Corte y soldadura por plasma
Los diversos métodos utilizados para cortar o eliminar metales se pueden dividir en dos categorías principales:
- Corte Mecánico y
- Corte Térmico.
Los métodos mecánicos son aserrado, taladrado, moldeado, fresado, etc., comúnmente utilizados en talleres de metalurgia y de máquinas. Los métodos de corte térmico involucran calor para derretir o ionizar el material para eliminarlo. Los procesos de corte térmico más utilizados son:
- Corte con oxicorte o corte con llama (OFW)
- Corte por arco de metal, p. ej., ranurado
- Corte por plasma
- Corte por haz de electrones
- Corte por láser
- Corte por electroerosión (EDM)
¿Qué es un arco de plasma?
Como sabrán, el plasma es el cuarto estado de la materia después de líquido, sólido y gas. El plasma se define como una columna de gas eléctricamente conductor altamente ionizado (por ejemplo, oxígeno, argón o nitrógeno) que resulta del calentamiento de estos gases a una temperatura muy alta. El chorro de plasma en cualquier arco resulta de la constricción magnética de esta columna de plasma conductora que se llama Plasma Arc.
Cortador de plasma más barato
Cuando se trata de encontrar el mejor y más barato cortador de plasma, no hay escasez de opciones en el mercado. Pero si está buscando el cortador de plasma más barato, eso puede ser un poco más difícil. La buena noticia es que existen excelentes opciones, incluso si no son las más baratas.
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Otra excelente opción para aquellos que buscan una cortadora de plasma de bajo costo es la Hobart Airforce 12Ci y Primeweld CUT60.
¿Qué es el corte por plasma?
El corte por arco de plasma se define como el corte con un arco de plasma en el que el arco contraído (que tiene una temperatura de más de 20 000 °C) funde una región estrecha de metal que luego es expulsada por la fuerza del arco. El material a cortar se coloca en la terminal positiva (ánodo) y el electrodo en la terminal negativa (Cátodo) para generar un arco eléctrico.
Las características importantes del corte por plasma son la fusión del metal por un arco de plasma de alta intensidad térmica y la eliminación del material fundido por el chorro de gas de alta velocidad. A diferencia del corte con oxígeno, no se requiere una reacción exotérmica para mantener el proceso.
Principio de funcionamiento de la máquina de corte por plasma
La máquina de corte por plasma está diseñada de la misma manera que el soplete de soldadura por arco de plasma. La corriente continua (CC) se utiliza en el corte por plasma y el electrodo de tungsteno se conecta al polo negativo, llamado cátodo. El material a cortar se une al polo positivo o también llamado Ánodo.
Se emplea un arco transferido para el corte, es decir, el arco se mantiene entre el electrodo en la antorcha (cátodo) y el trabajo (ánodo) . El arco de corte es iniciado por un arco piloto, que primero se forma entre el electrodo y la boquilla de constricción por el generador de alta frecuencia. La boquilla de constricción, que está enfriada por agua, está conectada al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una resistencia limitadora de corriente y un contacto de relé de arco piloto. El circuito simple de corte por arco de plasma se muestra en la siguiente figura.
En un soplete de corte por arco de plasma de flujo único, es decir, un soplete que proporciona el flujo de gas de orificio y no de gas de protección. El gas del orificio, que es precalentado por el arco de plasma, se expande y es expulsado a través del orificio que se contrae a alta velocidad. El metal que es derretido por el arco luego es expulsado por la energía cinética de la corriente de gas para formar la ranura. El gas del orificio suele ser argón.
En un soplete de doble flujo (que se muestra en la figura anterior), se prevé el flujo de gas de protección secundario alrededor del arco de plasma. En este caso, el gas de orificio habitual es nitrógeno. El gas de protección es dióxido de carbono en el caso del acero dulce y el acero inoxidable, y una mezcla de argón e hidrógeno en el caso del aluminio y sus aleaciones. La técnica se puede modificar usando agua como escudo en lugar del gas de protección auxiliar. En cualquier caso, la calidad del corte no es tan buena como cuando se utiliza una técnica de flujo único.
