Soldadura por arco de plasma (PAW): Visión general del proceso, componentes y funcionamiento
¿Qué es la soldadura por plasma?
La soldadura por arco de plasma (PAW) es un proceso de soldadura por arco muy similar al TIG, ya que el arco se forma entre un electrodo de tungsteno puntiagudo y la pieza. Sin embargo, al posicionar el electrodo dentro del cuerpo de la antorcha, el arco de plasma puede separarse de la envoltura de gas de protección. El plasma se fuerza entonces a través de una boquilla de cobre de orificio fino que constriñe el arco.
La diferencia clave con el GTAW es que en PAW el electrodo está dentro del cuerpo de la antorcha, separando el arco de plasma de la envoltura de gas de protección. El plasma se fuerza a través de una boquilla de cobre de orificio fino que constriñe el arco y el plasma sale del orificio a altas velocidades (próximas a la velocidad del sonido) y temperatura cercana a 28.000 °C (50.000 °F) o superior.
El plasma de arco es un estado temporal de un gas. El gas se ioniza por corriente eléctrica que lo atraviesa y se vuelve conductor. En estado ionizado, los átomos se rompen en electrones (−) y cationes (+) y el sistema contiene una mezcla de iones, electrones y átomos altamente excitados.
El grado de ionización puede estar entre 1% y más del 100% (posible con ionización doble y triple). Tales estados existen al arrancarse más electrones de sus órbitas.
La energía del chorro de plasma y así la temperatura dependen de la potencia eléctrica empleada para crear el plasma de arco. Un valor típico de temperatura en una antorcha de chorro de plasma es del orden de 28.000 °C (50.000 °F), comparado con unos 5.500 °C (10.000 °F) en un arco de soldadura eléctrico ordinario. Todos los arcos de soldadura son plasmas (parcialmente ionizados), pero el de la soldadura por arco de plasma es un plasma de arco constreñido.
Diámetro del orificio
Tres modos de operación pueden producirse variando el diámetro del orificio y el caudal de gas de plasma:
Microplasma: 0,1 a 15 A
El arco de microplasma puede operarse a corrientes de soldadura muy bajas. El arco columnar es estable incluso cuando la longitud del arco varía hasta 20 mm.
Corriente media: 15 a 200 A
A corrientes mayores, de 15 a 200 A, las características del arco de plasma son similares al arco TIG, pero como el plasma está constreñido, el arco es más rígido. Aunque el caudal de gas de plasma puede aumentarse para mejorar la penetración en el baño de soldadura, existe riesgo de arrastre de aire y gas de protección por turbulencia excesiva en el escudo de gas.
Plasma de ojo de cerradura (keyhole): más de 100 A
Al aumentar la corriente de soldadura y el caudal de gas de plasma, se crea un haz de plasma muy potente que logra penetración total en el material, como en soldadura láser o por haz de electrones.
Durante la soldadura, el orificio corta progresivamente el metal con el baño de soldadura fundido fluyendo detrás para formar el cordón bajo fuerzas de tensión superficial. Este proceso puede usarse para soldar material más grueso (hasta 10 mm de acero inoxidable) en una sola pasada.
Construcción de la máquina de soldadura por arco de plasma:
La configuración de soldadura por arco de plasma consta de los siguientes componentes:
- Fuente de alimentación
- Antorcha de soldadura por plasma
- Recirculador de agua
- Electrodo de tungsteno
- Gas de protección
- Gas de plasma
- Kit de accesorios de antorcha (boquillas, cerámicas, pinzas, electrodos, calibres de montaje)
- Material de aporte
A continuación, una breve descripción de cada componente.
1. Fuente de alimentación:
El proceso de soldadura por arco de plasma necesita una fuente de CC de alta potencia para generar la chispa eléctrica entre el electrodo de tungsteno y las chapas de soldadura.
Esta soldadura puede operar a tan solo 2 amperios y la corriente máxima que maneja es unos 300 amperios. Necesita unos 80 voltios para funcionar correctamente.
