Tecnología de corte por plasma en el procesamiento de chapas metálicas
1. Limitaciones de los métodos tradicionales de corte
Los procesos tradicionales de corte de chapas metálicas tienen ciertas limitaciones, principalmente debido a la complejidad de las operaciones y los riesgos de seguridad significativos. Estos desafíos crean restricciones en la producción industrial. Sin embargo, al mejorar los métodos existentes, no solo ha aumentado la eficiencia del corte, sino que el proceso también se ha vuelto más flexible.
2. Ventajas del Corte por Plasma
En las industrias de mecanizado y reparación convencionales, el corte de acero se realizaba típicamente utilizando cortadores de muelas para cables y corte con gas oxiacetilénico para chapas. Sin embargo, el corte con gas oxiacetilénico es inconveniente, ineficiente y presenta riesgos de seguridad considerables, lo que limita su uso en la producción industrial.
Hoy en día, el corte por plasma se ha adoptado ampliamente en la producción industrial y en las industrias de reparación general para procesar la mayoría de los materiales de chapa de acero. El corte por plasma utiliza un arco de plasma a temperaturas extremadamente altas para fundir localmente el material. El gas de trabajo, calentado por el arco de plasma en la boquilla de la antorcha de plasma, se expande rápidamente y se expulsa a alta velocidad, soplando el metal fundido y formando un corte estrecho en el material.
En términos de compatibilidad de materiales, grosor de corte y calidad de corte, el corte por arco de plasma es actualmente uno de los mejores métodos de corte disponibles. Se puede resumir en tres características clave: alta velocidad, alta eficiencia y alta calidad.
3. Características del Corte por Plasma
Durante el proceso de corte, los operadores deben estar bien capacitados en el funcionamiento del equipo de corte por plasma. La selección del gas de trabajo adecuado es crucial, ya que diferentes gases tienen propiedades distintas durante el corte. Las mezclas de gases más utilizadas incluyen nitrógeno e hidrógeno, generalmente compuestas por un 75%-90% de nitrógeno y un 10%-25% de hidrógeno. Para cortar materiales de más de 127 mm de grosor, como acero inoxidable y aleaciones específicas de acero inoxidable, también se puede usar argón puro.
Para garantizar un corte por arco de plasma ajustable, es esencial seleccionar la corriente y el voltaje adecuados del arco. Aumentar la corriente y el voltaje del arco mejora la potencia del arco, pero una corriente excesiva puede acelerar el desgaste de las placas de tungsteno y las boquillas, lo que afecta negativamente el rendimiento del corte. Por lo tanto, aumentar el voltaje del arco es el método preferido para aumentar la potencia. Además, aumentar la tasa de flujo de la mezcla de gas comprime aún más el arco, concentrando la energía y elevando la temperatura del arco. Esto aumenta la velocidad del chorro de arco y la potencia de corte, lo que mejora la velocidad de corte.
Otros factores clave que afectan la calidad del corte incluyen la longitud y el diámetro de la boquilla, la distancia entre la boquilla y la pieza de trabajo, y la alineación del electrodo de tungsteno. En algunos casos, pueden formarse rebabas excesivas debido a un flujo deficiente del metal fundido, flujo insuficiente de gas o calor excesivo en la parte inferior del corte. En el corte de placas gruesas, un mayor ancho de ranura también puede generar un arrastre excesivo, causando la formación de más rebabas. Para evitar estos problemas, es crucial mantener una alineación precisa del electrodo de tungsteno y la boquilla, garantizar una potencia adecuada y optimizar el flujo de gas y la velocidad de corte.
Para las pequeñas y medianas empresas de mecanizado y reparación, el corte por plasma de baja corriente es un avance significativo. Ofrece bajo consumo de gas, costos reducidos de mantenimiento y equipo, mínima emisión de humo y ruido, estructura simple y operación fácil.
Las aplicaciones típicas del corte por plasma de baja corriente incluyen:
Corte y ensamblaje de tuberías de acero inoxidable y aluminio, estructuras cilíndricas y conexiones de tuberías en ángulo.
