor amarillo verde del cable debe ser conectado a una toma de tierra eficiente de la instalación; los restantes conductores deberán ser conectados a la línea de alimentación a través del interruptor colocado, posiblemente cerca de la zona de corte para permitir el apagado rápido en caso de emergencia. Asegúrese de que el pulsador start no esta presionado. Encender el aparato mediante el interruptor C. Esta operación será evidenciada por el encendido de la luz testigo D. Presionando por un instante el pulsador de la antorcha se acciona la apertura del flujo del aire comprimido. Dado que el arco no se ha encendido el aire sale de la antorcha durante 5 seg. En esta condición regular la presión indicada por el manómetro F, a 3,5 bar (0,35 Mpa) maniobrando la empuñadura Y del reductor, a continuacion bloquear dicha empuñadura presionando hacia abajo.
El circuito de corte no debe ser puesto deliberadamente en contacto directo o indirecto con el conductor de protección, sino en la pieza a cortar. Si la pieza en la que se trabaja se conectase deliberadamente a tierra a través del conductor de protección, la conexión deberá ser lo mas directa posible y realizada con un conductor de sección al menso igual a la del conductor de retorno de la corriente de corte y conectando a la pieza en el mismo punto del conductor de retorno utilizando el borne del conductor de
retorno
utilizando un segundo borne de masa situado inmediatamente cerca. Deberán tomarse todas las precauciones necesarias para evitar corrientes vagantes. Elegir, mediante la empuñadura M, la corriente de corte asegurese de que el borne de masa y la pieza estén en buen contacto eléctrico, particularmente con chapas pintadas, oxidadas o con revestimientos aislantes. No conectar la pieza de material que debe ser eliminado. Presionar el pulsador de la antorcha para encender el arco piloto. Si pasados 2 segundos no se iniciase el corte, el arco piloto se apagaría y por lo tanto para volver a encenderlo habría que pulsar de nuevo el pulsador.
Iniciar el corte como se indica en la figura 2ª, evitar el iniciar como se indica en la figura 2b. Mantener la antorcha vertical durante el corte. Completado el corte y después de haber soltado el pulsador, el aire continuara a salir de la antorcha durante aproximadamente 100 seg. para permitir que la antorcha se enfríe. No conviene apagar el aparato antes de que acabe este tiempo. Para cortar chapas agujereadas o enrejados activar la función “Pilot self restart” mediante el pulsador P (Led O encendido).
Al final del corte, manteniendo presionado el pulsador, el arco piloto se volverá a encender automáticamente. Utilizar esta función solo si fuera necesario para evitar un inútil desgaste de la tobera y el electrodo. En el caso de que se daban realizar agujeros o se deba iniciar el corte desde el centro de la pieza, se deberá disponer la antorcha en posición inclinada y lentamente enderezarla de forma que el metal fundido no venga salpicado sobre la tobera. Esta operación deberá ser realizada cuando se agujerean piezas de espesor superior a 3mm. A trabajo acabado, apagar la maquina.