La fuente de energía consta de transformador, rectificador y consola de control.
2. Antorcha de soldadura por plasma:
Es la parte más importante del proceso de soldadura por plasma.
Esta antorcha es bastante similar a la usada en soldadura TIG.
Las antorchas PAW son refrigeradas por agua porque el arco está contenido dentro de la antorcha generando mucho calor, por lo que se proporciona una camisa de agua exterior.
3. Recirculador de agua:
Este mecanismo enfría la antorcha mediante flujo continuo de agua por el exterior.
4. Electrodo de tungsteno:
En esta máquina usamos un electrodo de tungsteno no consumible. Como sabemos, el tungsteno soporta temperaturas muy altas.
5. Gas de protección:
En este proceso usamos dos gases inertes. Debemos mantener baja presión para evitar turbulencias al soldar; debido a esta baja presión, el escudo de gas se forma débilmente, por eso necesitamos inyectar otro gas inerte por la parte exterior de la antorcha a alto caudal para hacer el escudo sostenible.
Los gases inertes usados pueden ser helio, argón e hidrógeno según necesidad, dependiendo totalmente de la temperatura.
6. Gas de plasma:
Es un gas ionizado caliente compuesto de números casi iguales de electrones e iones. Tiene energía suficiente para liberar electrones de moléculas, átomos y sincronizar electrones.
Es la principal fuente de energía de esta soldadura.
7. Kit de accesorios de antorcha:
Estos kits amplían el rendimiento de la antorcha de soldadura.
8. Material de aporte:
En soldadura por plasma no se usa material de aporte. Si se usa, se alimenta directamente en la zona de soldadura.
¿Cómo funciona la soldadura por plasma?
Un plasma es un gas calentado a temperatura extremadamente alta e ionizado para volverse eléctricamente conductor. Similar al GTAW (TIG), el proceso de soldadura por arco de plasma usa este plasma para transferir un arco eléctrico a la pieza. El metal a soldar se funde por el intenso calor del arco y se fusiona.
En la antorcha de soldadura por plasma, un electrodo de tungsteno está dentro de una boquilla de cobre con una pequeña abertura en la punta. Se inicia un arco piloto entre el electrodo de la antorcha y la punta de la boquilla. Este arco se transfiere luego al metal a soldar.
Al forzar el gas de plasma y el arco a través de un orificio constreñido, la antorcha entrega una alta concentración de calor en una zona pequeña. Con equipos de alto rendimiento, el proceso produce soldaduras de calidad excepcional.
Los gases de plasma son normalmente argón. La antorcha también usa un gas secundario: argón, argón/hidrógeno o helio, que ayuda a proteger el baño de soldadura fundido minimizando la oxidación.
Ventajas de la soldadura por arco de plasma
Las ventajas son:
- El diseño de la antorcha permite mejor control del arco.
- Este método da más libertad para observar y controlar la soldadura.
- La mayor concentración de calor y chorro de plasma permiten velocidades de avance más rápidas.
- La alta temperatura y concentración de calor permiten el efecto ojo de cerradura (keyhole).
- Esto proporciona penetración completa con soldadura de una sola pasada en muchas uniones.
- La zona afectada por calor es menor comparada con GTAW (soldadura por arco de tungsteno con gas).
- Usa menos corriente de entrada comparado con otros procesos de soldadura.
Desventajas de la soldadura por arco de plasma:
Las desventajas son:
- Produce cordones y zonas afectadas por calor más anchas comparadas con soldadura láser (LBW) y haz de electrones (EBW).
- El equipo de soldadura por plasma es muy costoso, con alto coste inicial.
- Requiere formación y especialización para realizar soldadura por plasma.
- Produce radiación ultravioleta e infrarroja.
- El método genera ruido alto, del orden de 100 dB.
- La antorcha es voluminosa, por lo que la soldadura manual es difícil y requiere formación.
Aplicaciones de la soldadura por arco de plasma:
Las aplicaciones son:
- Esta soldadura se usa en industrias naval y aeroespacial.
