Corte Por Plasma Manual de Aprendizaje Senati

 

 

SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL  INDUSTRIAL 

OCUPACIÓN:

MECÁNICO DE CONSTRUCCIONES METÁLICAS

MANUAL DE APRENDIZAJE

CORTE POR PLASMA

Técnico de

Nivel Operativo

 

  MATERIAL DIDÁCTICO ESCRITO

FAMILIA OCUPACIONAL

METALMECÁNICA

OCUPACIÓN

MECÁNICO DE CONSTRUCCIONES METÁLICAS

NIVEL 

TÉCNICO OPERATIVO

Con la finalidad de facilitar el aaprendizaje prendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación capacitación en la ocupación de MECÁNICO DE CONSTRUCCIONES METÁLICAS a nivel nacional y dejando la  posibilidad de un mejoramiento y actualización permanente, se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN de material didáctico escrito referido a CORTE POR PLASMA. Los Directores Zonales y Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y aplicación oportuna.

DOCUMENTO APROBADO POR EL GERENTE TÉCNICO DEL SENATI

 N° de Página……55…… Página……55…… Firma ……………………………………..  Nombre: Jorge Saavedra Saavedra Gamón Fecha: ………05 – 02 - 14…………….

1

 

 

TAREA N° 01, 02 Y 03 CORTE RECTILÍNEO EN ACERO AL CARBONO, ALUMINIO, ACERO INOXIDABLE

Operaciones: 1. PREPARAR EQUIPO DE PLASMA 2. PREPARAR MATERIAL BASE 3. ENCENDER Y MANTENER ARCO DE PLASMA 4. CORTAR CON PLASMA 

2

 

 

CATODO

Plasma

 ANODO 

CORTE RECTILINEO

Nº

ORDEN DE EJECUCIÓN

HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS

01 Preparar equipo de plasma 02 Preparar material base 03 Encender y mantener arco de plasma 04 Cortar

1

05 10 10

PZA.

CANT.

3 2

• •

Rayador, Alicate, escuadra cincel

Placa de corte

AISI 308

4 x 50 x 6000

 Acero inoxidable inoxidable

Placas de corte

1100

4 x 50 x 6000

 Aluminio

Placas de corte

ASTM- A36 4 x 50 x 6000

DENOMINACIÓN - NORMA / DIMENSIONES DIMENSIONES

Corte rectilíneo MECÁNICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 3

 Acero al carbono carbono MATERIAL

HT 01 – 02 - 03 TIEMPO: 6 Horas ESCALA: S/E

OBSERVACIONES

REF. HOJA:

SEM 12 1/2 2004

 

 

TAREA N° 04, 05 Y 06 CORTE IRREGULAR EN ACERO AL CARBONO, ALUMINIO Y ACERO INOXIDABLE

Operaciones: 1. PREPARAR EQUIPO DE PLASMA 2. PREPARAR MATERIAL BASE 3. ENCENDER Y MANTENER ARCO DE PLASMA 4. CORTAR CON PLASMA 

4

 

 

CATODO

Plasma

 ANODO 

CORTE IRREGULAR

Nº

ORDEN DE EJECUCIÓN

HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS

01 Preparar equipo de plasma 02 Preparar material base 03 Encender y mantener arco de plasma 04 Cortar

1

5 5 10

PZA.

CANT.

3 2

• •

Rayador, Alicate, escuadra cincel

Placas de corte

AISI 308

5 x 25 x 500

 Acero inoxidable inoxidable

Placas de corte

1100

4 x 50 x 6000

 Aluminio,

ASTM – A36

4 x 50 x 6000

 Acero al carbono carbono

Placa de corte

DENOMINACIÓN - NORMA / DIMENSIONES

Corte irregular

MATERIAL HT 04 – 05 - 06

MECÁNICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 5

TIEMPO: 6 Horas ESCALA: S/E

OBSERVACIONES REF. HOJA:

SEM 12 2/2 2004

 

 

CORTE POR PLASMA Operación: Preparar equipo de plasma Con esta operación operación se pretende que el pa participante rticipante conozc conozca a y aprend aprender er a utilizar el sistema de corte por plasma, para lo cual es necesario identificar e instalar los elementos que conforman el equipo, desde la línea de gas, hasta la operatividad de la maquina.

PROCESO DE EJECUCIÓN 1er . PASO: Instale línea de gas a. Seleccione el tipo de gas a utilizar.

OBSERVACIÓN Si se elige utilizar aire comprimido, seleccione una compresora y si es otro gas instale la botella según indicaciones del fabricante.

Fig. 01

PRECAUSIÓN No Olvide asegurar la botella de gas con una cadena para fijarla y evitar que esta pudiera caer.

Fig. 02

b. Instale la compresora de aire, verificando el tipo de tensión que utiliza. Fig. 01 c. Verifique el a ajuste juste de las

Fig. 03

fajas (correas). Fig. 02 d. Verifique el manómetro. Fig. 03

Manómetro

e. Encienda la compresora para controlar la válvula de seguridad, para lo cual levante la argolla y pueda ver su operatividad con su sonido característico, luego apague la compresora. Fig. 04

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

Fig. 04

6

REF HO 01

1/3

 

 

CORTE POR PLASMA   f. Verifique la válvula de descarga de aire. Fig. 05 g. Instale la manguera d de e la compresora a la máquina

Fig.05

de corte por plasma. Fig. 06

PRECAUSIÓN Utilice orejeras si es necesario para protegerse de los ruidos.

2°. PASO: Instale máquina plasma a. Verifique que el manómetro y filtro en la máquina de corte por plasma estén en buenas condiciones. Fig. 07

Fig. 06

b. Verifique los cables, si no están dañados.

Filtro

c. Encienda la c compresora ompresora y observe que el manómetro este marcando la presión requerida. Apague la compresora.

Manómetro

PRECAUSIÓN.

Fig. 07

Si el manómetro o filtro están dañados es mejor cambiarlos para operar correctamente.

 Aire

d. Encienda la com compresora presora y observe que el manómetro este marcando la presión requerida. Apague la compresora.

Cable /antorcha

e. Encienda la máquina y verifique que todo funcione normalmente. Fig.08 MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

Fi . 08 7

REF HO 01

Cable / tierra 2/3

 

 

CORTE POR PLASMA

  PRECAUSION.

Deje libre un espacio de 25 cm. (10”) alrededor de la unidad para el buen flujo de aire.

OBSERVACION.

En el mercado existen máquinas de corte por plasma que ya traen incorporado la compresora de aire, por lo tanto el manómetro esta ubicado en el panel de la misma máquina. Así mismo se pueden encontrar máquina que es de multiprocesos.

MANÓMETRO

CORTE

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

8

REF

HO 01

3/3

 

 

CORTE POR PLASMA Operación: Preparar material base Esta operación consiste en preparar el material a cortar, con considerando siderando su propiedades físicas y composición química, así como la limpieza del mismo antes de realizar el corte.

PROCESO DE EJECUCIÓN 1er . PASO:

Posicione la plancha a cortar a. Coloque la plancha sobre la mesa de corte. Fig. 01

2° PASO:

Limpie la plancha a cortar a. Utilice trapo industrial o waipe para limpiar la suciedad o grasas que pueden tener al llegar del proveedor. Fig. 02

Fig. 01

OBSERVACIÓN. 





Para el caso de acero al carbono de baja aleación, limpie bien antes de cortar, sobre todo los óxidos y grasas que estos presentan para obtener una buena calidad de corte. Para el caso del aluminio aplique limpieza para sacar la grasa y En el caso del acero inoxidable, limpiar y evitar

Fi . 02

rayar la plancha a cortar.

3° PASO:

Trace líneas rectas a. Mida líneas rectas de 1” sobre la plancha. Fig. 03, b. Utilice regla metálica y rayador para trazar las líneas sobre la plancha.