Corte por plasma de inyección de agua
El sistema más eficiente de corte por arco de plasma que es capaz de dar cortes estrechos y bien definidos a altas velocidades implica la inyección de agua en la llama de plasma para contraerla aún más y evitar que el plasma se mezcle turbulentamente con el aire circundante. Este proceso se denomina corte por plasma de inyección de agua.
Configuración de la máquina de corte por arco de plasma
Las fuentes de alimentación para el corte por plasma suelen ser sistemas de CC integrados con sistemas de arranque de arco, flujo de gas y refrigeración por agua incorporados. La alta corriente, los gases de plasma activos y la mayor constricción conducen a voltajes operativos más altos que pueden estar en el rango de 50 a 60 voltios. Se utilizan características de caída de voltaje-amperio y los voltajes de circuito abierto pueden ser tan altos como 400 voltios. Las fuentes de energía de tipo inversor se pueden usar para una operación de corriente más baja y recientemente se han puesto a disposición sistemas portátiles autónomos de corte por plasma de aire que incorporan un compresor de aire.
El equipo PAC consta de una fuente de alimentación, una unidad de control, uno o más gases para funcionar como orificio y gas de protección, y un soplete de corte. Puede ser manual o mecanizado. La fuente de alimentación es del tipo de caída, que proporciona CC con voltajes de circuito abierto en el rango de 120 a 400 V y corriente de salida en el rango de 70 a 1000 amperios. También puede contener el arco piloto y los circuitos para una generación de alta frecuencia. Para cortar material ferroso de hasta 75 mm de espesor y aluminio de hasta 90 mm, se puede requerir una OCV de casi 400 V y una corriente de hasta 500 amperios. Debido al peligro inherente de descarga eléctrica para el operador, el equipo de corte manual usa un OCV más bajo de 120-200 V y corriente en el rango de 70-100 amperios y logra velocidades de corte relativamente bajas. El PAC manual se puede utilizar cómodamente para cortar metales no ferrosos de hasta 25 mm de espesor y acero al carbono de hasta 12.
La unidad de control contiene válvulas de solenoide para abrir y cerrar los gases y el agua de refrigeración según sea necesario. Controlan la tasa de flujo de gas de corte a través de medidores de flujo y tienen un interruptor de almacenamiento de agua para apagar la operación si el enfriamiento por agua es inadecuado. Las máquinas automáticas de alta capacidad pueden contener características para el control de pendiente ascendente y descendente de la corriente y el flujo de gas del orificio.
Sopletes de corte por plasma
La disposición del soplete de corte por plasma es similar a la de los sopletes de soldadura por plasma, pero generalmente se emplean velocidades de gas de plasma más altas y constricciones relativamente pequeñas y el rango de corriente de funcionamiento normal es de 20 a 1000 amperios.
Los primeros sopletes dependían únicamente del gas de plasma para realizar la operación de corte y, a menudo, se trataba de un gas reactivo, como mezclas de nitrógeno o argón + 35 % de hidrógeno. Estos gases erosionarían rápidamente un cátodo de tungsteno y, a menudo, se utilizan diseños de electrodos alternativos que involucran varillas de cobre enfriadas con agua con puntas de tantalio.
Los sopletes de un solo gas generalmente funcionan con corrientes superiores a 400 amperios y son más adecuados para el corte mecanizado a alta velocidad. Los sopletes de gas duales utilizan un gas secundario para mejorar la estabilidad del plasma, mejorar la constricción y enfriar la cara superior de la pieza de trabajo (reduciendo el redondeo del borde superior del corte). El gas secundario (comúnmente CO2 o aire se suministra a una caudal) ya que la eficiencia del blindaje es menos importante que en un soplete de plasma. Más recientemente, se han introducido sopletes de plasma de aire que pueden funcionar de manera estable con corrientes más bajas. Estos sistemas son más adecuados para el corte manual.
