El principio de funcionamiento del cortador de plasma.

El corte por plasma se utiliza ampliamente en diversas industrias: ingeniería mecánica, construcción naval, fabricación publicitaria, servicios públicos, fabricación de metales y otras industrias. Además, en un taller privado, un cortador de plasma también puede ser útil. Después de todo, con la ayuda de él, puede cortar de manera rápida y eficiente cualquier material conductor, así como algunos materiales no conductores: plástico, piedra y madera. Cortar tubos, chapas de metal, hacer cortes en forma o hacer una pieza puede ser fácil, rápida y conveniente utilizando la tecnología de corte por plasma. El corte se realiza con un arco de plasma de alta temperatura, que requiere solo una fuente de corriente, una antorcha y aire. Para que trabajar con el cortador de plasma sea fácil, y el corte sea hermoso y uniforme, no interfiera con conocer el principio de funcionamiento del cortador de plasma, lo que dará una idea básica de cómo se puede controlar el proceso de corte..

Dispositivo cortador de plasma

El dispositivo llamado “cortador de plasma” consta de varios elementos: fuente de alimentación, cortadora de plasma / plasmatron, compresor de aire y paquete de mangueras y cables.

Fuente de alimentación para cortadora de plasma suministra una cierta corriente al plasmatrón. Puede ser un transformador o inversor.

Los transformadores son más pesados, consumen más energía, pero son menos sensibles a las caídas de voltaje y se pueden usar para cortar piezas de trabajo más gruesas..

Los inversores son más ligeros, más económicos, más económicos en cuanto a consumo energético, pero al mismo tiempo permiten cortar piezas de trabajo de menor espesor. Por tanto, se utilizan en pequeñas industrias y en talleres privados. Además, la eficiencia de los cortadores de plasma inverter es un 30% mayor que la de los transformadores, tienen una combustión de arco más estable. También son útiles para trabajar en lugares de difícil acceso..

Plasmatron o como también se le llama “Cortador de plasma” es el elemento principal del cortador de plasma. En algunas fuentes, puede encontrar una mención de un plasmatrón en un contexto tal que uno podría pensar que “plasmatrón” y “cortador de plasma” son conceptos idénticos. De hecho, esto no es así: el plasmatrón es el cortador en sí, con la ayuda del cual se corta la pieza de trabajo..

Los elementos principales de un cortador de plasma / plasmatron son boquilla, electrodo, enfriador / aislante entre ellos y el canal de suministro de aire comprimido.

El diagrama del cortador de plasma demuestra claramente la ubicación de todos los elementos del cortador de plasma.

Dentro del cuerpo de la antorcha hay electrodo, que sirve para excitar un arco eléctrico. Puede estar hecho de hafnio, circonio, berilio o torio. Estos metales son aceptables para el corte por plasma de aire porque se forman óxidos refractarios en su superficie durante el funcionamiento, que evitan la destrucción del electrodo. Sin embargo, no todos estos metales se utilizan porque los óxidos de algunos de ellos pueden ser perjudiciales para la salud del operador. Por ejemplo, el óxido de torio es tóxico y el óxido de berilio es radiactivo. Por tanto, el metal más común para la fabricación de electrodos de plasmatrón es el hafnio. Con menos frecuencia, otros metales.

Boquilla Plasmatron aprieta y forma un chorro de plasma, que sale del canal de salida y corta la pieza de trabajo. Las capacidades y características del cortador de plasma, así como la tecnología para trabajar con él, dependen del tamaño de la boquilla. La dependencia es la siguiente: el diámetro de la boquilla determina cuánto aire puede pasar a través de ella por unidad de tiempo, y el ancho de corte, la velocidad de enfriamiento y la velocidad del plasmatrón dependen del volumen de aire. Muy a menudo, la boquilla del plasmatrón tiene un diámetro de 3 mm. La longitud de la boquilla también es un parámetro importante: cuanto más larga sea la boquilla, más limpio y mejor será el corte. Pero debes tener más cuidado con esto. Una boquilla demasiado larga se rompe más rápido.

Compresor para un cortador de plasma, es necesario para el suministro de aire. La tecnología de corte por plasma implica el uso de gases: formación de plasma y blindaje. Las máquinas de corte por plasma, diseñadas para un amperaje de hasta 200 A, utilizan solo aire comprimido, tanto para crear plasma como para enfriar. Este dispositivo es suficiente para cortar piezas de trabajo de 50 mm de espesor. Una máquina de corte por plasma industrial utiliza otros gases: helio, argón, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y mezclas de los mismos..

Paquete de cable-manguera conecta la fuente de alimentación, el compresor y la antorcha de plasma. Un cable eléctrico suministra corriente desde un transformador o inversor para excitar un arco eléctrico, y el aire comprimido fluye a través de la manguera, que es necesario para la formación de plasma dentro de la antorcha de plasma. Con más detalle, lo que sucede exactamente en la antorcha de plasma, lo describiremos a continuación..