Fi .03

PRECAUSIÓN. Utilice guantes para manipular las planchas y evitar cortarse.

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

9

Ojo: En el caso de líneas irre irregu gula lare res, s, e est stas as se se hará harán n a pulso

REF

HO 02

1/1

 

 

CORTE POR PLASMA Operación: Encender y mantener el arco de plasma Consiste en poner operativa la máquina de corte por plasma y utilizar los dispositivos en la antorcha para el inicio del corte en diferentes metales, aprendiendo a mantener el arco de plasma mientras dure el corte..

PROCESO DE EJECUCIÓN 1°. PASO: Instale antorcha a. Coloque el electrodo.

aislador al

b. Coloque dentro de la base o asiento el electrodo conjuntamente con el aislador. c. Ubique estos 3 elementos dentro de la tobera. d. Todo el con conjunto junto d debe ebe s ser er colocado en la antorcha, para esto gire la tobera para asegurar mediante la rosca que posee. Fig. 01.

2°. PASO:

Encienda máquina  a. Coloque el ca cable ble de tierra a la mesa o pieza a cortar. Fig. 01

b. Encienda la compresora de aire. c. Verifique la presión del gas. Fig. 02

OBSERVACIÓN La presión utilizada esta regida en función al espesor y material que se quiere cortar, esta se dan en tablas por los fabricantes.

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS10  

Fig. 02

Manómetro

REF HO 03

1/2

 

 

CORTE POR PLASMA   d. Verique el modo SETUP en la máquina antes de empezar a cortar. e. Coloque

el

módulo

correspondiente en la maquina que regule los parámetros de operación. f. Coloque la máquina en el modo operativo, para iniciar el corte. g. Encienda el arco plasma y manténgalo a una distancia de 1 – 2 mm. (practique solo el encendido) Fig. 03

OBSERVACIÓN  Por lo general las máquinas de corte por plasma presentan la regulación de sus parámetros de operación (Voltaje, amperaje, presión) en módulos o rangos en función del espesor del material a cortar.

PRECAUCIÓN Fig. 04

Utilice el equipo de protección para protegerse el cuerpo, así mismo se recomienda utilizar vidrio inactínico N° 14, porque la intensidad del arco plasma es muy alto, lo cual puede dañar los ojos. Fig. 05

Vidrio inactínico

Fi . 05

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REF HO 03

2/2

 

 

CORTE POR PLASMA Operación: Cortar con plasma Esta operación permite que el participante adquiera habilidades para la operatividad del proceso y corte corte de diferentes metales, c considerando onsiderando las ventajas y medidas de seguridad durante su operación.

PROCESO DE EJECUCIÓN 1er . PASO: Corte con plasma a. Pulse el mando de encendido de alta frecuencia (HF) y luego mantenga a una distancia de 1 a 2 mm del material base. Fig. 01 b. Avance rápidamente sin interrumpir el corte (Esta velocidad de avance dependerá del espesor). Fig. 02

Active mando

Fi . 01

PRECAUCIÓN -

-

-

No operar en ambientes húmedos, así mismo no tocar con los dedos la punta de la antorcha, puede provocarle un Shock eléctrico. Utilizar lentes protectores para protegerse de los rayos infrarrojos. Utilice protección para el cuerpo: delantal y guantes.

Fi . 02

b. Suelte el m mando ando al c culminar ulminar el corte. c. Apague la máquina de plasma. d. Apague la compresora de aire e. Limpie las rebabas.

PRECAUSIÓN Utilizar extractor de aire para evacuar los humos, que son dañinos para la salud. Fig. 03

Fi . 03

NOTA: El procedimiento de todas las operaciones es el mismo para todas las tareas, por eso no se repetirán en este manual. MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS12  

REF HO 04

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CORTE POR PLASMA   Diferentes métodos de corte

Casi siempre que se discuten procesos de corte térmico una, de las preguntas que inevitablemente se harían es: Cual es el mejor sistema de corte que se debería utilizar. La respuesta para esta pregunta puede ser simple y al mismo tiempo extremadamente difícil. Simplemente una respuesta puede ser: USE EL SISTEMA QUE LE SEA MÁS ECONÓMICO. Para analizar el sistema más económico, una serie de factores deben ser considerados antes. Como regla general todos los sistemas de corte hoy existentes son diferentes no queriendo con eso decir que uno sea superior al otro. La verdad es que todos los sistemas se complementan. Para entender mejor lo que cada uno de los procesos pueda ofrecer, vamos inicialmente a dar una revisión general de esos procesos hoy disponibles en el mercado mundial. Observemos el siguiente cuadro.

CORTE

Herramientas Herramienta s mecánicas

Chorro de líquido

Chorro de gas

CORTE TERMICO

Acanalado arco-aire

Corte con plasma arco

Toda la energía se suministra externamente



Oxicorte

Se libera energía en el proceso

Podemos notar que el corte por plasma es un tipo de corte por chorro de gas, térmico y que toda la energía se suministra externamente.

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REF

HIT 01/ HT01

1/2

 

 

CORTE POR PLASMA

  Si observamos ahora el siguiente cuadro, donde se presentan las capacidades de corte por los diferentes métodos, podemos determinar que el corte por plasma presenta cierta ventaja frente a los demás procesos, ya que puede cortar la mayoría de los metales.

DIFERENTE METODOS DE CORTE Oxicorte

(0,8), 2 1)  – 250 m mm m ace acero ro si sin n ale alear ar + d de e ba baja ja aleación + titanio

Corte por plasma

2 – 150 mm acero sin alear + aleado 0,8 – 200 mm aluminio 0,8 – 50 mm cobre

Corte con láser

0.1 – 6 mm acero sin alear + aleado + no metales   (0.4) 1 – 8(10 8(10)) mm ac acero ero si sin n ale alear ar + de baja aleación

Recortado

0.1 – 6 mm acero sin alear alear + de baja al aleación eación  Punzonado

1- 25 mm

1) En el corte de paquetes la plancha puede colocarse entre pl plancha ancha más gruesa, 2 presión mínima 300 Kg/m   2) Solo ma materiales teriales cconductores onductores de la electricidad

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REF

HIT 01/ HT01

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CORTE POR PLASMA   Conversiones de unidades de presión y flujo La unidad oficial de presión es el PASCAL

Si:

Presión = Fuerza / Superficie

2

1 Pa = 1 N/m

Pero para el caso de gases y líquidos es ventajoso trabajar con la unidad aceptada que es el bar . 1 Bar = 10

5

Pa = 10

5

2

N/m

2

= 10 N/cm

Pero también se utilizan unidades como el P.S.I. ( lb. / pul2).

1 P.S.I = 1 14.50 4.50 bar.

 Algunas unidades de flujo muy usado son el CFH (pies3 (pies3/hora) /hora) y Lt / min.

1 Lt. / Min. = 2.1192 CFH

Para cuestiones practicas de trabajo se puede asumir que

1 Lt. / Min. Aprox. 2 C.F.H

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HIC 01/HT1

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CORTE POR PLASMA Ejemplo 1. Se requiere cortar planchas de acero al carbono de ¼” (6.35 mm), para lo cual se recomienda una velocidad de 300 pulg./ min. Un amperaje de 300 A. Y un flujo de gas de 120 Lt./min., Pero el flujometro que se tiene presenta en su escala de medida solo unidades dadas en C.F.H (p3 / hora), ¿Cuál debe ser el valor equivalente equivalente a usar?

Solución Si 1 Lt Lt / min. = 2.1192 CFH Entonces haciendo la conversión: C.F.H = 120 X 2.1192 1

= 254. 254. 304 C.F.H (pie3/hora) El flujo metro debe marcar 254 C.F.H

Ejemplo 2. Para la construcción de tolvas fabricadas con acero inoxidable (AISI 304), se requiere cortar planchas por el proceso de corte por plasma, para lo cual se utilizará argón con un caudal de 30 Lt/min, una intensidad de 110 Amperios, una tensión de 100 Voltios y una velocidad de corte de 150 cm/minuto. El espesor de la plancha es de 5 mm, Calcule el flujo de gas en C.F.H.

