Biselado con plasma: ¿qué pueden dar las máquinas de la actualidad?

Las nuevas fuentes de poder han mejorado la precisión, pero la participación del operador sigue siendo importante

WWW.THEFABRICATOR.COM NOVEMBER 2011

December 1, 2011

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Como puede decírselo cualquier fabricante de metal, un taller es tan eficiente como todos sus procesos en conjunto—no sólo uno.

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Figure 1: Desarrollos recientes en el corte con plasma han dado como resultado nueva tecnología que compensa algunas de las desventajas históricas asociadas con el biselado con plasma.

Como puede decírselo cualquier fabricante de metal, un taller es tan eficiente como todos sus procesos en conjunto—no sólo uno.

Por ejemplo, si un fabricante usa una mesa de corte con plasma de cierta clase, y corta metal bien pero no puede biselar, ese taller tiene un problema. Aunque usted no lo crea, ese tiempo gastado en biselar se está comiendo las ganancias, debido a que el equipo de corte con plasma de la actualidad puede biselar mientras la pieza de trabajo está en la mesa. Después, el material no tiene que ser movido a un área de preparación, y un operador no tiene que gastar varios minutos poniendo la pieza en forma para el soldador. Como resultado, la fabricación se concluye de forma mucho más eficiente.

Ese escenario no es necesariamente hipotético. Muchos fabricantes siguen dependiendo de la tecnología de corte con plasma, pero están desaprovechando nuevas eficiencias. Para tener una idea de hasta dónde ha llegado el biselado con plasma en los años recientes, (vea la Figura 1), echemos un vistazo a algunos de los saltos tecnológicos que han ocurrido.

Antes y ahora

La mayoría de los fabricantes probablemente están familiarizados con los diferentes cortes en bisel (vea la Figura 2). De igual manera, están familiarizados con algunas de las desventajas históricas del biselado con plasma. Sin embargo, eso fue entonces, y esto es ahora.

Antes: en el pasado, el grado de ángulo de inclinación con plasma era de 2 a 6 grados.

Ahora: con las fuentes de poder de alta definición/alta densidad de la actua-lidad, el grado estándar de inclinación se ha reducido a un valor entre 0.5 y 2.5 grados. Ese rango de inclinación depende de la fuente de energía. Típicamente, el ángulo de inclinación para cortes en I rectos puede producirse consistentemente con un ángulo de inclinación positivo de no más de 2 grados bajo condiciones apropiadas.

Antes: los controles de altura o los controladores del voltaje del arco eran funcionales, pero no precisos.

Ahora: la distancia de la pieza de trabajo al material es controlada con precisión. Todos los parámetros de control de la altura de la antorcha (THC, por sus siglas en inglés) están completamente integrados en la programación de la parte, lo que permite un control total de la cabeza de corte y flexibilidad cuando se requiere un cambio.

Además, el punto de ajuste para el control de voltaje del arco se logra con una velocidad de respuesta mucho más alta que con los controles de voltaje del arco independientes más antiguos. El control de voltaje del arco usado para biselar ahora es una función del CNC, el cual monitorea la realimentación del voltaje del arco—distancia real de la antorcha a la pieza de trabajo—y ordena la corrección necesaria en tiempo real para lograr el punto de ajuste ordenado.

Antes: la detección inicial de altura se hacía típicamente usando algún dispositivo mecánico. Este ensamble le permitía a la antorcha moverse hacia arriba para hacer contacto con el material, activando un interruptor. Éste a su vez manda-ba una señal de regreso al CNC indicándole que se había detectado la placa. La distancia que la antorcha se movía hacia arriba para activar el interruptor entonces se restaba de la distancia de repliegue a la altura de perforación. La altura de perforación, también denominada altura de ignición o transferencia por algunos fabricantes, es la altura a la que ocurre la ignición de la antorcha.

Algunos equipos utilizaban un dispositivo mecánico que requería que la posición de compensación se moviera a la posición de la antorcha. Otros incorporaban este dispositivo directamente en el centro usando el propio porta-antorcha.

