Desgaste de los electrodos en plasma aire y oxígeno

How to tell good electrode wear from bad and improve system performance

Publicado en 29/01/2016
Publicado por Hypertherm

Los electrodos para sistemas de corte por plasma de alta potencia son piezas consumibles diseñadas con esmero, similares en diseño, material y función a la bujía de un automóvil. Como las bujías, los electrodos emiten electricidad de alto voltaje en un entorno de alta temperatura. Los materiales deben resistir las emisiones de arcos de temperatura de plasma, soportar chorros de gases turbulentos a alta velocidad y proporcionar un sello hermético para gases y fluidos a alta presión. El electrodo, como una bujía, es la parte que trabaja más en el sistema.

Un buen mecánico puede decir mucho de la salud de un motor de combustión al mirar a las bujías. Un técnico entrenado en plasma puede hacer lo mismo con un sistema de plasma si aprende cómo inspeccionar el electrodo, comprende los patrones de desgaste normal y sabe cómo detectar señales de problemas. 

El electrodo porta la carga de CC procedente de la fuente de energía de plasma a la placa de metal. Suele estar compuesto de un soporte de compuesto de cobre o cobre/plata que contiene un elemento emisor de hafnio, un metal con un punto de fusión alto que sostendrá un arco en entornos de corte por aire y oxicorte. El elemento emisor se erosiona lentamente por el calor del arco y el flujo de gas plasma a alta velocidad. La mayor parte de este desgaste ocurre al inicio y al final de un corte cuando el material de hafnio fundido se calienta y se enfría rápidamente, fundiéndose y volviéndose a solidificar.

Durante el desgaste normal se forma una pequeña picadura cóncava en el extremo de la parte que se desgasta constantemente, unas pocas milésimas de pulgada cada vez, hasta una profundidad de 0.040" a 0.125", dependiendo del diseño y los materiales de la antorcha y los consumibles. (Ver la siguiente tabla). Cuando la picadura se vuelve demasiado profunda, el arco se acopla al material del soporte y lo funde. El electrodo “falla” cuando ya no puede iniciar y mantener un arco. Si un material fundido de un electrodo se deposita abajo del orificio de la boquilla, provoca que el electrodo y la boquilla “se fundan”, es decir, que tengan un fallo catastrófico.

Sistema de corte por arco de plasma Electrodos de cobre pulgadas de desgaste Compuestos de cobre/plata pulgadas de desgaste
PAC de alta precisión
(plasma oxígeno)
0.030"-0.050" 0.060"-0.080"
PAC por inyección de agua
(plasma oxígeno)
0.040"-0.080" 0.100"-0.140"
PAC convencional por doble gas (plasma oxígeno) 0.040"-0.080" 0.100"-0.140"
PAC convencional por doble gas 0.090"-0.120" 0.100"-0.140"

La duración normal de las piezas para sistemas de plasma oxígeno de vanguardia es de 1-2 horas de tiempo de arco encendido y de 200 a 300 perforaciones. Los sistemas de aire pueden normalmente durar el doble, de 400 a 600 arranques, porque el componente de nitrógeno del aire los hace menos reactivos con los electrodos. Los sistemas de plasma oxígeno con gases inertes de arranque y encendido/apagado de la corriente pueden alcanzar 1000 o más arranques antes de que se necesite un cambio de electrodo.

Estado nuevo de un consumible

Figura 1

 

Estado nuevo

La figura 1 muestra una imagen de un electrodo nuevo. En este ejemplo el electrodo es un diseño de compuesto de cobre y plata soldado con plata en la parte delantera del electrodo y cobre en la parte trasera. En el núcleo de la pieza se encuentra el elemento de hafnio no utilizado.

Desgaste normal de un consumible

Figura 2

 

Desgaste normal

La Figura 2 muestra un electrodo con un patrón de desgaste normal. La picadura de hafnio está bien centrada y es de forma uniforme, indicando una buena alineación de los consumibles y una distribución correcta del gas plasma. La profundidad de la picadura es de aproximadamente 0.100". Los bordes delanteros de la pieza son afilados y bien definidos, no hay una descoloración grave de la plata. Algunos óxidos de color gris en la superficie delantera de la pieza son normales.

