Los datos

Los consumibles son el corazón del corte por plasma, pero organizarlos y documentar su uso ha sido arduo, y predecir su vida no ha sido una ciencia exacta. La tecnología consumible rica en datos pretende cambiar esta situación.

Nota del editor: Lo siguiente se basa en las “Nuevas tendencias en la optimización de consumibles de corte por plasma”, presentadas en FABTECH 2022 en Atlanta, por Soumya Mitra, líder del equipo de ingeniería, y Kristopher Rich, director de marketing de Hypertherm Associates.

Para los fabricantes, el entorno empresarial nunca ha sido más difícil. Sólo en 2021, los precios del acero aumentaron hasta un 215%. Las expectativas de entrega de los clientes aumentaron mientras que la estabilidad de la cadena de suministro disminuyó.

Mientras tanto, la escasez de mano de obra calificada continúa sin disminuir. En 2021, la Sociedad Estadounidense de Soldadura informó de una escasez de más de 400.000 soldadores cualificados. Es difícil encontrar personas capacitadas y, cuando las contratan, a menudo se marchan rápidamente. Sí, a veces es una realidad inevitable de un mercado laboral ajustado, pero también puede suceder porque las personas capacitadas pasan tiempo haciendo cosas que no quieren hacer: trabajar horas extra para compensar el tiempo perdido después de una avería de una máquina; lidiar con configuraciones inconsistentes y otros errores de compañeros de trabajo no capacitados y desconectados. Lo desagradable continúa, por lo que no es de extrañar que busquen pastos más verdes.

Los clientes siguen exigiendo tolerancias dimensionales estrictas a los fabricantes. Ante la continua escasez de soldadores, las empresas están recurriendo a una mayor automatización de la soldadura, tecnología que requiere un ajuste perfecto, lo que a su vez exige un corte de precisión.

Los fabricantes tampoco pueden permitirse el lujo de utilizar operaciones secundarias como el desbarbado y el rectificado. Necesitan hacer que los entornos de trabajo sean más limpios, seguros y ergonómicamente amigables. Además de todo esto, quieren evitar todo tiempo de inactividad no planificado.

A todo esto se suma el aumento de las aplicaciones especializadas. Dentro del mercado mecanizado del corte por plasma, alrededor del 90% de los fabricantes cortan con sopletes montados en mesas XY estándar. Pero un número cada vez mayor de operaciones está considerando el corte en bisel, el corte 3D, el ranurado y otras aplicaciones especiales de plasma. Estos exigen consumibles diseñados específicamente que aborden las necesidades de diferentes aplicaciones, y estos deben gestionarse de forma eficaz.

De hecho, en el ámbito del corte por plasma, la mayor parte del tiempo de inactividad proviene de una única fuente: problemas en la gestión de consumibles. Un operador los ensambla incorrectamente, no coincide con las piezas o lleva los consumibles más allá de su vida útil. Sin embargo, en los próximos años, los consumibles podrían ayudar a que la eficiencia del corte por plasma alcance nuevas alturas, no con la fuerza bruta de la potencia de corte, sino con datos.

Una fuente de alimentación para corte por plasma puede ser el cerebro, pero los consumibles son el corazón de la operación. Son increíblemente importantes y, sin embargo, su mala aplicación también es increíblemente común. Un operador podría elegir el consumible incorrecto para el trabajo. O podrían tener una “acumulación” incorrecta de piezas consumibles. Cada antorcha puede tener entre tres y siete piezas, y si no coinciden o se ensamblan incorrectamente, el corte por plasma puede fallar rápidamente.

Estos problemas tienen diversas causas; la primera es la organización (ver Figura 1). Un cajón de consumibles mal organizado puede provocar todo tipo de problemas, especialmente para los operadores que se apresuran a preparar un trabajo. En el peor de los casos, una estación de operador de plasma podría tener solo un cubo lleno de piezas consumibles sin etiquetar, algunas nuevas, otras acercándose a su vida útil o incluso superándola. El inventario es un desastre, y personas capacitadas y bien remuneradas terminan perdiendo el tiempo examinando contenedores, eligiendo lo que creen que funcionará y esperando lo mejor.

