ES2226462T3 - Procedimiento de oxicorte con precalentamiento por plasma de materiales ferrosos, tales como los aceros de construccion. - Google Patents
Procedimiento de oxicorte con precalentamiento por plasma de materiales ferrosos, tales como los aceros de construccion.Info
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Abstract
Procedimiento de oxicorte-plasma de al menos una pieza metálica (5) que contiene al menos un material ferroso, en particular hierro, en el cual: (a) se realiza un precalentamiento localizado de una zona de inicio (8) de la pieza metálica (5) a cortar sometiendo la indicada zona de inicio (8) a por lo menos un chorro de plasma (7, 27, 37); (b) se somete al menos una parte de la zona de inicio (8) al menos precalentada en la etapa (a) a al menos un flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a) a una presión superior a 105 Pa; (c) se realiza al menos una perforación (10) según todo el espesor de la pieza (5) a cortar, en al menos una parte de la zona de alimentación (8) sometida al menos al precalentamiento mediante chorro de plasma (7, 27, 37) según la etapa (a), por fusión y/o por combustión del material ferroso contenido en la indicada pieza metálica (5) por reacción de dicho material ferroso con el indicado flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a) y/o el indicado chorro de plasma (7, 27, 37); (d) sedesplaza el chorro de plasma (7, 27, 37) y el flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a) según una trayectoria de corte para realizar al menos una porción de una ranura de corte a través de la indicada pieza (5) por fusión y/o por combustión del material ferroso contenido en la indicada pieza metálica (5) al menos por reacción de dicho material ferroso con al menos el indicado flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a).
Description
Procedimiento de oxicorte con precalentamiento
por plasma de materiales ferrosos, tales como los aceros de
construcción.
La presente invención se refiere a una
instalación y a un procedimiento de corte de metales ferrosos, en
particular aceros de construcción, que utilizan un precalentamiento
localizado del metal por un flujo de plasma proporcionado por una
antorcha de plasma y corte del metal por un flujo gaseoso oxidante a
presión, tal como un flujo de oxígeno de corte, proporcionado por
una boquilla de distribución o análoga.
Actualmente, se conocen varios procedimientos de
corte térmico automatizado de metales, los cuales se utilizan desde
hace bastantes años a escala industrial.
A título de ejemplos, se puede citar el oxicorte,
el corte con plasma y el corte con láser, particularmente de aceros
de construcción.
Estos procedimientos están basados en la fusión
puntual, según todo el espesor, del material a cortar y en el
desplazamiento del frente de fusión según una trayectoria que
define la forma de corte o ranura que debe realizarse a través del
material a cortar.
Estos diferentes procedimientos no pueden
realmente ser considerados como procedimientos competidores pues se
distinguen, los unos de los otros, por rendimientos de cortes y de
costes de realización y de explotación dife-
rentes.
rentes.
Así, la técnica del oxicorte es conocida por su
capacidad en cortar industrialmente espesores de acero de
construcción que van de 3 mm a 300 mm y en alcanzar, en casos de
aplicación más raros; espesores que pueden llegar hasta 2000
mm.
En este caso, aunque el coste del útil de corte,
es decir del soplete, sea poco elevado, un procedimiento de
oxicorte presenta particularmente el inconveniente de una lentitud
global excesiva.
A la inversa, el corte con plasma es conocido por
su comportamiento para cortar cualquier tipo de material metálico
con una productividad muy elevada.
Sin embargo, el coste del útil de corte, a saber
del conjunto constituido por la antorcha de plasma y del generador
de corriente, es habitualmente de 30 a 50 veces más elevado que en
el caso precedente, a saber en oxicorte.
Por otro lado, el corte con láser CO_{2} es
conocido por producir calidades de corte excelentes, sobre todo en
espesores inferiores a 10 mm, es decir en un ámbito de espesores
donde el procedimiento láser es igualmente productivo.
Por el contrario, el coste del útil de corte, a
saber del conjunto constituido por el cabezal láser y la fuente de
láser CO_{2}, es, aquí también, de 200 a 300 veces más elevado
que en el caso del oxicorte.
Más generalmente, la técnica de oxicorte está
basada en la utilización de la energía térmica generada por la
combustión del hierro, asociada con la energía cinética del chorro
de oxígeno que permite la eyección fuera de la ranura de corte de
los óxidos producidos durante el indicado corte.
Ahora bien, la combustión del hierro necesita la
presencia de llamas de precalentamiento para iniciarse y mantenerse
seguidamente de forma correcta.
Para ello, los sopletes de oxicorte están
clásicamente equipados, en su extremo inferior, con un cabezal de
corte o boquilla de distribución, de forma generalmente cilíndrica,
que comprende un canal central de distribución del oxígeno de corte
rodeado a distancia por una corona de canales de distribución de
una mezcla de gas combustible y comburente destinados para formar
una llama de calentamiento o de precalentamiento periférica al
chorro central de oxígeno de corte.
Una operación de oxicorte puede esquematizarse
por un ciclo que comprende las etapas siguientes:
- (a)
- apertura por un operario de las llaves de gas combustible y comburente que alimenta los orificios de calentamiento de la cabeza de corte,
- (b)
- encendido del soplete de corte, bien sea de forma manual por medio, por ejemplo de una llama de mechero presentada a la salida de los orificios de calentamiento del cabezal de corte, o de forma automática, por ejemplo con la ayuda de un cuarzo piezo-eléctrico que permite crear una chispa que enciende una llama piloto de gas y cuya llama así obtenida es dirigida en dirección a los orificios de calentamiento de la cabeza de corte, con el fin de encender a su vez la llama de calentamiento del soplete,
- (c)
- regulación de los caudales de gas combustible y comburente, por mediación de llaves dispuestas en el soplete, con el fin de obtener una llama en proporción estequiométrica elegida o correspondiente a las prescripciones técnicas del fabricante del soplete,
- (d)
- presentación del soplete en el punto de inicio requerido sobre la pieza a cortar,
- (e)
- calentamiento local de la pieza a cortar hasta alcanzar una temperatura suficiente, clásicamente del orden de los 1300ºC en el caso de una pieza de acero de construcción, para que la reacción hierro-oxígeno pueda iniciarse y mantenerse,
- (f)
- apertura del oxígeno de corte,
- (g)
- perforación de la pieza de acuerdo con todo su espesor,
- (h)
- puesta en movimiento del soplete por mediación de los ejes de la máquina de corte y ejecución del corte según una o varias trayectorias programadas,
- (i)
- fin del corte con detención de la alimentación de gas del soplete para detener el flujo de oxígeno de corte y el calentamiento o, llegado el caso, corte del flujo de oxígeno de corte y mantenimiento del calentamiento para situar el soplete sobre un nuevo punto de inicio.
