Máquinas para Corte por Plasma

Como hemos visto anteriormente, el corte por plasma es un proceso en el que un chorro de gas ionizado (plasma) se estrecha y dirige a través de una tobera y produce un arco que calienta un metal eléctricamente conductor por encima de su punto de fusión, produce un corte en el metal y arroja metal fundido (escoria) a través de la ranura del corte.

Esta operación se realiza mediante equipos cuyas características y componentes básicos vimos en un artículo anterior. Si bien existe una gran variedad de máquinas para corte por plasma provistas de prestaciones que varían según el fabricante y las necesidades del cliente, podemos distinguir dos tipos principales:

• Máquinas para corte por plasma manual
• Máquinas para corte por plasma mecanizado

Seguidamente vamos a ver estos dos grandes grupos en detalle y nos vamos a detener un poco más en el corte por plasma mecanizado.

Máquinas para corte por plasma manual

Estas son básicamente fuentes de alimentación moderadamente pequeñas que utilizan una antorcha de plasma manual para el corte de diversos tipos de metales. Estos equipos son maniobrables, versátiles y se pueden utilizar para una variedad de aplicaciones de corte. Las fuentes de alimentación tienen un rango de capacidades de corte que se basa en el amperaje de salida del sistema y comúnmente se califican desde 7-25 amperios hasta 30-100 amperios y, excepcionalmente, hasta 200 amperios.

Los equipos manuales de plasma utilizan normalmente aire como gas plasmanógeno y/o gas protector, y están diseñados para que puedan emplearse con diversos voltajes de entrada. El voltaje de entrada está entre 120 y 600 V y usa transmisión de potencia monofásica o trifásica.

Máquina de corte por plasma manual

Las máquinas para corte por plasma manual generalmente se utilizan en talleres de fabricación que manejan láminas metálicas delgadas, mantenimiento de fábrica, mantenimiento agrícola, centros de reparación de soldaduras, centros de servicio de metales (aplicaciones de chatarra y desguace), construcciones (tales como edificios y puentes), fabricación de buques comerciales, fabricación de remolques, reparación de automóviles y obras de arte. Típicamente, se utilizan en aplicaciones de metal liviano para recortar el exceso de material. Una antorcha manual típica de 12 amperios corta un máximo de 5 mm de material a aproximadamente 15 pulgadas por minuto. Una antorcha manual típica de 100 amperios corta un máximo de 32 mm de material a aproximadamente 20 pulgadas por minuto.

En general, una máquina para corte por plasma manual se elige de acuerdo al espesor del material a cortar y la velocidad de corte deseada. Los equipos que ofrecen un alto amperaje de corte son los que tienen mayores velocidades de corte. Sin embargo, cuando se corta a altos amperajes, se hace cada vez más difícil controlar la calidad del corte.

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Máquinas para corte por plasma mecanizado

Estos equipos son generalmente bastante más grandes que las máquinas manuales y se utilizan en conjunción con mesas de corte (a veces denominadas pantógrafos), que incluyen una mesa de agua o mesa de aspiración y están provistas de un sistema «gantry» o de pórtico -es decir, un sistema de doble motorización a cada lado de la mesa, sobre el eje “X”- que funciona mediante diversos mecanismos, habitualmente, servomotes de corriente alterna acoplados a un sistema de piñón-cremallera. Además, los equipos mecanizados generalmente cuentan con control CNC y un control de altura de la antorcha (THC), que puede incluir la detección de la altura y el control del voltaje al inicio del proceso.

Las máquinas para corte por plasma mecanizado se pueden incorporar en una prensa de punzón, así como en sistemas de corte por láser, oxicorte, corte robótico y otros, conformando verdaderos centros de trabajo automatizado. El tamaño de una configuración de corte por plasma mecanizado se basa en la mesa y el pórtico que se utilizan. Las mesas pueden medir menos de 1.500 mm x 3.000 mm o más de 14.000 mm x 36.000 mm. Como es de esperar, estos sistemas no son fáciles de maniobrar, por lo que antes de la instalación todos sus componentes deben considerarse conjuntamente con el diseño del recinto que alojará la máquina.

De hecho, el uso de equipos mecanizados introduce notables mejoras en la calidad y precisión del corte, así como en el rendimiento de la productividad y un abaratamiento de costos en comparación con el oxicorte o el corte por láser. Muchos sistemas, además, se diseñan con gran simplicidad operativa, lo que posibilita su utilización por parte de personal no experto.

Algunas de las características de las máquinas para corte por plasma mecanizado son las siguientes:

Fuentes de alimentación

Las fuentes típicas tienen un rango máximo de amperaje de 100-400 A para el corte con oxígeno y 100-600 A para el corte con nitrógeno, mientras que el voltaje de entrada es 200-600 V con una transmisión de potencia trifásica.

