CORTE DE PLASMA Y LASER.docx

8/16/2019 CORTE DE PLASMA Y LASER.docx

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

Ciclo: 08

Nombre el c!r"o: PROCESOS INDUSTRIALES II

Pro#e"or: ING$ %ORALES CU&A' (!)* C)rlo"

Fec+): LI%A' ,- e %)r.o e -0,/

INTEGRANTES:

CARDENAS FERNANDE' Ale1

C2IPANA GARCIA' (o"e3+

CIENFUEGOS GA%&OA' (o+* Pe4+er

RA%IRE CAR&A(AL$ Om)r

VALVERDE AVENDA5O' %)rco" E$


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CORTE DE PLASMA Y LASER

CORTE DE PLASMA

La tecnología de uniones de piezas metálicas por arco elctrico !io sus "itos en

#$%& al construir un 'arco totalmente soldado en Carolina del Sur en Estados

(nidos) A*os despus se introdu+eron me+oras en el proceso como corriente

alterna , se utiliz- protecci-n como .undente granulado)

En los a*os /& se introdu+o el primer proceso con protecci-n gaseosa empleando

un electrodo no consumi'le de0ol.ramio , 1elio como gas protector2 reci'i- el

nom're de T34 5Tungsten Inert Gas6)

En #$7/2 cientí.icos descu'ren 8ue al aumentar el .lu+o del gas , reducir laa'ertura de la 'o8uilla utilizada en lasoldadura T342 se o'tiene un c1orro

de plasma) Este c1orro es capaz de cortar metales2 lo 8ue dio lugar al proceso

decorte por plasma conocido 1o, en día)

9undamentos .ísico:8uímicos;

En la naturaleza podemos encontrar materia en .orma s-lida2 lí8uida o !apor2 el

plasma es el cuarto estado de la materia)

A mu, ele!adas temperaturas2 los electrones tienen su.iciente energía como para

escapar de su -r'ita alrededor del n


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El plasma es el estado en el 8ue se encuentran las estrellas por su ele!ada

temperatura) En la atm-s.era terrestre solo podemos conseguir el plasma por

medios arti.iciales)

Al calentar un gas a temperaturas del orden de 7&)&&& =C los átomos pierden

electrones) Estos electrones li'res se colocan en los n


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Características del proceso;

Esta moderna tecnología es usa'le para el corte de cual8uier material metálico

conductor2 , más especialmente en acero estructural2 ino"ida'les , metales no

.rricos)

El corte por plasma puede ser un proceso complementario para tra'a+os

especiales2 como pueden ser la producci-n de pe8ue*as series2 la consecuci-n de

tolerancias mu, a+ustadas o la me+ora de aca'ados)

Tam'in se produce una 'a+a a.ectaci-n trmica del material gracias a la alta

concentraci-n energtica del arco-plasma) El comienzo del corte es prácticamente

instantáneo , produce una de.ormaci-n mínima de la pieza)

Este proceso permite mecanizar a altas !elocidades de corte , produce menos

tiempos muertos2 5no se necesita precalentamiento para la per.oraci-n6)

Permite espesores de corte de &)7 a #& milímetros2 con unidades de plasma de

1asta #&&& amperios)

El corte por plasma tam'in posi'ilita mecanizados en acero estructural con

posi'ilidad de 'iselados 1asta en %& milímetros)


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(na de las características más rese*a'les es 8ue se consiguen cortes de alta

calidad , mu, 'uen aca'ado)

E8uipo necesario;

Las !aria'les del proceso son;

• 4ases empleados)

• El caudal , la presi-n de los mismos)

• Distancia 'o8uilla pieza)

• Belocidad del corte)

• Energía empleada o intensidad del arco)

Las !aria'les como el caudal2 la presi-n del gas-plasma2 la distancia boquilla-

pieza , la !elocidad del corte se pueden a+ustar en las má8uinas de corte por

plasma e"istentes en el mercado seg


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trmica2 la ma,or densidad de partículas ionizadas , las más altas

temperaturas2 entre #&)&&& , %&)&&& =C)

Arco eléctrico

El arco generado en el proceso de corte por plasma se denomina arco trans.erido)

Como su propio nom're lo indica2 el arco se genera en una zona , es trans.erido a

otra)

¿Cómo?