Sin embargo, la productividad de los
procedimientos de oxicorte está generalmente penalizada por una
baja velocidad de propagación del frente de combustión del hierro
que entra en la composición del material a cortar y también por los
tiempos relativamente elevados de preparación para el corte
propiamente dicho, es decir el tiempo de regulación de la llama de
calentamiento y el tiempo de calentamiento local de la pieza para
llegar a la temperatura propicia para la reacción de oxicombustión
del hierro.
Así, debido a una baja densidad de potencia de
calentamiento depositada sobre la pieza, el tiempo necesario para
llevar el material a la temperatura requerida es generalmente de 5
a 20 segundos y puede llegar, en casos extremos, a tiempos que
alcanzan hasta aproximadamente 1 minuto.
Además, esta fase de calentamiento seguida del
desencadenamiento de la reacción de oxicombustión resulta
difícilmente automatizable debido a una predictibilidad poco
precisa del tiempo necesario para alcanzar las buenas condiciones de
iniciación de la reacción.
En efecto, los factores que son susceptibles de
influir sobre este tiempo son particularmente la masa de la pieza,
la conductividad térmica de la clase del material a calentar, el
estado superficial del material, es decir, por ejemplo, la
presencia eventual de calamina, grasa, pintura o de otro
revestimiento sobre este material, pero igualmente de otros
factores relacionados con el calor específico de los gases
utilizados para el calentamiento, así como su relación de
mezcla.
En la práctica, lo más a menudo, el operario
vigila atentamente la operación de calentamiento y acciona
manualmente la apertura del oxígeno de corte cuando las condiciones
adecuadas de iniciación de la reacción de oxicombustión le parecen
que concurren.
Esta práctica conduce a veces a "fallos" de
iniciación, es decir a cebados ineficaces o imperfectos, porque la
temperatura del material es insuficiente o a veces, a la inversa, a
alargamientos excesivos del tiempo de calentamiento, por seguridad,
para estar seguros de que el inicio se haga bien.
Por otro lado, el documento
EP-A-790 756 describe la utilización
de un chorro de plasma en combinación con un chorro gaseoso
oxidante. El gas oxidante tiene por función optimizar el ángulo y
los demás parámetros de corte, mientras que el chorro de plasma
sirve para obtener principalmente el efecto de corte. El flujo de
gas oxidante se inicia antes del establecimiento del chorro de
plasma.
De ahí, el problema que se plantea es evitar o
minimizar los inicios ineficaces o imperfectos y aumentar la
productividad de los procedimientos de oxicorte mediante,
particularmente, una reducción de los tiempos preparatorios para la
operación de corte propiamente dicha y esto, de preferencia, con
automatización efectiva del conjunto del proceso.
La solución propuesta por la presente invención
se basa en el acoplamiento de un procedimiento de oxicorte a un
procedimiento de calentamiento mediante chorro o flujo de plasma, y
de su equipo de puesta en práctica.
La presente invención se refiere entonces a un
procedimiento de oxicorte por plasma de al menos una pieza metálica
que contiene al menos un material ferroso, en particular hierro, en
el cual:
(a) se realiza un precalentamiento localizado de
una zona de inicio de la pieza metálica a cortar sometiendo la
indicada zona de inicio a por lo menos un chorro de plasma;
(b) se somete al menos una parte de la zona de
inicio al menos precalentada en la etapa (a) a al menos un flujo
gaseoso oxidante a una presión superior a 10^{5} Pa;
(c) se realiza al menos una perforación según
todo el espesor de la pieza a cortar, en al menos una parte de la
zona de iniciación sometida al menos al precalentamiento por chorro
de plasma según la etapa (a), por fusión y/o por combustión del
material ferroso contenido en la indicada pieza metálica por
reacción de dicho material ferroso con el indicado flujo gaseoso
oxidante y/o el indicado chorro de plasma;
(d) se desplaza el chorro de plasma y el flujo
gaseoso oxidante según una trayectoria de corte para realizar al
menos una parte, es decir al menos una porción de una ranura de
corte a través de la indicada pieza por fusión y/o por combustión
del material ferroso contenido en la indicada pieza metálica al
menos por reacción de dicho material ferroso con al menos el
indicado flujo gaseoso oxidante.
Según el caso, el procedimiento de acuerdo con la
invención puede comprender una o varias de las características
siguientes:
- la perforación realizada en la etapa (c) se
obtiene por reacción del material ferroso con al menos el indicado
flujo gaseoso oxidante. En este primer caso, es esencialmente el
flujo de gas oxidante el que se utiliza para perforar la pieza
metálica y el chorro de plasma solo sirve, por una parte, para
precalentar la zona de iniciación y eventualmente obtener un
comienzo de fusión y/o combustión del hierro contenido en el
material que constituye la pieza metálica y, por otra parte, para
mantener el flujo oxidante de combustión.
- la perforación realizada en la etapa (c) se
obtiene por reacción del material ferroso con el indicado chorro de
plasma. En este segundo caso, es el chorro de plasma el que se
utiliza no solamente para precalentar la zona de inicio sino
también para perforar la pieza metálica por fusión y/o por
combustión del hierro contenido en el material que constituye la
pieza metálica y sirve seguidamente, como en el primer caso, para
mantener el flujo oxidante de combustión.
- la zona de inicio se precalienta en la etapa
(a) a una temperatura comprendida entre 1000ºC y 1500ºC, de
preferencia de 1200ºC a 1400ºC, de preferencia aún del orden de
1300ºC a 1350ºC.
- el tiempo de precalentamiento está comprendido
entre 0,001 y 2 segundos, de preferencia entre 0,01 y 1,5
segundos.
- la presión del flujo gaseoso oxidante se regula
o ajusta en función del espesor a cortar y/o de la energía de
calentamiento generada por el chorro de plasma.
- el flujo de gas oxidante es superior a 1
l.min^{-1} de preferencia el caudal del flujo gaseoso oxidante se
regula o ajusta en función del espesor a cortar y/o de la energía
de calentamiento generada por el chorro de plasma.
- el flujo gaseoso oxidante es el oxígeno o una
mezcla gaseosa que contiene oxígeno, particularmente aire.
- la fusión y/o la combustión del material
ferroso por el flujo gaseoso oxidante se localiza en al menos una
parte de la zona de inicio.
- durante el corte, cada porción de la
trayectoria de corte se somete al chorro de plasma y al flujo
gaseoso oxidante, asegurándose lo esencial de la fusión y/o de la
combustión del material según la indicada trayectoria de corte
principalmente por la reacción del hierro con el flujo gaseoso
oxidante.
- el chorro de plasma y el flujo gaseoso oxidante
son suministrados coaxialmente o de forma convergente.
- la ranura de corte se realiza por
desplazamiento a una velocidad de corte aproximadamente constante
de los indicados chorro de plasma y flujo gaseoso oxidante, de
preferencia a una velocidad de corte que va en función del espesor
a cortar, del caudal de gas y/o de la presión de gas, por ejemplo
una velocidad de corte del orden de 0,6 m.min-1
para una chapa de acero que tiene un espesor de 12 mm.