Desgaste normal a 1/2 vida de un consumible

Figura 3

 

Desgaste normal a 1/2 vida

La Figura 3 muestra un electrodo con un patrón de desgaste normal que ha sido extraído prematuramente por otra razón. Placa de conducción de la antorcha, colisión de la antorcha, cambio de voltaje, cambio de la calidad de corte, etc. La profundidad de la picadura es de 0.078". Aunque esta pieza parece consumida, puede quemar otros 100 arranques o más y llegar a una profundidad de 0.100" o incluso 0.140" antes de acercarse a una falla.

Ejemplo de consumible con una quemadura descentrada

Figura 4

 

Quemadura descentrada

La Figura 4 muestra una quemadura descentrada. Este es un problema fácil de detectar. Normalmente indica un problema grave con el flujo de gas (como un anillo distribuidor roto u obturado) o una mala alineación de las piezas de la antorcha (debido a errores de ensamblaje y problemas de encaje). Si un cambio completo de las piezas de la antorcha no corrige el problema, es probable que la antorcha esté dañada.

Ejemplo donde había humedad presente durante el arranque del arco

Figura 5

 

Humedad durante el arranque

La Figura 5 muestra que había humedad presente durante el arranque del arco. Estas piezas tienen una pista desigual del arco turbulento desde las superficies planas de la llave hasta la superficie del electrodo. La humedad en el gas de preflujo hace que la alta frecuencia ataque al material de plata. Los bordes delanteros de la plata no están afilados, suavizados con un estado “tratado con chorro de arena”. Inspeccione el gas de preflujo en busca de signos de humedad. Una comprobación rápida es la prueba de la toalla de papel. Mantenga una toalla de papel limpia bajo la antorcha con el gas fluyendo por el sistema (¡únicamente en el modo TEST o GAS CHECK!). No deberá haber ningún signo de humedad ni contaminación.

Ejemplo de fugas de refrigerante en un consumible

Figura 6

 

Fugas de refrigerante

Figura 6 - Las fugas de refrigerante son el problema más fácil de detectar. Grave formación de arcos de la cara y los lados del electrodo caracterizada por picaduras y melladuras en la superficie del electrodo. La superficie frontal está áspera y negra, con puntos fundidos brillantes de material del soporte. Este problema suele estar causado por Orings cortados, una lubricación insuficiente de los Orings o piezas sueltas o mal alineadas.

Ejemplo de gas insuficiente durante el inicio del arco

Figura 7

 

Preflujo bajo

Figura 7 - Un gas insuficiente durante el inicio del arco permite un "arranque lento". El arco pasa demasiado tiempo desplazándose desde el punto inicial (normalmente una esquina afilada, como una superficie plana de una llave) al elemento emisor. Estas piezas tendrán un anillo bastante uniforme de material fundido del soporte alrededor de la picadura. La superficie puede parecer como una salpicadura de soldadora o como si se hubiera formado un charco de soldadura a lo largo de la parte delantera de la pieza.

Ejemplo de un electrodo fundido

Figura 8

 

Electrodo fundido

La Figura 8 muestra un electrodo que se ha operado hasta tener una falla catastrófica. Como el electrodo está arriba, provocará daños en la boquilla cuando se sople material fundido del extremo de la pieza y se deposite en el interior de la boquilla. Si dura lo suficiente, fallarán de este modo todas las demás piezas.

Ejemplo de gas plasma bajo (extinción)

Figura 9

 

Electrodo fundido

Gas plasma bajo (extinción) Figura 9. Si el electrodo tiene pequeñas melladuras por todo el extremo de la pieza con daño correspondiente en el interior de la boquilla, esto tiene que ver con un flujo de gas bajo. Un flujo de gas bajo permite la formación descontrolada de arcos entre la boquilla y el electrodo. Compruebe los rangos de flujo de gas de la antorcha. La mejor forma de hacer esto es con un flujómetro (0-400 cfh) y una manguera colocada en la salida de la antorcha con el sistema en prueba. Si no hay uno disponible, una comprobación rápida es palpar el flujo de gas en la salida de la antorcha con solo el gas plasma conectado. Deberá sentir un flujo turbulento de gas que realmente tiene fuerza de succión.

Ejemplo donde hay un flujo de gas alto

Figura 10

 

Flujo de gas alto

Figura 10 - Si la boquilla está en buen estado pero el electrodo tiene una picadura concéntrica profunda, es posible que el rango de flujo de gas plasma sea demasiado alto. Si el remolino de gas plasma es demasiado intenso, el elemento se desgasta rápidamente. Esto provoca un patrón de desgaste rápido y profundo. Comprobar el rango de flujo volumétrico del gas plasma.

Publicado en 29/01/2016
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