Soldadura por plasma

El arco de plasma es utilizado por industriales y artesanos en aplicaciones de corte y soldadura. Air Liquide le explica en detalle en qué consiste la soldadura por plasma (paw) y las ventajas y desventajas que conlleva esta tecnología en el mundo del mecanizado.

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El término plasma se emplea para denominar al cuarto estado de la materia, cuando ya no está compuesta por átomos y moléculas, sino por iones y electrones. Encontramos este estado de ionización en el universo, dentro de las estrellas.

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¿Qué es el plasma?

El arco de plasma puede utilizarse en las aplicaciones de corte (corte por plasma) y soldadura. Es el proceso de soldadura por arco de mayor densidad energética, pero no alcanza la que podemos tener en los procesos de corte o soldadura láser.

El plasma se genera en una atmósfera gaseosa ionizada que permite alcanzar temperaturas elevadas que llegan hasta los 20.000 ºC. La temperatura del plasma se determina en función de varios parámetros:

La intensidad de la corriente procedente del generador de soldadura (proceso intensivo en energía).
La naturaleza del gas de plasma.
El caudal.
La geometría de los tubos que constriñen el arco eléctrico.

¿Qué es la soldadura por plasma?

La soldadura por plasma (paw, Plasma Arc Welding) es una de las técnicas de soldadura por arco. Al igual que en el proceso TIG, la fuente de necesaria para la fusión se genera mediante el arco de plasma, que se establece entre un electrodo de tungsteno no fusible y la pieza, pero con las siguientes características:

El arco eléctrico es constreñido y acelerado a través de una tobera, que está refrigerada por agua. El gas en estado plasma que atraviesa esta tobera es conocido como “gas plasmágeno”.
Existe una segunda corriente de gas, gas anular, que es concéntrica al gas plasmágeno, y que lo confina en la zona de soldadura.
No existe nunca contacto entre el electrodo y la pieza que es soldada. Se genera mediante alta frecuencia un arco piloto de baja intensidad con argón, y cuando el proceso de soldadura comienza, ese arco piloto es transferido a la pieza a través del gas de soldadura (gas plasmágeno).

A nivel industrial es un proceso muy utilizado para la soldadura automática de depósitos de acero inoxidable, ya que se consiguen soldaduras de alta calidad con velocidades de soldadura relativamente altas.

La variante manual que se utiliza es la soldadura por microplasma, que se caracteriza porque se consiguen arcos estables con niveles de energía muy bajos, por debajo de 50 A, y se pueden soldar elementos de décimas de espesor.

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Ventajas y desventajas de los proceso de soldadura Plasma

Como principales ventajas tenemos:

Alta calidad y productividad.
Baja emisión de humos y proyecciones.
No se genera escoria.
Gran precisión.
Menor consumo de tungstenos que la soldadura TIG.
Aconsejable para cualquier material metálico.
Generalmente soldadura automática (excepto microplasma).

Como principales limitaciones, podemos mencionar:

Inversión alta.
Poca tolerancia al ajuste (menor que el TIG).
Uso de varios gases (gas arco piloto, gas anular, gas de raíz, gas de protección trasera…).
La aportación, si existe, tiene que ser externa, y permite automatización, pero no robotización.

¿Cuáles son los gases o mezclas de gases usados para soldadura Plasma?

En el caso de la soldadura plasma, encontramos 2 flujos de gas diferenciados:

Gas plasmágeno y gas anular, y al igual que la soldadura TIG, va asociado al uso de gas protección de la raíz de la soldadura.

1. Gas plasmágeno

Es el encargado de general el jet de plasma que aporta la energía necesaria para fundir el material base y de aporte, si existe.
Se usa fundamentalmente argón (ARCAL™ Prime), para garantizar la integridad del electrodo de tungsteno.

2. Gas anular

Confina el arco de plasma, y garantiza la protección del baño de soldadura. El gas más utilizado es el argón (ARCAL™ Prime), existiendo otras alternativas en función de las prestaciones deseadas y los materiales a soldar:

Helio
- Se usa como aditivo al Argón, desde un 5 % hasta un 70 %.
- Incrementa la energía disponible para soldar, y se puede conseguir mayores penetraciones y/o mayor velocidad de soldadura.
- Válido para cualquier material metálico.
Hidrógeno
- Se usa como aditivo al argón, mezclas de hasta 7,5 % H₂ máximo.
- Incrementa la energía disponible para soldar, y se puede conseguir mayores penetraciones y/o mayor velocidad de soldadura.
- Aspecto de la soldadura brillante por el carácter reductor de hidrógeno.
- Sólo válido para soldadura de aceros inoxidables austeníticos (para otros materiales posibles consulte a nuestros expertos).

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¿Cuáles son los campos de aplicación de la soldadura por plasma?

La soldadura por plasma es una evolución de la soldadura TIG. Permite garantizar una gran productividad con una penetración superior. Se emplea principalmente en modo automático.

Normalmente, la soldadura por plasma va asociada a grandes instalaciones automáticas y está muy presente en grandes caldererías dónde se sueldan depósitos de aceros inoxidable para alimentación.

Una técnica habitual en estas industrias, es la soldadura plasma “Key-hole”, se caracteriza por un arco de plasma que atraviesa la chapa haciendo un orificio en la chapa que se va cerrando conforme avanza la torcha generando el cordón de soldadura. Se consiguen penetraciones totales de hasta 8 mm con una única pasada, usando generadores de soldadura de 300 A al 100 %.

La aplicación del microplasma, un derivado manual de la soldadura por plasma, permite realizar soldaduras de gran precisión: reparación de moldes, empastes dentales y electrónica, entre otros.

¿Cuáles son los materiales de aporte para la soldadura por plasma?

La soldadura por plasma requiere el empleo de consumibles. Estos consumibles son las piezas de desgaste (principalmente electrodos, toberas, boquillas), los metales de aporte, así como los gases correspondientes. Los metales de aporte se envasan en forma de bobina, parecida a la empleada en la soldadura TIG.
Por lo general, su composición es similar a la de los metales que se van a montar. Los gases tienen por objetivo: por un lado, proteger el baño de fusión frente a la acción del aire y, por otro, crear un arco de plasma (argón, mezcla argón-hidrógeno, etc.).

Air Liquide y su equipos de expertos en soldadura, se pone a su disposición para cualquier pregunta acerca de la soldadura por arco eléctrico o la de plasma, MIG MAG, TIG o láser. También podemos ayudarle en la elección de sus accesorios para soldar, como el soplete, las mangueras, o equipos de soldadura y corte, portátiles o no, así como en la elección de sus consumibles, como boquillas, antorchas y gases. No dude en contactarnos.

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