La invención se refiere igualmente a una
instalación de oxicorte-plasma susceptible de ser
utilizada para cortar una pieza metálica que contiene al menos un
material ferroso, en particular hierro, que comprende al menos:
- una antorcha de precalentamiento por chorro de
plasma de eje (Zt-Zt) para proporcionar al menos un
chorro de plasma y una boquilla de distribución de flujo gaseoso de
eje (Zb-Zb) para proporcionar al menos un flujo
gaseoso; dirigiéndose el eje (Zb-Zb) de la indicada
boquilla de distribución y el eje (Zt-Zt) de la
mencionada antorcha de precalentamiento hacia un punto de
convergencia de forma que los chorros gaseosos procedentes de la
boquilla y de la antorcha converjan hacia el indicado punto de
convergencia, de preferencia el punto de convergencia está situado
aproximadamente a la altura o cerca de la superficie superior de la
pieza metálica;
- medios de bastidor-soporte que
soportan la indicada antorcha de precalentamiento por chorro de
plasma y/o la indicada boquilla de distribución;
- medios de desplazamiento para desplazar, de
preferencia de forma aproximadamente en sincronismo, la antorcha de
plasma y la boquilla de distribución con relación a la pieza
metálica; y
- medios de pilotaje que permiten controlar al
menos los medios de desplazamiento y/o al menos un ciclo de
funcionamiento de la antorcha, de preferencia los ciclos de
funcionamiento de la antorcha, y en el cual la antorcha plasma y la
boquilla de distribución son ejes respectivos no confundidos y
convergentes.
Según el caso, la instalación de acuerdo con la
invención puede comprender una o varias de las características
siguientes:
- -
- una o varias fuentes de gas.
- -
- al menos una fuente de corriente eléctrica
- -
- medios de alimentación de fluido de refrigeración, por ejemplo agua.
- -
- la antorcha de plasma es del tipo mono flujo o multi-flujo, particularmente de doble flujo.
- -
- la antorcha de plasma es del tipo de arco soplado y/o de arco transferido,
- -
- los medios de desplazamiento están motorizados.
- -
- la misma comprende al menos medios de soporte de pieza que permiten soportar y/o mantener al menos una pieza metálica a trabajar.
- -
- comprende, además, medios de accionamiento de los desplazamientos relativos entre la antorcha y/o la boquilla, y la pieza a trabajar.
- -
- comprende, por otro lado, medios de conducción de la pieza a trabajar y/o de evacuación de la pieza trabajada, es decir después de realizado el trabajo de esta.
- -
- la misma comprende medios de programación de las trayectorias de corte, medios de programación de las trayectorias de transferencia de un programa de corte a otro programa de corte y/o medios de programación de las secuencias de inicio y/o de extinción de la instalación de oxicorte-plasma.
En otras palabras, según la presente invención,
el medio de "calentamiento" por
oxi-combustible, utilizado en los procedimientos de
oxicorte clásicos, es sustituido por un medio de
"calentamiento" por chorro de plasma.
El chorro de plasma se crea por un arco eléctrico
establecido en un flujo gaseoso plasmágeno entre un primer
electrodo y perteneciente al "soplete" de plasma, también
llamado antorcha de plasma, y la pieza a calentar y a cortar que
forma un segundo electrodo.
Por ejemplo, el electrodo de la antorcha o primer
electrodo está conectado con el polo negativo de una fuente de
corriente continua, y la pieza a calentar y a cortar está conectada
con el polo positivo de la indicada fuente.
De preferencia, se utiliza, como flujo gaseoso
plasmágeno, oxigeno o un gas oxidante que presenta propiedades de
combustión del hierro análogas.
Un diafragma o tobera, enérgicamente refrigerada
y que incluye un orificio de paso y de eyección del flujo de
plasma, está dispuesto en el recorrido del arco de plasma, entre el
cátodo y el ánodo, con el fin de aumentar la densidad de potencia
depositada sobre la pieza a calentar/cortar por medio de una
constricción del arco de plasma a través de dicho orificio.
La potencia del arco de plasma se regula de forma
que el material a calentar/cortar sea llevado local y rápidamente a
una temperatura próxima a la de la fusión, es decir de
aproximadamente 1300ºC, sin que se funda por ello en profundidad
por el impacto de un chorro de plasma que sería demasiado
energético.
Seguidamente, cuando la temperatura del material
ferroso alcanza localmente una temperatura próxima a la fusión de
dicho material, un chorro de oxígeno es enviado a la zona así
precalentada con el fin de desencadenar la reacción de
oxi-combustión del hierro.
Como en el caso de un procedimiento de oxicorte
clásico, esta reacción de combustión del hierro de carácter muy
exotérmico produce entonces una fusión y una combustión del hierro
poco a poco, del material según todo su espesor, con formación de
una ranura de corte por expulsión del material en fusión bajo el
efecto de soplado creado por la energía cinética del chorro de
oxígeno bajo presión y esto, según una trayectoria de corte
determinada correspondiente al desplazamiento de la antorcha de
oxicorte, de preferencia a una velocidad regular y adecuada.
Se comprende inmediatamente que con un medio de
calentamiento cuya temperatura puede alcanzar 20 000 K en el núcleo
del chorro de plasma y cuya densidad de potencia es del orden de
los 300 kW/cm^{2}, el tiempo necesario para la elevación de la
temperatura, desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente
los 1300ºC, sea mucho más bajo que con una llama de
oxi-combustible cuya temperatura de llama solo es
del orden de 3.275 K (caso de una llama
oxi-acetilénica) y la densidad de potencia, en el
impacto sobre la pieza, solamente del orden de 2 kW/cm^{2}.
Así, el tiempo de calentamiento necesario, antes
del inicio, es de 5 a 20 segundos con una llama
oxi-combustible mientras que es reducido en el orden
del 1/10^{ma} de segundo en la realización de un precalentamiento
por el arco de plasma según la presente invención.
Además, en condiciones óptimas de utilización del
chorro de precalentamiento de plasma, este tiempo de calentamiento
está muy poco influenciado por la masa, la clase y el estado
superficial del material ferroso a calentar y a cortar, lo cual
permite entonces una gestión automática relativamente cómoda de
todas las fases de trabajo que conducen a un corte final de las
piezas.
La potencia del chorro de plasma puede igualmente
modularse en función de la fase de trabajo, por ejemplo, la
potencia puede ser más elevada durante la fase de calentamiento y
de inicio que en la fase de corte.
Para modificar esta potencia, basta con pilotar
la fuente de corriente que alimenta la antorcha, por ejemplo por
medio de un microprocesador con el fin de que la intensidad de la
corriente proporcionada, en el arco de plasma se ajuste en función
de las necesidades de la fase del ciclo en curso.
Del mismo modo, la presión y/o el caudal del gas
plasmágeno pueden ajustarse en estas mismas fases.
