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¿Qué es el corte por arco de plasma?

Y cómo funciona?

El plasma se define en Websters como una «colección de partículas cargadas … que contienen aproximadamente el mismo número de iones positivos y electrones y que muestran algunas propiedades de un gas, pero que difieren de un gas en ser un buen conductor de electricidad …». También se puede considerar como una corriente de gas calentada eléctricamente. A mí me gusta pensar que es una condición en la que todos los electrones de cada átomo fluyen de átomo a átomo, en lugar de orbitar simplemente. Independientemente de lo que ocurra dentro de una corriente de plasma, la forma de cortar metales con ella es bastante sencilla. Toma esa corriente de electricidad que fluye a través de un gas, y la constriñe a través de un pequeño orificio. Ahora esa corriente es realmente densa y se mueve muy rápido. La corriente resultante puede fundir y atravesar la mayoría de los metales con bastante facilidad. Eso es una antorcha de plasma.

Las antorchas de corte por plasma suelen utilizar una boquilla de cobre para constreñir la corriente de gas con el arco que fluye a través de ella. Ese arco salta de un electrodo de la antorcha a otra cosa, normalmente el material conductor que se está cortando. Se trata de un «arco transferido». Hay algunos sistemas que utilizan un arco «no transferido» en el que el arco salta desde el electrodo hasta la boquilla, pero no se suelen utilizar para cortar. Esto significa que el corte por plasma sólo se utiliza para materiales conductores, principalmente acero dulce, acero inoxidable y aluminio. Pero muchos otros metales y aleaciones también son conductores, como el cobre, el latón, el titanio, el monel, el inconel, la fundición, etc. El problema es que la temperatura de fusión de algunos de esos metales hace que sean difíciles de cortar con un filo de buena calidad.

El electrodo suele ser de cobre, pero con un inserto metálico en el punto donde se une el arco. Esto se debe a que el cobre se fundiría demasiado rápido si el arco se uniera directamente a él. El tungsteno es un buen material para los electrodos, por lo que muchos de ellos tienen una inserción de tungsteno. Algunas antorchas más pequeñas utilizan un electrodo tipo «lápiz» hecho completamente de tungsteno con un extremo afilado. El problema del tungsteno es que se quema en presencia de oxígeno. Por eso, cuando se utiliza oxígeno o aire comprimido como gas de corte, el inserto está hecho de un material llamado Hafnio. El Hafnio dura mucho más en presencia de Oxígeno, pero todavía se desgasta un poco con cada inicio del arco.

¿Entonces por qué usar Oxígeno en una antorcha de plasma? Por la misma razón por la que se utiliza oxígeno en un soplete de acetileno: el oxígeno del flujo de plasma reacciona con el acero dulce. Por eso, el oxígeno puro sólo se utiliza para cortar acero dulce o «acero al carbono». Esta reacción química entre el oxígeno del gas de plasma y el metal base ayuda a acelerar el proceso de corte y a mejorar la calidad del filo. Pero como el Oxígeno no tiene la misma reacción con el Acero Inoxidable o el Aluminio, se pueden usar gases menos costosos para esos metales, como el Nitrógeno o el aire comprimido (que de todos modos es mayormente Nitrógeno).

Otros gases especiales se usan a veces para otros fines. El gas Argón se utiliza en el marcado por plasma (un tema totalmente distinto). Una mezcla de Argón e Hidrógeno se utiliza a menudo cuando se corta acero inoxidable o aluminio más grueso. Algunas personas utilizan una mezcla de hidrógeno y nitrógeno, o de metano y nitrógeno cuando se corta acero inoxidable más fino. Cada mezcla tiene sus ventajas (mejor calidad de corte) y sus desventajas (costo & de manejo).

Así que esos son algunos de los fundamentos del corte por plasma – un arco transportado en una corriente de gas desde un electrodo a través de un orificio y luego en el metal conductor que se está cortando. Hay muchas otras consideraciones que abordaré más adelante, como los gases en espiral, el corte, el control de la altura, el arranque del arco, el gas de protección, etc. Pero ya sea manual o montado en una máquina CNC, los fundamentos son los mismos.