Por medio de un generador de alta .recuencia conseguimos generar un arco entre

el electrodo , la 'o8uilla2 este arco calienta el gas plasmágeno 8ue 1a, en su

alrededor , lo ioniza esta'leciendo un arco-plasma)

4racias a la conducti!idad elctrica es trans.erido 1asta la zona de corte2 mientras

8ue el arco generado inicialmente2 denominado arco piloto2 se apaga

automáticamente)

(na !ez el arco-plasma está esta'lecido2 la pieza se carga positi!amente mientras

el electrodo se carga negati!amente2 lo 8ue 1ace mantener el arco-plasma , cortar

la pieza)

En ocasiones podemos generar el arco-plasma acercando la 'o8uilla a la pieza)

Este arco se denomina arco no trans.erido , se genera entre el electrodo , la

'o8uilla 8ue está conectada al lado positi!o de la .uente de corriente a tra!s de

una resistencia)

Este tipo de arco se emplea más en procesos de soldadura)

https://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctrica


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Tipos de corte por plasma;

Corte por plasma por aire:

En el a*o #$% se introduce el corte por plasma por aire) El o"ígeno del aire

aumenta las !elocidades de corte en un >7 por ciento en relaci-n con el corte

tradicional por plasma seco2 sin em'argo2 tam'in conlle!a una super.icie de corte

mu, o"idada , una rápida erosi-n del electrodo 8ue está dentro de la 'o8uilla de

corte)

Corte con inyección de agua:

En #$2 Dic Couc12 presidente de F,pert1erm2 in!enta el corte con in,ecci-n de

agua2 un proceso 8ue implica'a in,ectar radialmente agua en la 'o8uilla) El

resultado .inal .ue corte me+or , más rápido2 así como con menos escoria) Este

proceso tam'in utiliza como gas nitr-geno pero como protector utiliza una capa

de agua)Corte con inyección de oxígeno:

En #$% se desarrolla una nue!a tcnica 8ue implica la utilizaci-n de o"ígeno

como gas de corte , la introducci-n de agua por la punta de la 'o8uilla) Este

proceso denominado Gcorte por plasma con in,ecci-n de o"ígenoH a,uda a

solucionar los pro'lemas del rápido deterioro de los electrodos , la o"idaci-n del

metal)

Corte con doble flujo:

Este es el sistema con!encional o estándar2 de alta !elocidad 8ue utiliza

como gas-plasma nitr-geno , como gas protector puede emplearse di-"ido de

car'ono o 'ien o"ígeno)

Benta+as respecto al proceso de o"icorte;

El corte con plasma a di.erencia del o"icorte2 tiene un espectro de aplicaci-n so're

materiales más amplio)

Su costo operati!o es sensi'lemente in.erior al o"icorte , la .acilidad de su

operaci-n 1ace posi'le tra'a+ar en corte manual con plantillas de c1apa con un

aca'ado de la pieza prácticamente de.initi!o)

https://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttps://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttps://es.wikipedia.org/wiki/Oxicortehttps://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttps://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttps://es.wikipedia.org/wiki/Oxicorte


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Especialmente se puede destacar la !ersatilidad para cortar metales de espesores

delgados2 lo cual con o"icorte no sería posi'le)

Otras des!enta+as del o"icorte son la 'a+a calidad de corte , el e.ecto negati!o

so're la estructura molecular2 al !erse a.ectada por las altas temperaturas ,

metales .errosos al cromo-níquel 5aceros ino"ida'les62 además del aluminio , elco're)

Adicionalmente2 el corte con plasma es un proceso 8ue 'rinda ma,or

producti!idad toda !ez 8ue la !elocidad de corte es ma,or2 dependiendo del

espesor del material 1asta !eces ma,or2 lo cual entrega una raz-n decoste-

beneficio me+or 8ue el o"icorte)

Además2 con el corte por plasma conseguimos una ma,or precisi-n , limpieza en

la zona de corte 8ue con el o"icorte con!encional)

