Dispositivo de corte por plasma

La tecnología de corte por plasma se utiliza muy raramente en la vida cotidiana, pero en el ámbito industrial está muy extendida. Debido al hecho de que con la ayuda de un cortador de plasma, puede cortar de manera fácil, rápida y eficiente casi cualquier metal conductor, así como otros materiales: piedra y plástico, se utiliza en ingeniería mecánica, construcción naval, servicios públicos, producción publicitaria. , para reparar equipos y mucho más. El corte siempre resulta suave, prolijo y hermoso. Aquellos que solo van a dominar esta tecnología pueden estar interesados ​​en una pregunta razonable, qué es un dispositivo de corte por plasma, cuál es el principio de su funcionamiento, así como qué tipos de cortadores de plasma son y para qué se utiliza cada uno de ellos. Todo esto le dará una comprensión general de la tecnología de corte por plasma, le permitirá tomar la decisión correcta al comprar y dominar el funcionamiento del dispositivo..

El principio de funcionamiento de la máquina de corte por plasma.

¿Cómo funciona un cortador de plasma? ¿Y qué se entiende por la palabra “plasma”? Para que el cortador de plasma funcione, solo se necesitan dos cosas: electricidad y aire. La fuente de energía suministra corrientes de alta frecuencia a la antorcha (plasmatrón), por lo que surge un arco eléctrico en el plasmatrón, cuya temperatura es de 6000 – 8000 ° C. Luego, el aire comprimido se dirige al plasmatrón, que a alta velocidad se expulsa de la tubería de derivación, pasa a través del arco eléctrico, se calienta a una temperatura de 20.000 – 30.000 ° C y se ioniza. El aire, que está ionizado, pierde sus propiedades dieléctricas y se convierte en conductor de electricidad. El plasma es precisamente este aire..

Al escapar de la boquilla, el plasma calienta localmente la pieza de trabajo en la que es necesario cortar, el metal se derrite. Las partículas de metal fundido que se forman en la superficie frontal del corte son expulsadas por una corriente de aire que escapa a gran velocidad. Así es como se corta el metal.

La velocidad del flujo de plasma (aire ionizado calentado) aumenta si se incrementa el caudal de aire. Si aumentamos el diámetro de la boquilla por la que escapa el plasma, la velocidad disminuirá. Los parámetros de velocidad del plasma son aproximadamente los siguientes: a una corriente de 250 A, puede ser de 800 m / s.

Para que el corte sea uniforme, el plasmatrón debe mantenerse perpendicular al plano de corte, la desviación máxima permitida es de 10 a 50 °. La velocidad de corte también es de gran importancia. Cuanto más pequeño es, más ancho se vuelve el corte y las superficies cortadas se vuelven paralelas. Lo mismo sucede cuando aumenta el amperaje..

Si aumenta el consumo de aire, el ancho de corte disminuirá, pero los bordes de corte no serán paralelos..

Dispositivo de corte por plasma

La máquina de corte por plasma consta de fuente de alimentación, plasmatron y paquete de mangueras y cables, a través del cual se conecta la fuente de alimentación y compresor con plasmatron.

La fuente de energía para la máquina de corte por plasma puede ser un transformador o inversor, que suministra una gran corriente a la antorcha de plasma..

Plasmatron, de hecho, es el elemento principal del aparato: un cortador de plasma. A veces, por error, todo el aparato se denomina soplete de plasma. Quizás esto se deba al hecho de que la fuente de energía para el cortador de plasma no es única de ninguna manera, sino que puede usarse junto con una máquina de soldar. Y el único elemento que distingue al cortador de plasma de otro dispositivo es el soplete de plasma..

Los componentes principales de un plasmatrón son un electrodo, una boquilla y un aislante entre ellos..

Dentro del cuerpo del plasmatrón hay una cámara cilíndrica de pequeño diámetro, cuyo canal de salida es bastante pequeño y permite la formación de un arco comprimido. Un electrodo está ubicado en la parte posterior de la cámara de arco, que sirve para excitar un arco eléctrico..