El corte por plasma adapta y controla la mezcla y la agitación del gas ionizado. La forma en que fluye ese gas da forma esencialmente al arco de plasma. Los consumibles incorrectos, no coincidentes, viejos o dañados interrumpen el flujo y producen piezas cortadas de manera subóptima.

FIGURA 1. Un cajón de consumibles mal organizado puede causar estragos en la eficiencia del corte por plasma.

Por ejemplo, un anillo de turbulencia incorrecto puede obstruir el flujo de gas, lo que provoca una penetración incompleta o un corte tan deficiente que arruina la pieza. Una boquilla incorrecta con un diámetro de orificio incorrecto puede producir resultados similares. Un anillo de turbulencia o una boquilla incorrectos también pueden causar angulosidad y escoria (consulte la Figura 2). Diferentes anillos de remolino pueden parecer iguales, pero el tamaño y la cantidad de sus agujeros y cómo están dispuestos realmente importan, al igual que cómo se ensamblan.

Cada aplicación tiene su propia receta de flujo de gas. Un juego de consumibles que corta 0,25 pulgadas. La placa es diferente del juego de consumibles necesario para cortar 0,5 o 1 pulgada. lámina. Algunos de ellos son comunes, otros no. Entonces, si un operador necesita cambiar de 0,25 pulgadas. trabajo a 1 pulg. trabajo, necesitará cambiar ciertas piezas consumibles pero mantener otras justo donde están en la pila de consumibles.

Imagine este escenario común: un operador necesita una pieza consumible para ejecutar un trabajo determinado. Busca en el cajón desordenado y no encuentra lo que necesita, pero encuentra un componente de apariencia similar. Está bastante cerca, piensa, y junta la pila de consumibles de la antorcha. Debido a que el cambio de consumibles es tan arduo, algunos operadores podrían evitarlo como si fuera una plaga y cortar con consumibles mucho más allá de su vida útil. Todos estos escenarios producen cortes deficientes que requieren retrabajo, como un esmerilado excesivo y una preparación de los bordes, cosas que los fabricantes en estos días realmente no pueden permitirse.

Por supuesto, hay una razón por la que la organización de los consumibles es un desafío. Muchas operaciones de corte de placas tienen una amplia colección de piezas consumibles y cuantas más piezas utilizan, más difícil resulta mantenerlas organizadas. Además, los requisitos de calidad del trabajo varían y esto, a su vez, varía la elección del consumible. Un trabajo de corte de precisión puede requerir consumibles nuevos, mientras que un trabajo con requisitos poco estrictos puede exprimir un poco más la vida útil de los consumibles más antiguos. Es por eso que un cajón de consumibles puede tener consumibles nuevos y viejos. Es posible que sea necesario desechar pronto las piezas más antiguas, y algunas probablemente deberían haberse desechado hace mucho tiempo.

Todo esto crea un escenario donde la calidad del corte depende de la experiencia del operador en ese entorno. Un operador experimentado (a menudo en el primer turno) sabe qué piezas consumibles funcionan bien y cuándo; es posible que sepa cómo “leer” una boquilla o un escudo y saber si está cerca del final de su vida útil. Puede que pase unos minutos hurgando en el cajón, pero ha hurgado en el mismo cajón durante años, por lo que sabe cómo moverse. Sin embargo, si avanzamos rápidamente al segundo o tercer turno, el escenario cambia. Los operadores más nuevos hurgan, hacen lo mejor que pueden, pero pueden terminar no coincidiendo con los consumibles o eligiendo el consumible equivocado por completo.

Peor aún, los problemas con los consumibles podrían ser sólo una de las causas fundamentales de los problemas de calidad del corte. Por ejemplo, si una pieza tiene demasiada escoria, el amperaje incorrecto (como cuando corta a 130 amperios cuando debería cortar a 200 amperios) podría ser un factor contribuyente. Y como el corte por plasma puede depender de la reacción del gas ionizado (el oxígeno reacciona con el hierro en el acero al carbono, por ejemplo), la elección del gas también es importante. En general, el corte por plasma implica la interacción de innumerables variables, y cuanto más consistentes y repetibles sean esas variables, mejor.

