www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx Bibliografía www.ciateq.edu.mx Procesos Modernos de Corte Corte por laser • La palabra “láser” proviene del inglés “laser” (que deberíamos pronunciar como ”léiser”), y es un acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ("Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación"). • Detrás de semejante definición, se esconde el hecho de que un rayo láser es ni mas ni menos que un dispositivo que utiliza uno de los efectos de mecánica cuántica, mas precisamente la emisión inducida o estimulada de partículas, para generar un haz de luz. www.ciateq.edu.mx • En 1916, Albert Einstein estableció los fundamentos para el desarrollo de los láseres y de sus predecesores, los máseres (que emiten microondas), utilizando la ley de radiación de Max Planck basada en los conceptos de emisión espontánea e inducida de radiación. • En 1928 Rudolf Landenburg informó haber obtenido la primera evidencia del fenómeno de emisión estimulada de radiación, aunque no pasó de ser una curiosidad de laboratorio, por lo que la teoría fue olvidada hasta después de la Segunda Guerra Mundial, cuando fue demostrada definitivamente por Willis Eugene Lamb y R. C. Rutherford. www.ciateq.edu.mx • Corte por láser o maquinado por haz de láser (LBM, por sus siglas en inglés)consiste en la focalización del haz láser en un punto del material que se desea tratar, para que éste funda y evapore lográndose así el corte. www.ciateq.edu.mx Fundamento El haz láser, con una determinada potencia procedente del generador y de un sistema de conducción que llegará al cabezal. Dentro de éste, un grupo óptico se encarga de focalizar el haz con un diámetro determinado, sobre un punto de interés del material a tratar. El posicionamiento del punto focal del rayo respecto de la superficie que se desea cortar es un parámetro crítico. El proceso requiere de un gas de asistencia, que se aplica mediante la propia boquilla del cabezal, coaxial al propio rayo láser. www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx El proceso de corte por laser se puede distinguir por: • Flama de corte del laser -oxidación substancial del material • Fusión del corte por laser -fundición substancial del material • Sublimación del corte por laser -evaporación substancial del material a través del haz del laser Los láseres mas comúnmente usados son los láseres de gas y láseres de fibra o disco (Láseres de estado solido) www.ciateq.edu.mx Corte por plasma • El plasma es el cuarto estado de la materia, después del sólido, líquido y gaseoso, al que se llega mediante la ionización de un gas. • El plasma cosiste en un aglomerado de iones positivos átomos neutros y electrones libres. El plasma es el estado en el que se encuentran las estrellas por su elevada temperatura. En la atmósfera terrestre solo podemos conseguir el plasma por medios artificiales. • Al calentar un gas a temperaturas del orden de 50.000 ºC los átomos pierden electrones. Estos electrones libres se colocan en los núcleos que han perdido sus propios electrones, convirtiéndose así en iones. De esta forma el gas se convierte en plasma y por consecuencia tendremos un conductor eléctrico gaseoso con alta densidad de energía. www.ciateq.edu.mx • La tecnología de uniones de piezas metálicas por arco eléctrico vio sus éxitos en 1930 al construir un barco totalmente soldado en Carolina del Sur en Estados Unidos, años después se introdujo mejoras en el proceso como corriente alterna, y se utilizó protección como fundente granulado. • En los años 40 se introdujo el primer proceso con protección gaseosa empleando un electrodo no consumible de wolframio y helio como gas protector, recibió el nombre de TIG (Tungsten Inert Gas). • En 1954 Los científicos descubren que, al aumentar el flujo del gas y reducir la abertura de la boquilla utilizada en la soldadura TIG, se obtiene un chorro de plasma. Este chorro es capaz de cortar metales, lo que dio lugar al proceso de corte por plasma conocido hoy en día. www.ciateq.edu.mx EL corte por plasma también denominado PAC (plasma arc cutting)es un proceso en el que un gas inerte supercalentado es inyectado a gran velocidad a través