¿Cuáles son las ventajas y desventajas del corte por plasma?
El proceso de corte por plasma es un proceso de fabricación de chapa metálica. Se ha convertido en uno de los procesos de corte térmico más populares y ampliamente utilizados en la fabricación industrial. Su capacidad para cortar con precisión y rapidez todos los metales conductores lo convierte en una opción versátil para muchas aplicaciones. Sin embargo, como cualquier proceso, el corte por plasma tiene ventajas y limitaciones.
Ventajas del corte por plasma
Velocidad de corte
Una de las ventajas más significativas del proceso de corte por plasma es su capacidad para realizar cortes a muy alta velocidad. Los sistemas de plasma pueden hacer cortes rectos a más de 100 pulgadas por minuto en metales de calibre delgado de menos de 1/4". Esto es alrededor de 2-3 veces más rápido que procesos como el corte con oxicombustible o el corte por láser. La alta velocidad se logra porque el chorro de plasma funde una anchura de corte muy estrecha de solo 1/16" a 1/8".
El plasma también mantiene velocidades de corte más rápidas en placas de acero más gruesas que otros métodos. Las velocidades de corte alcanzan entre 30 y 40 pulgadas por minuto en acero dulce de 1" con cortadores de plasma de alta amperaje. Esta productividad hace que el plasma sea ideal para talleres de fabricación de alto volumen y para el corte de materiales más gruesos.
Calidad de corte
El corte por plasma produce bordes de corte impecables y precisos con una superficie lisa que requiere un mínimo acabado secundario. La zona afectada por el calor más pequeña y la oxidación del arco de plasma producen un kerf cuadrado y denso con mínima adherencia de escoria. Esto es una ventaja sobre otros métodos de corte térmico.
La columna de arco de plasma concentrada, forzada a través de la boquilla del soplete, hace posible una excelente calidad de corte. Focaliza el calor en un chorro intenso que funde el metal de manera limpia. Se pueden lograr piezas y formas con cortes de precisión con una mínima limpieza posterior.
Capacidades de corte en espesor
El servicio de corte por plasma proporciona una capacidad de corte de metales más gruesos que ningún otro método excepto el oxicombustible. Los cortadores de plasma de alta amperaje en el rango de 80-200 amperios pueden cortar con fiabilidad acero dulce de 1/4" hasta 2" de espesor en una sola pasada. Con múltiples pasadas y biselado de bordes, se pueden lograr espesores superiores a 6".
El arco de plasma concentrado permite que el calor penetre en materiales más gruesos y realice un corte completo y fiable. Los operadores no tienen que preocuparse por las limitaciones de espesor del metal que afectan a los procesos de corte por láser o chorro de agua.
Proceso de bajo costo
Los costos operativos generales del corte por plasma son relativamente asequibles en comparación con otros métodos de corte. El principal consumible es aire comprimido o gas nitrógeno, junto con el reemplazo periódico de piezas del soplete como electrodos y boquillas. Sin embargo, los gastos siguen siendo mucho menores que el consumo de gas en láser o los costos abrasivos del chorro de agua.
Los costos del equipo para sistemas de plasma también están en el extremo inferior del espectro para maquinaria de corte industrial. Incluso las mesas automáticas de plasma de alta producción tienen precios razonables en comparación con láseres o chorros de agua con potencia de corte similar. La rentabilidad de esta tecnología la hace accesible para la mayoría de los talleres de fabricación.
Versatilidad de corte
Los cortadores de plasma pueden cortar todos los metales eléctricamente conductores, desde acero dulce y acero inoxidable hasta aluminio, latón y aleaciones de cobre. También se pueden cortar eficazmente metales pintados o oxidados y aquellos con algunos contaminantes en la superficie. Esta versatilidad soporta una amplia variedad de aplicaciones de fabricación y reparación.
El arco de plasma se concentra en una columna estrecha, lo que permite cortar patrones pequeños y complejos o realizar trabajos que implican perforación de agujeros o grabado de metales. Se pueden lograr piezas de precisión con contornos detallados y especificaciones críticas de tolerancia.
Zona afectada por el calor limitada
El chorro de plasma concentra el calor en una zona estrecha en la superficie del material. Esto significa que solo hay una pequeña zona afectada por el calor a cada lado de la línea de corte. La columna de plasma concentrada minimiza la deformación y la degradación del metal que se obtendría con procesos como oxicombustible o corte abrasivo.
