La industria moderna requiere el procesamiento de metales pesados y aleaciones, y la fabricación de herramientas y vehículos de transporte necesarios para las actividades diarias no puede separarse de los metales.
Por ejemplo, grúas, automóviles, rascacielos, robots y puentes colgantes están hechos de componentes metálicos mecanizados con precisión.
La razón es sencilla: los materiales metálicos son muy resistentes y duraderos. Para la mayoría de los procesos de fabricación, especialmente aquellos que involucran artículos grandes y/o robustos, los materiales metálicos son una opción natural.
Curiosamente, la resistencia de los materiales metálicos también es su desventaja: como los metales no se dañan fácilmente, es muy difícil procesarlos para darles formas específicas. Cuando las personas necesitan procesar un componente del mismo tamaño y resistencia que el ala de un avión, ¿cómo pueden lograr un corte y una forma precisos?
En la gran mayoría de los casos, esto requiere el uso de una máquina de corte por plasma. Si bien esto puede parecer algo sacado de la ciencia ficción, lo cierto es que, desde la Segunda Guerra Mundial, las máquinas de corte por plasma se han utilizado ampliamente.
En teoría, el principio de funcionamiento de una máquina de corte por plasma es muy simple. Se procesa manipulando una de las formas de materia más comunes en el universo conocido.
En este artículo, quitaremos el misterioso velo detrás de las máquinas de corte por plasma y veremos cómo esta herramienta mágica da forma a nuestro mundo.
Durante la Segunda Guerra Mundial, las fábricas estadounidenses produjeron armaduras, armas y aviones cinco veces más rápido que las potencias del Eje, gracias a importantes innovaciones realizadas por la industria privada en la producción en masa.
La forma de cortar y conectar componentes de aeronaves de manera más efectiva ha desencadenado algunas innovaciones tecnológicas.
Muchas fábricas que producen aviones militares han adoptado un nuevo método de soldadura, que implica el uso de soldadura protegida con gas inerte.
El descubrimiento revolucionario radica en que el gas electrolizado por corriente puede formar una barrera cerca de la soldadura para evitar la oxidación. Este nuevo método hace que las soldaduras estén más organizadas y la estructura de conexión sea más fuerte.
Historia del corte por plasma
A principios de la década de 1960, los ingenieros hicieron otro descubrimiento. Descubrieron que aumentar la velocidad del flujo de aire y reducir el tamaño de los poros puede ayudar a mejorar la temperatura de soldadura. El nuevo sistema puede alcanzar temperaturas más altas que cualquier máquina de soldar comercial.
De hecho, a temperaturas tan altas, esta herramienta ya no sirve como dispositivo de soldadura. En cambio, es más como una sierra que corta metal duro como un cuchillo caliente corta mantequilla.
Arco de plasma
La introducción del arco de plasma revolucionó la velocidad, precisión y variedad de herramientas de corte, pudiendo aplicarse a diversos metales. En la siguiente sección, presentaremos los principios científicos detrás de este sistema.
La facilidad con la que una máquina de corte por plasma puede penetrar el metal se debe a las propiedades únicas del estado del plasma. Entonces, ¿qué es un estado plasmático?
Hay cuatro estados de la materia en el mundo. La mayoría de las sustancias con las que entramos en contacto en nuestra vida diaria son sólidas, líquidas o gaseosas. El estado de la materia está determinado por la interacción entre moléculas. Tomemos el agua como ejemplo:
El agua sólida es hielo. El hielo es un sólido compuesto de átomos eléctricamente neutros dispuestos en una red hexagonal. Como la interacción entre moléculas es estable, permanece en forma fija.
El agua líquida es agua potable. Las moléculas todavía ejercen fuerzas entre sí, pero se mueven lentamente. Los líquidos tienen un volumen fijo, pero no una forma fija. La forma del líquido cambia según la forma del recipiente.
El agua gaseosa es vapor de agua. En el vapor de agua, las moléculas se mueven rápidamente y no existe conexión entre ellas. Como no hay fuerza entre las moléculas, los gases no tienen forma ni volumen fijos.
La cantidad de calor (convertido en energía) absorbida por las moléculas de agua determina sus propiedades y su estado. En pocas palabras, más calor (más energía) hace que las moléculas de agua alcancen un estado crítico en el que se rompen los enlaces químicos entre ellas.