El principio de funcionamiento del cortador de plasma.

Tan pronto como se presiona el botón de encendido, la fuente de energía (transformador o inversor) comienza a suministrar corrientes de alta frecuencia a la antorcha de plasma. Como resultado, surge un arco eléctrico de reserva dentro del plasmatrón, cuya temperatura es de 6000 – 8000 ° С. El arco piloto se enciende entre el electrodo y la punta de la boquilla debido al hecho de que la formación de un arco entre el electrodo y la pieza a procesar inmediatamente es difícil. El poste del arco piloto llena todo el canal.

Después de la aparición del arco piloto, el aire comprimido comienza a fluir hacia la cámara. Sale de la boquilla, pasa a través de un arco eléctrico, como resultado de lo cual se calienta y aumenta de volumen 50-100 veces. Además, el aire se ioniza y deja de ser dieléctrico, adquiriendo propiedades conductoras..

La boquilla del plasmatrón estrechada hasta la parte inferior comprime el aire, forma un chorro de él, que se expulsa de la boquilla a una velocidad de 2 a 3 m / s. La temperatura del aire en este momento puede alcanzar los 25.000 – 30.000 ° C. Es este aire ionizado a alta temperatura el que se encuentra en este caso plasma. Su conductividad eléctrica es aproximadamente igual a la conductividad eléctrica del metal que se procesa..

En el momento en que el plasma se escapa de la boquilla y entra en contacto con la superficie del metal que se está procesando., el arco de corte se enciende, y el arco de servicio se extingue. El arco de corte / trabajo calienta la pieza de trabajo en el corte, localmente. El metal se derrite, aparece un corte. En la superficie del metal que se está cortando, aparecen partículas del metal recién fundido, que son expulsadas por el flujo de aire que escapa de la boquilla. Esta es la tecnología más simple para el corte por plasma de metal..

Mancha de cátodo el arco de plasma debe ubicarse exactamente en el centro del electrodo / cátodo. Para garantizar esto, se utiliza un suministro de aire comprimido tangencial o de vórtice. Si se altera el suministro de vórtice, entonces el punto del cátodo se desplaza con respecto al centro del electrodo junto con el arco de plasma. Esto puede tener consecuencias desagradables: el arco de plasma arderá de manera inestable, se pueden formar dos arcos al mismo tiempo y, en el peor de los casos, la antorcha de plasma puede fallar..

Si aumenta el caudal de aire, aumentará el caudal de plasma y también aumentará la velocidad de corte. Si aumenta el diámetro de la boquilla, la velocidad disminuirá y el ancho del corte aumentará. La velocidad del flujo de plasma es de aproximadamente 800 m / sa una corriente de 250 A.

La velocidad de corte también es un parámetro importante. Cuanto más grande sea, más fino será el corte. Si la velocidad es baja, aumenta el ancho del corte. Si la corriente aumenta, sucede lo mismo: aumenta el ancho del corte. Todas estas sutilezas se relacionan directamente con la tecnología de trabajar con un cortador de plasma..

Parámetros del cortador de plasma

Todos los cortadores de plasma se pueden dividir en dos categorías: cortadores de plasma manuales y cortadores de máquina..

Cortadores de plasma manuales utilizado en la vida cotidiana, en pequeñas industrias y en talleres privados para la fabricación y procesamiento de piezas. Su característica principal es que el soplete de plasma se sostiene en las manos del operador, éste conduce el cortador a lo largo de la línea del futuro corte, sosteniéndolo con peso. Como resultado, el corte es suave, pero no perfecto. Y el rendimiento de esta tecnología es pequeño. Para hacer el corte más uniforme, sin combaduras ni escoria, se utiliza un tope especial para guiar la antorcha de plasma, que se coloca en la boquilla. El tope se presiona contra la superficie de la pieza de trabajo a procesar y todo lo que queda es guiar el cortador sin preocuparse por si se mantiene la distancia requerida entre la pieza de trabajo y la boquilla..

Para un cortador de plasma manual, el precio depende de sus características: intensidad máxima de corriente, grosor de la pieza a procesar y versatilidad. Por ejemplo, hay modelos que pueden usarse no solo para cortar metales, sino también para soldar. Se pueden distinguir por sus marcas:

• CORTE – corte;
• TIG: soldadura por arco de argón;
• MMA – soldadura por arco con electrodo revestido.

Por ejemplo, la cortadora de plasma FoxWeld Plasma 43 Multi combina todas las funciones anteriores. Su costo es de 530 a 550 USD. Especificaciones del plasma: amperaje de 60 A, grosor de la pieza de trabajo de hasta 11 mm.