Electrodos para el corte por plasma de aire se puede fabricar a partir de berilio, hafnio, torio o circonio. Se forman óxidos refractarios en la superficie de estos metales, evitando la destrucción del electrodo. Pero para la formación de estos óxidos, se requieren ciertas condiciones. Los más comunes son los electrodos de hafnio. Pero no están hechos de berilio y torio, y los mismos óxidos son los culpables: el óxido de berilio es extremadamente radiactivo y el óxido de torio es tóxico. Todo esto puede tener un efecto extremadamente negativo en el trabajo del operador..

Dado que la iniciación de un arco eléctrico entre el electrodo y la pieza de trabajo del metal que se está procesando es directamente difícil, primero se enciende el llamado arco piloto, entre el electrodo y la punta del plasmatrón. La columna de este arco llena todo el canal. Después de eso, comienza a suministrarse aire comprimido a la cámara, que, al pasar a través del arco eléctrico, se calienta, se ioniza y aumenta de volumen de 50 a 100 veces. La boquilla del plasmatrón se estrecha hacia abajo y forma un flujo de plasma a partir del gas / aire ionizado calentado, que se expulsa de la boquilla a una velocidad de 2 a 3 km / s. En este caso, la temperatura del plasma puede alcanzar los 25-30 mil ° C. En tales condiciones, la conductividad eléctrica del plasma se vuelve aproximadamente la misma que la del metal que se procesa..

Cuando el plasma sale de la boquilla y toca la pieza de trabajo con la antorcha, se forma un arco de plasma de corte, el de trabajo, y el arco piloto se extingue. Si de repente, por alguna razón, el arco de trabajo también se apagó, es necesario detener el suministro de aire, encender la antorcha de plasma nuevamente y formar un arco piloto, y luego encender el aire comprimido..

Boquilla Plasmatron puede tener diferentes tamaños y las capacidades de todo el plasmatrón y la tecnología para trabajar con él dependen de esto. Por ejemplo, la cantidad de aire que puede pasar a través de este diámetro por unidad de tiempo depende del diámetro de la boquilla del soplete de plasma. El ancho de corte, la velocidad de operación y la tasa de enfriamiento del soplete de plasma dependen de la cantidad de aire consumido. Los cortadores de plasma usan boquillas de no más de 3 mm de diámetro, sino más bien largas, de 9 a 12 mm. La longitud de la boquilla afecta la calidad del corte, cuanto más larga sea la boquilla, mejor será el corte. Pero aquí debe tener cuidado, la medida es importante en todas partes, ya que una boquilla demasiado grande se desgastará y colapsará más rápido. Se considera que la longitud óptima es de 1,5 a 1,8 veces el diámetro de la boquilla..

Es imperativo que el punto del cátodo se enfoque estrictamente en el centro del cátodo (electrodo). Para ello, se utiliza un suministro de vórtice de aire / gas comprimido. Si se altera el suministro de aire de vórtice (tangencial), el punto del cátodo se moverá con respecto al centro del cátodo junto con el arco. Todo esto puede provocar una combustión inestable del arco de plasma, la formación de un arco doble e incluso el fallo del soplete de plasma..

El proceso de corte por plasma utiliza formador de plasma y gases protectores. Los dispositivos de corte por plasma con amperaje de hasta 200 A (puede cortar metal de hasta 50 mm de espesor) utilizan solo aire. En este caso, el aire es un gas formador de plasma y protector, además de refrigerante. En pórticos industriales complejos, se utilizan otros gases: nitrógeno, argón, hidrógeno, helio, oxígeno y sus mezclas..

La boquilla y el electrodo de la máquina de corte por plasma son consumibles que deben ser reemplazados de manera oportuna, sin esperar a que se desgasten por completo..