A bajas temperaturas, las moléculas están estrechamente unidas y la sustancia se encuentra en estado sólido. Absorber más calor debilita las interacciones entre las moléculas y la sustancia se vuelve líquida.
Absorber aún más calor hace que las interacciones entre las moléculas casi desaparezcan y la sustancia se convierta en gas. Entonces, ¿qué pasa si seguimos calentando el gas? Esto hará que entre en el cuarto estado, el estado de plasma.
Cuando un gas alcanza temperaturas extremadamente altas, entra en estado de plasma. La energía comienza a separar completamente las moléculas entre sí y los átomos comienzan a dividirse.
Normalmente, los átomos están formados por protones y neutrones en el núcleo atómico (ver teoría atómica), así como por electrones que rodean el núcleo atómico.
En el estado de plasma, los electrones están separados de los átomos. Una vez que la energía térmica hace que los electrones abandonen los átomos, estos comienzan a moverse a altas velocidades. Los electrones tienen una carga negativa, mientras que el resto de los núcleos atómicos tienen una carga positiva. Estos núcleos atómicos cargados positivamente se llaman iones.
Cuando los electrones de alta velocidad chocan con otros electrones o iones, liberan enormes cantidades de energía. Son precisamente estas energías las que confieren al plasma sus propiedades especiales y sus increíbles capacidades de corte.
Conocimientos comunes sobre el estado del plasma:
Casi el 99% de la materia del universo se encuentra en estado de plasma. Debido a su temperatura extremadamente alta, no se encuentra comúnmente en la Tierra; sin embargo, es muy común en cuerpos celestes como el Sol. En la Tierra, este estado se puede observar en los rayos.
Máquina de corte por plasma
Las máquinas de corte por plasma no son los únicos dispositivos que manipulan la energía del plasma. Los dispositivos como luces de neón, luces fluorescentes y pantallas de plasma funcionan según el estado del plasma. Estos dispositivos utilizan el estado de plasma "frío". Aunque el plasma frío no se puede utilizar para cortar metal, todavía tiene considerables aplicaciones.
Las máquinas de corte por plasma vienen en muchas formas y tamaños. Hay máquinas de corte por plasma gigantes controladas por brazos robóticos para cortes precisos, así como máquinas de corte por plasma manuales simplificadas que se utilizan en los talleres.
Independientemente de su tamaño, todas las máquinas de corte por plasma se basan en los mismos principios y tienen diseños estructurales similares.
Cuando una máquina de corte por plasma está en funcionamiento, los gases comprimidos como nitrógeno, argón u oxígeno se suministran a través de un canal estrecho. Se coloca un electrodo negativo en el medio del canal. Cuando se suministra energía al electrodo negativo y la boquilla está en contacto con el metal, se forma un circuito eléctricamente conductor que genera chispas de alta energía entre el electrodo y el metal.
A medida que el gas inerte fluye a través del canal, las chispas calientan el gas hasta que alcanza el cuarto estado de la materia. Esta reacción produce un flujo de plasma con una temperatura de hasta aproximadamente 16.649 grados centígrados y un caudal de hasta 6.096 metros por segundo, transformando rápidamente el metal en escoria.
El propio plasma tiene una corriente que fluye a través de él. Mientras el electrodo esté continuamente encendido y el plasma esté en contacto con el metal, el ciclo del arco es continuo.
Para evitar la oxidación y los daños causados por propiedades desconocidas del plasma, la boquilla del cortador de plasma está equipada con otro conjunto de canales que liberan continuamente gas protector para proteger el área de corte. La presión del gas protector puede controlar eficazmente el radio del plasma columnar.
Corte por plasma
Las máquinas de corte por plasma se han convertido en una herramienta común en la industria moderna. Se han utilizado ampliamente en talleres de automóviles personalizados, así como en la fabricación de chasis y carrocerías personalizados por parte de los fabricantes de automóviles.
Las empresas constructoras utilizan máquinas de corte por plasma en proyectos a gran escala para cortar y fabricar grandes vigas y placas metálicas. Los cerrajeros pueden utilizar máquinas de corte por plasma para hacer agujeros en áreas seguras cuando los clientes están bloqueados.