Ahora: estos dispositivos se empleaban principalmente como alternativa a la detección de placa usando detección de fuerza de paro o contacto óhmico. La detección de fuerza de paro típica monitorea en tiempo real cuando la antorcha hizo contacto con el material y el motor se está deteniendo o su movimiento se está impidiendo a la velocidad comandada. Por lo tanto, esto hace que el siguiente error se acumule. Una vez que este siguiente error, o error de posición, excede un límite específico, el control asume que la antorcha está en la placa, y entonces el movimiento se detiene y se ordena en la posición opuesta hacia arri-ba a la altura de perforación. Este método típicamente no funciona debido al peso de las cabezas de biselado y a las altas relaciones de engranes del eje Z o de levantamiento.

Con los diseños de antorcha de plasma más nuevos de la actualidad, la capacidad de detección óhmica está integrada en el propio cuerpo de la antorcha—con el alambre embebido dentro del juego de cables de la antorcha. En el pasado, para detectar la placa usando contacto óhmico, se conectaba manualmente un alambre externo a la tapa de protección, pero el proceso de biselado con plasma destruía fácilmente el alambre durante el corte. Ahora, la detección de placa por contacto óhmico ocurre cuando la antorcha básicamente crea un corto circuito hacia la pieza de trabajo. Una vez que se detecta este corto, el control sabe que la tapa de protección de la antorcha está en contacto con la placa.

Aunque el contacto óhmico es la mejor forma de lograr la detección de altura inicial, desafortunadamente se sigue requiriendo un medio mecánico en circunstancias especiales, como por ejemplo un respaldo al cortar placa con alto escoriado y placa con imprimación epóxica, o cuando se corta bajo el agua.

Antes: el equipo de corte con plasma se usaba para tener un grado limitado de inclinación, lo cual evitaba una longitud corta de arco hacia el material y dificultaba su capacidad de hacer ángulos de bisel de 45 grados. Como resultado tenía que aumentarse el voltaje del arco para producir estos ángulos. Este aumento en el voltaje del arco, o distancia de la antorcha a la pieza de trabajo, a su vez aumentaba la longitud del arco, lo cual extendía el arco más allá de sus límites para proporcionar la mejor calidad de corte.

Ahora: los diseños actuales de antorcha de plasma aceptan tapas de protección con 45 grados de inclinación. Con los nuevos diseños de antorchas y consumibles, la longitud del arco se reduce enormemente, mejorando la calidad global y las velocidades de alimentación.

Antes: los paquetes de software de programación para una aplicación de biselado con plasma solían ser limitados. Los archivos de auto-diagnóstico estaban limitados a generar código para procesar segmentos de bisel básicos. No se incluían códigos de proceso de plasma ni de control de la altura de la antorcha (THC) en los programas de partes. Las tablas de biselado con plasma eran básicas, y no se generaba de manera óptima código de programa para crear datos que dieran resultados aceptables usando fuentes de poder que tenían grados inconsistentes del ángulo de inclinación.

Ahora: el software de biselado ha mejorado enormemente debido a que los fabricantes de equipo de biselado trabajan directamente con los proveedores de software. Ahora el software de programación tiene un enorme impacto en el proceso de biselado con plasma. Un paquete de programación malo producirá un resultado global malo y generará incontables horas de producción perdida para el fabricante.

Una mirada más cercana al corte

Lo que hay actualmente en términos de tecnología de biselado con plasma es mucho más amigable con el usuario y eficiente comparado con lo que alguna vez fue un lugar común. Sin embargo, para entender de lo que es capaz la tecnología, se requiere una explicación más amplia.

Empecemos con la fuente de energía. La generación más nueva de fuentes de energía para plasma de alta definición/alta densidad ofrece hasta 400 amperes usando el proceso de plasma de oxígeno para cortar acero suave. Estos sistemas ofrecen cortes de la mejor calidad, ma-yor velocidad de corte, y ángulo de inclinación mucho menor en comparación con sistemas de corte con plasma convencionales de mayor amperaje.