Básicamente, es costumbre comprar cortadores de plasma confeccionados, lo principal es elegir correctamente la unidad adecuada, entonces no tendrás que “terminar con una lima”. Aunque en nuestro país existen “Kulibins” que pueden hacer una máquina de corte por plasma con sus propias manos, comprando algunas piezas por separado.

Variedades de máquinas de corte por plasma.

Los cortadores de plasma se distinguen por varios parámetros diferentes. Los dispositivos de corte por plasma pueden ser instalaciones portátiles, sistemas de pórtico, máquinas en voladizo articulado, estructuras especializadas e instalaciones con accionamiento por coordenadas. Destacan especialmente las máquinas de corte por plasma CNC (Computer Numerical Control), que minimizan la intervención humana en el proceso de corte. Pero además de estos, hay otras gradaciones..

Dispositivos para corte manual y mecanizado

Máquina de corte por plasma manual Se utiliza para el corte manual de metal cuando un operador humano sostiene el soplete de plasma y lo guía a lo largo de la línea de corte. Debido al hecho de que el plasmatrón siempre está suspendido sobre la pieza de trabajo que se está procesando, la mano humana puede temblar levemente incluso durante la respiración normal, todo esto afecta la calidad del corte. Puede tener flacidez, corte desigual, marcas de tirones, etc. Para facilitar el trabajo del operador, hay topes especiales que se colocan en la boquilla del soplete de plasma. Con él, puede colocar la antorcha de plasma directamente sobre la pieza de trabajo y guiarla con cuidado. El espacio entre la boquilla y la pieza de trabajo siempre será el mismo y cumplirá con los requisitos..

Dispositivos de corte de máquina son cortadores de plasma tipo portal y dispositivos para el corte automático de piezas y tuberías. Estos dispositivos se utilizan en la producción. La calidad del corte con un cortador de plasma de este tipo es ideal; no se requiere procesamiento de bordes adicional. Y el control por software le permite hacer cortes de varias formas de acuerdo con el dibujo sin temor a sacudir la mano en el momento equivocado. El corte es preciso y suave. Para tales máquinas de corte por plasma, el precio es un orden de magnitud más alto que para las máquinas manuales..

Máquinas de corte por plasma con transformador e inversor

Hay cortadores de plasma transformadores e inversores..

Cortadores de plasma transformador más pesados ​​que los inverter y de mayor tamaño, pero son más fiables, ya que no fallan en caso de sobretensiones. El tiempo de funcionamiento de estos dispositivos es mayor que el de los inversores y puede llegar al 100%. Un parámetro como la duración de la inclusión afecta directamente las características específicas del trabajo con el dispositivo. Por ejemplo, si el ciclo de trabajo es del 40%, esto significa que la antorcha puede funcionar durante 4 minutos sin interrupción y luego necesita 6 minutos de descanso para enfriarse. El ciclo de trabajo 100% se utiliza en producción, donde el trabajo del aparato dura toda la jornada laboral. La desventaja de un cortador de plasma transformador es el alto consumo de energía..

Los cortadores de plasma transformador se pueden utilizar para cortar piezas de trabajo más gruesas. Para una máquina de corte por plasma de aire similar, el precio es más alto que para una invertida. Sí, y es una caja sobre ruedas..

Máquinas de corte por plasma inverter se utilizan con mayor frecuencia en la vida cotidiana y en las pequeñas industrias. Son mucho más económicos en el consumo de energía, tienen menos peso y dimensiones, y la mayoría de las veces representan un aparato de mano. La ventaja del cortador de plasma inverter es la combustión estable del arco y la eficiencia es un 30% mayor, la compacidad y la capacidad de trabajar en lugares de difícil acceso..

Cortadora por plasma de aire y cortadora por plasma de agua

Vale la pena señalar que no solo hay máquinas de corte por plasma de aire, cuyo principio de funcionamiento y el dispositivo se describieron anteriormente, sino también máquinas de corte por plasma de agua.