En un sistema de corte CNC (Control Numérico por Computadora) no es necesario tocar el material. Simplemente dibuje la forma que desea cortar en la computadora y el proceso de corte se automatizará.
1. Principio de funcionamiento
El plasma es un gas calentado a temperaturas extremadamente altas y altamente ionizado. La potencia del arco se transfiere a la pieza de trabajo, que se funde y es expulsada, creando un estado de trabajo de corte por arco de plasma.
El aire comprimido ingresa al soplete de corte y se distribuye en dos corrientes a través de la cámara de gas, formando gas de plasma y gas auxiliar. El arco de gas de plasma funde el metal, mientras que el gas auxiliar enfría las distintas partes del soplete de corte y elimina el metal fundido.
La fuente de alimentación de corte incluye un circuito principal y un circuito de control. El diagrama de bloques del principio eléctrico se muestra en la figura:
El circuito principal consta de un contactor, un transformador de potencia trifásico con alta resistencia a fugas, un puente rectificador trifásico, una bobina de encendido de arco de alta frecuencia y elementos de protección. Tiene una característica externa pronunciada causada por una alta resistencia a las fugas. El circuito de control completa todo el proceso de corte mediante el botón del soplete de corte:
Suministro de pregas – Suministro del circuito principal – Encendido del arco de alta frecuencia – Proceso de corte – Parada del arco – Parada.
La alimentación del circuito principal está controlada por el contactor; el flujo de gas está controlado por una válvula solenoide; y el oscilador de alta frecuencia enciende el arco y deja de funcionar una vez establecido el arco.
Además, el circuito de control también tiene las siguientes funciones de bloqueo interno:
Acción del interruptor de control térmico, deja de funcionar.
2. Fallos
(1) Cortar no completamente:
a: El espesor del tablero excede el rango aplicable del equipo.
b: La velocidad de corte es muy rápida.
c: La inclinación del soplete es demasiado grande.
d: La presión del aire comprimido es demasiado alta o demasiado baja.
e: La tensión de la red es demasiado baja.
(2) Inestabilidad del arco de plasma:
a: El soplete de corte se mueve muy lentamente.
b: La alimentación eléctrica se realiza mediante dos fases y la tensión de funcionamiento disminuye.
c: La presión del aire comprimido es demasiado alta.
3. Instalación, mantenimiento y sustitución de piezas del soplete de corte.
Al instalar o reemplazar piezas del soplete de corte, desmóntelas en el orden tapa protectora-boquilla de plomo-distribuidor de gas-electrodo-cuerpo del soplete de corte con el cabezal del soplete de corte hacia arriba y móntelas en el orden inverso.
Al instalar la boquilla, asegúrese de que esté concéntrica con el electrodo. Se debe apretar la tapa protectora y presionar firmemente la boquilla. Si hay juego, no se puede realizar el corte.
Utilice el soplete de forma razonable. Póngase en contacto la boquilla con la pieza de trabajo antes de encender el arco. Cuando termine el corte, suelte el botón del mango para detener el arco, luego aleje el soplete de la superficie de la pieza de trabajo para extender la vida útil de las piezas. Cuando la cavidad central de la boquilla afecta la calidad del corte, debe reemplazarse a tiempo.
Cuando el centro del electrodo está hundido más de 2 milímetros o no logra encender el arco, el electrodo se puede instalar al revés o actualizarse.
Cuando la tapa protectora o el distribuidor de gas están agrietados o gravemente dañados, deben reemplazarse a tiempo.
Cuando se encuentren daños en el aislamiento del cuerpo del soplete, en la cubierta de cuero sintético, en el aislamiento del cable o en la tubería de gas, se debe reparar o reemplazar a tiempo.
Para retirar el soplete de corte, retraiga la cubierta de cuero sintético, desarme los cables de conexión del interruptor, retraiga el mango hacia atrás y luego desarme las juntas de conexión del cuerpo del soplete de corte.
Al reemplazar una nueva cubierta protectora de cerámica, aplique un poco de aceite de vaselina al anillo de sellado del cuerpo del soplete antes de atornillarlo para prolongar la vida útil del sellado.