Todos estos ajustes paramétricos pueden ser
preprogramados, particularmente durante la elaboración del programa
de corte incluyendo las geometrías de pieza, los puntos o momentos
de inicio y/o de extinción del procedimiento, las velocidades de
corte...,
Esta preprogramación puede realizarse
directamente a partir de un control numérico (C.N.C.) adaptado para
el pilotaje de la máquina de corte o por cualquier otro medio de
programación fuera de línea.
Ejemplo
comparativo
Este ejemplo comparativo permite ilustrar la
ganancia de productividad a la cual puede conducir el procedimiento
de oxicorte con precalentamiento por chorro de plasma según la
invención con relación a un procedimiento de oxicorte clásico sin
precalentamiento por chorro de plasma.
Una pieza ensayo idéntica se corto en un acero de
construcción de tipo E24 con un espesor de 20 mm, mediante la
puesta en práctica de cada uno de los procedimientos anteriormente
mencionados.
Cada vez, la operación de corte consiste en el
corte de 25 discos de diámetro 20 mm en el interior de esta
pieza-ensayo y de un perímetro igual a
aproximadamente 1,5 metros alrededor de los indicados 25
discos.
En otras palabras, la operación de corte está
compuesta por un corte de:
- 25 discos: o sea 25 inicios y una longitud de
corte de aproximadamente 25 x 0,063 m, y
- 1 perímetro de la pieza-ensayo:
o sea 1 inicio y una longitud de corte de aproximadamente 1,5
m.
La operación de corte comprende por consiguiente
en total: 26 inicios y aproximadamente 3 m de longitud de
corte.
Se admite, para permitir una comparación más
fácil, que la velocidad de corte sea la misma, en los ensayos de
realización de un procedimiento de oxicorte clásico y en ensayos de
realización de un procedimiento de oxicorte-plasma
según la presente invención: en los dos casos, la velocidad de
corte es igual a 0,60 m.min^{-1}.
Sin embargo, conviene subrayar que, durante la
realización de un procedimiento de oxicorte-plasma
según la presente invención, el calentamiento del chorro de oxígeno
de corte en la proximidad del chorro de plasma puede, en algunos
casos, permitir velocidades de corte más elevadas que en oxicorte
clásico, es decir que en el caso de una llama
oxi-combustible.
Además, otro factor susceptible de aumentar la
velocidad de corte se desprende de la concentración de calor, en el
impacto del chorro de plasma sobre la pieza, limitando la expansión
lateral de la zona de combustión del hierro y produciendo
amplitudes de ranura más estrechas que en oxicorte clásico a la
llama.
Además, en el marco de los ensayos realizados
aquí, el tiempo total de corte, aparte del tiempo de transferencia
de un corte a otro, es igual para los dos tipos de procedimientos
sometidos a ensayo, a saber igual a 5 minutos 13 segundos.
Los resultados obtenidos se facilitan en la tabla
siguiente.
| Procedimiento de corte: | Tiempo de inicios | Tiempo de corte | Tiempo total |
| Oxicorte (técnica anterior) | 5 min 24 seg | 5 min 13 seg | 10 min 37 seg |
| Oxicorte con precalentamiento de plasma | 3 seg | 5 min 13 seg | 5 min 16 seg |
| (invención) |
Se observa, a la vista de la tabla precedente,
que el procedimiento de oxicorte con precalentamiento del plasma
según la invención permite obtener una ganancia de tiempo de
aproximadamente 5 min 21 seg con relación a un procedimiento de
oxicorte según la técnica anterior.
En otras palabras, un procedimiento de
oxicorte-plasma según la invención permite cortar
dos veces más de piezas metálicas, para un mismo período de tiempo,
que un procedimiento de oxicorte clásico.
La invención se describirá ahora con más detalle
con la ayuda de ejemplos de modos de realización esquematizados en
las figuras adjuntas, las cuales se facilitan a título ilustrativo
pero no limitativo.
La figura 1a representa un esquema de un primer
modo de realización de una instalación según la invención del tipo
de chorros convergentes.
Más precisamente, según la figura 1a, se aprecia
una antorcha 1 de precalentamiento por chorro de plasma que
comprende un electrodo 2 y una tobera 3.
El electrodo 2, de forma general de revolución,
se realiza en cobre o aleación de cobre, y está provisto en su
extremo río abajo de un elemento emisivo 2a realizado, por ejemplo,
en hafnio o aleación de hafnio.
Por otro lado, la tobera 3, también de forma
general de revolución, se realiza en cobre o en aleación de cobre y
está provista de un orificio calibrado 3a de eyección del flujo de
plasma.
El eje del orificio 3a es coaxial al eje del
electrodo 2 y del elemento de inserción emisivo 2a.
Además, el indicado orificio 3a puede comprender
aprovechamientos de perfil, particularmente una estructura de tipo
convergente/cuello calibrado/divergente.
Una sección circular la delimitada, por una
parte, por la pared externa del electrodo 2 y, por otra parte, por
la pared interna de la tobera 3 forma un paso para la inyección de
un gas denominado plasmágeno seleccionado entre los gases
oxidantes, de preferencia el oxígeno.
Un espacio está previsto entre el extremo río
abajo del electrodo 2 que lleva el elemento de inserción emisivo 2a
y el fondo de la tobera 3, para permitir al flujo gaseoso fluir y
salir por el orificio 3a de la tobera 3.
Además, una fuente de corriente continua 4, tal
como un generador de corriente, está conectada, por una parte, por
su polo negativo (-) y por medio de un cable eléctrico 4a con el
electrodo 2 que forma cátodo en la antorcha 1 y, por otra parte,
por su polo positivo (+) y por medio de un cable eléctrico 4b con la
pieza metálica a calentar y a cortar 5 formando ánodo.
Una conexión eléctrica anexa se establece entre
la línea 4b y la tobera 3 por un medio de contacto 4c eléctrico,
por ejemplo un contactor eléctrico.
En una fase transitoria de encendido de la
antorcha de plasma 1, el contacto 4c se cierra, poniendo así la
tobera 3 al potencial positivo de la fuente 4 y permitiendo
entonces el encendido de un primer arco, llamado arco piloto,
establecido entre el electrodo 2, 2a y la tobera 3.
Medios de iniciación de arco piloto clásicos,
tales como una fuente auxiliar de alta frecuencia o un dispositivo
de puesta en cortocircuito temporal del electrodo 2 y de la tobera
3 (no representados en la figura 1a), se utilizan para inicializar
este arco piloto.
Con el fin de no deteriorar el canal del orificio
3a de la tobera 3, un gas no oxidante, tal como el argón, se
inyecta preferentemente y circula por el espacio la, durante la
fase de encendido de la antorcha 1, es decir mientras el arco
eléctrico no sea transferido efectivamente a la pieza 5
metálica.
