Hay varios beneficios que tiene el corte por plasma como método de fabricación de metal sobre otros. Estos beneficios incluyen rentabilidad, una gama más amplia de cortes de metal, alta precisión y repetibilidad.
¿Qué es el corte por plasma? ¿Cómo funciona el proceso? ¿Qué gas es ideal para usar durante este proceso? ¿Sobre qué materiales trabajan las cortadoras de plasma? Siga leyendo mientras respondemos estas preguntas en detalle y le brindamos otra información importante sobre el corte por plasma.
Descripción general del corte por plasma
El corte por plasma es un proceso de fabricación de metal que utiliza gases ionizados calentados a temperaturas superiores a 20,0000C para fundir materiales metálicos. Este gas, expulsado a alta presión, funde el material y lo elimina del corte.
Es importante tener en cuenta que este proceso solo funciona en materiales conductores de electricidad 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 no tiene rival en cuanto a rentabilidad 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 por lo que es ideal para cortar piezas con geometrías complejas.
Habiendo conocido brevemente qué es el corte por plasma, conozcamos un poco 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 principal uso inicialmente fue el corte de chapas de acero y aluminio con espesores entre media pulgada y seis pulgadas.
Los cortadores de plasma utilizados en esta era eran impredecibles y carecían de la precisión presente en los cortadores de hoy en día. Además, los electrodos y las boquillas utilizados se estropeaban rápidamente debido al calor experimentado durante el proceso. El cambio de boquillas y electrodos a menudo hacía que el corte por plasma en esta era fuera costoso.
Finales de 1960
Sin embargo, a fines de la década de 1960 y principios de la de 1970, esta técnica experimentó un gran avance cuando los ingenieros crearon una antorcha de doble flujo. Esta antorcha ayudó a mejorar la vida útil de los electrodos y las boquillas al mismo tiempo que aumentaba la calidad y la precisión de los cortes.
Años 1970
Los ingenieros utilizaron la década de 1970 para controlar los vapores y el humo que se experimentaron inicialmente durante el proceso de corte mediante la introducción de un silenciador de agua y una mesa. También diseñaron mejores boquillas que ayudaron a mejorar la precisión del arco, brindando a los operadores y maquinistas la opción de afinar.
Años 1980
La década de 1980 fue un período de experimentación para los ingenieros, ya que diseñaron e implementaron varias características nuevas. Estas características incluyen cortadores de plasma a base de oxígeno y ofrecen un mejor control de corte al variar los niveles de potencia. También se enfocaron en la portabilidad de la unidad de corte por plasma, haciéndola más ergonómica.
Desde la década de 1990 hasta la fecha
En la década de 1990, los cortadores de plasma de alta definición estaban en el mercado debido al uso de procesos de oxígeno duraderos. Estos procesos de oxígeno duraderos, 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 la década de 1990 hasta la fecha, el enfoque de los ingenieros ha estado en las opciones y controles de energía y en la mejora de la eficiencia. También han mejorado la precisión de las cortadoras de plasma, con modelos que ofrecen bordes más afilados y cortes exactos. La portabilidad y la automatización son otros aspectos de la cortadora de plasma que los ingenieros han mejorado significativamente a medida 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 proceso de corte por plasma implica el uso de calor para fundir un metal en lugar del corte mecánico. Los cortadores de plasma funcionan enviando un arco eléctrico a través de un gas. Este gas luego pasa a través de una abertura restringida (boquilla). La apertura restringida hace que los gases se escurran a través de ella a gran velocidad, formando plasma. Cortar una pieza de trabajo implica someter la punta de corte del cortador de plasma a la pieza de trabajo. También tenga en cuenta que debido a la conductividad del plasma, es necesario conectar la pieza de trabajo al suelo a través de la mesa de corte.
No todos los sistemas de corte por plasma funcionan de la misma manera. Sin embargo, hay tres tipos de procesos de corte.
Tres tipos de proceso de corte
- Contacto de alta frecuencia: Este es un formulario de bajo presupuesto. Además, debido al riesgo de interferencia con equipos modernos debido a su alta frecuencia, este proceso no está disponible para cortadoras de plasma CNC. El corte por contacto de alta frecuencia implica el uso de chispas de alta frecuencia y alto voltaje: la chispa se forma cuando la antorcha de plasma entra en contacto con el metal cortado. El contacto cierra el circuito, inicia la chispa y crea el plasma que se usa para cortar.
- Arco piloto: En este proceso de corte, la creación de chispas ocurre dentro de la antorcha a través de 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 de trabajo, la cortadora de plasma crea el arco de corte, lo que permite que el maquinista u operador comience el proceso de corte.
- Cabezal de antorcha de plasma con resorte: Para crear un cortocircuito, los operadores presionan la antorcha contra la pieza de trabajo. Con un cortocircuito creado, la corriente comienza a fluir. Para establecer el arco piloto, los operadores liberan la presión.
Gas utilizado en el proceso
El tipo de gas utilizado durante el proceso depende del método de corte, el material de corte 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 utilizados 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 las boquillas que se utilizan para el corte con argón suelen tener una vida útil más larga que los que se utilizan 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 con argón en un entorno de protección de argón. Esto se debe principalmente a que la tensión superficial del metal fundido es aproximadamente un 30 % más alta que la presente en un entorno de nitrógeno. Estos problemas son una de las razones por las que el argón rara vez se utiliza para el corte por plasma.