Con un sistema de 400 amperes, pue-de lograrse un corte a ±45 grados en material hasta de 2 pulgadas de espesor. Este proceso se logra a una velocidad de alimentación de corte lenta entre 9 y 10 IPM (22.9 y 25.4 centímetros por minuto), y requiere rutinas de perforado especiales del software de auto-diagnóstico. Típicamente, un corte a 30 grados es más aceptable en un espesor de 2 pulgadas para producción.

Un sistema de 260 a 275 amperes es capaz de lograr un corte a 30 grados en 1.75 pulgadas, pero eso está en la cima de la tecnología. Para la producción, es aceptable un corte a 45 grados en material de 1.25 pulgadas. Biselar material con un espesor mayor a 2 pulgadas requiere un sistema de plasma con un amperaje mayor.

En algunos casos, se necesitan múltiples pasadas para crear un bisel específico. Nuevamente, el conocimiento de la tecnología de biselado con plasma puede determinar la calidad de la parte final.

Para la mejor calidad, el amperaje seleccionado debe ser capaz de cortar el espesor máximo al ángulo especificado. Adicionalmente, el amperaje debe estar a la mitad del rango especificado por el fabricante del equipo para ese tipo de aplicación de corte. Si el amperaje es demasiado alto, una porción excesiva del borde superior o del borde vertical se enrollará. Este borde enrollado puede o no ser aceptable.

Para dar una apariencia maquinada sin borde enrollado, el operador típicamente corta primero el ángulo del bisel, seguido por el corte vertical. El corte vertical, siendo un corte en I, no es un corte típico en I este caso. Se requiere información de procesado especial del control para que el segmento de corte vertical tenga una apariencia lisa.

Un corte en bisel negativo típicamente es el más difícil de lograr, especialmente a un ángulo de 45 grados. Con un ángulo de bisel negativo, el lado de desecho de la cara de corte en realidad se conserva, y el lado de calidad se desecha cuando se procesan cortes externos en dirección de las manecillas del reloj. Se requiere programación única para procesar biseles negativos. Además, este segmento de bisel típicamente se procesa primero, antes de otras pasadas, para lograr la mejor calidad.

Cuando el corte en bisel negativo se concluye, el operador puede ver que el lado de desecho del corte con plasma usual-mente tiene el ángulo más inclinado. Por esta razón, cuando se programa un ángulo negativo en acero suave, el ángulo real comandado es siempre mayor que el ángulo real deseado. Típicamente se requiere que la antorcha esté de 2 a 3 grados más para segmentos de bisel negativo.

El corte en K es el bisel más difícil de procesar, y requiere el paquete de software de programación más flexible para lograr un resultado de calidad. Típicamente, el bisel negativo se procesa primero, seguido por el corte vertical. Finalmente, el corte en bisel positivo completa el segmento. Esta técnica produce la menor cantidad de enrollado del arco y da una apariencia maquinada de la cara del bisel.

Enfoque en el CNC y en el software

Los avances en la tecnología de las fuentes de energía han sido impresionantes, y los CNC modernos han ayudado a allanar el terreno para su uso en los talleres. Actualmente todas las variables de control de altura y de proceso del plasma pue-den ajustarse con un simple cambio en el código del programa.

Sin embargo, se sigue requiriendo algo de trabajo. Por ejemplo, el ángulo del programa es una función del software. El ángulo del programa manda el eje de inclinación al ángulo especificado. El ángulo real logrado está influenciado por muchas variables y depende del ángulo programado. El ángulo del programa puede controlarse fácilmente y determinarse la precisión, pero el ángulo real está influenciado principalmente por la alineación de la cabeza de biselado y la condición de los consumibles del plasma. Un corte de prueba simple puede revelar un resultado real, el cual luego puede introducirse en el software para crear un ángulo “programado” que esté cerca del ángulo real. Esta prueba debe hacerse sólo si la máquina y la antorcha cumplen las especificaciones de operación del fabricante del equipo.

También ayudan las tablas de herramientas del software. Estas tablas de biselado típicamente están integradas con el paquete del software de programación, y permiten que el archivo del programa sea creado en un solo paso. Si los atributos del biselado se aplican al CNC a través de un programa de software adicional, esto crea un proceso de dos pasos que típicamente es indeseable.