Corte durante la fabricación de calderas de baja presión y tuberías.
Corte y reparación in situ de componentes en las industrias de procesamiento de alimentos y productos químicos con precisión y mínima deformación.
Corte preciso de materiales fundidos en fundiciones, que requiere un mínimo de rectificado o acabado.
Corte de alta calidad y precisión de tuberías de acero de bajo carbono, acero de baja aleación, acero inoxidable y aluminio para longitudes y bordes en ángulo, superando los métodos de corte convencionales.
El corte por plasma de baja corriente típicamente utiliza una antorcha de plasma de doble gas, donde la boquilla no requiere agujeros de enfriamiento y el electrodo de tungsteno puede permanecer plano sin necesidad de ser afilado. El proceso de corte emplea comúnmente CO₂ como gas de protección y nitrógeno como gas plasma. Una de las principales ventajas del corte por plasma basado en nitrógeno es su adaptabilidad a diversas formas de piezas de trabajo, lo que lo hace adecuado tanto para componentes simples como complejos. La velocidad de corte del plasma de baja corriente es comparable al corte por plasma estándar, mientras que su precisión puede igualar al corte por plasma de alta corriente. El uso de una mezcla de gas argón-hidrógeno refina aún más el corte, produciendo bordes estrechos y limpios.
En general, el corte por plasma es ampliamente aplicable en la producción industrial moderna y se espera que su adopción crezca significativamente en el futuro.
4. Tipos y Aplicaciones del Equipo de Corte por Plasma
4.1 Tipos de Equipos de Corte por Plasma
Entre las diversas tecnologías de corte por plasma, el corte por plasma CNC es el más utilizado en la actualidad. El equipo de corte por plasma CNC consta de tres componentes principales:
Sección de la máquina herramienta: Incluye el reductor, las guías lineales y los servomotores.
Sistema de control CNC: Consiste en una computadora, un sistema de circuito de gas y equipo electromecánico auxiliar.
Software de programación: Se encarga de las operaciones del software para los terminales de corte por plasma.
Las modernas máquinas de corte por plasma utilizan una tecnología de encendido de arco de baja frecuencia, donde un flujo de gas a alta presión entre el electrodo de potencia y la boquilla genera un arco piloto que enciende el plasma. Este método elimina la necesidad de osciladores de alta frecuencia, que pueden generar campos electromagnéticos fuertes (130-210 kHz) que interfieren con el equipo de alta tensión circundante. Para contrarrestar esto, se incorporan mecanismos de control especializados en el sistema para asegurar un encendido preciso del arco.
4.2 Aplicación del Corte por Plasma en la Producción de Estructuras de Acero
Durante el corte por plasma CNC, las estructuras de acero se dibujan y programan antes de ser transferidas como archivos DXF a un servidor terminal, garantizando un intercambio de datos sin problemas. La cabeza de corte sigue la trayectoria programada mientras mantiene una temperatura de corte entre 4,500 y 5,000°C. A esta temperatura, las intensas colisiones atómicas dentro de la estructura de acero causan la separación de electrones, creando un estado ionizado de alta energía que facilita un corte eficiente del acero.
El corte por plasma CNC asegura transiciones suaves entre ángulos rectos, a diferencia del corte por plasma tradicional, que a menudo tiene dificultades para lograr curvas suaves, lo que genera grandes áreas no cortadas. El software de corte en las máquinas de plasma CNC asegura ajustes angulares precisos, optimizando el proceso de corte.
- Conclusión
A través del análisis del corte por plasma en aplicaciones industriales, es evidente que esta tecnología ofrece mejoras significativas sobre los métodos de corte tradicionales. El corte por plasma no solo optimiza el proceso de corte, sino que también simplifica las operaciones y mejora la eficiencia de producción. Esta innovadora tecnología de corte continuará generando beneficios económicos para diversas industrias, contribuyendo a una mayor productividad nacional en el futuro.
