Explicación del corte por plasma y el corte por láser

Corte por plasma

El corte por plasma es el uso de un arco equidistante de alta densidad de energía y un flujo de plasma de alta velocidad para soplar el metal fundido lejos del borde de corte para formar un borde de corte continuo.

La velocidad de corte por arco de plasma es rápida, y no hay combustión de la pieza durante el corte con oxígeno-acetileno.

Por lo tanto, el calor de la pieza es relativamente pequeño, y la deformación de la pieza también es pequeña.

Es adecuada para cortar diversos materiales metálicos.

Sin embargo, debido al elevado caudal del arco de plasma, el ruido, el humo y el polvo son graves, y las condiciones de higiene en el trabajo son deficientes.

El arco de plasma puede utilizarse para soldar, pulverizar, revestir y cortar.

Cuando se cortan placas de acero al carbono con un grosor inferior a 25 mm, el corte por arco de plasma es unas 5 veces más rápido que el corte oxiacetilénico, mientras que cuando se cortan placas con un grosor superior a 25 mm, el corte oxiacetilénico es más rápido.

Características y clasificación del corte por arco de plasma

1.1 Características del corte por arco de plasma

El arco de plasma es un arco que comprime el arco libre entre el cátodo (como el electrodo de tungsteno) y el ánodo en un arco con alta temperatura, alto grado de ionización, alta densidad de energía y alta tasa de flujo de llama mediante el uso de una pistola de plasma.

El corte por arco de plasma se realiza con un chorro de alta velocidad muy caliente, y el arco y el gas inerte son forzados a través del agujero de pequeño diámetro para producir este chorro de alta velocidad.

La energía del arco se concentra en un área pequeña, fundiendo la placa, y el chorro de gas expandido a alta temperatura fuerza el metal fundido a través de la muesca.

Al cortar acero al carbono o hierro fundido, la adición de oxígeno a la corriente de gas también puede proporcionar energía de corte adicional.

El método de corte por arco de plasma tiene las ventajas de un gran espesor de corte, un movimiento flexible, una sujeción sencilla de la pieza y curvas de corte.

En comparación con el corte por llama de oxígeno-acetileno, el arco de plasma tiene una energía concentrada, una pequeña deformación de corte, no hay precalentamiento al principio del corte, puede cortar casi todos los metales, y la velocidad de corte del acero al carbono es más rápida que la del corte por oxígeno.

Sin embargo, debido al amplio filo de corte, se funde más metal. Cuando la chapa es más gruesa, el corte no es tan suave y plano como el del corte con acetileno al oxígeno.

Para garantizar que los lados de la incisión sean paralelos, se necesita una boquilla de corte especial.

Para obtener una determinada conformación de las ranuras, también se requiere una tecnología de corte especial.

Las características del corte por arco de plasma incluyen principalmente:

① Puede cortar varios materiales metálicos que son difíciles de cortar con oxígeno (algunos materiales no metálicos también pueden ser cortados por arco de plasma);

② Cuando se corta el metal con pequeño espesor, la velocidad de corte es rápida, especialmente cuando se corta la placa delgada de acero al carbono, la velocidad puede alcanzar 5-6 veces del método de corte de gas;

③ La superficie de corte es brillante y limpia, y la deformación térmica es pequeña, especialmente adecuada para el procesamiento de diversas piezas con forma;

④ La anchura del corte y el ángulo de bisel de la superficie de corte son grandes, pero cuando se cortan chapas finas, se puede utilizar una antorcha de corte especial o un proceso para obtener una superficie de corte casi vertical;

⑤ La capacidad de cortar chapas gruesas no es tan buena como el corte a gas.

Las desventajas del corte por arco de plasma son: gran tolerancia de corte, radiación del arco, humo y ruido durante el corte.

En comparación con la llama de oxígeno-acetileno, los equipos de corte por arco de plasma son caros y la tensión en vacío de la fuente de alimentación de corte es alta, lo que no sólo consume una gran cantidad de energía, sino que también causa fácilmente una descarga eléctrica a los operadores en el caso de un mal aislamiento de la pistola de corte.

El arco de plasma para el corte se forma comprimiendo el arco con una antorcha de corte especial.