Las tablas de biselado son críticas para procesar partes biseladas de calidad, y la entrada de datos debe hacerse y mante-nerse apropiadamente. Una entrada de datos malos contribuye a una salida de resultados malos. La recolección de datos de bisel para introducción a estas hojas de cálculo no es un proceso difícil, pero puede llevarse tiempo si se hace al azar, sin confirmar primero la precisión de la máquina, la integridad de la cabeza de biselado y el desempeño del sistema de plasma.

El fabricante de la máquina debe dar procedimientos simples sobre cómo establecer datos de biselado para un tipo y espesor de material particular. El desa-rrollo de datos de biselado debe ser una parte importante de la capacitación en la máquina. Los operadores de la máquina y los programadores adquieren un vasto conocimiento del proceso de biselado con plasma durante esta recolección de información.

La recolección de datos para un tipo y espesor de material particular a un amperaje predeterminado puede llevarse algún tiempo durante la fase de aprendizaje. Sin embargo, una vez que se entiende el concepto, los datos pueden seleccionarse en un tiempo corto. Generalmente pue-den reunirse datos para ángulos usando una placa de 3 por 3 pies (91.44 x 91.44 cm), y el corte en incrementos de 5 grados empezando desde ±45 grados. Todo el ejercicio de corte debe llevarse tres horas o menos.

Se requiere un poco más de tiempo en material con un espesor mayor a 1 pulgada, debido al tamaño del material y al requerimiento de que éste se enfríe después del corte. Muchos fabricantes no requieren todos los ángulos en incrementos de 5 grados. Los ángulos más comunes son 17.5, 22.5, 30, 37.5 y 45. El tiempo requerido para generar todos los datos del proceso, de control de altura de la antorcha (THC) y de compensación del ancho del corte (kerf) para estos ángulos para un tipo de material dado, su espesor, y el ni-vel de amperaje correspondiente no debe ser demasiado una vez que se entiende el proceso de biselado con plasma.

El equipo moderno de corte con plasma puede producir biseles capaces de hacer eficientes las actividades de soldadura y ensamble en la línea de producción. Como con todo equipo, el operador juega un papel clave en asegurarse de que la máquina pueda dar lo que se espera.

Obteniendo el máximo del corte en bisel

Estos tres consejos pueden ayudar a asegurar que el proceso de biselado cumpla con las expectativas de todos:

  1. Dar mantenimiento a la mesa de corte, máquina y sistema de plasma es crítico. La mesa necesita que se le cambien las tablas con frecuencia para proporcionar una superficie plana. La máquina debe posicionar la antorcha con precisión según lo ordene el programa; esto se vuelve más crítico con las cabezas de biselado tipo transformación más nuevas, para las cuales deben sincronizarse con exactitud hasta seis ejes de movimiento para dar un resultado de calidad. Debe confirmarse el funcionamiento correcto de la fuente de energía, porque cualquier problema tendrá un impacto negativo en la calidad global de la parte. Muchas veces, se pueden rastrear malos resultados de biselado hasta una conexión floja de suministro de gas, una válvula con fuga, presión inadecuada del suministro de gas, y consumibles degradados.
  2. La alineación de la cabeza de bisel siempre debe mantenerse a las especificaciones del fabricante. Si la cabeza de bisel está alineada incorrectamente o fuera de la especificación debido a componentes mecánicos desgastados desalineados, la antorcha cortará partes de forma inconsistente.
  3. El mantenimiento de los datos de biselado contenidos en el software de programación es crítico. Una vez generados y probados, los datos no tienen que cambiarse. La necesidad de cambiar datos en el futuro típicamente indica un problema de mantenimiento con la máquina en sí, la cabeza de biselado, el sistema de plasma o la condición de la superficie de la mesa de corte.


Rodney Plowe

Electrical Engineer
Koike Aronson Inc./Ransome
635 W. Main St.
Arcade, NY 14009
USA
Phone: 585-492-2400

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