¿Qué es el corte por plasma?
es un proceso de fabricación de metal que utiliza gases ionizados calentados a temperaturas superiores a 20,0000 °C para fundir materiales metálicos. Este gas, expulsado a alta presión, funde el material y elimina material del corte.
Es importante señalar que este proceso solo funciona en materiales eléctricamente conductores como acero inoxidable, cobre, aluminio y otros metales. En otras palabras, el corte por plasma no puede cortar piedra, papel, vidrio y otros malos conductores de electricidad.
Esta técnica es insuperable en relación coste-efectividad cuando se trata de cortar metales gruesos. Además, es versátil y requiere bajos costos de mantenimiento de herramientas. También tiene una alta precisión de corte, lo que la hace ideal para cortar piezas con geometrías complejas.
Habiendo conocido brevemente qué es el corte por plasma, descubramos un poco sobre su historia.
Historia del corte por plasma
El proceso de corte por plasma existe desde 1957. Comenzó como una extensión del proceso GTAW (soldadura por arco de tungsteno con gas). Su uso principal inicialmente fue cortar placas de acero y aluminio con espesores entre media pulgada y seis pulgadas.
Los cortadores de plasma usados en esta época eran impredecibles y carecían de la precisión presente en los cortadores modernos. Además, los electrodos y boquillas usados se deterioraban rápidamente debido al calor experimentado durante el proceso. Cambiar boquillas y electrodos con frecuencia hacía que el corte por plasma en esta época fuera costoso.
Finales de los años 60
Sin embargo, a finales de los años 60 y principios de los 70, esta técnica experimentó un avance cuando los ingenieros crearon una antorcha de doble flujo. Esta antorcha ayudó a mejorar la vida útil de los electrodos y boquillas mientras aumentaba la calidad y precisión de los cortes.
Años 70
Los ingenieros usaron los años 70 para controlar los humos y vapores inicialmente experimentados durante el proceso de corte mediante la introducción de un silenciador y mesa de agua. También diseñaron mejores boquillas que ayudaron a mejorar la precisión del arco, dando a los operadores y maquinistas la opción de ajustar finamente.
Años 80
Los años 80 fueron un período de experimentación para los ingenieros mientras diseñaban e implementaban varias características nuevas. Estas características incluyen cortadores de plasma basados en oxígeno que ofrecen mejor control de corte variando los niveles de potencia. También se centraron en la portabilidad de la unidad de corte por plasma, haciéndola más ergonómica.
Desde los años 90 hasta la fecha
Para los años 90, los cortadores de plasma de alta definición estaban en el mercado debido al uso de procesos duraderos con oxígeno. Estos procesos duraderos con oxígeno combinados con un nuevo sistema de boquillas dieron a los cortadores de plasma de esta época la capacidad de cuadruplicar la densidad de energía de períodos anteriores.
Desde los años 90 hasta la fecha, el enfoque de los ingenieros ha estado en las opciones de potencia y controles y en mejorar la eficiencia. También han mejorado la precisión de los cortadores de plasma, con modelos actuales que ofrecen bordes más nítidos y cortes exactos. La portabilidad y la automatización son otros aspectos del cortador de plasma que los ingenieros han mejorado significativamente, ya que hay más unidades portátiles en circulación.
Ahora que sabemos cómo ha evolucionado el corte por plasma a lo largo de los años, ¿cómo funciona?
cómo funciona el corte por plasma
El corte por plasma el proceso implica usar calor para fundir un metal en lugar de corte mecánico. Los cortadores de plasma funcionan enviando un arco eléctrico a través de un gas. Este gas luego pasa por una abertura estrecha (boquilla). La abertura restringida hace que los gases se compriman a alta velocidad, formando plasma. Cortar una pieza de trabajo implica someter la punta de corte del cortador de plasma a la pieza. También hay que tener en cuenta que debido a la conductividad del plasma, es necesario conectar la pieza a tierra a través de la mesa de corte.
No todos los sistemas de corte por plasma funcionan de la misma manera. Sin embargo, existen tres tipos de procesos de corte.
Tres tipos de procesos de corte
Contacto de alta frecuencia: Esta es una forma de bajo presupuesto. Además, debido al riesgo de interferencia con equipos modernos por su alta frecuencia, este proceso no está disponible para cortadores de plasma CNC. El corte por contacto de alta frecuencia implica el uso de una chispa de alta frecuencia y alto voltaje; la chispa se forma cuando la antorcha de plasma entra en contacto con el metal a cortar. El contacto cierra el circuito, inicia la chispa y crea el plasma utilizado para el corte.