Por cierto, la intensidad de la corriente y el grosor de la pieza de trabajo son los principales parámetros por los que se selecciona el cortador de plasma. Y están interconectados.

Cuanto mayor es la corriente, más fuerte es el arco de plasma, que derrite el metal más rápido. Al elegir un cortador de plasma para necesidades específicas, debe saber exactamente qué metal tendrá que procesarse y qué grosor. La siguiente tabla muestra cuánta corriente se necesita para cortar 1 mm de metal. Tenga en cuenta que se requiere un alto amperaje para procesar metales no ferrosos. Tenga esto en cuenta cuando observe las características del cortador de plasma en la tienda, el grosor de la pieza de trabajo hecha de metal ferroso se indica en el dispositivo. Si planea cortar cobre u otro metal no ferroso, es mejor que calcule usted mismo el amperaje requerido..

Por ejemplo, si desea cortar cobre con un grosor de 2 mm, debe multiplicar 6 A por 2 mm, obtenemos un cortador de plasma con una intensidad de corriente de 12 A. Si desea cortar acero con un grosor de 2 mm, luego multiplicamos 4 A por 2 mm, obtenemos una intensidad de corriente de 8 A. Solo tome un cortador de plasma con un margen, ya que las características especificadas son máximas, no nominales. Solo puede trabajar en ellos durante un período breve..

Máquina de corte por plasma CNC utilizado en plantas de fabricación para la fabricación de piezas o para el procesamiento de piezas de trabajo. CNC significa Control Numérico. La máquina funciona de acuerdo con un programa determinado con una participación mínima del operador, lo que excluye al máximo el factor humano en la producción y aumenta la productividad de manera significativa. La calidad del corte de la máquina es ideal, no se requiere ningún procesamiento adicional de los bordes. Y lo más importante: cortes rizados y precisión excepcional. Es suficiente ingresar el esquema de corte en el programa y el aparato puede hacer cualquier figura intrincada con perfecta precisión. El precio de una máquina de corte por plasma es mucho más alto que el de una cortadora de plasma manual. Primero, se usa un transformador grande. En segundo lugar, una mesa, portal y guías especiales. Dependiendo de la complejidad y el tamaño del dispositivo, el precio puede ser desde 3000 USD. hasta 20.000 USD.

Las máquinas de corte por plasma usan agua para enfriar, por lo que pueden trabajar todo el turno sin interrupciones. El llamado ciclo de trabajo (ciclo de trabajo) es del 100%. Aunque con dispositivos manuales puede ser del 40%, lo que significa lo siguiente: el cortador de plasma funciona durante 4 minutos y tarda 6 minutos en enfriarse.

Cortador de plasma con tus propias manos.

Lo más razonable sería comprar un cortador de plasma confeccionado en fábrica. En tales dispositivos, todo se tiene en cuenta, se ajusta y funciona de la manera más perfecta posible. Pero algunos artesanos de “Kulibina” logran hacer un cortador de plasma con sus propias manos. Los resultados no son muy satisfactorios, ya que la calidad del corte es escasa. Como ejemplo, le daremos una versión simplificada de cómo puede hacer usted mismo un cortador de plasma. Hagamos una reserva de inmediato de que el esquema está lejos de ser ideal y solo da un concepto general del proceso..

Entonces, el transformador para el cortador de plasma debe tener una característica I – V descendente.

Ejemplo en la foto: devanado primario – inferior, secundario – superior. Voltaje – 260 V.Sección transversal del devanado – 45 mm2, cada barra colectora 6 mm2. Si establece la corriente en 40 A, el voltaje cae a 100 V. El estrangulador también tiene una sección transversal de 40 mm2, fue bobinado con el mismo bus, solo alrededor de 250 vueltas.

Para trabajar, necesita un compresor de aire, por supuesto, hecho en fábrica. En este caso, se utilizó una unidad con una capacidad de 350 l / min..

Cortador de plasma casero – esquema de trabajo..

Es mejor comprar un plasmatrón de fábrica, costará alrededor de 150-200 USD. En este ejemplo, el plasmatrón se hizo de forma independiente: una boquilla de cobre (5 cu) y un electrodo de hafnio (3 cu), el resto fue “artesanal”. Debido a que los consumibles fallaron rápidamente.

