Materiales de electrodos para máquinas de corte por plasma

Introducción

¿Qué es el corte por plasma? ¿Cómo funciona todo el proceso? ¿Qué partes contiene una cortadora de plasma? Este artículo responderá a estas preguntas y le proporcionará información importante sobre los materiales de los electrodos de corte por plasma.

Tecnología de corte por plasma: Mecanismo y ventajas

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El cortepor plasma es un proceso que emplea un chorro de alta velocidad de gas ionizado, conocido como plasma, para cortar materiales conductores de electricidad. El procedimiento implica varios pasos clave:

1. Iniciación del arco: Una chispa de alta frecuencia ioniza el gas dentro de la antorcha de plasma, creando un canal conductor para el arco eléctrico.

2. 2. Formación del plasma: El arco eléctrico calienta el gas a una temperatura extremadamente alta, convirtiéndolo en plasma. A continuación, este chorro de plasma se expulsa a través de una boquilla a gran velocidad.

3. 3. Corte del material: El intenso calor del chorro de plasma funde el material en el punto de corte, mientras que el chorro de gas a alta velocidad expulsa el metal fundido, creando un corte preciso.

Este proceso ofrece varias ventajas sobre los métodos de corte tradicionales:

• Velocidad: Es mucho más rápido que los métodos de corte tradicionales, especialmente en materiales más finos.
• Precisión: Proporciona cortes limpios y precisos con zonas mínimas afectadas por el calor, reduciendo la necesidad de un acabado secundario.
• Versatilidad: Capaz de cortar una amplia gama de metales, incluyendo acero al carbono, acero inoxidable, aluminio, cobre y diversas aleaciones.
• Rentable: Menores costes operativos en comparación con otros métodos de corte, como el corte por láser, debido a la reducción del uso de consumibles y de los requisitos de mantenimiento.

Máquina de corte por plasma: Componentes e Importancia

Una máquina de corte por plasma consta de varios componentes clave. Trabajan juntos para realizar el proceso de corte. Aquí están los componentes principales:

1. Fuente de alimentación:

La fuente de alimentación se encarga de suministrar la energía eléctrica necesaria para generar el arco de plasma. Su importancia radica en determinar la capacidad de la máquina y sus posibilidades de corte, que suelen oscilar entre 30 y 400 amperios.

2. Antorcha de plasma:

La antorcha de plasma aloja el electrodo y la boquilla a través de los cuales se dirige el arco de plasma. Está diseñada para soportar altas temperaturas y proporcionar un control preciso sobre el proceso de corte.

3. Electrodo:

El electrodo genera el arco que ioniza el gas para formar el plasma. Es un componente crítico que afecta a la estabilidad y calidad del arco de plasma, normalmente hecho de cobre con un inserto de alta durabilidad como el hafnio o el tungsteno.

4. Tobera:

La boquilla dirige el chorro de plasma sobre la pieza. Garantiza un chorro de plasma concentrado y de alta velocidad, fabricado con materiales resistentes a altas temperaturas.

5. 5. Suministro de gas:

El suministro de gas proporciona el gas necesario, como aire comprimido, oxígeno, nitrógeno o argón, para crear el plasma. La elección del gas influye en la calidad y eficiencia del corte, y se adapta al material que se va a cortar.

6. Panel de control:

El panel de control permite al operario ajustar parámetros como la corriente, el flujo de gas y la velocidad de corte. Las máquinas modernas incluyen interfaces digitales para un control más preciso y facilidad de uso.

Estos componentes trabajan juntos para crear un arco de plasma de alta temperatura que funde y corta el material de la pieza de trabajo con eficacia y precisión.

Materiales de electrodos para máquinas de corte por plasma

Los electrodos son fundamentales en las máquinas de corte por plasma, ya que influyen directamente en el rendimiento de corte y la longevidad del equipo. Dentro de una antorcha de corte por plasma, el electrodo se coloca en el centro, con la boquilla situada justo debajo de él. Estos dos componentes se consideran piezas consumibles en el corte por plasma. Las piezas consumibles necesitan ser reemplazadas de manera oportuna porque los electrodos, boquillas y anillos de vórtice severamente desgastados pueden producir arcos de plasma incontrolables. Tales arcos pueden causar fácilmente graves daños a la antorcha de corte.