Arco piloto: En este proceso de corte, la creación de la chispa ocurre dentro de la antorcha mediante una combinación de circuito de baja corriente y alto voltaje. Esta chispa facilita la creación de un arco piloto, una pequeña cantidad de plasma. Al entrar en contacto con la pieza, el cortador de plasma crea el arco de corte, lo que permite al operario comenzar el proceso de corte.
Cabezal de antorcha de plasma con resorte: Para crear un cortocircuito, los operarios presionan la antorcha contra la pieza. Con el cortocircuito creado, la corriente comienza a fluir. Para establecer el arco piloto, los operarios liberan la presión.
Gas utilizado en el proceso
El tipo de gas utilizado durante el proceso depende del método de corte, el material a cortar y el espesor. Además de asegurar la formación de un chorro de plasma, el gas utilizado también debe ayudar a expulsar el material fundido y el óxido del corte. Los gases más comunes usados para el corte por plasma incluyen;
Argón
El argón es un gas inerte y su arco de plasma es estable. La estabilidad significa que este gas apenas reacciona con ningún metal a altas temperaturas. Los electrodos y boquillas usados para el corte con argón suelen tener una vida útil más larga que los usados con otros gases.
El gas argón tiene una limitación durante el corte debido a su bajo arco de plasma y entalpía. Además, es probable que haya problemas de escoria al cortar usando argón en un ambiente de protección con argón. Esto se debe principalmente a que la tensión superficial del metal fundido es aproximadamente un 30% mayor que la presente en un ambiente de nitrógeno. Estos problemas son una de las razones por las que el argón se usa raramente para el corte por plasma.
Nitrógeno
El nitrógeno tiene mejor estabilidad del arco de plasma y un chorro de energía más alto que el argón, especialmente con un suministro de voltaje más alto. Además, forma escoria mínima en los bordes inferiores de la incisión, incluso al cortar metales como aleaciones a base de níquel y acero inoxidable que tienen alta viscosidad.
El gas nitrógeno funciona como gas independiente o en combinación con otros gases. También facilita el corte a alta velocidad del acero al carbono.
Aire
El aire contiene un 78% de nitrógeno y un 21% de oxígeno en volumen, lo que lo convierte en un gas adecuado para el corte por plasma. El oxígeno contenido en el aire lo hace uno de los gases más rápidos usados para cortar acero de bajo carbono. Además, dado que el aire está en todas partes, es un gas económico para trabajar.
En el lado negativo, el electrodo y la boquilla usados para este proceso suelen tener una vida útil corta, aumentando así los costos de corte y reduciendo la eficiencia. Además, usar aire como gas independiente es problemático ya que causa adherencia de escoria y oxidación del corte.
Oxígeno
Al igual que el aire, el oxígeno también aumenta la velocidad de corte del acero de bajo carbono. Usar corte con arco de plasma de alta energía y alta temperatura para oxígeno incrementa su velocidad. Sin embargo, para usar oxígeno, es mejor combinarlo con electrodos que sean resistentes a altas temperaturas y a la oxidación.
Hidrógeno
El papel del hidrógeno suele ser como gas auxiliar para mezclar con otros gases de corte por plasma. Una de las combinaciones más comunes es hidrógeno y argón, que produce uno de los gases más potentes en el corte por plasma.
Mezclar argón con hidrógeno aumenta significativamente el voltaje del arco, la entalpía y la capacidad de corte del chorro de plasma de argón. La eficiencia de corte de esta combinación también aumenta cuando se comprime con un chorro de agua.
Hay algunos gases comúnmente usados en el corte por plasma. La tabla a continuación muestra estos gases, los materiales que cortan y los beneficios del gas en relación con el material.
Material Espesor Gas de Plasma Gas Secundario Observación
Acero estructural 0,5 a 8 mm Oxígeno Oxígeno o oxígeno/nitrógeno o nitrógeno Bordes sin rebabas que toleran la escuadra, con suavidad similar al corte láser
Acero estructural 4 a 50 mm Oxígeno Oxígeno/nitrógeno o nitrógeno o aire Sin rebabas hasta 20 mm, la superficie cortada tiene una apariencia lisa, hasta 25 mm de tolerancia de escuadra, similar al corte láser
Acero de alta aleación 5 a 45 mm Argón / Hidrógeno / Nitrógeno Nitrógeno o Nitrógeno/hidrógeno Sin rebabas hasta 20 mm, cortes suaves, poca tolerancia a la escuadra
Aluminio 1 a 6 mm Aire comprimido Nitrógeno o Nitrógeno/hidrógeno Cortes sin rebabas, la superficie puede ser rugosa o granulada, permitiendo cortes casi verticales
Aluminio 5 a 40 mm Argón / Hidrógeno / Nitrógeno Nitrógeno o Nitrógeno/hidrógeno Sin rebabas hasta 20 mm, superficie granulada o rugosa, permite cortes casi verticales
Materiales para corte por plasma
Hay muchos materiales usados para el corte por plasma. Esto se debe principalmente a que el proceso puede cortar cualquier material conductor. A continuación, los materiales más comunes para esta técnica.