4. Fallos comunes y métodos de solución de problemas
| No. | Fallos, averías | Causas | Soluciones |
| 1 | Encienda el botón de encendido, la luz indicadora de encendido no se enciende | 1. El fusible del interruptor de alimentación está roto. | para reemplazar |
| 2. El fusible detrás de la caja de alimentación está roto. | Comprobar y reemplazar | ||
| 3. El transformador de control está defectuoso. | para reemplazar | ||
| 4. El botón de encendido está roto. | para reemplazar | ||
| 5. La luz indicadora está rota. | para reemplazar | ||
| dos | No se puede preestablecer la presión del gas de corte | 1. La fuente de aire no está conectada o no hay aire en la fuente de aire. | Conecte la fuente de aire |
| 2. El interruptor de encendido no está en la posición "on" | Desencadenar | ||
| 3. La válvula reductora de presión está dañada. | Reparar o reemplazar | ||
| 4. Cableado deficiente de la válvula solenoide | comprobar el cableado | ||
| 5. La válvula solenoide está defectuosa. | para reemplazar | ||
| 3 | Al presionar el botón del soplete de corte durante la operación no se produce flujo de aire. | 1. Fuga en la tubería | Reparar la parte que gotea |
| 2. La válvula solenoide está defectuosa. | para reemplazar | ||
| 4 | Después de que la boquilla conductora entre en contacto con la pieza de trabajo, presione el botón del soplete de corte y la luz indicadora de trabajo se enciende, pero el corte por arco no se ha activado. | 1. KT1 está roto | para reemplazar |
| 2. El transformador de alta frecuencia está defectuoso. | Revisar o reemplazar | ||
| 3. Oxidación de la superficie de la varilla de encendido o distancia libre inadecuada | Pulir o ajustar | ||
| 4. Cortocircuito del condensador de alta frecuencia C7. | para reemplazar | ||
| 5. La presión del aire es demasiado alta. | Encapotado | ||
| 6. La pérdida de la boquilla conductora es muy corta. | para reemplazar | ||
| 7. Circuito abierto o cortocircuito del elemento rectificador del puente rectificador. | Compruébalo y reemplázalo | ||
| 8. Mal contacto o circuito abierto en el cable del soplete de corte. | Reparar o reemplazar | ||
| 9. El cable de tierra de la pieza de trabajo no está conectado a la pieza de trabajo. | Conectado a la pieza de trabajo | ||
| 10. Hay una capa gruesa de pintura o suciedad en la superficie de la pieza de trabajo. | Limpiar y hacer conductor. | ||
| 5 | La luz indicadora de corte no se ilumina cuando la boquilla conductora hace contacto con la pieza de trabajo y se presiona el botón del soplete de corte. | 1. Acción del interruptor de control térmico | Espere a que se enfríe o vuelva a funcionar. |
| 2. El interruptor del botón del soplete está dañado | para reemplazar | ||
| 6 | El fusible de control se rompe después del arranque de alta frecuencia | 1. Transformador de alta frecuencia dañado | Comprobar y reemplazar |
| 2. Transformador de control dañado | Comprobar y reemplazar | ||
| 3. Cortocircuito de la bobina del contactor | para reemplazar | ||
| 7 | El fusible del interruptor principal está roto. | 1. Cortocircuito del elemento rectificador. | Comprobar y reemplazar |
| 2 Fallo del transformador principal | Comprobar y reemplazar | ||
| 3. Cortocircuito de la bobina del contactor | Comprobar y reemplazar | ||
| 8 | Ocurrencia de alta frecuencia pero sin arco | 1. El componente rectificador está defectuoso (hay un sonido anormal dentro de la máquina) | Comprobar y reemplazar |
| 2. El transformador principal está dañado. | Comprobar y reemplazar | ||
| 3. C1-C7 abajo | Comprobar y reemplazar | ||
| 9 | Paralización del trabajo a largo plazo y falla del arco | 1. La temperatura del transformador principal es demasiado alta y el interruptor de control térmico funciona. | Esperar a que se enfríe antes de trabajar, prestar atención al bajar. |
| El ventilador de temperatura está funcionando y la dirección del viento |
5. Diagrama esquemático eléctrico