Los sopletes de corte son de varios tipos y para cada tipo, se encuentran disponibles boquillas con varios diámetros de orificio. Cuanto mayor sea la corriente, mayor será el diámetro del orificio requerido. La boquilla está diseñada de acuerdo con el sistema PAC utilizado y el metal que se está cortando. Para cortes de mejor calidad, se prefieren las boquillas de puertos múltiples, que tienen los puertos de gas auxiliar dispuestos en un círculo alrededor del orificio principal, a las boquillas de un solo puerto.
¿Qué gas necesita para una cortadora de plasma?
El objetivo de los gases en el corte por arco de plasma es crear el plasma (se utilizan argón, nitrógeno e hidrógeno como gases de plasma), proporcionar velocidad al arco para expulsar el material fundido y proporcionar un acabado superficial de alta calidad. La selección de gas en el corte por arco de plasma depende del tipo de material. Los principales gases utilizados en el corte por arco de plasma se enumeran a continuación:
- Aire comprimido: se utiliza para material de acero al carbono y se limita a un grosor de material de hasta 1 pulgada (25 mm).
- Nitrógeno (N): el gas se utiliza para el corte de material de alto espesor por Plasma. Puede cortar material de hasta 3 pulgadas (75 mm) de espesor. El nitrógeno se puede utilizar para realizar el corte por plasma de casi todos los materiales, especialmente para cortar aluminio o acero inoxidable de forma económica.
- Oxígeno (O): El oxígeno se utiliza principalmente para cortar material de acero al carbono de hasta 1,5 pulgadas de espesor. El oxígeno proporciona una alta velocidad de corte en el corte por plasma. El gas oxígeno no es adecuado para el corte de material de acero inoxidable y aluminio con arco de plasma, ya que esto dará como resultado una superficie áspera debido a una mayor oxidación.
- Mezclas de gas Argón (Ar)-Hidrógeno (H): Las mezclas de gas Ar-H son las mejores para cortar acero inoxidable y aluminio mediante corte por arco de plasma. Esta mezcla de latas se puede utilizar para cortar material con un grosor de hasta 3 pulgadas (75 mm).
Corte por plasma vs corte por láser
Tanto el corte por arco de plasma como el corte por láser son procesos de corte térmico. El corte por arco de plasma es más económico que el corte por láser.
Los dos tipos principales de procesos avanzados de corte de metales son el plasma y el láser. Ambos métodos tienen sus propias ventajas y desventajas, por lo que puede ser difícil decidir cuál usar.
El corte por plasma es un proceso que utiliza un chorro de plasma caliente para cortar metal. Es un método muy versátil y se puede utilizar en una amplia gama de metales. El corte por plasma es relativamente barato y fácil de usar, lo que lo convierte en una opción popular para proyectos de bricolaje. Sin embargo, los cortes producidos por plasma no siempre son tan limpios como los realizados por corte láser.
El corte por láser es un proceso que utiliza un rayo láser de alta potencia para cortar metal. Produce cortes muy limpios y se puede utilizar en una amplia gama de metales. El corte por láser es más costoso que el corte por plasma, pero los resultados a menudo valen el costo adicional.
Usos de corte por plasma
El corte por plasma se aplica ampliamente en el corte y reparación de perfiles de aleaciones de aluminio y acero inoxidable austenítico. Los sistemas de corte por plasma de baja corriente ahora se utilizan para el corte de láminas de acero en la reparación de carrocerías de automóviles y en la fabricación de sistemas de calefacción y ventilación.
El proceso de plasma también se puede usar para el ranurado (como alternativa a los procesos de arco de carbón y oxicombustible). Se requiere una punta de ranurado especial (orificio de plasma) y se usa comúnmente argón + 35 % de hidrógeno como gas de plasma.