- Se usa para soldar tuberías de acero inoxidable o titanio.
- Se usa mayormente en industrias electrónicas.
- También para reparar herramientas, matrices y moldes.
- Para soldadura o revestimiento en palas de turbina.
Esto es todo sobre la soldadura por arco de plasma. Espero que hayas disfrutado el artículo. También escribí sobre otros procesos de soldadura, échales un vistazo. Y no olvides compartir en tu red social favorita.
Video de soldadura por plasma
Preguntas frecuentes
¿Qué es la soldadura por plasma?
La soldadura por arco de plasma (PAW) es un proceso de soldadura por arco similar a la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW). El arco eléctrico se forma entre un electrodo (generalmente de tungsteno sinterizado) y la pieza. La diferencia clave con GTAW es que en PAW el electrodo está dentro del cuerpo de la antorcha, separando el arco de plasma de la envoltura de gas de protección.
El plasma se fuerza a través de una boquilla de cobre de orificio fino que constriñe el arco y sale a altas velocidades (próximas a la velocidad del sonido) y temperatura de 28.000 °C (50.000 °F) o superior.
¿Para qué se usa la soldadura por arco de plasma?
La soldadura por plasma se usa para hacer soldaduras tanto de ojo de cerradura como sin ojo de cerradura. Soldadura sin ojo de cerradura: el proceso puede hacer soldaduras en piezas de espesor 2,4 mm o menos.
¿Qué es el proceso de soldadura por arco de plasma?
La soldadura por arco de plasma (PAW) es un proceso muy similar al TIG ya que el arco se forma entre un electrodo de tungsteno puntiagudo y la pieza. Sin embargo, al posicionar el electrodo dentro del cuerpo de la antorcha, el arco de plasma puede separarse de la envoltura de gas de protección.
¿Cuáles son los dos tipos de soldadura por arco de plasma?
Hay dos tipos de sistemas de mecanizado por arco de plasma (PAM): sistema de arco transferido y sistema de arco no transferido. En el sistema de arco transferido, el arco de plasma se transfiere entre electrodo y pieza.
¿Cuál es la única diferencia entre la soldadura por arco de plasma?
La construcción de la antorcha es la única diferencia entre la soldadura por arco de plasma y la TIG. Ambas usan electrodos de tungsteno.
¿Puedo soldar con cortadora de plasma?
Con el diseño de antorcha adecuado, una inyección de nitrógeno-agua, menos costosa que otros gases, funciona bien al cortar aluminio y acero inoxidable para soldadura posterior. El proceso implica un electrodo rodeado de nitrógeno, calentado por arco eléctrico para formar el plasma.
¿Cuál es la diferencia entre soldadura por plasma y TIG?
En TIG, el arco se forma por un electrodo (tungsteno) y se mantiene bajo cobertura de gas de protección. Es para trabajo delicado en materiales finos. En soldadura por arco de plasma el electrodo está en la antorcha y el arco se infunde con gas.
¿Cuáles son los tres tipos de soldadura por plasma?
Tres tipos principales de soldadura por plasma:
- Microplasma, corriente entre 0,02 y 15 amperios.
- Soldadura por plasma con "técnica de fusión", similar a TIG. Amperaje entre 15 y 100 amperios.
- Soldadura por plasma usando "técnica de ojo de cerradura".
¿Qué industrias usan soldadura por arco de plasma?
5 aplicaciones perfectas de soldadura por arco de plasma:
- Fabricación de tubos de acero. En automoción, los tubos de acero son parte clave del sistema de escape.
- Soldadura de componentes metálicos pequeños
- Ideal para uniones a tope.
- Soldadura de chips electrónicos finos.
- Fabricación de dispositivos médicos.
¿Qué electrodo se usa en soldadura por arco de plasma?
El electrodo usado es tungsteno-2% torio y la boquilla de plasma es de cobre.
¿Quién inventó la soldadura por arco de plasma?
