¿Qué tener en cuenta al elegir una mesa de corte por plasma? Parte I

¿Qué tener en cuenta al elegir una mesa de corte por plasma? I. Selección del sistema de corte por plasma

Las múltiples ventajas que ofrece actualmente el corte por arco de plasma (o PAC, por sus siglas en inglés) han posibilitado la oferta de una amplia variedad de equipos que satisfacen los diversos requerimientos de los usuarios.

Dentro de esa variedad, las mesas o pantógrafos de corte por plasma constituyen el paso siguiente de los sistemas PAC manuales. Generalmente, estas verdaderas estaciones de trabajo del corte por plasma mecanizado se encuentran fuera del presupuesto y las necesidades de un aficionado o usuario hogareño, pero representan una adquisición recomendable en talleres e industrias de mayor envergadura. Más aún, las mesas que cuentan particularmente con CNC proporcionan un control preciso de la antorcha, creando cortes más rectos y rápidos. También nos permiten guardar la configuración y/o el patrón de corte para volver a usarlos en futuros trabajos, del mismo modo en que guardamos un gráfico o dibujo en nuestra computadora o dispositivo móvil.

Si nuestra inquietud es, por lo tanto, adquirir una mesa de corte por plasma, vamos a desarrollar una serie de artículos para abordar ciertas consideraciones que nos ayudarán en nuestra decisión. En esta primera entrega revisaremos concretamente los aspectos que intervienen en la selección del sistema de corte por plasma, ya sea provisto o no de funcionalidad CNC, aunque esta es una adición altamente conveniente.

Para comprender mejor los detalles esenciales que debemos tener en cuenta para una buena elección, examinemos, en primer lugar, cómo está constituida una mesa de corte por plasma.

Mesa de Corte por Plasma

En la figura de arriba podemos apreciar un esquema básico de un sistema CNC con sus partes principales. En este esquema, los componentes en los que debemos focalizar nuestra atención son fundamentalmente tres:

• El equipo que proporciona la tecnología de corte.
• La mesa de corte, que incluye el diseño de la mesa en sí, del sistema Gantry/THC y de contención de polvo/humo, como así también el tipo de motores que controlan la antorcha.
• El software que ejecuta el equipo y diseña los patrones de corte.

Ahora vamos a estudiar con más detalle el primer componente fundamental, es decir, los equipos que proporcionan el sistema de corte.

En un artículo anterior señalamos cuáles son las tecnologías principales que ofrece actualmente el mercado del corte por plasma. No obstante, cada fabricante crea constantemente variantes patentadas que combinan estas tecnologías e introducen mejoras destinadas al logro de mejores desempeños y calidades de corte. Muchas de esas mejoras tienden, además, a adaptar y compatibilizar los equipos destinados al corte por plasma manual a mesas de corte capaces de ofrecer mayores prestaciones.

En lo que respecta a los sistemas propiamente dichos, una de las características comunes de todos los fabricantes es que los sistemas de PAC mecanizado se ofrecen en configuraciones de un solo gas o dos gases (sistemas duales). La mayor parte de las antorchas que funcionan con uno o dos gases incorporan un protector de la boquilla y un flujo secundario de gas alrededor de la boquilla, denominado gas protector. La diferencia entre los diseños de uno y dos gases es simple: si el gas plasmanógeno y el gas protector son iguales, se trata de sistema de un solo gas. Si difieren, se trata de sistemas de dos gases o sistemas duales.

La selección del gas protector depende de la aplicación específica de corte y cumple tres propósitos:

• Enfriar la boquilla.
• Impedir que el calor vuelva a radiarse hacia la boquilla.
• Ayudar a eliminar el material fundido.

En este artículo detallamos cuáles son los gases y las combinaciones gaseosas que más se usan en el corte por plasma y para qué materiales se aplica cada uno.

A continuación revisaremos los sistemas más usados que pueden incorporarse en mesas de PAC o que directamente están diseñados para estas.

Sistemas compatibles con las mesas de corte por plasma

PAC convencional

En este proceso es solamente la boquilla la que produce la constricción del arco y no se usa gas protector. El gas plasmanógeno es generalmente nitrógeno o aire, que se introduce en la antorcha alrededor del electrodo, y el arco eléctrico se establece entre la boquilla y el sustrato (arco transferido). Los equipos de PAC convencional que pueden adaptarse a una mesa presentan capacidades de corte que van de los 12 a los 38 mm de espesor y son ideales para el corte de tuberías y ductos, biselados y corte robótico en 3-D. Veamos brevemente las características de cada sistema.

Plasma por aire: este tipo de corte es genérico y barato, ya que solo emplea aire, por lo que la calidad obtenida suele ser media o baja. El aire se usa principalmente en materiales de acero al carbono, aunque en ciertas aplicaciones también puede cortar acero inoxidable y aluminio. La capacidad de corte con aire es elevada; sin embargo, el sistema presenta el inconveniente de verificar cuidadosamente la calidad del aire introducido, ya que no solo debe estar libre de aceite o polvo, sino principalmente de humedad. De lo contrario, el gasto de consumibles aumenta exponencialmente, de manera que lo que se ahorra en gases se gasta en consumibles.