La antorcha de plasma 1 de eje
(Zt-Zt) está dispuesta oblicuamente con relación al
plano superior de la pieza de trabajo 5 de forma que el eje del
chorro de plasma 7 procedente del orificio 3a converja, en un punto
o una zona del plano superior de la pieza de trabajo 5, con el eje
(Zb-Zb) de una boquilla 6 situada en la proximidad
y según una dirección perpendicular a dicho plano superior de la
pieza de trabajo 5.
Los ejes (Zt-Zt) y
(Zb-Zb) pueden ventajosamente estar cada uno
motorizados y servomandados por sistemas de palpado que permiten
mantener la antorcha 1 y la boquilla 6 a distancias respectivas del
plano superior de la pieza 5 sensiblemente constantes.
La boquilla 6 que puede ser realizada en un
material metálico y/o no metálico, tal como una cerámica, comprende
en su extremo superior un primer orificio 6a de alimentación de gas
oxidante, de preferencia oxígeno, en comunicación coaxial con un
segundo orificio calibrado 6b de diámetro más pequeño que el primer
orificio y que desemboca en el extremo río abajo de la boquilla
6.
Además, el indicado orificio 6b puede, el
también, comprender aprovechamientos de perfil, particularmente una
estructura de tipo convergente/cuello calibrado/divergente.
La antorcha de plasma 1 y la boquilla de oxígeno
6 pueden ser dos subconjuntos independientes uno del otro o
reagrupados en un mismo conjunto por montaje mecánico.
El funcionamiento de la instalación de la figura
1a puede automatizarse completamente.
Una instalación automatizada de este tipo
comprende entonces un conjunto de antorcha/boquilla, en el cual la
antorcha 1 de plasma está dedicada al precalentamiento del material
y la boquilla 6 que forma cabeza de corte está dedicada al corte
del material.
Además, una instalación automatizada comprende
también:
- al menos un eje dotado de al menos un
accionador (no representado) de desplazamiento del conjunto
antorcha/boquilla, y de órganos periféricos según unas direcciones
X y/o Y que permiten describir una trayectoria de corte
preprogramada.
- un eje dotado de un accionador de
desplazamiento, que soporta el conjunto de antorcha/boquilla, de
movimiento vertical según el eje (Zb-Zb) para poder
ajustar la distancia que separa el conjunto de antorcha/boquilla de
la superficie superior de la pieza 5 a calentar y a cortar de forma
que el punto de convergencia de los chorros gaseosos procedentes de
la boquilla 6 y de la antorcha 1 evolucione permanentemente en un
plano sensiblemente confundido con el plano formado por la
superficie superior de la pieza a calentar y a cortar.
- un eje dotado de un accionador de
desplazamiento, que soporta la antorcha 1, de movimiento oblicuo
según el eje (Zt-Zt) para ajustar la longitud del
chorro de plasma 7 de la superficie de extremo de la tobera 3 al
punto de convergencia de los chorros procedentes de la boquilla 6 y
de la antorcha 1;
- un director de control (no representado) que
comprende medios de programación de los desplazamientos de los ejes
en posición y en velocidad, puntos de inicio y de extinción del
procedimiento de corte, por ejemplo un control numérico: y medios
de gestión automática de las secuencias de funcionamiento del
conjunto antorcha/boquilla, órganos de corte de los fluidos y de
control de la fuente de corriente, temporizadores diversos...
El encendido de la antorcha de plasma de la
figura 1a se realiza del modo siguiente.
La fuente de corriente 4 se pone bajo tensión, el
contacto 4c se cierra, y un gas plasmágeno, tal como argón, se
inyecta a presión apropiada en el espacio la en la antorcha 1. Una
fuente auxiliar de alta tensión/alta frecuencia (no representada)
se encuentra entonces activada, provocando el brote de una chispa
entre el extremo del electrodo 2, 2a y el fondo de la tobera 3.
De forma alternativa, también es posible realizar
una puesta en contacto eléctrica del electrodo y la tobera, es
decir una puesta en cortocircuito, por un movimiento relativo en
aproximación de estos elementos uno con relación al otro, seguido
de su separación por un movimiento en sentido opuesto. En el
momento de la ruptura del cortocircuito, una chispa brota entre el
extremo del electrodo 2, 2a y el fondo de la tobera 3.
En todos los casos, el camino eléctrico creado
por la chispa así obtenida, provoca una ionización parcial y local
del gas entre el electrodo 2 y la tobera 3, lo cual permite un paso
de corriente y la formación de un arco eléctrico del cual, bajo la
presión dinámica del flujo de gas plasmágeno, los pies catódico y
anódico se fijan rápidamente, para el primero, en el centro del
extremo del elemento de inserción emisivo 2a y, para el segundo, en
un punto de la superficie lateral del orificio 3a de la tobera
3.
Una arco de plasma, llamado arco piloto, se
establece entonces de forma estable formando un chorro fino de gas
parcialmente ionizado y a elevada temperatura, alargándose por el
exterior del orificio 3a de la tobera 3, es decir en dirección a la
pieza metálica 5.
Seguidamente, se observa entonces una
transferencia del arco eléctrico a la pieza 5 metálica y el
comienzo del calentamiento localizado de esta pieza 5.
Sin embargo, si la antorcha 1 no está ya
preposicionada, esta se desplaza entonces según el eje
(Zt-Zt) en dirección a la pieza 5 hasta que una
región suficientemente ionizada de la columna de arco piloto se
encuentre en contacto con la superficie superior de la indicada
pieza 5 y que una corriente eléctrica circule entre el electrodo 2,
2a y la indicada pieza 5.
Un detector 13, del tipo de relé de intensidad,
dispuesto en la línea anexa 4b que conecta el polo positivo (+) de
la fuente de corriente 4 y la pieza 5, envía una señal, que indica
el paso de una corriente eléctrica, en dirección al accionador del
eje (Zt-Zt) de movimiento de la antorcha 1, a la
fuente de corriente 4, a los auxiliares eléctricos de la fuente de
corriente 4 y a los diversos órganos de gestión de los gases que
alimentan la antorcha 1 y se produce entonces:
- una parada del desplazamiento de la antorcha 1
hacia la pieza 5;
- una apertura del contacto 4c;
- un cambio de gas plasmágeno para pasar del gas
piloto, por ejemplo el argón, al gas de calentamiento, es decir al
gas oxidante;
- un aumento de la intensidad de la corriente
hasta un valor preestablecido correspondiente a las condiciones de
calentamiento predefinidas por el operador de la pieza 5;
- un calentamiento de la pieza 5 hasta elevación
de la temperatura, en la zona de impacto 8 del arco de plasma 7
sobre la pieza 5, a un valor sensiblemente igual a 1300ºC. El
tiempo de calentamiento (del orden de algunas 1/10^{ma} de
segundo) está programado en relación con la intensidad de la
corriente suministrada al arco de plasma y eventualmente la masa de
la pieza 5.