Solución Si 1 Lt Lt / min. = 2.1192 CFH Entonces haciendo la conversión: C.F.H = 30 X 2.1192 1

= 63.576 C.F.H (pie3/hora) El flujo metro metro debe marcar 64 C.F.H

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CORTE POR PLASMA   El estado gaseoso Los estados de agregación de la materia son 3: el sólido, líquido y gaseoso aunque algunos científicos han querido sobresalir diciendo que hay otros estados de la materia como el plasma pero se ha comprobado que el plasma tiene estado líquido y sólido. Los estados de agregación de la materia se deben a tres causas a los espacios intermoleculares, a la fuerza de cohesión y a la fuerza de repulsión. Se llama espacio intermolecular al espacio que hay de molécula a molécula.

Recuerde:  

La fuerza de cohesión es la fuerza que tiende a juntar a las moléculas. La fuerza de repulsión es la fuerza que tiende a separar a las moléculas.

 S eg ún es esto, to, sse e da lo s ig ui uiente: ente: 1. En estad estado o sólido los es espacios pacios inte intermoleculares rmoleculares son muy pequeños porque la fuerza de cohesión es muy grande y la fuerza de repulsión muy pequeña debido a esto los sólidos tienen forma y volumen propio. 2. Ene el estado líquido la fuerz fuerza a de cohesión y la forma de repulsión se encu encuentran entran en equilibrio por eso los espacios intermoleculares son más grandes y por eso un líquido toma la forma del recipiente que lo contiene y su volumen no es fijo. 3. En el estado gaseoso  gaseoso  la fuerza de cohesión es muy pequeña y la fuerza de repulsión muy grande debido a esto los gases no tiene forma ni volumen fijo.

C ambios de esta estados dos Cuando se aumenta o se disminuye la temperatura existen los llamados cambios de estado y cada uno de ellos tiene un nombre específico tales como: Fusión: Es el paso del estado sólido al estado líquido, por ejemplo cuando se calienta un metal éste se derrite. Evaporación o vaporización: Es el paso del estado líquido al gaseoso, por ejemplo al poner hervir el agua esta se evapora, otro ejemplo cuando se destapa un recipiente con acetona se vaporiza. Licuación o licuefacción: Es el paso del estado gaseoso al estado líquido, por ejemplo cuando una nube desprende su contenido. Solidificación: Es el paso del estado líquido al estado sólido; por ejemplo la fabricación de una moneda.

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CORTE POR PLASMA   Sublimación: Es el paso del estado sólido al estado gaseoso sin pasar por el líquido, por ejemplo una pastilla de desodorante de baño. Efectos de presión y temperatura en los estados de agregación En los a estados de agregación bien importante presión y alalatemperatura yamiles que debido ellas pueden existir loses cambios de estadolay dar forma materia para de usos. 

 



La temperatura cuando aumenta en un sólido sus átomos o moléculas se empieza a mover con mayor intensidad debido a que aumenta su energía cinética de tal forma que le puede dar la característica de un líquido. Si se sigue aumentando la temperatura ya convertido en líquido la energía cinética sigue aumentando hasta el grado de llegar al estado gaseoso. Si la temperatura sigue aumentando en un gas este se expande o sea aumenta su volumen sus moléculas se mueven con mayor intensidad aunque permanece en estado gaseoso. Pero cuando se aumenta la presión en el estado gaseoso disminuye la energía cinética y disminuye el volumen con lo cual puede llegar a convertirse en un líquido y si ese líquido se le sigue aumentando la presión sigue disminuyendo la energía cinética y el volumen hasta convertirlo en un sólido.

Características de sólidos, líquidos y gases  Atendiendo a que en los tres estados de agregación de la materia los espacios intermoleculares son diferentes, la fuerza de cohesión y la forma de repulsión también cada uno de ellos tiene diferentes características tales como:

 S ólidos Fluidez: es de como tienen forma propia, no fluyen o sea no escurren. Compresibilidad: es también casi nula disminuir porque los también son prácticamente incomprensibles porque no se puede ni sólidos aumentar su volumen de manera apreciable. Dilatación: es muy pequeña o sea el aumento en su volumen la mayoría de las veces pasa desapercibido. Difusividad: es decir la fluidez que tienen los sólidos va a depender de la facilidad con que los átomos de alguna sustancia con otra sustancia para formar una mezcla. De los sólidos el diamante es él más duro que existe en la naturaleza y él más blando es el talco. Entre los sólidos la forma de la materia debió ser la más fácil de estudiar puesto que a diferencia de los gases su presencia es obvia y al contrario de los líquidos se puede retener y manejar con facilidad, es en verdad sorprendente que hasta hace relativamente poco tiempo no se conocía la estructura de los sólidos ya que se pensaba

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CORTE POR PLASMA   que las características de un sólido estaban determinadas por su tipo de contenido y que variando este se podía variar las sustancias.  Actualmente se sabe que las propiedades de un sólido están determinadas por su estructura es decir, por la forma en que sus átomos y moléculas están ordenadas y unidas y por si fuera poco se sabe que lo que distingue a un sólido de un líquido y un gas es la proximidad de sus moléculas.

Líquidos Fluidez: no tiene una forma propia porque siempre adquiere la forma del recipiente que los contenga Compresibilidad: son incompresibles Dilatación: es moderada aunque existen algunos líquidos como el mercurio que se dilata fácilmente. Difusividad: los líquidos pueden difundirse solamente cuando tienen el medio adecuado y también el tiempo adecuado.

Gases Fluidez: es muy grande ya que poseen forma propia y también adoptan la forma del recipiente que los contiene. Compresibilidad: son fácilmente compresibles porque son elásticos. Dilatación: fácilmente se dilatan Difusividad: se difunden con mucha facilidad.

Comportamiento de los gases Los agentes directos que pueden influir en el cambio de estado de una cantidad de sustancia determinada son las variaciones de esas condiciones:   

Volumen Presión Temperatura

Volumen Los gases no tiene dimensiones definidas. Dentro de un recipiente, puede colocarse una mayor o menor cantidad de gas y, cualquiera que sea esa cantidad, el gas siempre ocupará todo el espacio interno del recipiente. Si se define la cantidad de gas (masa constante), el volumen puede variar como el volumen de una bolsa elástica llena de aire.

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CORTE POR PLASMA   Sin embargo, la presión y la temperatura también varían según ciertas relaciones de dependencia. Presión La presión se considera el las esfuerzo que elementos (moléculas) hacen entre sicomo y contra paredes dellos recipiente que contribuyentes los contiene. del gas El ejemplo que se presenta a continuación, da una idea sobre la influencia del volumen y la presión, para este ejemplo se consideró que la temperatura es la misma en ls tres casos. Cierta cantidad (masa) de gas está contenida en un recipiente cerrado como se observa en la Fig. 1:

La misma masa del mismo ocupa cierto volumen que es mucho menor cuando aumenta el peso sobre el embolo (2) y mucho mayor cuando disminuye el peso sobre el embolo (3)

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CORTE POR PLASMA   En el caso (2), el gas hace un esfuerzo en las paredes del cilindro que es mayor que el caso (3). La presión P2 es mayor que la presión P3. Lo que sucede es que en (2) el gas ocupa menor volumen V2 y se encuentra bajo una mayor presión P2 que el caso (3) donde el gas ocupa el mayor volumen V3. Temperatura También en el ejemplo (1), si hubiera calentamiento como en el (4), la temperatura del gas se eleva y el volumen aumenta.