Las piezas sufren menos daños térmicos y deformaciones, lo que reduce la necesidad de mecanizado o lijado secundario. La soldadura cerca de la zona de corte es más fácil ya que las propiedades del material permanecen sin cambios fuera de la línea de corte; en general, se desperdicia menos material y mano de obra.
Portabilidad y construcción
En comparación con alternativas como cortadores láser o de chorro de agua, los sistemas de plasma son livianos y compactos. Los sopletes manuales permiten al operador llevar el cortador a la pieza de trabajo en lugar de al revés. El trabajo en campo es flexible, apto para espacios confinados o aplicaciones de corte al aire libre.
Las piezas consumibles del soplete y el diseño robusto de los cortadores de plasma también los hacen adecuados para sitios de construcción y trabajos de corte pesado. Pueden soportar condiciones con más suciedad, vibraciones, efectos climáticos y manejo rudo en comparación con otras herramientas de corte de precisión.
Desventajas del corte por plasma
Limitaciones en metales altamente reflectantes
El arco de plasma depende de la conductividad eléctrica para cortar el material. Sin embargo, metales como el aluminio, latón y cobre tienen una superficie altamente reflectante, lo que dificulta mantener un buen contacto entre el arco de plasma y la pieza de trabajo. El arco tiende a “rebotar” en lugar de penetrar el material. Esto puede resultar en un corte inconsistente.
Se han desarrollado procedimientos especiales de corte por plasma para estos metales, pero generalmente implican velocidades de corte más bajas. Los resultados aún deben igualar la facilidad de corte del acero dulce. Para obtener el mejor rendimiento en aluminio y aleaciones de cobre se prefiere el corte por láser.
Limitaciones en el corte de materiales delgados
Aunque el plasma puede cortar materiales gruesos, tiene limitaciones al cortar metales frágiles de menos de 1/8" de espesor. La alta presión del gas de plasma y la fuerza del arco expulsan estos materiales delgados. El corte de precisión también se vuelve difícil en materiales de calibre delgado.
Los procesos alternativos como el corte por láser o chorro de agua son mejores para chapas delgadas. El corte por plasma debe limitarse a un grosor de 1/8" o superior para obtener mejores resultados.
Eliminación del recubrimiento superficial
Antes de que pueda comenzar el corte por plasma, la pintura, el recubrimiento en polvo, el epoxi y otros acabados superficiales deben eliminarse del área a cortar. Estos recubrimientos aíslan el metal del buen contacto eléctrico con el arco de plasma. Se debe limpiar una franja de 6-8" hasta metal desnudo a lo largo de la ruta de corte.
Los recubrimientos superficiales también introducen contaminación en el kerf que reduce la calidad del corte. La limpieza secundaria añade tiempo y coste en comparación con el corte de metal desnudo.
Capacidades de tolerancia de corte
Aunque los cortes por plasma son precisos para muchas aplicaciones, el proceso no puede igualar las capacidades de tolerancia del corte por láser o chorro de agua. Estos procesos ofrecen kerfs más estrechos y geometría de corte más consistente. El plasma normalmente mantiene tolerancias de +/- 0.005" a 0.020" dependiendo del espesor del material.
Para piezas de extrema precisión que requieren tolerancias de corte dentro de +/- 0.005" y una zona afectada por calor mínima, el plasma no es la opción ideal. El ligero pero notable taper del kerf y los efectos térmicos limitan las tolerancias que se pueden mantener realmente.
Velocidad de corte más lenta en materiales gruesos
Como se mencionó anteriormente, el corte por plasma logra velocidades muy altas en metales de calibre delgado. Pero al cortar acero de placa con más de 1" de espesor, la velocidad de corte disminuye considerablemente, hasta 10-30 pulgadas por minuto, dependiendo del grosor del corte y del amperaje.
Aunque estas velocidades de corte en metales gruesos aún son más rápidas que las alternativas, significa una menor productividad para trabajos de fabricación pesada que involucran acero en placa. Esto puede ser una limitación para talleres que trabajan con espesores significativos.
Taper del corte
Todos los procesos de corte térmico introducen cierto grado de taper en el kerf, donde la anchura de entrada es ligeramente más estrecha que la anchura de salida. Esto es causado por la fricción de las paredes del material que se cierran al penetrar el corte. El corte por plasma normalmente produce un taper de 1 a 3 grados.