Seguidamente, se realiza una iniciación de la
reacción de combustión del hierro que constituye la pieza 5 a
cortar y una perforación de esta pieza 5, tal y como se ha
esquematizado en la figura 1b.
Para ello, al final del tiempo de calentamiento
preprogramado, manteniéndose el arco de plasma 7 de calentamiento,
una orden (en 213) se envía a un órgano de corte 14, por ejemplo
una electroválvula situada en el conducto de alimentación de
oxígeno de corte de la boquilla 6, para accionar su apertura según
un modo de apertura de todo o nada o progresivo.
Un flujo de oxígeno 19 se canaliza entonces hacia
la entrada 6a de la boquilla 6 formando así un chorro o flujo 9a de
oxígeno bajo presión que sale por el orificio calibrado 6b de la
boquilla 6.
El chorro de oxígeno 9a incide sobre la zona 8
precalentada a una temperatura de aproximadamente 1300ºC y
desencadena entonces una reacción de oxidación que conduce a la
combustión del hierro contenido en esta zona 8 de la pieza 5.
La reacción de combustión al ser fuertemente
exotérmica, esta se propaga poco a poco por combustión/fusión del
material por todo el espesor de la pieza 5 hasta que el chorro de
oxígeno 9a desemboque en la superficie inferior de la pieza 5 y
fluya libremente por el paso 10 así perforado de forma general
aproximadamente cilíndrica.
El tiempo de perforación es un parámetro
preprogramado que tiene en cuenta particularmente, el espesor de la
pieza 5 y el flujo del chorro de oxígeno 9a.
Al final del tiempo de perforación preprogramado,
una orden es proporcionada a los accionadores de eje X y/o Y, por
el director de control, con el fin de realizar una trayectoria de
corte preprogramada.
La reacción de oxidación se propaga entonces
radialmente, por todo el espesor de la pieza, con relación al
chorro de oxígeno y forma un frente de ranura sensiblemente en
forma semicilíndrica.
La velocidad de desplazamiento del conjunto
antorcha/boquilla se mantiene sensiblemente constante durante el
tiempo de corte y se elige de forma que se produzca un equilibrio
permanente entre la producción del material fundido y su expulsión
fuera de la ranura de corte, por el lado de la superficie inferior
de la pieza, bajo el efecto de la presión del gas de corte.
Durante la puesta en movimiento del conjunto
antorcha/boquilla, un sistema de palpado, que garantiza el
mantenimiento del punto de convergencia de los chorros de oxígeno
9a y de plasma 7, en el plano superior de la pieza 5, en curso de
corte, se pone en acción.
En un espacio de tiempo sensiblemente idéntico,
un orden puede suministrarse a la fuente de corriente 4 para bajar
la intensidad de la corriente en el arco de plasma y llevarla a un
valor mínimo suficiente para mantener la reacción de oxidación en
la ranura de corte.
Al final del corte de la pieza, es decir al final
de la ejecución del programa, el director de control proporciona
simultáneamente una orden de parada de los movimientos de ejes X
y/o Y, una orden a la fuente de corriente 4 para cortar la
corriente que alimenta la antorcha 1 de plasma, una orden de cierre
del órgano de corte 14 del flujo de oxígeno de corte, luego con
retraso o no, una orden de cierre del órgano de corte del flujo de
gas plasmágeno que alimenta la antorcha 1 y eventualmente una orden
de levantamiento del conjunto antorcha/boquilla por el eje
motorizado según (Zt-Zt).
Se obtiene entonces un apagado de la antorcha y
por consiguiente una parada del corte.
Según las necesidades, un encadenamiento de corte
puede ser realizado colocando sucesivamente, por programa o por
accionamiento manual, el conjunto antorcha/boquilla sobre uno o
nuevos puntos de inicio de una o varias piezas a cortar, y
realizando, para cada una de ellas, la sucesión de secuencias
descritas anteriormente.
La figura 2 representa un esquema de una
instalación del tipo de chorros coaxiales, que no está cubierto por
las reivindicaciones 9 y 10.
El modo de funcionamiento de la instalación de la
figura 2 al ser completamente similar al de la instalación de las
Figuras 1a y 1b, este no se detallará de nuevo a continuación.
Sin embargo, como se puede apreciar en la figura
2, una diferencia principal reside en la no convergencia de los
chorros de plasma 27 y de los gases 29a.
En efecto, una instalación según la invención del
tipo de chorros coaxiales se caracteriza por una coaxialidad de los
chorros 27 y 29a y por consiguiente por una ausencia de necesidad
del posicionamiento del punto de convergencia con relación al plano
superior de la pieza 5 a cortar.
En consecuencia, un solo eje, de movimiento
vertical, dotado de un accionador de desplazamiento de los sistemas
de antorcha 21 y 31 es necesario para llevar estas últimas a la
distancia conveniente para realizar la transferencia de arco de
plasma a la pieza 5 a cortar y para asegurar el mantenimiento a
distancia sensiblemente constante, por servomando de un sistema de
palpado, durante las operaciones de corte.
Así tal como se muestra en la figura 2, una
instalación según la invención del tipo de chorros coaxiales
comprende una antorcha 21 de doble inyección y doble tobera, cuya
antorcha 21 comprende:
- un electrodo 22 de forma general de revolución,
realizada en cobre o aleación de cobre, provista en su extremo de
un elemento emisivo 22a realizado, por ejemplo, en hafnio o
aleación de hafnio;
- una primera tobera 16 de forma general de
revolución, realizada en cobre o en aleación de cobre, provista de
un orificio calibrado 16a cuyo eje se encuentra en coincidencia con
el eje del electrodo 2 y del elemento de inserción emisivo 2a. Una
sección circular delimitada, por una parte, por la pared externa del
electrodo 22 y, por otra parte, por la pared interna de la tobera
16 forma un paso 21a para la inyección de un gas plasmágeno, de
preferencia un gas seleccionado entre los gases oxidantes,
particularmente oxígeno. Un espacio está previsto entre el extremo
del electrodo 22 y el fondo de la tobera 16 que permite al gas
fluir por el orificio 16a de la tobera 16.
- una segunda tobera 11, de forma general de
revolución, realizada en cobre o en aleación de cobre, y provista
de un orificio calibrado 11a cuyo eje se encuentra en coincidencia
con el eje del electrodo 22 y del elemento de inserción emisivo
22a, y con el eje del orificio 11a de la primera tobera 16. Una
sección circular delimitada, por una parte, por la pared externa de
la primera tobera 16 y, por otra parte, por la pared interna de la
segunda tobera 11 forma un paso 29 para la inyección de un gas de
corte, de preferencia oxígeno. Una segundo espacio está previsto
entre el extremo de la primera tobera 16 y el fondo de la segunda
tobera 11 que permite al gas oxidante fluir por el orificio 11a de
la tobera 11. Además, los indicados orificios 16a y 11a
pertenecientes respectivamente a las toberas 16 y 11 pueden, ellos
también, comprender aprovechamientos de perfil, particularmente una
estructura de tipo convergente/cuello calibrado/divergente.