!"uinas para corte por plasma mecani#ado

Estos e8uipos son generalmente 'astante más grandes 8ue las máquinas manuales , se

utilizan en con+unci-n con mesas de corte 5a !eces denominadas pantógrafos62 8ue inclu,en

una mesa de agua o mesa de aspiración , están pro!istas de un sistema “gantry” o

de pórtico :es decir2 un sistema de do'le motorizaci-n a cada lado de la mesa2 so're el e+e

GIH: 8ue .unciona mediante di!ersos mecanismos2 1a'itualmente2 ser!omotes de corriente

alterna acoplados a un sistema de pi*-n:cremallera) Además2 los equiposmecanizadosgeneralmente cuentan con control CNC , un control de altura de la

antorcha 5TFC62 8ue puede incluir la detecci-n de la altura , el control del !olta+e al inicio del

proceso)

Las máquinas para corte por plasma mecanizado se pueden incorporar en una prensa de

punz-n2 así como en sistemas de corte por láser2 o"icorte2 corte ro'-tico , otros2 con.ormando

http://www.demaquinasyherramientas.com/videos/corte-pantografohttp://www.demaquinasyherramientas.com/videos/corte-pantografo


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!erdaderos centros de tra'a+o automatizado) El tama*o de una con.iguraci-n de corte por

plasma mecanizado se 'asa en la mesa , el p-rtico 8ue se utilizan) Las mesas pueden medir

menos de #)7&& mm " %)&&& mm o más de #/)&&& mm " %)&&& mm) Como es de esperar2

estos sistemas no son .áciles de manio'rar2 por lo 8ue antes de la instalaci-n todos sus

componentes de'en considerarse con+untamente con el dise*o del recinto 8ue alo+ará lamá8uina)

De 1ec1o2 el uso de equipos mecanizados introduce nota'les me+oras en la calidad ,

precisi-n del corte2 así como en el rendimiento de la producti!idad , un a'aratamiento de

costos en comparaci-n con el oxicorte o el corte por l!ser ) Muc1os sistemas2 además2 se

dise*an con gran simplicidad operativa2 lo 8ue posi'ilita su utilizaci-n por parte de personal

no e"perto)

Algunas de las características de las máquinas para corte por plasma mecanizado son las

siguientes;

$uentes de alimentación

Las .uentes típicas tienen un rango má"imo de ampera+e de 100!00 " para el corte con

ox#geno , %&&-'&& A para el corte con nitrógeno2 mientras 8ue el !olta+e de entrada es $00

%00 & con una transmisión de potencia trifásica)

Gases: ¿cu!les y cu!ndo se usan?

Los gases utilizados com


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El aire comprimido es el gas de uso más com


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9(@C3O@AM3E@TO 93S3CO;

Los electrones en los átomos en un material láser son e"citados por unalámpara tipo .las1 1acia un ni!el de energía superior , permanecerán allípor un periodo de tiempo mu, corto) Esta li'eraci-n de energía puedesuceder de dos modos;

Liberación espontanea: emiten .otones en direcciones aleatoriasLiberación simulada: los .otones emitidos por li'eraci-n espontanea c1ocancontra otros en estado e"citado , pro!ocan 8ue caigan de ni!el de energía)Estos


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∗ Cuando el medio se satura2 el espe+o permea'le permite 8ue escape el

#&K de los .otones 8ue constituirán el ra,o láser emitido por el e8uipo2 perose necesita siempre una .uente de energía 8ue estimule los electrones ,produzca la in!ersi-n de po'laci-n)

∗ La luz emitida en este tipo de láseres es com

∗ Los láseres de di-"ido de car'ono en modo continuo tienen un gran poder ,

son .ácilmente accesi'les) Tam'in son mu, e.icaces)

∗ Los láseres de C&>

emiten en 3R2 su 'anda de longitud de onda principal

está comprendida entre $2/ , #&2 m)

T3POS DE LASERES


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MATER3ALES (E SE P(EDE@ TRANAAR CO@ LASER

LASERES DE CORTES


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T3POS DE CORTE;

CORTES POR BAPOR3AC3O@CORTES POR 9(S3O@CORTE REACT3BO

Corte por !aporizaci-n;