Aunque no es una desventaja significativa para muchas aplicaciones, el taper del corte introduce cierta variación dimensional de arriba a abajo. Los cortes de precisión pueden requerir compensación de dimensiones programadas. El taper del kerf es más pronunciado en materiales más gruesos.
Requisitos de sujeción
La pieza debe estar firmemente sujeta o fijada para maximizar la alta velocidad y calidad del corte por plasma. Cualquier vibración o movimiento de la pieza durante el corte introducirá errores dimensionales y líneas de corte redondeadas. También se vuelve difícil retirar la placa de soporte.
La sujeción adecuada requiere tiempo y costos adicionales para la configuración. Los sistemas de mesa de agua que sumergen y soportan el metal son ideales pero implican una inversión significativa. La sujeción es menos crítica para otros métodos de corte como el oxicorte manual.
Desviaciones en la trayectoria de corte
Al igual que el efecto taper, el corte por plasma puede introducir ligeras desviaciones del arco y de la trayectoria a medida que el corte penetra más profundamente en el material. Esto puede hacer que la ubicación del corte de salida esté fuera del objetivo por más del ancho del kerf. El corte de precisión depende de mantener la geometría exacta del camino de corte.
Cualquier inestabilidad en el arco de plasma o vibraciones en la pieza se amplifican a lo largo de todo el grosor. Aunque los controles CNC automatizados compensan gran parte de esta desviación, aún puede afectar la precisión del corte.
Reemplazo de boquilla y electrodo
La boquilla del soplete y el electrodo interior son piezas consumibles que se desgastan con el uso. Los orificios de la boquilla se deterioran con el paso del chorro de plasma caliente con el tiempo. Los electrodos se erosionan lentamente debido al arco que genera el plasma.
Estas piezas deben reemplazarse después de cierto número de inicios de arco y minutos de corte. Las boquillas pueden necesitar ser reemplazadas tan frecuentemente como una vez al día en máquinas de uso intensivo. Esto contribuye significativamente a los costos totales de operación del plasma.
Producción de ruido
El arco de corte por plasma genera un nivel alto de ruido, con un promedio de alrededor de 85-95 decibelios cerca de la zona de corte. Esto excede el límite OSHA de 85 dB para exposiciones prolongadas. La protección auditiva adecuada es obligatoria para el operador del sistema de plasma y cualquier persona cercana.
Se debe considerar la necesidad de equipos de protección auditiva y los posibles riesgos para la seguridad de los trabajadores debido a los niveles de ruido. El ruido también puede ser una distracción en talleres donde ocurren múltiples operaciones simultáneamente.
Producción de humo y polvo
El arco de corte por plasma interactúa con el metal, vaporizando el material base y calentando el aire, creando una capa de óxido. Produce volúmenes significativos de polvo y humos que deben ser capturados y filtrados por sistemas de ventilación. El polvo contiene metales tóxicos como cromo, níquel y manganeso, que representan riesgos para la salud.
La instalación de sistemas industriales de extracción de humos, el diseño de campanas de contención adecuadas y la compra de sistemas de filtración son costosos. Una mala captura del humo permite que el polvo se disperse en el ambiente de trabajo. La planificación adecuada de la ventilación es esencial con el uso de plasma.
Altas demandas de potencia de amperaje
El corte por plasma requiere fuentes de alimentación que suministren amperajes muy altos, desde alrededor de 30 amperios en antorchas manuales hasta 300 amperios en mesas de corte CNC. Este consumo continuo de potencia requiere un suministro eléctrico capaz, cableado de taller actualizado, enchufes especiales de alta amperaje y protección contra sobretensiones.
Proporcionar la infraestructura eléctrica necesaria es un factor de costo para las instalaciones que instalan sistemas de plasma. Afortunadamente, las fuentes de alimentación convierten internamente la corriente alterna entrante en corriente continua, por lo que no se necesita entrada trifásica. Pero se debe garantizar la capacidad de amperaje en las líneas.
El corte por plasma ofrece una excelente calidad de corte y altas velocidades que no igualan otros métodos de corte de metales. Es un proceso de fabricación rentable y versátil. Sin embargo, las limitaciones con metales altamente reflectantes, tolerancias de precisión, ruido y humos deben ser consideradas al evaluar una inversión en plasma. Para muchos talleres, los beneficios de productividad superan las desventajas de los cortadores de plasma.