de un arco eléctrico establecido entre un electrodo y el material a cortar; se genera así un arco de plasma que por sus características térmicas funde y corta el material a la vez que lo expulsa aprovechando su presión. www.ciateq.edu.mx Corte manual por plasma www.ciateq.edu.mx Corte CNC por plasma www.ciateq.edu.mx Corte por chorro de agua. • Es un proceso de índole mecánica, mediante el cual se consigue cortar cualquier material, haciendo impactar sobre éste un chorro de agua a gran velocidad que produce el acabado deseado. www.ciateq.edu.mx • En la primera etapa del desarrollo de esta tecnología, la función del agua fue meramente limpiadora. En torno a 1920, la principal aplicación del agua a presión fue en la limpieza de fundiciones así como una alternativa nueva y más productiva en el lavado de almacenes de carbón y acero inoxidable. En aquel entonces se trabajaba a una presión de unos 100 bar. • En 1968 el Dr. Norman Franz, Profesor en la Universidad de Columbia, patentó lo que sería el primer intensificador para corte por chorro de agua. La presión de agua que alcanzaba este primer intensificador era de 700 bar. La subsidiaria de KMT perteneciente a la Mc. Cartney Manufacturing Company desarrolló sobre esta patente el primer intensificador que alcanzaba ya los 4.000 bar. • En 1971 se instaló este intensificador en la empresa Alton Box Board Co. En la divisón de papel. Sin embargo y debido a la falta de poder de corte, los metales no podían aún ser incluidos entre los materiales susceptibles de ser cortados con agua. • En los inicios de los años 80 se resolvió este problema con el aditivo de partículas de abrasivo al chorro de agua. • Las bombas intensificadoras de ultra alta presión elevan la presión del agua hasta valores superiores a los 4.100 bares (o 60,000 psi) y la conducen a través de un orificio de 0,08 mm (0,003") a 0,45 mm (0,018") de diámetro, generando así, un chorro de agua a una velocidad de casi 1.000 metros por segundo. www.ciateq.edu.mx • En el corte por chorro de agua, se emplea la fuerza generada por agua presurizada a unos niveles muy altos y canalizada a través de orificios muy pequeños para cortar el material. • Si a este chorro de agua se añade abrasivo (mezcla de arcillas y vidrios), éste acelera la acción erosiva que arranca las partículas, permitiendo el corte de materiales más duros. www.ciateq.edu.mx Fundamento • El agua presurizada es transmitida por los conductos adecuados hasta el cabezal de corte. Aquí, la energía de presión del agua se transforma en energía cinética al ser obligado a pasar por el orificio de la boquilla, cuyo diámetro suele oscilar entre 0.1 y 0.4 mm. A continuación, este chorro fino pasa a través de una zona de mezclado, en la que se absorbe el abrasivo y se mezcla con el haz de agua. • La velocidad de corte (puede rondar los 1000 metros por segundo) es de máxima importancia, y depende de factores como la presión, diámetro de la boquilla, cantidad y calidad de abrasivo y espesor de la pieza. • Del diseño de la boquilla depende en gran medida la calidad del chorro y en consecuencia su capacidad de corte, ya que si por ejemplo el chorro es cónico, se pierde poder de corte, precisión, y calidad. • La presión del chorro de agua, es generada por bombas de alta presión capaces de mantener ésta a niveles que llegan hasta los 4000 bares. Dependiendo de los requerimientos de trabajo, se puede trabajar también a menos presión (sobre unos 2000 bares) para piezas de menor espesor por ejemplo, o incluso trabajar sin abrasivo, en el caso por ejemplo de materiales de poca dureza o piezas que sin llegar a ser cortadas únicamente deben ser marcadas. No obstante, lo más habitual es trabajar a altas presiones ya que ello permite agilizar el proceso. www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx Breve comparativo: www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx Evaluación Procedimental 1 • Desarrollar un cuadro de doble entrada que le permita comparar las relaciones de: Corte por laser Corte por plasma Corte por chorro de agua Para lograr vislumbrar la diferenciación, utilice el instrumento de evaluación adjunto. www.ciateq.edu.mx www.ciateq.edu.mx
