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En el año de 1954, científicos descubrieron que se obtenía un chorro de plasma al incrementar el flujo del gas y disminuir la abertura de la boquilla usada en la soldadura TIG. El chorro podría cortar metales, lo que dio origen a la cortadora de plasma. Se trata de un método ampliamente utilizado en la actualidad; sin embargo, pocos conocen la ciencia y la técnica tras él. Si desean conocer más detalles, continúen con esta nueva entrada de nuestro blog.

Principio físicos y químicos

Son cuatro los estados de la materia presentes en la naturaleza: sólido, líquido, gaseoso y plasma. El último es el estado de las estrellas, debido a sus altas temperaturas solo puede obtenerse por medios artificiales en nuestro planeta. Los átomos pierden electrones cuando se calienta un gas hasta los 50,000 °C. De esta manera, el gas se vuelve plasma y se obtiene un conductor gaseoso y eléctrico con elevada densidad energética.

Proceso artificial de mecanizado con plasma

Los distintos tipos de corte por plasma están basados en la elevación localizada de la temperatura de las piezas a cortar. La temperatura supera los 30,000 °C, lo que lleva al gas usado hasta el estado de plasma, donde el gas se ioniza y se vuelve conductor por la disociación de los electrones del átomo. El proceso crea un arco eléctrico estrangulado a través de la sección de una diminuta boquilla del soplete. De esta manera, se concentra la energía cinética del gas y se vuelve un elemento cortador por polaridad.

El corte por plasma está basado en la acción mecánica y térmica de un chorro de gas calentado por un arco eléctrico de corriente continua. El último se establece entre el objeto a mecanizar y un electrodo localizado en la antorcha. El chorro es arrojado contra el objeto y penetra todo su espesor, lo que deriva en la fundición y expulsión del material.

Se trata de un método ventajoso, ya que disminuye los riesgos de deformaciones causadas por la compactación calorífica del área de corte, además los gases utilizados son accesibles para las pymes. Cabe mencionar que la cortadora no debe utilizarse en piezas pequeñas, ya que pueden deformarse por la alta temperatura del chorro.

Detalles técnicos del proceso

La cortadora de plasma se recomienda para trabajar sobre cualquier material metálico y conductor, especialmente acero estructural, metales inoxidables y no férricos. Puede usarse como complemento para trabajos especiales, como optimizar acabados, obtener tolerancias muy ajustadas o producir series pequeñas. La elevada concentración de energía del arcoplasma produce mínimas afectaciones térmicas del material.

El corte por plasma conlleva mínimos tiempos muertos, ya que no se requiere precalentamiento para perforar, además permite mecanizar a altas velocidades de corte. Los espesores de corte que permite varían de 0.5 hasta 160 mm, con unidades de plasma hasta de 1,000 A. Permite también mecanizados en aceros estructurales y biselados hasta en 30 mm. Entre los resultados más notables, destacan los cortes de óptimo acabado y alta calidad.

Para aportar altos niveles de energía, se requiere un gas para producir la llama de calentamiento y que será ionizado (comúnmente hidrógeno, argón y nitrógeno), un generador eléctrico de alta frecuencia, un electrodo y portaelectrodo (que puede ser de hafnio, tungsteno o circonio según el gas utilizado) y el objeto a mecanizar. En el proceso hay diversas variables implicadas, como velocidad de corte, gases utilizados, distinta entre la pieza y la boquilla, presión y caudal de los gases, intensidad del arco y energía utilizada.

Es posible ajustar ciertas variables para aprovechar la cortadora de plasma al máximo, como presión del gas-plasma, velocidad de corte, caudal, y distancia entre objeto y boquilla. Con respecto a la calidad, varía según el control de dichos parámetros para incrementar la productividad y obtener piezas con excelentes acabados.

Gas plasma y arco eléctrico

La cortadora de plasma CNC admite gases plasmágenos, como aire, nitrógeno, argón o alguna combinación de ellos, aunque comúnmente se usa el nitrógeno, ya que ofrece cortes de calidad y causa mínimos daños a la boquilla. Son dos las zonas que componen el chorro usado en el proceso:

Zona envolvente

Se trata de una capa fría, anular y sin ionizar, que envuelve la zona central. Debido a que es fría, puede aislarse eléctricamente la boquilla, refrigerarse y confinar el arco de la zona de la columna-plasma.

Zona central

Está conformada por dos capas: una periférica y la columna de plasma. La primera está conformada por anillo de gas caliente que es bajo conductor y la segunda es el núcleo donde el gas-plasma posee su más elevada conductividad térmica, las mayores temperaturas (entre 10,000 y 30,000 °C) y la más alta densidad de partículas ionizadas.

El arco eléctrico es conocido también como arco transferido. Se produce en una zona y se transfiere a otra. El arco se genera entre la boquilla y el electrodo mediante un generador de alta frecuencia. Su función es calentar el gas plasmógeno a su alrededor y ionizarlo para establecer un arcoplasma. Se transfiere a la zona de corte, debido a la conductividad eléctrica, mientras el arco piloto (que se produce inicialmente) se apaga de forma automática.

Al establecerse el arcoplasma, el electrodo se carga negativamente y la pieza se carga positivamente, lo que mantiene el arcoplasma y permite cortar las piezas. En algunos casos, el arco puede generarse al acercar la boquilla a las piezas; es conocido como «arco transferido» y se produce entre el electrodo y la boquilla conectada al lado positivo de la fuente a través de una resistencia. Se trata de un arco ampliamente usado en procesos de soldadura.

Tipos de corte por plasma

Si bien tienen el mismo principio de funcionamiento, hay varios tipos. Destacan los siguientes:

Corte por plasma por aire

Fue introducido en el año de 1963. El oxígeno del aire incrementa hasta un 25% la velocidad del corte en comparación con el corte por plasma convencional y seco, aunque implica rápidos deterioros del electrodo en el interior de la boquilla de corte y óxido en las superficies de corte.

Corte con inyección de agua

Fue inventado en 1968 por el presidente de Hypertherm. El proceso conlleva la inyección radial de líquido en la boquilla, lo que resulta en corte rápidos y de calidad, además bajos niveles de escoria. Comúnmente, usa gas nitrógeno y una capa de agua como protector.

Corte con inyección de oxígeno

Fue inventado en 1983 e implica usar oxígeno como gas de corte y agua introducida por la punta de la boquilla. Se trata de un método que soluciona problemas del proceso, como óxido de los metales y rápidos deterioros de los electrodos.

Corte con doble flujo

Consiste en el sistema estándar o convencional. Es de alta velocidad y usa nitrógeno como gas plasma. Puede usarse oxígeno o dióxido de carbono como gas protector.

Como observarán, se trata de un método ventajoso y variado con principios científicos y técnicos sofisticados, que ha revolucionado la industria del corte. Si desean adquirir un ejemplar de calidad, acudan con los expertos de TSolda. Actualicen sus procesos y adquieran complementos, como el pantógrafo CNC, con nosotros. Para más información, marquen al (222) 129 3598, (222) 570 2046, o visítennos en Fresnos #7, San Francisco Totimehuacan, Puebla.

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