Q El 1az en.ocado calienta la super.icie del material 1asta el punto dee'ullici-n , genera una marca) Esta marca lle!a a un repentino incrementode la a'sorci-n de radiaci-n pro!ocando !elozmente el ca!ado de unagu+ero) Mientras el agu+ero se pro.undiza , el material 1ier!e2 el !aporgenerado erosiona las paredes derretidas alargando el agu+ero)

Corte por .usi-n;

(tiliza gas a alta presi-n para despedir el material derretido del área decorte disminu,endo la potencia total re8uerida) Primero el material es

calentado 1asta el punto de .usi-n2 luego un .lu+o de gas elimina el materialderretido e!itando la necesidad de aumentar aun más la temperatura delmaterial para 8ue se e!ac


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LASERES DE P(@ADO;

∗ Este tipo de láseres pro!een de un 1az mu, potente en un periodo de

tiempo mu, corto por lo 8ue son e.ecti!os para procesos de per.orado ocuando son re8ueridas !elocidades de corte mu, c1icas)

Los láseres de do'le pulso se utilizan para me+orar la calidad del agu+ero) Elprimer pulso remue!e el material de la super.icie , el segundo pre!iene 8ue este

material eliminado se ad1iera a la pared del agu+ero)


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Corte laser (s Corte por )lasma

*ue diferencias existen entre el Corte laser y el Corte por )lasma +ossistemas de corte de metal est!ndar

Las necesidades industriales suplidas por el corte laser !an desde el corte2soldadura2 tratamiento trmico2 re!estimiento2 deposici-n de !apor2 gra'ado2trazado2 corte2 recocido2 , el c1o8ue de endurecimiento)

Procesos de .a'ricaci-n láser compiten tanto tcnica como econ-micamente conlos procesos de .a'ricaci-n con!encionales , no con!encionales2 tales como elmecanizado mecánico , trmico2 soldadura por arco2 electro8uímica2 ,mecanizado por descarga elctrica 5EDM62 a'rasi!o corte por c1orro de agua 2corte por plasma2 , o"icorte ) El corte por plasma 5arco6 .ue desarrollado en la dcada de #$7& para el cortede metales 8ue no podían ser corte con soplete2 tales como el acero ino"ida'le2 elaluminio , el co're) El proceso de corte por arco de plasma utiliza gas elctricamente conductor paratrans.erir energía desde una .uente de alimentaci-n elctrica a tra!s de unaantorc1a de corte por plasma para el material 8ue está siendo cortado) Los gasesde plasma inclu,en arg-n2 1idr-geno2 nitr-geno , mezclas2 además de aire ,o"ígeno)@ormalmente2 un sistema de corte por arco de plasma tiene una .uente dealimentaci-n2 un circuito de arran8ue de arco2 , una antorc1a) La .uente de

alimentaci-n , el circuito de arran8ue del arco están conectados a la antorc1a decorte a tra!s de los ca'les , conductos 8ue suministran el .lu+o adecuado de gas2el .lu+o de corriente elctrica2 , de alta .recuencia a la antorc1a para iniciar ,mantener el proceso) El arco , la corriente de plasma son en.ocados por un ori.iciode la 'o8uilla mu, estrec1aLa temperatura del arco de plasma se .unde el metal , penetra a tra!s de la piezade tra'a+o mientras 8ue el .lu+o de gas a alta !elocidad elimina el material .undidodesde la parte in.erior del corte2 o la ranura de corte) Además de la radiaci-n dealta energía 5ultra!ioleta , !isi'le6 generado por el corte por arco de plasma2 elintenso calor del arco crea cantidades importantes de gases , el 1umo de!aporizaci-n de metal en la ranura de corte ))

La siguiente ta'la contiene una comparaci-n de corte de metal mediante elproceso de corte por láser CO > , plasma el proceso de corte en el procesamientode materiales industriales)


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• Di.erencias de procesos .undamentales

• Aplicaciones de proceso , los usos típicos

• La in!ersi-n inicial , los costos operati!os promedio

• La precisi-n de proceso

• Las consideraciones de seguridad , el entorno operati!o

,iferencias de procesos fundamentales

Asunto Corte +aser CO> Corte Plasma

Mtodo de impartirenergía

Lig1t #&2 micras5rango del in.rarro+ole+ano6

Transmisor de 4as

9uente de energía Laser 4as 9uente dealimentaci-n de CC

C-mo se transmite laenergía

Faz guiado porespe+os 5-ptica!oladores6 .i'ra detransmisi-n no.acti'le para láserde CO>