Si por el contrario, hay enfriamiento como en (5), la temperatura del gas desciende y el volumen disminuye. Sin embargo, la presión se mantiene constante. En (4) y (5), la l a presión no varía, ya que el peso sobre el émbolo es el mismo. Todo gas esta sometido a factores determinantes como es el caso de la presión y la temperatura por ejemplo si a un sólido se le aplica calor este tiene la propiedad de dilatarse mientras que los gases al aplicárseles la energía calorífica estos se expanden o en su defecto si se les aplica presión estos disminuyen su volumen. Todo gas e inclusive, están regidos por 3 leyes fundamentales que son: Ley de Gay-Lussac Si la temperatura de una masa gaseosa permanece constante el volumen es inversamente proporcional a la presión que soporta. Establece que para una masa dada de un gas su relación PV / T  siempre será constante.

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CORTE POR PLASMA   Ley de Boyle-Mariotte Si la presión de una masa gaseosa permanece constante al aumentar la temperatura del gas aumentará su volumen. PV=K

P1V1=P2V2

Ley de Charles Si el volumen de una masa gaseosa permanece constante a la presión del gas es directamente proporcional a la temperatura. Problemas del Estado Gaseoso. Todo gas esta sometido a una presión y a una temperatura definida en la resolución de cualquier problema del estado gaseoso siempre se indicará el volumen en litros esto quiere decir que si, en un problema el volumen de un gas esta indicado en galones, mililitros, o en cm cúbicos, serán convertidos a litros. La temperatura de un gas siempre estará indicada en grados kelvin, esto quiere decir que sí la temperatura esta indicada en el problema en ºC a ºF será convertida a ºK. La presión que soporta un gas siempre estará indicada en atmósferas, esto quiere decir que sí en un problema la presión esta indicada en milímetros cúbicos de mercurio (160mm cúbicos hg) o 16 cm cúbicos serán convertidos. Problemas. 3

1).Una masa gaseosa ocupa un volumen de 900 cm a la temperatura de 25ºC ¿Qué 1).Una temperatura se debe de aplicar para que dicho gas ocupe un volumen de un litro? Datos (Volumen final)

V2=1 litro 3

V1=900 cm =0.900litros T1= 25ºC +273ºC =298ºK T2 =?

(Volumen inicial) 

(Debemos convertir a grados Kelvin) (Temperatura final) 

Despeje. T2= V2 T1 V1

T2= 1 x 298 = 331 ° K   0. 900

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CORTE POR PLASMA   3

2) 2).Un .Un cilindro que contiene gas soporta una presión de 100 cm de mercurio y está sometido a la temperatura de 30ºF. ¿Calcular que presión soporta dicho gas si la temperatura incrementa a 500ºF? Datos 3

P1= 100 cm de Hg =1.31atm P2=? T2=40ºF=271.9ºK T1= 30ºF =277.4ºK Despeje. P2= P1 . T2

P2= 1.31 x 271.9 = 1.28 atm.   277.4 3) 3).Se .Se inyecta un gas en un cuarto de vacío que ocupa un volumen de 100 m cúbicos a la temperatura de 0ºC que cantidad de gas se debe inyectar a dicho cuarto sí la temperatura de –10ºC. Datos

3

V1=100 m  =100000 litros V2=? T2=-10ºC =263ºK T1= 0ºC =273ºK Despeje.. Despeje V2= V1 T2 T1

V2= 100000 x 263 = 96337 litros   273

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CORTE POR PLASMA   Riesgos para la salud en corte por plasma De las siguientes especificaciones a tener en cuenta para la seguridad de los operarios, tendremos que reseñar que muchos de estos problemas son característicos de la mayoría de los métodos de soldadura. Los efectos principales que es necesario considerar para la prevención de accidentes son: Producción de gas inflamable como es el oxihidrógeno, como es sabido el hidrógeno al combinarse con el aire en la proporción adecuada se hace fácilmente inflamable en presencia de una chispa •

• • •

•

Producción de gases tóxicos, la tabla siguiente muestra los gases que se desprenden en el corte por plasma, tomando como ejemplo para el aire que es el más usado.. Tipo plasma

I(A)

CO

CO2

NO

 Aire

150

11.7

trazas

85,2

NO2

O3

1,9

0.2

Radiaciones producidas por el arco de corte (ligera), ultravioleta e infrarroja.  Altos voltajes (200 – 400 V) Humos (contaminación del aire), producción de óxidos de nitrógeno, Ozono, Monóxido de carbono. Ruidos con alta frecuencia( >90 dB), fugas de Hidrógeno

También se produce produce vapores de metales como el Cr, Ni, Fe, Mn, que deb deben en tenerse en cuenta, ya que pueden ser muy dañinos para salud.

Cromo y Cromatos La manipulación del cromo y sus sales puede o originar riginar eccemas, hemorrag hemorragias ias nasales, llagas en los brazos y manos, así como daños e irritación en las vías respiratorias. El cromo y sus componentes son unos de los alergógenos más comunes que tenemos. Una 6+, forma de cromo Cr  se cree que contribuye al crecimiento de tumores cancerosos.

Níquel El metal y sus sales pueden producir inflamación a la piel, conocido como eccemas de contacto alérgico. Además se sospecha que los compuestos de níquel pueden causar cáncer en la nariz y los pulmones. La eccema de contacto producida por el níquel es molesta principalmente por dos razones: Personas hipersensibles pueden reaccionar reaccionar a la cantidad mas insignificante de

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CORTE POR PLASMA   níquel y el níquel es una sustancia tan común en nuestra vida diaria que es prácticamente imposible evitarlo.

Ozono El Ozono puede causar irritación y lesiones en los ojos, vías respiratorias y pulmones, y puede afectar gravemente el sentido del olfato. El valor máximo del ozono es bajo.

Manganeso El Manganeo afecta al sistema nervioso y dependiendo del grado de intoxicación por este metal, los síntomas pueden oscilar desde dolor de cabeza y pérdida de vigor a dificultades de habla, movimientos lentos y pesados, y espasmos. Además, una dosis alta de manganeso, aunque sea breve, puede producir la denominada “ Fiebre del metal”.

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HIC 01/HT1

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CORTE POR PLASMA   QUE ES PLASMA

Plasma es un estado de la materia, los materiales que nos rodean pueden asumir cuatro estados diferentes: diferentes: SÓLIDO, LÍQUIDO, GASEOSO Y PLASMA. El  plasma es un conjunto de partículas que algunas propiedades de un gas, muestra pero se diferencia de éste por ser un buen conductor eléctrico. Esta propiedad es la base del proceso de corte plasma. El plasma es creado cuando a un gas se le suministra tanta energía, por  calentamiento, por ejemplo, que las moléculas comprimidas de esta forma se separan en iones y electrones. Dependiendo de la cantidad de energía suministrada, el gas consistirá de una mezcla de átomos, iones, moléculas y electrones.

Entonces podemos decir que el plasma ha sido creado; puesto que los iones y electrones son partículas eléctricamente cargadas, el plasma es capaz de conducir corriente eléctrica.

ESTADO GASEOSO < 6,000 ° C

ESTADO PLASMA > 6,000 ° C

El gas calentado por encima de los 6,000°C, pasa del estado gaseoso al estado de plasma.

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HIT 02/ HT02

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CORTE POR PLASMA

  EL PROCESO DE CORTE POR ARCO DE PLASMA

El proceso de corte por plasma ha estado en uso desde mediados de los años 50. Ha sido usado más ampliamente en la industria desde la introducción de los equipos de corte “plasma-aire”. El corte por plasma es un método de corte térmico, ahora el “corte térmico” puede dividirse en “corte por llamarada” y “corte por fundición”. El corte por plasma vendría a ser un corte por fundición. Considerado el “corte por gas” por ejemplo es un corte por llamarada. Durante el corte por plasma, el plasma plasma es creado entre un electrodo (en la an antorcha) torcha) y la pieza de trabajo (a cortar). La energía es suministrada por una fuente de poder. Un gas apropiado es usado (a menudo ese gas es aire) a diferencia con otros arcos, el arco por plasma es intensamente co concentrado, ncentrado, tiene una alta velocidad velocidad de d descarga escarga y una extremadamente alta temperatura: 25,000 – 30,000 °C.