- una fuente de corriente continua 4 es, como en
el modo de realización precedente, conectada, por una parte, por su
polo negativo (-) y por medio de un cable eléctrico 4a al electrodo
22 que forma cátodo en la antorcha 21 y, por otra parte, por su
polo positivo (+) y por medio de un cable eléctrico 4b a la pieza a
calentar/cortar 5 que forma ánodo. Una conexión eléctrica anexa se
establece entre el cable 4b y las toberas 16 y 11, por un contacto
4c. En una fase transitoria de encendido de la antorcha de plasma
21 el contacto 4c está cerrado, poniendo así las toberas 16 y 11 al
potencial positivo de la fuente 4 y permitiendo el encendido de un
primer arco, llamado arco piloto, establecido entre el electrodo
22, 22a y la tobera 11, incluso la tobera 16. Medios clásicos,
tales como una fuente auxiliar de alta frecuencia o un dispositivo
de puesta en cortocircuito temporal del electrodo 22 y de la tobera
16, (no representados), se utilizan para inicializar el arco
piloto. Con el fin de no deteriorar el canal 16a de la tobera 16 y
el canal 11a de la tobera 11, un gas no oxidante, tal como el
argón, es preferentemente inyectado, en 21a, durante esta fase de
encendido de la antorcha mientras el arco no sea efectivamente
transferido a la pieza 5.
En curso de funcionamiento, el chorro de arco de
plasma de calentamiento 27 es envuelto por un flujo de oxígeno de
corte 29a que forma, durante su desplazamiento según una
trayectoria de corte predefinida, por combustión/fusión una ranura
10 en la pieza de trabajo 5.
Por otro lado, la figura 3 representa un esquema
de una instalación del tipo de doble inyección y cátodo hueco, que
no está cubierto por las reivindicaciones 9 y 10.
Como se aprecia en la figura 3, según este modo
de realización, la antorcha de plasma 31 comprende:
- un electrodo 32 de forma general de revolución,
realizado en cobre o aleación de cobre, y provisto en su extremidad
de un elemento emisivo 32a realizado, por ejemplo, en hafnio,
aleación de hafnio u otros materiales y aleaciones de materiales,
cuyo elemento emisivo 32a tiene una forma de anillo cuyo eje de
revolución se confunde con el eje del electrodo 32. Un primer
orificio 32b de alimentación de gas de corte, oxígeno de
preferencia, está realizado en el extremo superior del electrodo
32, según su eje de revolución. Un segundo orificio calibrado 32c
de sección más pequeña, está perforado en la parte inferior del
electrodo 32 según su eje de revolución; poniéndose los orificios
32b y 32c en comunicación por un orificio calibrado cónico cuya base
mayor es de diámetro aproximadamente igual al diámetro del orificio
32b y la base menor de diámetro aproximadamente igual al diámetro
del orificio 32c.
- una tobera 15, de forma general de revolución,
realizada en cobre o en aleación de cobre, provista de un orificio
calibrado 15a cuyo eje coincide con el eje del electrodo 32 y el
elemento de inserción emisivo 32a. Una sección circular delimitada,
por una parte, por la pared externa del electrodo 32 y, por otra
parte, por la pared interna de la tobera 15 forma un paso 31a para
la inyección de un gas plasmágeno, seleccionado entre los gases
oxidantes, de preferencia oxígeno. Un espacio está previsto entre
el extremo del electrodo 32 y el fondo de la tobera 15 permitiendo
al gas fluir por el orificio 15a de la tobera 15. Además, los
indicados orificios 32c y 15a pertenecientes respectivamente al
electrodo 32 y a la tobera 15 pueden, ellos también, comprender
aprovechamientos de perfil, particularmente una estructura de tipo
convergente/cuello calibrado/divergente.
- una fuente de corriente continua 4 está
conectada, por una parte, por su polo negativo (-) y por medio de
un cable eléctrico 4a al electrodo 32 que forma cátodo en la
antorcha 31 y, por otra parte, por su polo positivo (+) y por medio
de un cable eléctrico 4b a la pieza 5 a calentar/cortar que forma
ánodo. Una conexión eléctrica anexa se establece entre la línea 4b
y la tobera 15, por un contacto 4c. En una fase transitoria de
encendido de la antorcha de plasma 31, el contacto 4c se cierra,
poniendo así la tobera 15 al potencial positivo de la fuente 4 y
permitiendo así el encendido de un arco piloto entre el electrodo
32, 32a y la tobera 15. Como anteriormente, se utilizan medios
clásicos para inicializar este arco piloto.
De igual modo con el fin de no deteriorar el
canal 15a de la tobera 15, un gas no oxidante, tal como argón, se
inyecta preferentemente durante esta fase de encendido de la
antorcha y esto, mientras el arco no sea efectivamente transferido
a la pieza 5.
En este caso, en curso de funcionamiento, el
flujo de oxígeno de corte 39a está envuelto por el chorro de plasma
37 y forma por combustión/fusión una ranura 10 en la pieza de
trabajo 5 según una trayectoria deseada.
Se entiende que las antorchas 1, 21 y 31 y
eventualmente la boquilla 6, descritas antes y mostradas en las
figuras 1a, 1b, 2 y 3, comprenden disposiciones internas, no
representadas aquí, que permiten la circulación de un fluido de
refrigeración, tal como agua desmineralizada, para refrigerar de
modo eficaz, en particular, los electrodos y las toberas por
convección forzada, es decir por intercambio térmico.
Una instalación según la presente invención puede
aplicarse en la realización de cortes rectilíneos o de formas más
complejas en chapas planas o volúmenes, particularmente volúmenes
realizados a partir de chapas planas soldadas entre sí o chapas
conformadas por deformación, cuya composición química las asemeja
con los aceros de
construcción.
construcción.
Según el caso, la instalación de corte automático
según la invención puede ser de tipo X-Y, de tipo
X-Y-Z o un robot automatizado.
Sin embargo, la instalación de corte puede
también ser de tipo manual, es decir que, en este caso, la antorcha
es sostenida con la mano por el operario.
Una instalación de este tipo puede ser utilizada
para realizar cortes con bordes rectos o achaflanados
particularmente para la reacción de piezas constitutivas de
conjuntos mecánicos o mecano-soldados.
Conviene, además, subrayar que, si en lo que
antecede, el procedimiento de oxicorte con antorcha de arco de
plasma según la invención se describe como un procedimiento de
corte de aceros de construcción, de productividad mayor que el
oxicorte de calentamiento por oxi-combustible
clásico, este puede también, en los mismos ámbitos de aplicación,
considerarse como un procedimiento de corte de plasma bajo oxígeno
con escasa energía eléctrica.