Aluminio
El aluminio es conductor, lo que hace que el corte por plasma sea un proceso ideal para fabricarlo. Además, el proceso ofrece ventajas con metales más gruesos en comparación con otros métodos de fabricación de aluminio, como el corte láser. Puede cortar aluminio con espesores de hasta 160 mm.
aluminio
Además, fabricar aluminio usando corte por plasma es más rentable debido a los menores costos operativos y de equipo.
Acero dulce
El acero dulce es un tipo de acero con bajo contenido de carbono, generalmente alrededor de 2,11% máximo. Es una de las formas de acero más comúnmente usadas debido a sus propiedades que se adaptan a muchos propósitos. Además, el acero dulce no es caro de adquirir y tiene propiedades como alta resistencia al impacto, soldabilidad y ductilidad.
acero
Acero Inoxidable
El acero inoxidable es una aleación de hierro que es resistente tanto a la corrosión como al óxido. El corte por plasma es una de las formas más efectivas de fabricar este metal, ya que permite que el espesor de corte alcance hasta 30 mm. Los grados de acero inoxidable ideales para el corte incluyen; 304, 304L, 316, 316L, 321, 310S, 317, etc.
acero inoxidable
Latón
El latón es otro metal que se fabrica fácilmente utilizando corte por plasma. Esto se debe a su naturaleza altamente conductora. Sin embargo, al fabricar latón con este método, es mejor hacerlo en áreas bien ventiladas. Esto se debe a que el latón contiene zinc, y la inhalación de humos que contienen zinc en combustión es perjudicial para la salud.
corte de latón
Cobre
El cobre tiene la conductividad térmica y eléctrica de todos los materiales fuera de los metales preciosos. Las cualidades importantes de este metal incluyen; resistencia a la corrosión, alta ductilidad y soldabilidad. Estas propiedades, incluida su alta conductividad, hacen que el cobre sea un metal ideal para el corte por plasma. Sin embargo, al igual que el latón, es importante cortar este metal en áreas con buena ventilación.
corte de cobre
Hierro fundido
Este metal es popular por su bajo costo y maleabilidad. En cantidades mínimas, contiene elementos como manganeso, azufre, fósforo y silicio. El hierro fundido es muy conductor, con alta resistencia a la compresión y baja temperatura de fusión, lo que lo hace ideal para el corte por plasma.
corte de hierro fundido
Ventajas del corte por plasma
Existen varias ventajas de usar el corte por plasma para la fabricación de metales sobre otros métodos, que van desde la rentabilidad hasta una mayor productividad y mejor calidad de corte. Aquí hay otras ventajas.
Alta calidad de corte
En comparación con otros procesos de fabricación de metales como el corte con llama o el corte por chorro de agua, el corte con cortadores de plasma proporciona a los metales una calidad de corte superior. Esto se debe a la ausencia de residuos en el borde del corte del metal y a la menor área de la zona afectada por el calor.
Versatilidad y flexibilidad
Este proceso puede cortar cualquier metal que conduzca electricidad, lo que lo hace muy versátil. Puede cortar fácilmente metales como aluminio y acero de alta aleación de grosor medio y alto. Funciona muy bien para cortes en ranura, desbaste o marcado de metales. Además, el proceso también puede cortar metales en agua con niveles de ruido reducidos.
Alta velocidad
El corte por plasma es 100 veces más rápido que el corte láser y aproximadamente 10 veces más rápido que el oxicorte. En otras palabras, mejora la productividad y reduce el tiempo dedicado a la fabricación de metales en comparación con otros métodos.
Mayor precisión y repetibilidad
Las piezas cortadas tienen mayor precisión y calidad superficial debido al calor involucrado en el proceso. Además, la velocidad de fabricación mejora la repetibilidad mientras reduce el tiempo dedicado al mecanizado de metales.
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