El corte por plasma puede ser usado con todos los materiales eléctricamente conductores, así también con sustancias cuyas temperaturas de combustión sean bajas que sus temperaturas de fundición.

plasma   es un proceso que utiliza el agujero calibrado de una boquilla para la El corte plasma constricción   de un flujo de gas ionizado (o plasma), que se encuentra a muy alta constricción temperatura, a fin de controlarlo y usarlo para fundir y seccionar metales conductores.

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CORTE POR PLASMA

  Componentes de un Equipo de Corte Plasma Fuente de energía

En la mayoría de los casos esta formado por un transformador rectificador trifásico. Dicho transformador deberá tener una tensión en vacío lo suficientemente elevada como para conseguir  la ionización del gas plasmógeno; dicha tensión de vacío varia entre los 100 y 400 voltios. Distribuidor de gas

Esta compuesto por botellas de gas plasmógeno o un equipo de aire comprimido, y es capaz de mezclar el gas en las proporciones deseadas. Generador de alta frecuencia

Sirve básicamente para layionización parcial delgas plasmógeno que se entre el electrodo y la boquilla para iniciar el arco eléctrico en el interior deencuentra la pistola porta electrodos. Antorcha

Es donde se genera el plasma y, a la vez, la herramienta de corte.

Antorcha Plasma

Un gas eléctricamente es usado para transferir energía de conductor la antorcha al material acortar. La boquilla constriñe y mantiene el chorro de plasma. El electrodo es el responsable de emitir el arco eléctrico. El anillo deja ingresar el gas en las condiciones requeridas.

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CORTE POR PLASMA  

Tipos de Antorcha Plasma Antorcha Manual

Dirigida por el pulso de un operador. Menos precisa.

Antorcha Mecanizada

Dirigida por cualquier dispositivo de avance mecanizado.

Tipos de Fuentes de Poder

Convencionales   

 

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Gran Tamaño y Peso Menor Eficiencia Eléctrica Menor Cantidad de Componentes

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CORTE POR PLASMA  

Componentes de una antorcha y cable

Inversores   

Pequeños y Livianos Gran Eficiencia Eléctrica Mayor estabilidad de corriente

Corte por Plasma Manual Características   



 Alta Velocidad de Avance Avance Perfora sin Precalentamiento Facilidad de Uso  Corta Cualquier Metal Conductor: -

Puede cortar Acero al Carbono, Inoxidable, Aluminio, Bronce, Cobre, Fundición de Hierro, etc.

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HIT 02/ HT02

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CORTE POR PLASMA   

Permite Cortar Placas Apiladas



Corta un Amplio Rango de Espesores -Dependiendo de la capacidad del equipo, es posible cortar metales desde 0.5mm hasta 60mm de espesor.



Proceso Muy Seguro -No utiliza peligrosos cilindros de oxígeno y gas ni mangueras transportando elementos combustibles -No requiere cuidados especiales



Corte Limpio

-

El corte no deja escoria, por lo tanto, no es necesaria la posterior limpieza con esmeril. No Sobrecalienta el Material Debido a la alta velocidad de avance, la zona afectada por el calor es muy

-

pequeña. Las planchas de espesor fino no se ondulan.

-

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CORTE POR PLASMA   Los Equipos Manuales... ...Pueden Automatizarse Fácilmente 

Como se realiza el corte por plasma en los metales

MAQUINA DE CORTE POR PLASMA

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CORTE POR PLASMA   La energía debe ser proveída continuamente (sin interrupción) para mantener el estado plasma. Esto se logra conectando una fuente de poder al circuito en el cual esta incluido el arco de plasma. Se requieren un cátodo (el electrodo) y un ánodo (la pieza de trabajo) para obtener el arco, entre ambos esta el arco por plasma. Fig. 2 A El ánodo es la pieza de trabajo, los electrones dejan el plasma penetrando en la pieza de trabajo y colisionan con el metal. En el punto en el cual los electrones entran en la pieza de trabajo se mueven alternativamente hacia arriba y hacia abajo cortando el metal al mismo tiempo. (FIG.2)

CATODO

Plasma  ANODO

Fig. 2A

Fig. 2

Esto debido a que el rayo de plasma intenta separar el arco, tanto como sea posible, mientras que los electrones tratan de buscar la distancia mas corta (acortar la distancia de la pieza) cuando el gas (aire) es aplicado junto con la energía necesaria para crear el plasma, el proceso puede ser comparado con una esponja la cual absorve el agua. El plasma tiene una alta densidad de energía y un alto contenido de calor (cuando la esponja húmeda choca con la tierra el agua es liberada de la misma forma que cuando el rayo de plasma choca con la pieza de trabajo, la energía contenida es liberada y funde el material en el punto golpeado por el rayo de plasma). La temperatura en el arco de plasma es de mas o menos 30,000°C en el centro del rayo y cerca del electrodo. Por tanto esto, hace posible obtener una fundición concentrada en la pieza de trabajo sin necesidad de precalentamiento.

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CORTE POR PLASMA   La alta energía cinética del plasma-gas sopla fuertemente el metal fundido y produce corte a medida que el arco de plasma es movido sobre la pieza de trabajo. El plasma puede ser hallado en cada arco eléctrico y en el núcleo del sol. El plasma es formado también por un fenómeno natural: Los relámpagos, en este caso el relámpago es una descarga las nubes y la tierra. El aire se hace conductor y vemos el intenso brillo deleléctrica plasma entre en la forma de un rayo.

Plasma Natural

Plasma Artificial

Aplicaciones Como se mencionaba anteriormente, el corte por plasma puede ser usado en todos los materiales conductores de la electricidad. Su principal ventaja es que es capaz de cortar metales que no pueden o es muy dificultoso cortarlos usando gas (oxiacetilenico), estos incluyen aceros inoxidables, aluminio, cobre y otros. El corte por plasma también puede competir con el corte por gas (oxiacetilenico) en el corte de aceros no aleados, estos aplicado particularmente a materiales con espesores hasta los 20 mm. Se puede obtener velocidades de corte 2 o 3 veces más alta con el arco de plasma. Otra ventaja importante en este contexto es el hecho de que el calor tiene menos efectos negativos, la necesidad de enderezamiento después del corte es reducida o nula.  A los bajos costos generales se suman otras ventajas las cuales pueden obtenerse si se usa el aire como gas plasma. Con equipos completos es posible obtener resultados comparables con los obtenidos por equipos de corte a gas ( Oxicorte), para materiales de hasta 70 mm de espesor.

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CORTE POR PLASMA  

La aplicación principal es para cortar materiales de hasta 25 mm de espesor y además de los equipos de corte manual están disponibles los de corte automático. El equipo debe ser protegido de la ignición de la alta frecuencia (HFI), la cual es usada para el arranque del proceso. En el corte por plasma todas las posiciones son posibles: Horizontal, vertical, y sobre cabeza, esto hace a este proceso ideal para trabajar sobre grandes piezas, así como hacer agujeros y correcciones. También es apropiado el método para ensamblaje y reparaciones, actualmente se usa equipos portátiles ( hasta con una capacidad de corte de hasta 10 mm).

Por último la Zona Afectada por el Calor (ZAC) en el corte por plasma es muy pequeña, esto significa que que no hay transformaciones e en n materiales Stan Standard, dard, como e ell acero no aleado, acero inoxidable, aluminio y cobre. Las aleaciones de aluminio templado con cobre pueden causar problemas como resultado d de e las fisuracione fisuraciones s o rajaduras en la superficie.