Para un perfilado preciso de alta velocidad, el corte por plasma a menudo se realiza en sistemas de corte controlados por CNC tipo pórtico. En estas aplicaciones, se pueden usar sopletes cubiertos de agua y la pieza de trabajo se puede suspender en una mesa de agua. Esta disposición suprime los humos y el ruido del proceso y mejora la calidad del corte.
¿Cuáles son las ventajas del corte por plasma?
El corte por plasma tiene las siguientes ventajas:
- La capacidad de cortar materiales ferrosos y no ferrosos.
- Rango de espesor de 0,5 a 150 mm dependiendo del material.
- Baja velocidad a baja corriente para operación manual.
- Alta corriente de alta velocidad para operación mecanizada.
- El corte por arco de plasma es más económico que el corte por láser.
- El corte por plasma es bueno para cortar aleaciones de níquel y material de titanio junto con aluminio y acero inoxidable.
¿Cuáles son las desventajas del corte por plasma?
Las limitaciones del proceso de corte por arco de plasma en relación con el corte por oxígeno son:
- Requiere suministro eléctrico
- Para acero ferrítico, el espesor máximo que se puede cortar es menor con PAC
- Genera radiación de arco.
- A altas corrientes, se producen altos niveles de ruido.
- El alto costo de capital de los equipos.
Corte por plasma de acero inoxidable
El corte por arco de plasma es el principal proceso de corte para cortar materiales de acero inoxidable. Los aceros inoxidables son difíciles de cortar con oxicorte, porque los óxidos de cromo tienen puntos de fusión mucho más altos que los del óxido de hierro presente en el material de acero inoxidable. Estos óxidos de alto punto de fusión, que son de naturaleza refractaria, se acumulan continuamente en la ranura a medida que avanza el corte y evitan la exposición del hierro fresco a la corriente de oxígeno de corte.
Si bien el corte por plasma funciona con una temperatura de arco muy alta, es muy fácil derretir estas capas de óxido sin preocupaciones. La calidad del corte en el corte por plasma de acero inoxidable depende del tipo de gas (gas de plasma, mezcla de argón e hidrógeno o aire comprimido), como se muestra en la siguiente imagen. El color negro se debe al nitrógeno presente en el aire.
¿El cortador de plasma cortará aluminio?
Respuesta directa: sí. Un cortador de plasma se puede utilizar de manera efectiva y económica para cortar aluminio y sus aleaciones. El corte por arco de plasma es uno de los procesos de corte más utilizados para materiales de aluminio junto con el corte por láser y el corte por chorro de agua.
Seguridad en el proceso de corte por arco de plasma
El corte por arco de plasma produce un arco deslumbrante pronunciado, salpicaduras, humos y ruido. Es necesario proteger a los operadores y otras personas que trabajan en las inmediaciones de la exposición a estos aspectos desagradables. Es especialmente importante que el humo y el ruido estén controlados. Una forma de controlar los humos es colocar la placa que se va a cortar en una mesa de corte, que se llena con agua hasta la superficie inferior de la placa. El chorro de plasma libera gases a altas velocidades, que golpean el agua y producen turbulencias en ella. Todas las partículas de humo quedan atrapadas en el agua turbulenta.
El ruido se controla mediante el uso de lo que se denomina un silenciador de agua junto con el nivel freático descrito anteriormente. El silenciador tiene la forma de una boquilla que está unida al cuerpo del soplete y libera una cortina de agua alrededor del frente del soplete. El agua requerida por la boquilla se bombea desde el nivel freático. La cortina de agua alrededor de la antorcha y la superficie del agua de la mesa se combinan para formar un escudo que amortigua el sonido alrededor del arco. El silenciador de agua no debe confundirse con el blindaje de agua y la inyección de agua que se utilizan en los sistemas modificados de PAC.