El corte por arco de plasma requiere una alta tensión de arco, por lo que necesita una fuente de alimentación especial con una alta tensión en vacío.

Según el material y el grosor a cortar, la potencia necesaria oscila entre 25-200kw.

El rango de la corriente de corte es de 30-1000 A.

Normalmente se utiliza argón o un gas mixto de nitrógeno e hidrógeno, y el soplete de corte debe enfriarse con agua.

Existen antorchas de corte por arco de plasma para el corte manual.

Los requisitos técnicos para el corte manual por arco ISO son similares a los del corte manual con oxígeno-acetileno.

Sin embargo, para ajustar más parámetros, es necesario un mayor entrenamiento.

Cuando se cortan placas finas, no es necesario controlar cuidadosamente la velocidad de movimiento, por lo que la calidad del corte es mejor.

El corte por arco de plasma utiliza más equipos de automatización mecánica.

La antorcha de corte y otros accesorios son los mismos que se utilizan en el corte manual por arco de plasma. El sistema de marcha está automatizado.

El mecanismo de movimiento del soplete de corte es similar al utilizado en el corte con oxígeno-acetileno, pero requiere una mayor velocidad de movimiento.

Los equipos con varias antorchas requieren una fuente de alimentación adicional y una caja de control para cada antorcha.

Además, para absorber el ruido y el humo, se puede utilizar una camisa de agua o un depósito de agua.

1.2 Wl principio de funcionamiento del corte por arco de plasma

La temperatura del arco de plasma para el corte es generalmente entre 10000-14000 ℃, que es mucho más alto que el punto de fusión de todos los metales y no metales.

Es posible cortar la mayoría de los materiales metálicos y no metálicos.

Este método nació en la década de 1950 y se utilizó inicialmente para cortar materiales metálicos que no podían ser cortados por la llama de oxígeno-acetileno, como la aleación de aluminio y el acero inoxidable.

Con el desarrollo de este método de corte, su aplicación se ha extendido al acero al carbono y al acero de baja aleación.

El diseño básico de la pistola de corte por arco de plasma es similar al de la pistola de soldadura por arco de plasma.

Cuando se utiliza para soldar, se emplea un flujo de gas iónico de baja velocidad para fundir el metal base y formar una unión soldada;

Cuando se utiliza para cortar, se emplea un flujo de gas iónico de alta velocidad para fundir el metal base y soplar el metal fundido para formar una muesca.

La velocidad del flujo y la intensidad de la llama de gas iónico para el corte dependen del tipo de gas iónico, la presión del gas, la corriente, la relación del canal de la boquilla y la distancia de la boquilla a la pieza.

La estructura básica de la pistola de corte por arco de plasma se muestra en la Fig. 4.1.

Cuando se utiliza el corte por arco de plasma, sólo se utiliza la polaridad de corriente de la conexión positiva de CC, es decir, la pieza se conecta al electrodo positivo de la fuente de alimentación.

El arco de transferencia se utiliza para cortar metal. El método de encendido del arco de transferencia está relacionado con la pistola de corte.

La pistola de corte puede dividirse en dos tipos: la pistola de corte por arco de mantenimiento y la pistola de corte por arco de no mantenimiento.

Véase en la Fig. 4.2 el cableado del circuito de la pistola de corte por arco de mantenimiento.

El cableado del circuito de la pistola de corte por arco sin mantenimiento no tiene ninguna rama de resistencia, y el resto es el mismo que el cableado del circuito de la pistola de corte por arco de mantenimiento.

Fig. 1 Estructura básica de la pistola de corte por arco de plasma

1. Electrodo;

2. Boquilla de compresión;

3. Comprimir la longitud del canal de la boquilla;

4. Distancia de la boquilla a la pieza;

5. Comprimir la abertura de la boquilla;

6. Distancia de retracción del electrodo;

7. Gas lónico.

Fig. 2 Circuito básico de la pistola de corte por arco de mantenimiento

1. Alimentación;

2. Arrancador de arco de alta frecuencia;

3. Resistencia;

4. Contacto del contactor;

5. Spray de compresión;

6. Electrodo;

7. Pieza de trabajo.

La función de la resistencia en la Fig. 2 es limitar la corriente de mantenimiento del arco al valor más bajo que pueda encender suavemente el arco de transferencia.