El circuito funciona así: hay un botón de inicio en el cortador, cuando se presiona, el relé (p1) suministra voltaje a la unidad de control, el relé (p2) suministra voltaje al transformador, luego deja entrar aire para soplar el plasma antorcha. El aire seca la cámara de la antorcha de plasma del posible condensado y expulsa todo lo innecesario, para esto tiene 2 – 3 segundos. Es con este retardo que se dispara el relé (p3), que suministra energía al electrodo para encender el arco. Luego, el oscilador se enciende, lo que ioniza el espacio entre el electrodo y la boquilla, como resultado, el arco piloto se enciende. A continuación, se lleva el plasmatrón a la pieza de trabajo y se enciende el arco de corte / trabajo entre el electrodo y la pieza de trabajo. El interruptor de lengüeta apaga la boquilla y el encendido. De acuerdo con este esquema, si el arco de corte se apaga repentinamente, por ejemplo, si la boquilla golpea un agujero en el metal, el relé del interruptor de lengüeta volverá a conectar el encendido y después de unos segundos (2-3) se encenderá el arco piloto, y luego el de corte. Todo esto siempre que no se suelte el botón de “inicio”. El relé (p4) deja entrar aire a la boquilla con un retraso después de que se suelta el botón de “inicio” y se apaga el arco de corte. Todas estas precauciones son necesarias para prolongar la vida útil de la boquilla y el electrodo..

La autoproducción de un cortador de plasma en casa permite ahorrar mucho, pero no es necesario hablar de la calidad del corte. Aunque si un ingeniero se hace cargo del trabajo, el resultado puede ser incluso mejor que el rendimiento de fábrica..

Cortador de plasma CNC de bricolaje

No todas las empresas pueden pagar una máquina de corte por plasma con CNC, porque su costo puede alcanzar los 15.000 – 20.000 USD. Muy a menudo, estas organizaciones solicitan la realización del trabajo de corte por plasma en empresas especiales, pero esto también cuesta mucho, especialmente si el volumen de trabajo es grande. Pero realmente desea su nueva máquina de corte por plasma, pero no hay fondos suficientes.

Además de las conocidas fábricas de perfiles, hay empresas que se dedican a la producción de máquinas de corte por plasma, comprando solo piezas y conjuntos de perfiles y haciendo todo lo demás por su cuenta. A modo de ejemplo, le contaremos cómo los ingenieros de un taller de producción fabrican máquinas de corte por plasma CNC..

Componentes de la máquina de corte por plasma de bricolaje:

• Mesa 1270×2540 mm;
• Correaje;
• Detalles paso a paso;
• Guías lineales HIWIN;
• Sistema de control de altura de la antorcha THC;
• Bloque de control;
• El soporte de terminales, en el que se encuentra la unidad de control CNC, se encuentra separado.

Caracteristicas de la maquina:

• Velocidad de desplazamiento sobre la mesa 15 m / min;
• La precisión de ajuste de la posición de la antorcha de plasma es de 0,125 mm;
• Si utiliza una Powermax 65, la velocidad de corte será de 40 m / min para una pieza de trabajo de 6 mm o de 5 m / min para una pieza de trabajo de 19 mm..

Para una máquina de corte por plasma de metal, el precio será de aproximadamente 13,000 USD, excluyendo la fuente de plasma, que deberá comprarse por separado: 900 USD..

Para la fabricación de una máquina de este tipo, los componentes se piden por separado y luego todo se ensambla de forma independiente de acuerdo con el siguiente esquema:

• Se está preparando la base para soldar la mesa, debe ser estrictamente horizontal, esto es muy importante, es mejor verificar con el nivel.
• El bastidor de la máquina está soldado en forma de mesa. Se pueden utilizar tubos cuadrados. Las “patas” verticales deben reforzarse con foques.

• El marco está imprimado y pintado para protegerlo contra la corrosión..

• Se fabrican soportes para la máquina. El material de los soportes es duraluminio, los pernos son de 14 mm, es mejor soldar las tuercas a los pernos.

• Mesa de agua soldada.

• Se instalan los soportes para los rieles y se instalan los rieles. Para los rieles, el metal se utiliza en forma de una tira de 40 mm..
• Se instalan guías lineales.
• El cuerpo de la mesa está cosido con chapa y pintado..
• El portal está instalado en las guías..

• Un motor y sensores inductivos finales están instalados en el portal..
• Guías de riel, cremallera y motor de eje Y instalados.

• Instala rieles y motor en el eje Z.
• Sensor de superficie de metal montado.

• Se instala un grifo para drenar el agua de la mesa, limitadores para el portal para que no se mueva de la mesa..
• Instala trunking Y, Z y X.

• Todos los cables están ocultos en corrugación..
• Se está instalando un quemador mecanizado.

• A continuación, se fabrica un terminal CNC. El cuerpo se suelda primero.
• Un monitor, teclado, módulo TNS y botones están instalados en la carcasa del terminal con CNC.

Eso es todo, la máquina de corte por plasma CNC está lista..

A pesar de que el cortador de plasma tiene un dispositivo bastante simple, no debe comenzar a fabricarlo sin un conocimiento serio de soldadura y mucha experiencia. Es más fácil para un principiante pagar por un producto terminado. Pero los ingenieros que quieran traducir sus conocimientos y habilidades en casa, lo que se llama “en la rodilla”, pueden intentar crear un cortador de plasma con sus propias manos de principio a fin..