Para obtener una vida útil tan prolongada y un mejor rendimiento, los principales materiales utilizados para los electrodos incluyen:

1. Cobre:

- Propiedades: Excelente conductividad eléctrica y disipación del calor.

- Utilización: Forma el cuerpo principal del electrodo, proporcionando una base para insertos de alta durabilidad.

2. Hafnio:

- Propiedades: Alto punto de fusión, excelente durabilidad y conductividad.

- Utilización: A menudo se utiliza como inserto en la punta del electrodo para mejorar el rendimiento y la vida útil.

3. Tungsteno:

- Propiedades: Alto punto de fusión y buena conductividad.

- Utilización: Utilizado en algunos electrodos por su durabilidad a altas temperaturas.

Material de electrodo avanzado: Alambre de Hafnio

Alambre de hafnio:

Los recientes avances en materiales para electrodos han puesto de manifiesto las ventajas de utilizar insertos de alambre de hafnio en los electrodos. El alambre de hafnio ofrece varias ventajas.

El alto punto de fusión del Hf le permite soportar las temperaturas extremas del arco de plasma, lo que prolonga la vida útil del electrodo. Esta longevidad se traduce en menos sustituciones de electrodos y menos tiempo de inactividad. En términos de rendimiento, los electrodos de hafnio proporcionan un inicio y mantenimiento estables del arco, lo que se traduce en cortes más limpios y reduce la necesidad de cambios frecuentes de electrodos. Aunque los electrodos de hafnio pueden ser inicialmente más caros, su mayor vida útil y su mejor rendimiento pueden hacerlos más rentables a largo plazo al reducir los costes generales de explotación.

Alambre de Hafnio vs Alambre de Circonio:

1. Diferencias de rendimiento:

Debido a las características de su material, el alambre de hafnio utilizado en las boquillas de corte por plasma puede mantener una buena estabilidad química y resistencia a la corrosión en entornos de gas plasma de alta temperatura. Su alto punto de fusión garantiza la estabilidad de la boquilla de corte, evitando la fusión y la deformación. Por el contrario, el alambre de circonio es propenso a la oxidación y la corrosión y es susceptible a la expansión térmica durante el corte a alta temperatura, lo que provoca la deformación de la boquilla de corte y hace que se dañe más fácilmente.

2. Escenarios de aplicación:

El alambre de hafnio es ideal para campos de corte y procesamiento de alta precisión debido a su alta resistencia a la corrosión, estabilidad química, alto punto de fusión y buena estabilidad de corte. Es especialmente adecuado para cortar materiales difíciles. Por otro lado, el alambre de circonio se utiliza principalmente en entornos de corte poco exigentes, como el corte de materiales de cobre y aluminio, donde los requisitos de durabilidad y estabilidad son menos estrictos. [2]

Conclusión

Las máquinas de corte por plasma son herramientas esenciales en la metalurgia moderna, ya que ofrecen una velocidad, precisión y versatilidad inigualables. La elección del material del electrodo es fundamental para el rendimiento y la eficacia de estas máquinas. Los avances recientes, como el uso de alambre de hafnio, han mejorado significativamente las capacidades de la tecnología de corte por plasma, garantizando cortes más limpios, una mayor vida útil del electrodo y un ahorro general de costes. Comprender la importancia de los materiales de electrodo de alta calidad y mantenerse informado sobre los avances tecnológicos puede ayudar a los operarios a conseguir resultados óptimos en sus operaciones de corte. Para más información, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Referencia:

[1] The Open University. (2018). Corte por arco de plasma. The Open University. https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/engineering-technology/manupedia/plasma-arc-cutting

[2] Xu, S. (2005). Procesamiento de alambre de circonio-hafnio y su aplicación en electrodos de corte por plasma. Chinese Journal of Rare Metals. https://www.cqvip.com/qk/93288x/200501/15443902.html