Plasma por nitrógeno: en acero al carbono de espesores mayores de 30 mm es preciso usar el corte con nitrógeno, aunque este también es aplicable al aluminio y el acero inoxidable. Sin embargo, el caso del acero al carbono presenta una desventaja ante la posibilidad de una soldadura futura u otro proceso posterior, ya que puede originar problemas de nitruración. Esto significa que antes de emplear el plasma por nitrógeno en aceros al carbono es preciso analizar detenidamente la combinación de gases a usar. Por otra parte, el uso de nitrógeno reduce la capacidad de corte en hasta un 25 % con respecto al aire, pero la vida útil de la antorcha se prolonga hasta en un 300 %.

PAC por oxígeno

Este proceso usa oxígeno como gas plasmanógeno (orificio) en lugar de nitrógeno o aire y conduce a una mejor calidad de corte. Esto se traduce en una mayor velocidad, menores ángulos de biselado (perpendicularidad), menos rugosidad en las caras de corte, mayor ventana libre de escoria, una HAZ más angosta y una superficie de corte más amigable con la soldadura, lo cual puede reducir la cantidad de defectos perjudiciales en una estructura.

Además de reducir drásticamente los nitritos en la superficie de corte, el oxígeno también reduce la escoria que se adhiere al material durante el corte. Cuando se trabaja en acero al carbono, el oxígeno reacciona exotérmicamente con el hierro del metal líquido, creando óxido de hierro. Esta reacción libera energía que calienta aún más el metal líquido y reduce su viscosidad, lo cual facilita la remoción del metal líquido mediante el chorro de plasma, dejando un borde de corte limpio y sin escoria en la parte inferior.

El problema del oxígeno es que el campo de corte está limitado a los 200 amperios, lo que supone un corte de calidad solo en espesores de 25 o 30 mm como máximo.

PAC de alta definición

También llamada PAC de precisión, emplea un diseño de boquilla que aumenta la constricción del arco y la densidad de energía. Dependiendo del modelo y fabricante, trabajan con amperajes máximos entre 130 y 800 A. Debido a la mayor energía del arco, la calidad de los bordes cortados y la perpendicularidad se pueden mejorar, sobre todo en materiales de menos de 3/8 pulgadas de espesor.

En este artículo mencionamos los detalles principales de los equipos de corte por plasma de alta definición. Los avances tecnológicos que incorpora este sistema, cuya calidad queda inmediatamente por debajo del corte con láser, lo hace el más costoso hasta el momento. Sin embargo, además de los mencionados en esa oportunidad, los equipos PAC de alta definición provistos de CNC cuentan con estas otras ventajas:

• Corte de calidad superior en chapas de acero al carbono, aluminio y acero inoxidable, pudiendo cortar, biselar y marcar espesores de hasta 160 mm.
• Tolerancias aún más estrictas, del orden de +/- 0,0625.
• Las mayores velocidades de corte reducen el tiempo de respuesta.
• Produce menos escoria, por lo que el tiempo destinado a la limpieza, si existe, es mínimo.
• Dimensiones de la mesa de hasta 3 metros de ancho x 12 metros de largo.
• Software de anidamiento CAD/CAM que ofrece más de 250 formas preprogramadas y proporciona un uso eficiente de los materiales, minimizando la escoria obtenida.

Este video nos brinda una serie de ejemplos de cortes realizados por el modelo HyPerformance HPR800XD de la firma líder Hypertherm, en función de distintos materiales, espesores, amperajes y combinación de gases.

Resumiendo

Además de lo anterior, al efectuar la elección del equipo de corte por plasma debemos comprender que no tiene sentido adquirir uno que sea incapaz de cortar el espesor de los materiales específicos que empleamos, al menos los que conforman nuestro mayor volumen de trabajo. Por otro lado, sería un gran inconveniente no poder realizar un trabajo sólo porque nuestro equipo no puede cortar la hoja del material requerido.

Por lo tanto, si adquirimos un equipo que puede cortar material mucho más grueso, no sólo nos beneficiaremos cada vez que se presenta un nuevo trabajo, sino que saldremos airosos con cada corte, porque una máquina de mayor amperaje siempre ofrecerá una mayor velocidad y mejor calidad de corte. En otras palabras:

• Una mayor velocidad de corte implica menor tiempo de corte.
• Una mayor calidad y precisión de corte afecta la calidad de la pieza de trabajo y minimiza o elimina el trabajo posterior, lo que genera menor tiempo de manufactura.

Si el tiempo es dinero, entonces habremos ganado tiempo de manera suficiente como para compensar el costo de un equipo más potente.