El arrancador de arco de alta frecuencia se utiliza para encender el arco de mantenimiento.

Cuando el arco es golpeado, el contacto del contactor se cierra, y el arrancador de arco de alta frecuencia genera alta frecuencia y alta tensión para encender el arco de mantenimiento.

Después de encender el arco de mantenimiento, cuando la pistola de corte se acerca a la pieza, la llama de plasma de alta velocidad de la boquilla entra en contacto con la pieza para formar un camino entre el electrodo y la pieza, de modo que el arco se transfiere entre el electrodo y la pieza.

Una vez establecido el arco de transferencia, el arco de mantenimiento se extingue automáticamente, y el contacto del contactor se desconecta automáticamente tras un periodo de retardo.

Laser el corte

El corte por láser es una tecnología de corte avanzada y ampliamente utilizada en el procesamiento de materiales.

Es un método de procesamiento que utiliza un rayo láser de alta densidad energética como "herramienta de corte" para cortar térmicamente los materiales.

La tecnología de corte por láser puede utilizarse para cortar varios tipos de metal, placas no metálicas, materiales compuestos y materiales duros como el carburo de tungsteno y el carburo de titanio, y se ha utilizado ampliamente en la construcción de defensa nacional, la industria aeroespacial, la maquinaria de ingeniería y otros campos.

Lprincipio de corte de aser, clasificación y características

2.1 Lprincipio de corte de aser y clasificación

(1) Principio del corte por láser

El corte por láser consiste en utilizar el rayo láser enfocado de alta densidad de potencia para irradiar la pieza de trabajo, de modo que el material irradiado se funde, vaporiza, ablaciona o alcanza el punto de ignición rápidamente, y al mismo tiempo, el material fundido es soplado por el flujo de aire de alta velocidad coaxial con el rayo, para cortar la pieza de trabajo.

El corte por láser es uno de los métodos de corte térmico.

Véase en la Fig. 3 el principio del corte por láser.

Fig. 3 Principio del corte por láser

(2) Clasificación del corte por láser

El corte por láser puede dividirse en corte por vaporización láser, corte por fusión láser, corte por oxígeno láser y trazado láser y fractura controlada.

1) Corte por vaporización láser

La pieza es calentada por el rayo láser con una alta densidad de energía, de modo que la temperatura aumenta rápidamente, alcanza el punto de ebullición del material en muy poco tiempo, y el material comienza a vaporizarse para formar vapor.

Estos vapores se expulsan a gran velocidad y se forman muescas en el material al mismo tiempo que se expulsan los vapores.

El calor de vaporización de los materiales es generalmente muy grande, por lo que el corte por vaporización láser requiere mucha potencia y densidad de potencia.

El corte por vaporización láser se utiliza sobre todo para cortar materiales metálicos extremadamente finos y materiales no metálicos (como papel, tela, madera, plástico y goma).

2) Corte por fusión láser

Durante el corte por fusión láser, el material metálico se funde mediante el calentamiento por láser y, a continuación, se sopla gas no oxidante (Ar, Hc, N, etc.) a través de la boquilla coaxial con el haz, y el metal líquido se descarga por la fuerte presión del gas para formar una muesca.

El corte por fusión láser no necesita vaporizar completamente el metal, y la energía requerida es sólo 1/10 de la del corte por vaporización.

El corte por fusión láser se utiliza principalmente para cortar algunos materiales o metales activos que no son fáciles de oxidar, como el acero inoxidable, el titanio, el aluminio y sus aleaciones.

3) Corte por láser con oxígeno

El principio del corte por oxígeno láser es similar al corte por oxiacetileno. Utiliza el láser como fuente de calor de precalentamiento y el gas activo, como el oxígeno, como gas de corte.

Por un lado, el gas soplado interactúa con el metal de corte para producir una reacción de oxidación y liberar una gran cantidad de calor de oxidación;

Por otro lado, el óxido fundido y la masa fundida son expulsados de la zona de reacción para formar una muesca en el metal.

Debido a que la reacción de oxidación en el proceso de corte genera una gran cantidad de calor, la energía necesaria para el corte por láser con oxígeno es sólo 1 / 2 de la del corte por fusión, y la velocidad de corte es mucho mayor que la del corte por vaporización láser y el corte por fusión.

