El corte por plasma es un proceso que corta materiales eléctricamente conductores mediante un chorro acelerado de plasma caliente . Los materiales típicos cortados con un soplete de plasma incluyen acero , acero inoxidable , aluminio , latón y cobre , aunque también se pueden cortar otros metales conductores. El corte por plasma se utiliza a menudo en talleres de fabricación , reparación y restauración de automóviles, construcción industrial y operaciones de salvamento y desguace . Debido a la alta velocidad y los cortes de precisión combinados con el bajo costo, el corte por plasma tiene un uso generalizado desde aplicaciones industriales de control numérico por computadora (CNC) a gran escala hasta pequeños talleres de aficionados.
El proceso básico de corte por plasma implica la creación de un canal eléctrico de gas eléctricamente ionizado sobrecalentado, es decir, plasma desde el propio cortador de plasma, a través de la pieza de trabajo que se va a cortar, formando así un circuito eléctrico completo de regreso al cortador de plasma a través de una abrazadera de conexión a tierra . Esto se logra mediante un gas comprimido (oxígeno, aire, inerte y otros dependiendo del material que se corta) que se sopla a través de una boquilla enfocada a alta velocidad hacia la pieza de trabajo. A continuación se forma un arco eléctrico dentro del gas, entre un electrodo cercano o integrado en la boquilla de gas y la propia pieza de trabajo. El arco eléctrico ioniza parte del gas, creando así un canal de plasma eléctricamente conductor. A medida que la electricidad del soplete recorre este plasma, libera suficiente calor para fundir la pieza de trabajo. Al mismo tiempo, gran parte del plasma de alta velocidad y del gas comprimido eliminan el metal fundido caliente, separando así la pieza de trabajo, es decir, cortándola.
El corte por plasma es una forma eficaz de cortar materiales finos y gruesos por igual. Los sopletes portátiles generalmente pueden cortar placas de acero de hasta 38 mm (1,5 pulgadas) de espesor, y los sopletes más potentes controlados por computadora pueden cortar acero de hasta 150 mm (6 pulgadas) de espesor. [ cita necesaria ] Dado que los cortadores de plasma producen un "cono" muy caliente y muy localizado para cortar, son extremadamente útiles para cortar láminas de metal en formas curvas o en ángulo.
Los arcos se generan en un proceso de tres pasos. Una chispa de alto voltaje ioniza brevemente el aire dentro del cabezal de la antorcha. Esto hace que el aire sea conductor y permite que se forme el "arco piloto". El arco piloto se forma dentro del cabezal del soplete, y la corriente fluye desde el electrodo hasta la boquilla dentro del cabezal del soplete. El arco piloto comienza a quemar la boquilla, una pieza consumible, mientras se encuentra en esta fase. Luego, el aire expulsa el plasma por la boquilla hacia la pieza de trabajo, proporcionando un camino de corriente desde el electrodo hasta la pieza de trabajo. Cuando el sistema de control detecta que la corriente fluye desde el electrodo hacia la pieza de trabajo, corta la conexión eléctrica a la boquilla. Luego, la corriente fluye desde el electrodo a la pieza de trabajo y se forma el arco fuera de la boquilla. Entonces se puede proceder al corte sin quemar la boquilla. La vida útil de la boquilla está limitada por el número de inicios de arco, no por el tiempo de corte.
El corte por plasma surgió de la soldadura por plasma en la década de 1960 y surgió como una forma muy productiva de cortar láminas de metal y placas en la década de 1980. [1] Tenía las ventajas sobre el corte tradicional "metal contra metal" de no producir virutas de metal, realizar cortes precisos y producir un borde más limpio que el corte con oxicombustible . Las primeras cortadoras de plasma eran grandes, algo lentas y costosas y, por lo tanto, tendían a dedicarse a repetir patrones de corte en un modo de "producción en masa".
Al igual que con otras máquinas herramienta, la tecnología CNC (control numérico por computadora) se aplicó a las máquinas de corte por plasma desde finales de los años 1980 hasta los años 1990, dando a las máquinas de corte por plasma una mayor flexibilidad para cortar diversas formas "bajo demanda" basándose en un conjunto de instrucciones que fueron programadas. en el control numérico de la máquina. [2] Sin embargo, estas máquinas de corte por plasma CNC generalmente se limitaban a cortar patrones y piezas en láminas planas de acero, utilizando solo dos ejes de movimiento (denominado corte XY).