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CORTE POR PLASMA   INFLUENCIA DE VARIABLES SOBRE EL PROCESO DE CORTE 1. Velocidad de corte Con una velocidad de corte muy alta no se logrará una penetración adecuada en la parte mas baja de la plancha y originará condiciones inestables de corte como la oscilación del arco, una velocidad muy baja provocará que el arco principal de corte se extinga, debido a una mayor longitud de arco y voltaje que excede la capacidad de la máquina. Según lo que se ha visto en diferentes procedimientos de corte, la velocidad es inversamente proporcional al espesor de la pieza a cortar. En la formula siguiente veremos la relació relación n entre los diferente diferentes s parámetros del corte por plasma plasma..

S = I / (8.T)

Donde:

S = Velocidad en pulgadas / minutos I = Intensidad de corriente en amperios T = Espesor de la chapa en pulgadas

En cortes que llevan chaflán la relación entre los parámetros de corte vendrá determinado por la siguiente fórmula.

S = I . Cos A / ( 8.T) Siendo

A

el ángulo del chaflán respecto a la vertical.

Estas ecuaciones serán validas en función del tipo de material que deseemos cortar, por ejemplo ejemplo serán validas para el acero dulce y el ac acero ero inoxidable inoxidable,, mientras que para el aluminio tendremos una velocidad de corte de un 25 % mayor. Existen tablas que proporcionan los fabricantes de equipos, consultando las cuales obtendremos los diferentes parámetros de corte dependiendo del espesor de la chapa a cortar y del gas empleado.

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CORTE POR PLASMA TABLA N° 1

Material : Acero inoxidable  Procedimiento: Argón - Hidrógeno

Espesor (mm)

Tensión (V)

Intensidad (A)

Caudal L/min. Caudal L/min.

Velocidad C

Ar.

H2

cm/min.

5

100

110

30

6

150

10

130

150

40

10

120

15

130

150

45

12

100

20

130

180

45

12

80

30

145

180

45

12

50

40

140

200

50

14

40

50

140

200

60

14

18

 

TABLA N° 2

Material : Aluminio  Procedimiento: Argón - Hidrógeno Caudal L/min. Caudal L/min. Ar. H2

Espesor (mm)

Tensión (V)

Intensidad (A)

5

110

130

30

10

120

200

40

15

110

20

110

30

160

40

160

50

160

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

200 

Velocidad C cm/min.

10 10  10 

40

320 300 180

200 

40 

10 

200 

40 

10 

50

14

60

50

14

30

200  200 

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HIT 02/ HT02

110 80

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CORTE POR PLASMA   TABLA N° 3 Material : Acero dulce  Procedimiento: Procedimien to: Nitrógeno con inyección de agua

Espesor (mm)

Tensión (V)

Intensidad (A)

Caudal L/min. N2 

Velocidad C cm/min.

3

160

220

45

500

5

170

220 

45 

400

8

170 

220 

45 

350

10

170 

220 

45 

180

15

170 

220 

45 

100

20

170 

220 

45 

30

TABLA N° 4

Material : Acero inoxidable  Procedimiento: Procedimien to: Nitrógeno con inyección de agua

Espesor (mm)

Tensión (V)

Intensidad (A) Caudal Ar.L/min. Caudal N2L/min.

3

160

200

5

160

200

7

160

10

160

15

175

20

180

25

180

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

Velocidad cm/min. C

-

45

400

-

45 

300

200 

-

45 

200

200 

-

45 

200

200 

-

45 

150

200 

-

45 

70

220 

-

45 

25

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HIT 02/ HT02

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CORTE POR PLASMA   TABLA N° 5 Material : Aluminio  Procedimiento:: Nitrógeno con inyección de agua Procedimiento

Espesor (mm)

Tensión (V)

Intensidad (A)

Caudal L/min. N2

Velocidad C Cm/min.

3

170

180

45

400

6

170

220 

45 

300

10

170 

220 

45 

250

15

170 

220 

45 

150

20

170 

220 

45 

100

TABLA N° 6 Material : Acero dulce  Procedimiento: Procedimie nto: Aire

Espesor (mm)

Tensión (V)

Intensidad (A)

Caudal L/min. Aire

Velocidad C cm/min.

3

170

125

35

500

5

170

125 

35 

400

10

160 

150 

35 

250

15

165 

160 

45 

125

20

170 

160 

45 

100

2. Presión de gas Bajas presiones de gas, resultan en bajas velocidades del gas y los más bajos voltajes de arco, esto se traduce en una temperatura del plasma mas baja, originando insuficiente penetración. Por otra parte una presión muy baja provocará

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

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HIT 02/ HT02

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CORTE POR PLASMA   una menor refrigeración de la tobera de cobre y un mayor calentamiento de la misma disminuyendo su tiempo de vida y la posibilidad de generar un doble arco. Si la presión del gas es muy alta, la vida del electrodo se reducirá debido al mayor voltaje que se necesitará para mantener el arco que deriva en una mayor temperatura del electrodo. Flu ome ometro tro

Regulador de gas

Filtro para secar el aire

2. Tobera de corte corte   El estado de la tobera influye fuertemente en el corte, así una tobera dañada tiene usualmente un orificio más grande, debido a esto la densidad de corriente será menor, disminuyendo la temperatura del plasma puesto que al ser mayor el área del orificio se tendrá menores velocidades del gas y un flujo no concéntrico con el arco, traduciéndose en una menor penetración del arco. El doble arco también puede producirse cuando la tobera esta dañada, ya que no se refrigera adecuadamente recalentándose la misma y reduciéndose la caída de tensión entre el electrodo y la tobera y a través de la tobera. Una tobera floja también causa recalentamiento de la misma debido al escape de gas a través de la rosca de la misma que se asegura a la antorcha.

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

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HIT 02/ HT02

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CORTE POR PLASMA 3. Distancia entre la tobera d de e corte y la pieza a cortar (Stand Off) Si esta es muy alta, el arco piloto no ionizará adecuadamente el espacio entre el electrodo y la pieza a cortar, esto se traducirá en un inicio del arco principal de corte difícil. Si el arco de corte esta establecido y si se incrementa el STAND OFF, el arco tenderá a extinguirse, debido al mayor voltaje requerido que excede la capacidad de la máquina. Efectos de la baja velocidad en la formación de un doble arco en planchas delgadas

Efectos de la alta velocidad en la oscilación de un arco spray.

Un STAND OFF muy pequeño implica un menor voltaje de arco y por consiguiente una menor potencia (Kw.) que la fuente de poder puede entregar, resultando en una menor eficiencia de corte, pobre estabilidad del arco y cortes irregulares.

Efectos de la velocidad en la superficie de corte.

CORRECTO

MUY RAPIDO

MUY LENTA

INFLUENCIA DE LA LONGITUD ENTRE LA TOBERA Y LA PIEZA A CORTAR (STAND OFF) SOBRE EL VOLTAJE DE ARCO. El voltaje de arco es una función del STAND OFF y el espesor de plancha, cuando el espesor de plancha se incrementa, el máximo valor que puede tomar el STAND OFF disminuye a su vez el máximo valor que puede tomar la potencia (Watts) de salida de la fuente de poder se da con una mayor longitud de STAND OFF, un incremento del mismo provoca un aumento en el voltaje de arco, mientras la corriente permanece constante debido a las características de la fuente de poder (de corriente constante).

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS

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HIT 02/ HT02

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HIT 02/ HT02

 

 

CORTE POR PLASMA   Gases monoatómicos y poliátomicos Estos conceptos debemos tenerlos claros cuando se maneja la teoría del plasma:

a) Gases Poliatomicos.Estos gases para llegar al estado de plasma, primero se disocian, es decir se descomponen en átomos, para luego llegar al estado de plasma en una ionización parcial donde los átomos se dividen en protones y electrones.

Ejemplo. Hidrógeno (H2) y Nitrógeno (H2) IONIZACIÓN

H+  H

H

H2 

H

H H+ 

DISOCIACIÓN

ee-

a) Gases Monoatómicos.En este caso los gases para llegan al estado de plasma, no pasan por disociación y logran la ionización parcial .