Gases: ¿cuáles y cuándo se usan?

Los gases utilizados comúnmente para el corte de acero dulce (acero al carbono), acero inoxidable, aluminio y diversos materiales exóticos son aire comprimido, oxígeno, nitrógeno y una mezcla de argón/hidrógeno. Se usan combinaciones de estos gases como gas plasmanógeno y gas auxiliar. Por ejemplo, para el corte de acero dulce, se suele utilizar nitrógeno como gas plasmanógeno al inicio del corte, oxígeno como gas plasmanógeno de corte y ​​aire comprimido como gas auxiliar.

El oxígeno se utiliza para el acero dulce porque produce cortes de alta calidad en materiales de hasta 32 mm de espesor. El oxígeno también se puede usar como gas plasmanógeno para el corte de acero inoxidable y aluminio, pero se produce un corte de aspecto irregular.

El nitrógeno es adecuado como gas plasmanógeno y gas auxiliar, ya que produce una excelente calidad de corte en casi cada tipo de metal. Se utiliza para aplicaciones de alta corriente para cortar metales de hasta 3 pulgadas de espesor, y como el gas auxiliar para cortar con plasma de nitrógeno y argón/hidrógeno.

El aire comprimido es el gas de uso más común, ya sea como gas plasmanógeno o como gas auxiliar. Funciona bastante bien para aplicaciones de corte de baja corriente en metales de hasta 1 pulgada de espesor, dejando una superficie de corte oxidada. Se utiliza como gas auxiliar durante el corte con plasma de aire, nitrógeno u oxígeno.

Para el corte de acero inoxidable y aluminio, por lo general se elige una mezcla de argón/hidrógeno como gas plasmanógeno. Proporciona un corte de alta calidad y se requiere para el corte mecanizado de material con un espesor superior a las 3 pulgadas.

El dióxido de carbono también se puede utilizar como gas auxiliar en el corte con plasma de nitrógeno, ya que corta la mayoría de los metales y proporciona una buena calidad de corte. Otros dos tipos de gases usados ​​ocasionalmente en el proceso de corte por plasma son nitrógeno/hidrógeno y metano.

Otras consideraciones

Los gases plasmanógenos y auxiliares son sólo dos de las opciones críticas que deben tenerse en cuenta a la hora de instalar o utilizar un sistema de plasma mecanizado. Los cilindros de gas están disponibles para su compra o alquiler y se ofrecen en diferentes tamaños, lo que significa que debe crearse un espacio para almacenarlos. La instalación de un sistema de plasma mecanizado implica una cantidad considerable de cableado, así como tuberías de gas y refrigerante. Además del propio sistema de plasma mecanizado, debe seleccionarse la mesa, el pórtico, el CNC y el THC. Los fabricantes generalmente ofrecen una variedad de opciones de equipos que son adecuados para cualquier aplicación de corte.

¿Cómo efectuar la selección correcta de un equipo para corte por plasma mecanizado?

Debido a la complejidad que implica la selección de un equipo de corte por plasma mecanizado, se debe dedicar un buen margen de tiempo para investigar diversas configuraciones y criterios del sistema. Para ello, debemos considerar lo siguiente:

• Tipos de piezas a cortar.
• Número de unidades de producción cortadas por lote.
• Calidad y velocidad de corte deseadas.
• Costo de los consumibles.
• Costo operativo total de la configuración (incluyendo consumibles, electricidad, gas y mano de obra).

El tamaño, la forma y ​​la cantidad de las piezas de producción pueden establecer el tipo de CNC, mesa y sistema de pórtico. Por ejemplo, las piezas de producción pequeñas e intrincadas pueden requerir un pórtico con un paquete de motorización especializado. Las motorizaciones a cremallera y piñón, servomotores, amplificadores de motorización y codificadores utilizados en el pórtico determinan la calidad de corte y la capacidad de velocidad del equipo de plasma.

La velocidad y  la calidad de corte también dependen del equipo de plasma, el CNC y los gases seleccionados. Un equipo mecanizado que ofrezca incrementos graduales de corriente y flujo de gas al comienzo y al final del corte aumentará la vida útil del consumible. Además, un CNC con alta capacidad de almacenamiento, una variedad de capacidades de programación (tales como fijar la altura de la antorcha al final del corte) y una rápida velocidad de procesamiento (comunicación entrada/salida) conducirá a una disminución del tiempo de inactividad y un aumento de la velocidad y precisión de corte.

En última instancia, la decisión de comprar o actualizar una máquina para corte por plasma mecanizado o utilizar un equipo manual debe basarse en los hechos. Frente a tal decisión, un cliente debe considerar el tamaño, la forma y el espesor del material a cortar.