Se necesita protección ocular y protectores faciales adecuados para prevenir daños oculares llamados ojos en arco , así como daños causados por escombros. Se recomienda utilizar el tono de lente verde #5. OSHA recomienda un tono 8 para corrientes de arco inferiores a 300 A, pero señala que "estos valores se aplican donde el arco real se ve claramente. La experiencia ha demostrado que se pueden usar filtros más claros cuando la pieza de trabajo oculta el arco". [3] Lincoln Electric, un fabricante de equipos de corte por plasma, dice: "Por lo general, es aceptable un tono de oscuridad del 7 al 9". Longevity Global, Inc., otro fabricante, ofrece esta tabla más específica para protección ocular para corte por arco de plasma a amperajes más bajos: [ cita necesaria ]
También se recomiendan guantes de cuero, delantal y chaqueta para evitar quemaduras por chispas y metales calientes. [4]
Es muy importante trabajar en una zona limpia y libre de líquidos, materiales y gases inflamables. Las chispas y el metal caliente de un cortador de plasma pueden provocar incendios rápidamente si no se aíslan de los objetos inflamables. Los cortadores de plasma pueden enviar chispas calientes a una distancia de hasta 1,5 metros (5 pies) en determinadas situaciones. Los operadores de máquinas normalmente no ven ningún incendio que se haya iniciado porque están detrás de sus protectores faciales. [5]
Las cortadoras de plasma utilizan varios métodos para iniciar el arco. En algunas unidades, el arco se crea poniendo el soplete en contacto con la pieza de trabajo. Algunas cortadoras utilizan un circuito de alto voltaje y alta frecuencia para iniciar el arco. Este método tiene una serie de desventajas, incluido el riesgo de electrocución, la dificultad de reparación, el mantenimiento del explosor y la gran cantidad de emisiones de radiofrecuencia . [6] Las cortadoras de plasma que trabajan cerca de componentes electrónicos sensibles, como hardware CNC o computadoras, inician el arco piloto por otros medios. La boquilla y el electrodo están en contacto. La boquilla es el cátodo y el electrodo es el ánodo . Cuando el gas de plasma comienza a fluir, la boquilla es impulsada hacia adelante. Un tercer método, menos común, es la descarga capacitiva en el circuito primario mediante un rectificador controlado por silicio .
Los cortadores de plasma analógicos, que normalmente requieren más de 2 kilovatios, utilizan un transformador de frecuencia de red pesado. Los cortadores de plasma inversores rectifican el suministro de red a CC, que se alimenta a un inversor de transistores de alta frecuencia entre 10 kHz y aproximadamente 200 kHz. Frecuencias de conmutación más altas permiten transformadores más pequeños, lo que da como resultado una reducción general de tamaño y peso.
Los transistores utilizados inicialmente eran MOSFET , pero ahora se utilizan cada vez más IGBT . Con los MOSFET en paralelo, si uno de los transistores se activa prematuramente, puede provocar un fallo en cascada de una cuarta parte del inversor. Una invención posterior, los IGBT, no están tan sujetos a este modo de falla. Los IGBT generalmente se pueden encontrar en máquinas de alta corriente donde no es posible conectar en paralelo suficientes transistores MOSFET.
La topología del modo de conmutación se conoce como convertidor directo fuera de línea de transistor dual. Aunque son más ligeras y potentes, algunas cortadoras de plasma inverter, especialmente aquellas sin corrección del factor de potencia , no pueden funcionar con un generador (eso significa que el fabricante de la unidad inverter prohíbe hacerlo; solo es válido para generadores portátiles pequeños y livianos). Sin embargo, los modelos más nuevos tienen circuitos internos que permiten que las unidades sin corrección del factor de potencia funcionen con generadores de energía ligeros.