Ejemplo.  Argón (Ar) y Neón (Ne) IONIZACIÓN

Ar + 

Ar

Argón

42

e- 

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS METALICAS 

REF HIC 02/HT2

1/2

 

 

CORTE POR PLASMA   Radiaciones El enorme calor producido por un arco de plasma (2 veces mas caliente que la superficie del sol) produce radiaciones de distinto tipo, principalmente de rayos ultravioletas (UV). Pero también se esta expuesto a rayos infrarrojos (IR) y radiaciones visibles. Debido a que las radiaciones son de distinta longitud de onda, se esta expuesto a diferentes riesgos.









Las radiaciones visibles intensas pueden causar daños permanentes de la retina. Las radiaciones ultravioletas causan quemaduras en los ojos, notándose como si tuviera arena en los ojos, y quemaduras en la piel igual a las del sol. Las radiaciones de onda corta producen enturbamiento del cristalino, lo cual después de 10 a 30 años pueden producir  cataratas. Las radiaciones ultravioletas de onda larga perturban el equilibrio del calor del cuerpo.

Para trabajar con el proc proceso eso de corte por plasma ten tenga ga en cons consideración ideración la s siguiente iguiente tabla para protegerse de los rayos.

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MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS METALICAS 

REF HIC 02/HT2

2/2

 

 

CORTE POR PLASMA   Tipos de arco El arco puede saltar de 2 formas. a. Entre el electrodo de tungsteno y el ma material terial de aporte a cortar. Entonces se denomina ARCO TRANSFERIDO O DIRECTO

b. Entre el elec electrodo trodo y la parte externa de la bo boquilla, quilla, entonces se denomin denomina a ARCO NO TRANSFERIDO O INDIRECTO.

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MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

REF

HIT 03/ HT03

1/2

 

 

CORTE POR PLASMA   El arco transferido se utiliza en la soldadura y corte. El arco no transferido, dado su limitado poder calorífico, se utiliza para soldar espesores pequeños y para la metalización. 

El arco convencional se diferencia de los otros porque utiliza una unidad de alta frecuencia

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MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

REF

HIT 03/ HT03

2/2

 

 

CORTE POR PLASMA   Fase plasma La ionización de los gases genera electrones libres entre los átomos de gas. • Cuando esto ocurre, el gas se vuelve eléctricamente conductor, con capacidad de

trans tra ns port porta ar corr iente.  plasma ma, la forma de la materia más abundante en • Al circular corriente, éste se vuelve  plas el universo. Cuando un gas está compuesto de un número casi igual de iones positivos y negativos se denomina plasma. Ejemplos de plasma son las atmósferas de la mayoría de las estrellas, los gases en el interior de los tubos fluorescentes de los rótulos y anuncios, y los gases de la capa superior de la atmósfera terrestre. Un gas se transforma en plasma cuando la energía cinética de las partículas del gas se eleva hasta igualar la energía de ionización del gas. Cuando alcanza este nivel, las colisiones de las partículas del gas provocan una rápida ionización en cascada, y el gas se transforma en plasma. Si se aporta la suficiente energía aplicando calor, la temperatura crítica se situará entre 50.000 y 100.000 K, elevándose a cientos de millones de grados, la temperatura requerida para mantener el plasma. Otro modo de convertir un gas en plasma consiste en hacer pasar electrones de alta energía a través del gas. Los físicos nucleares consideran que un plasma en el interior de un campo magnético cerrado les permitirá aprovechar la enorme energía de la fusión termonuclear para fines pacíficos. En el plano conceptual, se trataría de un motor de plasma dirigido para propulsar las naves espaciales. Propiedades de un gas en estado de plasma La eficacia de la calidad de corte, depende d de e las siguientes propiedad propiedades es de un gas:

Energía de Ionización Energía de disociación Peso Molecular Conductividad térmica Reactividad química

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HIC 03/HT3

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CORTE POR PLASMA   Riesgos por la formación de vapor en algunos elementos químicos. Muchos de los metales cuando sobrepasan su punto de fusión son muy dañinos para la salud, ejemplo de ello son los materiales que contienen cadmio, el mismo que al llegar a evaporarse produce daños severos a los pulmones. Tenga en cuenta siempre el material que trabaja y cual es su composición química.

°C

°C 2000 

Manganeso Aluminio Plomo

400

Molibdeno

1500  350

1000 

500

Magnesio Zinc Cadmio

300

 Azufre

250

Vanadio Hierro Cobalto Níquel Circonio   Circonio Sílice Cobre

200

47

Cromo

MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

REF

HIC 03/HT3

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CORTE POR PLASMA  

Gases que pueden utilizarse en el corte por plasma En general los gases plasmógenos, plasmógenos, o generadores del plasma por ionización, son gases nobles (argón, helio, neón), hidrógeno, aire y nitrógeno. Los gases utilizados son un factor importante en el corte por plasma, y no solo por aspectos técnicos, sino por su influencia en el costo de operación. El gas puede influirnos en el tipo de electrodo a utilizar (posible degradación, como hemos indicado), energía calorífica, transferencia de la misma, en la estabilidad del arco, es decir en la conducción del proceso de corte. Depende de la intensidad, de la longitud de arco, material a cortar, tipo de equipo (corte en seco, en agua). El oxígeno  oxígeno  es el gas más recomendable para cortar acero al carbono, aunque no es muy recomendable para aceros inoxidables o aluminio. El nitrógeno, nitrógeno, es muy a apropiado propiado para el corte de acero inoxid inoxidable able y alum aluminio, inio, sobre todo en espesores finos. Es relativamente barato y proporciona una buena duración de los electrodos. El argón, argón, por si solo, es ineficiente en cortes industriales, y se emplea exclusivamente para mantenimiento de arcos pilotos. La mezcla de argón – hidrógeno, hidrógeno , en contenidos del orden del 30 % en este último, es una combinación con gran capacidad para el corte de altos espesores y en este campo por ejemplo, proporciona la mejor calidad para corte de aceros inoxidables en espesores superiores a 12 – 15 mm. Produce menos humos que otros procesos, lo que favorece las condiciones medioambientales de la zona de operación; sin embargo, su precio puede ser hasta tres veces el costo del nitrógeno.  Actualmente el aire comprimido es el más usado, debido a que es más económico y lo tenemos a granel en el ambiente y con ayuda de una compresora se puede tener el aire necesario para realizar el corte. El siguiente cuadro muestra los gases más utilizados. GAS GA S

SI SIGN GNO O QU QUIMI IMICO CO

PE PESO SO MO MOLE LECU CULA LAR R

 Ar

40

Hidrógeno

H2 

2

Nitrógeno

N2 

28

N2, O2, Ar

---

Helio

He

4

Neón

Ne

20

oxígeno

O2

32

 Argón

 Aire

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MECANICO DE CONSTRUCCIONES METALICAS 

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HIT 04/ HT04

1/2

 

 

CORTE POR PLASMA   Efectos metalúrgicos Como es conocido, en las proximidades al cordón de soldadura se puede apreciar una superficie afectada por el efecto del calor al que ha sido sometido. De forma similar, ocurre en los bordes de una pieza que ha sido seccionada por el procedimiento de corte por plasma. Ello se debe al calor generado por el arco eléctrico.  A continuación veremos la forma en que se ven afectados los siguientes materiales por la elevad temperatura del arco eléctrico:

-

 A cer os al c arbono ,

-

 A cer os inox in ox i dabl dables es ,

se puede puede apreciar en e ell corte una zona de fusión que se extiende hasta 0.01 mm. del borde. La zona afectada por el calor alcanza una profundidad de 0.3 mm. En donde la dureza del material se ve aumentado como consecuencia de cambios micro estructurales. -  A lumini o, cuando se trata de cortar aluminio podemos apreciar una zona de fusión que se extiende hasta 0.04 mm. Del borde. La zona afectada por el calor alcanza una profundidad de hasta 1 mm.; en dicha zona podremos detectar cierta porosidad producida por el gas plasmógeno.  plasmógeno.  en el caso del acero inoxidable el corte con plasma se realiza a una velocidad mayor que la de los materiales anteriores, por lo que apenas se producen modificaciones en las propiedades del metal base.  base. 