La soldadura por arco de plasma (PAW) fue inventada y patentada en 1953 por Robert M. Gage, en el laboratorio Linde/Union Carbide en Buffalo, NY. Unos 10 años de desarrollo y múltiples patentes posteriores ocurrieron antes de llevar los dispositivos al mercado en 1964.
¿Cómo corta el plasma?
El corte por plasma (corte por arco de plasma) es un proceso de fusión donde un chorro de gas ionizado a temperaturas sobre 20.000 °C funde y expulsa material del corte. Durante el proceso, se genera un arco eléctrico entre un electrodo (cátodo) y la pieza (ánodo).
¿Es la soldadura MIG soldadura por arco?
La soldadura MIG (Metal Inert Gas) es un proceso de soldadura por arco que usa un electrodo de alambre sólido continuo calentado y alimentado al baño de soldadura desde una pistola. Los dos materiales base se funden formando una unión.
¿Cuáles son las ventajas de la soldadura por arco de plasma sobre la TIG?
Ventajas de la soldadura por arco de plasma:
- El diseño de la antorcha permite mejor control del arco.
- Este método da más libertad para observar y controlar la soldadura.
- La mayor concentración de calor y chorro de plasma permiten velocidades de avance más rápidas.
- La alta temperatura y concentración de calor permiten el efecto ojo de cerradura.
¿Qué es la velocidad de soldadura?
La velocidad de avance es simplemente la velocidad a la que la antorcha o pistola de soldadura se mueve a lo largo de la pieza, medida en milímetros por minuto. Junto con voltaje y amperaje, la velocidad de avance es una de las tres variables en soldadura por arco que determina la cantidad de aporte de calor.
¿Se puede soldar aluminio con plasma?
El corte de aluminio por plasma puede crear soldaduras perfectas. Usando tal cortadora, mantienes la superficie del metal fuera de la zona de soldadura moderadamente fría. También ayuda a prevenir distorsión o daño de pintura que suele venir con cortadoras de llama. Los cortadores de plasma sueldan piezas de aluminio con precisión y rapidez.
¿Es una cortadora de plasma mejor que un soplete?
El plasma no requiere precalentar el metal antes de cortar, ahorrando tiempo, y supera a los sopletes oxicombustible al cortar metales apilados. Se logran velocidades más rápidas en metales finos con plasma, con distorsión mínima o nula.
¿Se puede cortar carburo de tungsteno con plasma?
Es carburo de tungsteno sinterizado que se forma, no fundido ni forjado. Hay láminas para ciertos rodamientos pero no se pueden cortar con plasma. Normalmente, las herramientas de carburo son de carburo sólido o carburo "punteado" brasado o insertos de carburo en herramientas forjadas y mecanizadas de acero de alta resistencia.
¿Qué gas es adecuado para soldar acero inoxidable y aleaciones de níquel por soldadura por arco de plasma?
Argón o mezclas argón-hidrógeno se usan para acero inoxidable y aleaciones de níquel, para aumentar velocidades de soldadura y reducir películas de óxido. En soldadura "ojo de cerradura" de espesores 2,5–6,5 mm, se forma un orificio en uniones a tope con bordes cuadrados en el borde frontal del baño fundido.
¿Cuál es la función del fundente en soldadura por arco sumergido?
Las funciones del fundente son: ayudar al arranque y estabilidad del arco; formar escoria que proteja y dé forma al cordón; formar escudo de gas para proteger el metal de aporte fundido proyectado a través del arco.
¿Qué es la soldadura por arco de plasma de ojo de cerradura?
La soldadura por arco de plasma de ojo de cerradura es un proceso único de soldadura por arco para penetración profunda. Para asegurar calidad de soldaduras, la presencia del ojo de cerradura es crítica. Entender el ojo de cerradura beneficiará la mejora del proceso y calidad de soldadura.
¿Qué es el ranurado por arco de plasma?
El ranurado por arco de plasma es una variante del proceso de arco de plasma. El arco se forma entre un electrodo refractario (usual tungsteno) y la pieza. Plasma intenso se logra constriñendo el arco con boquilla de cobre de orificio fino.
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