Algunos fabricantes de cortadoras de plasma construyen mesas de corte CNC y otros tienen la cortadora integrada en la mesa. Las mesas CNC permiten que una computadora controle el cabezal de la antorcha produciendo cortes limpios y afilados. Los modernos equipos de plasma CNC son capaces de cortar material grueso en varios ejes, lo que permite realizar costuras de soldadura complejas que de otro modo no serían posibles. Para materiales más delgados, el corte por plasma está siendo reemplazado progresivamente por el corte por láser , debido principalmente a las capacidades superiores de corte de orificios del cortador por láser.
Un uso especializado de las cortadoras de plasma CNC ha sido en la industria de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). El software procesa información sobre los conductos y crea patrones planos que la antorcha de plasma cortará en la mesa de corte. Esta tecnología ha aumentado enormemente la productividad dentro de la industria desde su introducción a principios de los años 1980.
Las cortadoras de plasma CNC también se utilizan en muchos talleres para crear trabajos metálicos decorativos. Por ejemplo, señalización comercial y residencial, arte mural, carteles de direcciones y arte de jardín al aire libre.
En los últimos años ha habido aún más desarrollo. Tradicionalmente, las mesas de corte de las máquinas eran horizontales, pero ahora hay disponibles máquinas de corte por plasma CNC verticales, que ocupan menos espacio, mayor flexibilidad, seguridad óptima y operación más rápida.
Hay tres configuraciones principales de corte por plasma CNC y se diferencian en gran medida por las formas de los materiales antes del procesamiento y la flexibilidad del cabezal de corte.
Esta es la forma más común y convencional de corte por plasma CNC. Producir perfiles planos, donde los bordes cortados están a 90 grados con respecto a la superficie del material. De esta forma se configuran mesas de corte por plasma CNC de alta potencia, capaces de cortar perfiles de chapa metálica de hasta 150 mm de espesor. [ cita necesaria ]
Una vez más, se trata de un proceso para producir perfiles planos a partir de chapa o placa de metal; sin embargo, con la introducción de un eje de rotación adicional, el cabezal de corte de una máquina de corte por plasma CNC puede inclinarse mientras se lleva a través de una trayectoria de corte bidimensional convencional. El resultado de esto son bordes cortados en un ángulo distinto de 90 grados con respecto a la superficie del material, por ejemplo, ángulos de 30 a 45 grados. Este ángulo es continuo en todo el espesor del material. Esto normalmente se aplica en situaciones en las que el perfil que se está cortando se va a utilizar como parte de una fabricación soldada, ya que el borde en ángulo forma parte de la preparación de la soldadura. Cuando la preparación de la soldadura se aplica durante el proceso de corte por plasma CNC, se pueden evitar operaciones secundarias como el rectificado o el mecanizado, [ cita necesaria ] reduciendo costos. La capacidad de corte angular del corte por plasma tridimensional también se puede utilizar para crear orificios avellanados y bordes achaflanados de orificios perfilados.
Utilizado en el procesamiento de tubos, tuberías o cualquier forma de sección larga. El cabezal de corte por plasma generalmente permanece estacionario mientras la pieza de trabajo avanza y gira alrededor de su eje longitudinal. [ cita necesaria ] Hay algunas configuraciones en las que, como con el corte por plasma tridimensional, el cabezal de corte puede inclinarse y girar. Esto permite realizar cortes en ángulo a través del espesor del tubo o sección, lo que comúnmente se aprovecha en la fabricación de tuberías de proceso donde se puede proporcionar al tubo cortado una preparación de soldadura en lugar de un borde recto.
En la última década, los fabricantes de sopletes de plasma han diseñado nuevos modelos con una boquilla más pequeña y un arco de plasma más delgado. Esto permite una precisión cercana al láser en los bordes cortados con plasma. Varios fabricantes han combinado el control CNC de precisión con estas antorchas para permitirles producir piezas que requieren poco o ningún acabado.
Las antorchas de plasma alguna vez fueron bastante caras. Por este motivo, normalmente sólo se encontraban en talleres de soldadura profesionales y en talleres y talleres privados muy bien abastecidos. Sin embargo, las antorchas de plasma modernas son cada vez más baratas y ahora están dentro del rango de precios de muchos aficionados, menos de 300 dólares. Las unidades más antiguas pueden ser muy pesadas, pero aun así portátiles, mientras que algunas más nuevas con tecnología de inversor pesan sólo un poco, pero igualan o superan la capacidad de las más antiguas. [ cita necesaria ]