Porosidad en las soldaduras de juntas cortadas con plasma Según estudios parecen poros en las soldaduras cuyas planchas han sido seccionadas por el procedimiento de corte por plasma, en la que se ha utilizado aire  como fluido plasmógeno. Ello se debe a la gran concentración de nitrógeno en las superficies de corte; dicha concentración es bastante mayor a la solubilidad en el acero. El riesgo mayor de porosidad se produce cuando se obtiene una penetración incompleta, lo cual da una concentración elevada de porosidad en la raíz del cordón.  A continuación mencionaremos los diferentes procedimientos para disminuir la porosidad. a) Esmerilar la superficie co cortada rtada antes de solda soldarr b) Reemplazar el fluido plasmógeno, cua cuando ndo se trate de a aire ire por oxígeno c) Ajustar los parámetros de soldadura de forma que la penetración sea completa. d) Someter las u uniones niones a u un n tratamiento térmico de fusión

e) Conseguir una aleación del metal de aportación con titanio ó aluminio 

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HIT 04/ HT04

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CORTE POR PLASMA   Contenido de calor en función de la temperatura del gas

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(Temperatura del gas)

En el gráfico gráfico se puede determinar el poder calorífico que pueden d desprender esprender lo los s gases según la temperatura que se les aplica. Se puede determinar lo Siguiente: 1. El nitrógeno se disocia aproximad aproximadamente amente en los 8000 ° K y pasa al estado estado de plasma ionizándose en los 12000 ° K, liberando una energía calorífica de 15,000 3 Kcal. /m  . 2. El Hidrógeno se disocia aproxima aproximadamente damente en los 6000 ° K y pasa al estado de plasma ionizándose en los 10000 ° K, liberando una energía calorífica de 12,000 3 Kcal. /m  . 3. El Argón se ion ioniza iza direc directamente tamente pasando al esta estado do de plasma en los 12000 ° K, 3 liberando una energía calorífica de 8,000 Kcal. /m  . Como se puede observar y concluir: Es el Nitrógeno quien presenta mejores condiciones de eficacia para el corte por plasma, por su mayor poder calorífico.

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CORTE POR PLASMA   Material de los electrodos

Los electrodos pueden ser de Wolframio toriado, como en los equipos de soldadura por plasma, pero en caso de utilizarse aire u oxígeno como gases, es necesario utilizar electrodos de hasfnio o zirconio. A continuación se presenta un resumen de estos materiales para electrodos de corte por plasma.

Debe tenerse en cuenta que los electrodos son consumibles y tienen un período de duración en función al tiempo de trabajo. Muchos de los problemas con los electrodos en el corte por plasma cuando se trabaja con oxigeno u aire se debe a la velocidad de oxidación, de allí que se utilizan materiales mas resistentes y se mejoran los tipos de boquillas, factores importantes en este proceso.

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HIT 05/ HT05

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CORTE POR PLASMA   Relación entre la conductividad térmica y la temperatura en algunos gases.

 Ahora en el grafico siguiente podemo podemos s observar que: 1. El Argón tiene muy baja conductiv conductividad idad térmica e incluso sigue bajando bajando conforme aumenta la temperatura. 2. El Nitrógeno tiene una conductividad térmica inesta inestable. ble. 3. El Helio presenta una co conductividad nductividad térmica directamente proporcional a la temperatura, esta característica es de gran ventaja en el proceso de corte por plasma. 4.  Así mismo el Hidrógeno tiene buenas características de conductividad eléctrica, pero presenta inestabilidad.  inestabilidad. 

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CORTE POR PLASMA  

Boquillas para corte por plasma Existen en el mercado una variedad de boquillas o elementos que forman parte de la antorcha, los mismos que ha logrado solucionar una serie de problemas en corte por plasma. Se puede encontrar actualmente en el mercado boquillas de doble flujo, el mismo que permite tener una línea más de gas, que permite mejorar la calidad de corte, así como refrigerar el sistema.  Así mismo tenga presente que las boquillas, tienen sistemas de refrigeramiento, y es común el uso de agua.

BOQUILLA DE DOBLE FLUJO 1ra.Línea d de e gas

2da.Línea de gas

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HIT 06/ HT06

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CARPINTERIA CARPINTE RIA METAL METALICA ICA I   Marque Ma rque co n X a respuesta cor recta.

1. El estado físico da materia conocido como cuarto estado de la materia se llama: a) ( ) sólido; b) ( ) vapor; c) ( ) plasma; d) ( ) gas. 2. Cuando acrecentamos energía a un gas, las propiedades térmicas y eléctricas de ese gas son alteradas. A ese proceso se le conoce con el nombre de: a) ( ) ionización b) ( ) gasificación; c) ( ) purificación; d) ( ) electrificación. 3. El surgimiento del proceso de corte a arco plasma ocurre a partir de pesquisas sobre: a) ( ) llamas; b) ( ) electrodos; c) ( ) energía; d) ( ) soldadura. 4. Las características del arco plasma varían de acuerdo con: a) ( ) aire c comprimido, omprimido, electricidad y vapor; b) ( ) p pieza ieza de trabajo, metal y oxígeno; c) ( ) g gas, as, pico de salida y tensión de arco eléctrico; d) ( ) plasma, pico, arco y temperatura. 5. El corte plasma con aire comprimido es bastante usado porque proporciona: a) ( ) buen ac acabado abado y equipamiento sofis sofisticado; ticado; b) ( ) disminuye la velocidad de corte; c) ( ) poca oxidación o; d) ( ) corte económico y aumento de velocidad de corte. Responda:

6. - De que ma material terial son los electrodos p para ara corte con oxígeno u aire comprimido. 7. - Cuales s son on los métodos de corte en la industria? 8. - Cuál es la temperatura aprox aproximada imada donde un gas pasa al e estado stado de p plasma? lasma? 9. - Cuáles so son n los componente de un equipo de corte por plasma? 10. -Cuáles son los tipos de antorcha y en que se diferencian? 11.- Que características presenta un equipo inversor para corte por plasma? 12.- Cómo influye la presión del gas en el corte por plasma? 13.- Cuál es la diferencia entre un arco transferido y un no transferido en corte por plasma? 14.- Que gases pueden utilizarse para cortar con plasma? 15.- Cuales son los efectos metalúrgicos que ocurren después de cortar con plasma?

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HOJA DE TRABAJO TRABAJ O

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CORTE POR PLASMA  

1. FRANCISCO CARRILLO OLIVARES

Soldadura, corte e inspección de obra soldada. 3era. Edición. España, 1998

2. STELL INDUSTRY S.A.

Soldadoras por arco eléctrico en todos sus procesos. Lima, Perú. 1996

3. ENTE VASCO DE LA ENERGIA.

Tecnologías asistidas por plasma, fundamentos, aplicaciones industriales y tecnológicas. Madrid, España. 1997

4. AWS, EXSA, SENATI

1er. Simposium Internacional de Soldadura, 2° Encuentro Nacional. Lima, Perú. 1995

5. TOMAS GOMEZ MORALES

Mantenimientos de autos propulsados, carrocería, elementos fijos. España, 1998.

6. GERMAN HERNADEZ RIESCO

Manual del Soldador. CESOL, España. 8va. Edición. 1994

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H- BIBLIOGRAF.

 

 

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CÓDIGO DE MATERIAL 0411

EDICIÓN FEBRERO 2005

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