En efecto, en un procedimiento de corte de plasma
con oxígeno clásico, que opera principalmente por fusión del
material, en todo su espesor, por el efecto térmico del arco de
plasma y la expulsión del metal en fusión por el efecto cinético
del chorro de gas plasmágeno, la principal fuente térmica proviene
del flujo de electrones distribuido en el ánodo, es decir la pieza
a cortar.
En otras palabras, es principalmente la
intensidad de la corriente en el arco de plasma la que determina la
capacidad de corte.
En el procedimiento de oxicorte de arco de plasma
según la invención, el arco de plasma solo sirve para calentar
superficialmente la pieza a cortar durante la secuencia de
alimentación que precede a la reacción de combustión del hierro
bajo el efecto del chorro de oxígeno de corte, luego seguidamente de
fuente de aporte de calor para mantener esta reacción durante todo
el tiempo del proceso de corte, creándose la fuente principal de
calor por la reacción exotérmica de oxidación del hierro.
A título de ejemplo no limitativo, la intensidad
(en amperios) de la corriente de arco necesaria para el corte de
una chapa de acero E24 con un espesor de 12 mm es de 120 A en corte
por chorro de un plasma oxidante clásico, pero solamente de 30 A en
oxicorte-plasma según la invención.
Ahora bien, es sabido que, en el procedimiento de
corte por plasma con oxígeno clásico, la intensidad de la corriente
de arco es uno de los factores importantes de desgaste de los
cátodos, generalmente realizados con hafnio.
En el estado de la técnica actual, y por estos
motivos, las intensidades de realización industrialmente no
sobrepasan los 250 a 300 A, lo cual permite cortar espesores de
acero de construcción de aproximadamente 30 mm.
El procedimiento de oxicorte de plasma según la
invención permite por consiguiente alcanzar espesores de corte muy
claramente superiores y esto, sin sobrepasar por ello los límites
actuales de intensidades de corriente, es decir manteniendo tiempos
de duración del cátodo aceptables donde a la inversa permitir
cortar espesores más pequeños con intensidades de corriente de arco
muy inferiores a las necesitadas por los procedimientos de corte de
plasma con oxígeno clásicos y por consiguiente obtener así tiempos
de duración del cátodo mucho más grandes.
Claims (10)
1. Procedimiento de
oxicorte-plasma de al menos una pieza metálica (5)
que contiene al menos un material ferroso, en particular hierro, en
el cual:
(a) se realiza un precalentamiento localizado de
una zona de inicio (8) de la pieza metálica (5) a cortar sometiendo
la indicada zona de inicio (8) a por lo menos un chorro de plasma
(7, 27, 37);
(b) se somete al menos una parte de la zona de
inicio (8) al menos precalentada en la etapa (a) a al menos un
flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a) a una presión superior a
10^{5} Pa;
(c) se realiza al menos una perforación (10)
según todo el espesor de la pieza (5) a cortar, en al menos una
parte de la zona de alimentación (8) sometida al menos al
precalentamiento mediante chorro de plasma (7, 27, 37) según la
etapa (a), por fusión y/o por combustión del material ferroso
contenido en la indicada pieza metálica (5) por reacción de dicho
material ferroso con el indicado flujo gaseoso oxidante (9a, 29a,
39a) y/o el indicado chorro de plasma (7, 27, 37);
(d) se desplaza el chorro de plasma (7, 27, 37) y
el flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a) según una trayectoria de
corte para realizar al menos una porción de una ranura de corte a
través de la indicada pieza (5) por fusión y/o por combustión del
material ferroso contenido en la indicada pieza metálica (5) al
menos por reacción de dicho material ferroso con al menos el
indicado flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la perforación (10) realizada en la
etapa (c) se obtiene por reacción de dicho material ferroso con al
menos el indicado flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a).
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la perforación (10) realizada en la
etapa (c) se obtiene por reacción de dicho material ferroso con el
indicado chorro de plasma (7, 27, 37).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la zona de
iniciación se precalienta en la etapa (a) a una temperatura
comprendida entre 1000ºC y 1500ºC, de preferencia de 1200ºC a
1400ºC, de preferencia también del orden de 1300º a 1350ºC y/o
porque el tiempo de precalentamiento está comprendido entre 0,001 y
2 segundos, de preferencia entre 0,01 y 1,5 segundos.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el flujo
gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a) es oxígeno o una mezcla gaseosa que
contiene oxígeno, particularmente aire o aire enriquecido con
oxígeno.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, durante el
corte, cada porción de la trayectoria de corte se somete al chorro
de plasma (7, 27, 37) y al flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a),
estando lo esencial de la fusión y/o de la combustión del material
según la indicada trayectoria de corte asegurado principalmente por
la reacción del hierro con el flujo gaseoso oxidante (9a, 29a,
39a).
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el chorro de
plasma (7, 27, 37) y el flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a) son
proporcionados coaxialmente o de forma convergente.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la ranura de
corte se realiza por desplazamiento a una velocidad de corte
aproximadamente constante de los indicados chorro de plasma (7, 27,
37) y flujo gaseoso oxidante (9a, 29a, 39a) con relación a la pieza
metálica (5).
9. Instalación de oxicorte-plasma
susceptible de ser utilizada para cortar una pieza metálica (5) que
contiene al menos un material ferroso, en particular hierro, que
comprende al menos:
- una antorcha (1) de precalentamiento por chorro
de plasma (7) de eje (Zt-Zt) para proporcionar al
menos un chorro de plasma (7) y una boquilla (6) de distribución de
flujo gaseoso de eje (Zb-Zb) para proporcionar al
menos un flujo gaseoso; estando el eje (Zb-Zb) de
la indicada boquilla (6) de distribución y el eje
(Zt-Zt) de la indicada antorcha (1) de
precalentamiento dirigidos hacia un punto de convergencia de forma
que los chorros gaseosos procedentes de la boquilla (6) y de la
antorcha (1) converjan hacia el indicado punto de convergencia, de
preferencia el punto de convergencia está situado aproximadamente a
la altura o cerca de la superficie superior de la pieza metálica
(5);
- medios de bastidor-soporte que
llevan la indicada antorcha (1) de precalentamiento por chorro de
plasma y/o la indicada boquilla (6) de distribución;
- medios de desplazamiento, de preferencia
motorizados, para desplazar, de preferencia aproximadamente en
sincronismo, la antorcha (1) de plasma y la boquilla (6) de
distribución con relación a por lo menos una pieza (5) metálica a
cortar; y
- medios de pilotaje, en particular por
programación, que permiten accionar al menos los medios de
desplazamiento y/o al menos un ciclo de funcionamiento de la
antorcha (1);
y en la cual la antorcha de plasma (1) y la
boquilla (6) de distribución son ejes convergentes y no
confundidos.
10. Instalación según la reivindicación 9,
caracterizada porque la antorcha de plasma (1) es del tipo
mono flujo o multiflujo.
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