Nitrógeno
El nitrógeno tiene una mejor estabilidad del arco de plasma y un chorro de mayor energía que el argón, especialmente con un suministro de voltaje más alto. Además, forma una escoria mínima en los bordes inferiores de la incisión, incluso cuando se cortan metales como aleaciones a base de níquel y acero inoxidable que tienen una alta viscosidad.
El gas nitrógeno funciona como un gas independiente o en combinación con otros gases. También facilita el corte a alta velocidad de acero al carbono.
Carga Aérea
El aire contiene un 78 % de nitrógeno y un 21 % de oxígeno por volumen, lo que lo convierte en un gas adecuado para el corte por plasma. El componente de oxígeno del aire lo convierte en uno de los gases más rápidos utilizados para cortar acero con bajo contenido de carbono. Además, dado que el aire está en todas partes, es un gas económico para trabajar.
La desventaja es que el electrodo y la boquilla utilizados para este proceso suelen tener una vida útil corta, lo que aumenta los costos y reduce la eficiencia. Además, el uso de aire como gas independiente es problemático, ya que provoca la acumulación de escoria y la oxidación del corte.
Oxígeno
Al igual que el aire, el oxígeno también aumenta la velocidad de corte de acero con bajo contenido de carbono. El uso de corte por arco de plasma de alta energía y alta temperatura para el oxígeno aumenta 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 es a menudo 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.
La mezcla de 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 utilizados en el corte por plasma. La siguiente tabla muestra estos gases, los materiales cortados y los beneficios del gas en relación con el material.
| Espesor del material | gas de plasma | gas secundario | Observación |
| Acero Estructural 0.5 a 8mm | Oxígeno | Oxígeno u oxígeno/ nitrógeno o nitrógeno | Los bordes sin rebabas pueden tolerar la cuadratura, con una suavidad similar al corte por láser |
| Acero Estructural 4 a 50mm | Oxígeno | Oxígeno/nitrógeno o nitrógeno o aire | Sin rebabas de hasta 20 mm, la superficie de corte tiene una apariencia suave, con una tolerancia de cuadratura de hasta 25 mm, similar al corte por láser |
| Acero de alta aleación de 5 a 45 mm | Argón / Hidrógeno / Nitrógeno | Nitrógeno o nitrógeno/hidrógeno | Sin rebabas hasta 20 mm, cortes suaves, mala tolerancia a la cuadratura |
| Aluminio 1 a 6mm | Aire Comprimido | Nitrógeno o nitrógeno/hidrógeno | Cortes sin rebabas, la superficie puede ser áspera o granulada, lo que permite cortes casi verticales |
| Aluminio 5 a 40mm | Argón / Hidrógeno / Nitrógeno | Nitrógeno o nitrógeno/hidrógeno | Sin rebabas de hasta 20 mm, superficie granulada o rugosa, permite cortes casi verticales |
Materiales para corte por plasma
Hay una gran cantidad de materiales utilizados para el corte por plasma. Esto se debe principalmente a que el proceso puede cortar cualquier material conductor. A continuación se muestran 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 por láser. Puede cortar aluminio con espesores de hasta 160 mm.
Además, la fabricación de aluminio con 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 del 2.1% como máximo. Es una de las formas de acero más utilizadas debido a sus propiedades que se adaptan a muchos propósitos. Además, el acero dulce no es costoso de adquirir y sus propiedades, como alta resistencia al impacto, soldabilidad y ductilidad.
Acero Inoxidable
El acero inoxidable es una aleación de hierro resistente a la corrosión y 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.
Latón
El latón es otro metal que se fabrica fácilmente mediante corte por plasma. Esto se debe a su naturaleza altamente conductiva. 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 vapores que contienen zinc ardiendo es perjudicial para la salud.
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 del cobre 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.
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 conductivo, con alta resistencia a la compresión y baja temperatura de fusión, lo que lo hace ideal para el corte por plasma.
Ventajas del corte por plasma
Hay varias ventajas de usar el corte por plasma para la fabricación de metal sobre otros métodos, que van desde la rentabilidad hasta una mayor productividad y una mejor calidad de corte. Aquí hay algunas otras ventajas.
Alta calidad de corte
En comparación con otros procesos de fabricación de metales, como el corte por llama o el corte por chorro de agua, el corte con cortadoras de plasma proporciona metales con una mayor calidad de corte. Esto se debe a la ausencia de escoria residual en el borde del metal cortado 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 espesor medio y alto. Funciona muy bien para cortar ranuras, planificar o marcar 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 por láser y unas 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 al tiempo que reduce el tiempo dedicado a mecanizar metales.
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Desventajas del corte por plasma
Aunque se adjuntan muchos beneficios a la fabricación de metales mediante el corte por plasma, también existen desventajas.
- Corta solo materiales conductores
- No es ideal para espesores superiores a 150 mm.
- Los destellos brillantes producidos durante el proceso podrían afectar negativamente a los ojos humanos.
- La operación a veces es ruidosa
- Produce humos al cortar en el aire
- Podría ser costoso con consumibles de baja duración como boquilla y electrodo
Conclusión
El corte por plasma es un proceso que involucra el uso de la cuarta etapa de la materia para cortar metales conductores. Este proceso ofrece muchas ventajas, incluida una mayor productividad, versatilidad, precisión y calidad de la superficie.
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