Si en cortadores de plasma de aire El aire actúa como formador de plasma, como protector y como gas refrigerante, luego en cortadores de plasma de agua el agua actúa como un enfriador y el vapor de agua del formador de plasma.

Las ventajas del corte por plasma de aire son el bajo precio y el bajo peso, pero la desventaja es que el grosor de la pieza de trabajo cortada es limitado, a menudo no más de 80 mm..

El poder de los cortadores de plasma de agua le permite cortar piezas de trabajo gruesas, pero su precio es ligeramente superior..

El principio de funcionamiento de la máquina de corte por plasma de agua es que, en lugar de aire comprimido, utiliza vapor de agua. Esto permite prescindir del uso de un compresor para cilindros de aire o gas. El vapor de agua es más viscoso que el aire, por lo que se necesita mucho menos, el suministro en la lata es suficiente para aproximadamente uno o dos meses. Cuando fluye un arco eléctrico en la antorcha de plasma, se le suministra agua, que se evapora. Al mismo tiempo, el fluido de trabajo levanta el cátodo del polo negativo del cátodo del polo positivo de la boquilla. Como resultado, se enciende un arco eléctrico, el vapor se ioniza. Incluso antes de que el soplete de plasma se acerque a la pieza de trabajo que se está procesando, el arco de plasma se enciende, que realiza el corte. Un representante sorprendente de esta categoría de cortadores de plasma es el aparato Gorynych, para un aparato de corte por plasma de este tipo el precio es de aproximadamente 800 USD..

Máquinas de corte por plasma de contacto y sin contacto

Dependiendo de si el material a cortar está incluido en el circuito eléctrico de corte por plasma o no, el tipo de corte depende – de contacto y sin contacto.

Contacto de corte por plasma o el corte por arco de plasma se ve así: el arco se quema entre el electrodo de la antorcha de plasma y la pieza de trabajo. A esto también se le llama arco directo. La columna de arco está alineada con un chorro de plasma que escapa de la boquilla a alta velocidad. El aire soplado a través de la boquilla de la antorcha de plasma comprime el arco y le confiere propiedades de penetración. Debido a la alta temperatura del aire de 30.000 ° C, la velocidad de su salida aumenta y el plasma tiene un fuerte efecto mecánico sobre el metal soplado..

El corte por contacto se utiliza cuando se trabaja con metales que pueden conducir electricidad. Se trata de la fabricación de piezas con contornos rectos y curvos, corte de tubos, tiras y varillas, haciendo agujeros en piezas de trabajo y mucho más..

Corte por plasma sin contacto o el corte con un chorro de plasma se ve así: un arco eléctrico arde entre el electrodo y la punta de formación del soplete de plasma, una parte de la columna de plasma sale del soplete de plasma a través de la boquilla y representa un chorro de plasma de alta velocidad . Este chorro es el elemento de corte..

El corte sin contacto se utiliza cuando se trabaja con materiales no conductores (no metales), como piedra..

Trabajar con una máquina de corte por plasma y tecnología de corte por plasma de aire es todo un arte que requiere conocimiento, paciencia y el cumplimiento de todas las reglas y recomendaciones. El conocimiento y la comprensión del dispositivo cortador de plasma ayuda a realizar el trabajo de manera eficiente y precisa, ya que el operador comprende qué procesos ocurren en la antorcha de plasma y más allá en un momento u otro, y puede controlarlos. También es importante observar todas las precauciones de seguridad y medidas de seguridad, por ejemplo, es necesario trabajar con un cortador de plasma en un traje de soldador, en un escudo, guantes, en zapatos cerrados y pantalones ajustados hechos de tela natural. Algunos óxidos liberados durante el corte de metales pueden causar daños irreparables a los pulmones humanos, por lo que es necesario trabajar con una máscara protectora o al menos proporcionar una buena ventilación en el área de trabajo..