4as cargadoelctricamente

C-mo se e"pulsamaterial cortado

C1orro de gas2 más elmaterial e"pulsa gasadicional

C1orro de gas

Distancia entre la

'o8uilla , el material ,la tolerancia má"imaadmisi'le

Apro"imadamente &)>

U &)&&/2 sensor de ladistancia2 la regulaci-n, el e+e es necesario

&2& a &2&>

E8uipo .ísico decon.iguraci-n

9uente láser siemprese encuentra en elinterior de la má8uina

ona de tra'a+o2 airedel taller , la antorc1ade plasma

Rango de tama*os demesa

" / , >& " )7 " / , >& " )7

Salida de 1az típico enla pieza de tra'a+o

#7&& a >&& Vatts @o es aplica'le a esteproceso

Aplicaciones de proceso y los usos típicos

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(tiliza proceso típico Corte2 per.oraci-n2gra'ado2 la a'laci-n2 laestructuraci-n2 la

soldadura

Corte

Corte de materiales %D Di.ícil de'ido a laorientaci-n del 1azrígido , la regulaci-nde la distancia

@o es aplica'le a esteproceso

Los materialescapaces de ser cortadopor el proceso

Todos los metales5e"cepto los metalesaltamentere.lectantes62 todos losplásticos2 !idrio2madera , se pueden

cortar

Todos los metales sepueden cortar

Com'inaci-n demateriales

Los materiales condi.erentes puntos de.usi-n apenas sepueden cortar

Posi'les materialescon di.erentes puntosde .usi-n

Estructuras sánd0ic1con caries

Esto no es posi'le conun láser de CO >

@o es posi'le en esteproceso

Materiales de corte conacceso liminted odeteriorados

Rara !ez es posi'lede'ido a la pe8ue*adistancia , la gran

ca'eza de corte porláser

Rara !ez es posi'lede'ido a la pe8ue*adistancia , la gran

ca'eza de la antorc1a

Propiedades delmaterial cortado 8uein.lu,en en elprocesamiento

Características dea'sorci-n de materialde #&2 micras

La dureza del materiales un .actor cla!e

4rosor del material enel 8ue corte otrans.ormaci-necon-mica

W &)#> a &)/dependiendo delmaterial

W &2#> a &2/

Las aplicaciones máscomunes de esteproceso

El corte de c1apaplana de acero de ungrosor medio detrans.ormaci-n dec1apa

El corte de 1o+a plana, la placa de ma,orespesor

+a in(ersión inicial y los costos operati(os promedio


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Las piezas 8ue sedesgasten

Cristal de protecci-n2gas

'o8uillas2 además2tanto el pol!o , los.iltros de partículas

Las 'o8uillas de corte, electrodos

El consumo medio deenergía del sistema decorte completo

Asumir una CO #7&&Vatt >laser;

(so de la energíaelctrica;>/:/& V

4as Laser

5CO >2 @ >2 Fe6;>:# l J 1

; 4as 5O >2 @ >6 Corte7&&:>&&& l J 1

%&& amp Plasma

(so de la energíaelctrica;77V

+a precisión de proceso


El tama*o mínimo dela ranura de corte5anc1ura de corte6

&)&& 2 dependiendode la !elocidad decorte

&)&&>

Cortar aspectosuper.icial

Super.icie de cortemostrará unaestructura estriada

Super.icie de cortemostrará unaestructura estriada

4rado de 'ordescortadosparangonandocompleto

Nueno2 de !ez encuando !a a demostrar 'ordes c-nicos

9eria2 demostrará'ordes cortados noparalelas con cierta.recuencia

La tolerancia deprocesamiento

Apro"imadamente&)&&>

Apro"imadamente &)&>

4rado de re'a'as enel corte

S-lo re'a'as parcialse produce

S-lo re'a'as parcialse produce

Estrs trmico dematerial

De.ormaci-n2 temple ,estructurales puedenproducirse cam'ios en

De.ormaci-n2 temple ,estructurales puedenproducirse cam'ios en


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el material el material

Las .uerzas 8ueact

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