El oxicorte por láser se utiliza principalmente para materiales metálicos que son fáciles de oxidar, como el acero al carbono, el acero al titanio y el acero tratado térmicamente.dize, como el acero inoxidable, el titanio, el aluminio y sus aleaciones.

4) Trazado láser y fractura controlada

El trazado láser consiste en utilizar un láser de alta densidad energética para escanear la superficie de los materiales frágiles, de modo que los materiales se calientan y se evaporan en una pequeña ranura, y luego se aplica una determinada presión, y los materiales frágiles se agrietan a lo largo de la pequeña ranura.

Los láseres para el trazado láser son generalmente láseres de conmutación Q y de CO2 láseres.

La fractura controlada consiste en utilizar la pronunciada distribución de temperatura generada por el ranurado por láser para generar tensiones térmicas locales en materiales frágiles y romper los materiales a lo largo de pequeñas ranuras.

2.2 Características del corte por láser

En comparación con otros métodos de corte térmico, el corte por láser se caracteriza por su rápida velocidad de corte y su alta calidad.

Se puede resumir de la siguiente manera.

(1) Buena calidad de corte

Debido al pequeño punto láser, la alta densidad de energía y la rápida velocidad de corte, el corte por láser puede obtener una mejor calidad de corte.

① La incisión de corte del láser es fina y estrecha, los dos lados de la hendidura son paralelos y perpendiculares a la superficie, y la precisión dimensional de las piezas cortadas puede alcanzar ± 0,05 mm.

② La superficie de corte es limpia y bonita, y la rugosidad de la superficie es de sólo unas decenas de micras.

Incluso se puede utilizar el corte por láser como último proceso, sin procesamiento mecánico, y las piezas pueden utilizarse directamente.

③ Después de cortar el material con láser, la anchura de la zona afectada por el calor es muy pequeña, el rendimiento del material cerca de la costura de corte apenas se ve afectado, y la deformación de la pieza es pequeña, la precisión de corte es alta, la geometría de la costura de corte es buena, y la forma de la sección transversal de la costura de corte presenta un rectángulo regular.

Véase la tabla 1 para la comparación de los métodos de corte por láser, corte por oxiacetileno y corte por plasma.

El material de corte es una placa de acero de bajo carbono de 6,2 mm de espesor.

Tabla 1: comparación entre el corte por láser, el corte por oxiacetileno y el corte por plasma

Método de corteAncho de hendidura / mmAnchura de la zona afectada por el calor / mmForma de la hendiduraVelocidad de cortentegro de los equipos
Corte por láser0.2~0.30.04~0.06en paraleloRápidoAlta
Corte oxiacetilénico0.9~1.20.6~1.2Relativamente paralelolentoBajo
Corte por plasma3.0~4.00.5~1.0Moldeado e inclinadoRápidoMedio

(2) Alta eficiencia de corte

Debido a las características de transmisión del láser, la máquina de corte por láser está generalmente equipada con múltiples mesas de trabajo de control numérico, y todo el proceso de corte puede ser totalmente controlado numéricamente.

En el funcionamiento, sólo es necesario cambiar el programa de control numérico, y puede aplicarse al corte de piezas con diferentes formas, que pueden ser tanto de corte bidimensional como tridimensional.

(3) Velocidad de corte rápida

Se utiliza un láser con una potencia de 1200 W para cortar una placa de acero de bajo carbono de 2 mm de grosor, y la velocidad de corte puede alcanzar los 15000 px/lluvia;

La velocidad de corte puede llegar a 15000 px / min cuando se corta la hoja de resina de polipropileno de 5 mm de espesor.

Los materiales no necesitan ser sujetados y fijados durante el corte por láser, lo que puede ahorrar el utillaje y los dispositivos, así como el tiempo auxiliar de llenado y corte.

(4) Corte sin contacto

No hay contacto entre el soplete de corte y la pieza durante el corte por láser, y no hay desgaste de la herramienta.

Para procesar piezas con formas diferentes, no es necesario cambiar la "herramienta", sino sólo cambiar los parámetros de salida del láser.

El proceso de corte por láser es poco ruidoso, tiene pocas vibraciones y no contamina.

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