Como primer paso fundamental, los talleres pueden organizar sus consumibles y luego estandarizar y documentar el proceso de selección (ver Figura 3). También pueden capacitar a los operadores para que inspeccionen los consumibles y documenten lo que ven.

La boquilla y el electrodo deben cambiarse con frecuencia ya que se desgastan antes que los demás componentes. Por lo tanto, los operadores generalmente inspeccionan los demás componentes, incluidos los protectores y los anillos de turbulencia, y los reemplazan si su condición lo amerita. Lo ideal sería documentar las mejores prácticas y el uso de consumibles.

Como siguiente paso, algunas operaciones están optando por eliminar la recogida de piezas consumibles y sustituirlas todas por un sistema de consumibles basado en cartuchos. Cada cartucho consta de varias piezas y piezas que forman parte de una antorcha de plasma tradicional (ver Figuras 4 y 5). Cuando el operador necesita cambiar a un nuevo amperaje, cambia el consumible de la antorcha por un cartucho diseñado para manejar ese amperaje. Los componentes dentro de ese cartucho, alineados en fábrica, están diseñados para desgastarse a un ritmo similar. El uso del cartucho da como resultado una operación que no tiene una mezcla de piezas consumibles viejas y nuevas y, por lo tanto, mejora la calidad del corte.

Independientemente de los consumibles que utilice un taller, tradicionales o basados ​​en cartuchos, necesita procedimientos relacionados con la inspección, organización y reemplazo de los consumibles. Esos procedimientos sirven como base para la capacitación de los operadores y la programación de la producción. Si todos, en varios turnos, conocen los conceptos básicos del corte por plasma, qué consumibles van con qué y cuándo es el momento de reemplazar los componentes desgastados, el tiempo de inactividad no planificado en el corte por plasma seguramente se reducirá en picado.

FIGURA 2. Un corte con escoria y líneas de arrastre inconsistentes revela problemas de flujo de gas, probablemente relacionados con consumibles desgastados o que no coinciden, como anillos de turbulencia.

Sin embargo, para mejorar aún más, la industria se topa con una especie de obstáculo tecnológico. Para entender por qué, piense en dos escenarios que involucran corte por plasma en una mesa XY convencional. En el primer escenario, un operador podría intentar exprimir hasta el último momento de vida útil de los consumibles. Después de todo, los operadores pueden observar los problemas a medida que ocurren y adaptarse para compensarlos.

Por el contrario, una operación de corte por plasma altamente automatizada podría cambiar los consumibles con mucha frecuencia, mucho antes de que las piezas consumibles hayan llegado al final de su vida útil. El costo del error y el desperdicio es alto, por lo que la empresa decide efectivamente asumir el costo adicional de los consumibles.

Ambas estrategias pueden funcionar, pero también son imprecisas. Un operador podría prolongar la vida útil de algunas piezas consumibles y terminar con bordes de corte deficientes. Peor aún, los bordes de mala calidad seguidos de un pulido excesivo podrían “quedarse” en la operación, sin que nadie piense que podría haber una manera mejor. Por el contrario, cuando las operaciones reemplazan los componentes de la antorcha con demasiada frecuencia, gastan más en consumibles y a menudo realizan más cambios de los necesarios.

Los operadores hacen lo mejor que pueden con la tecnología que se les proporciona. Al fin y al cabo, no reciben información en tiempo real de la propia antorcha. Operadores experimentados observan el arco, escuchan el silbido agudo del plasma para determinar su estado y monitorean el funcionamiento en el controlador. Cuando cambia el tono del silbido, podrían suponer que el orificio de la boquilla se está erosionando. Por supuesto, no lo saben hasta que detienen el sistema e inspeccionan los consumibles. Lo peor de todo es que todo esto es reactivo. El problema ya pasó.

Sin embargo, eso está empezando a cambiar. Algunos de los avances más recientes en el corte por plasma incorporan sensores directamente en el cartucho consumible de la antorcha. Actualmente, la tecnología se utiliza en el mercado de la industria ligera, principalmente para configurar el sistema de corte para diferentes aplicaciones. En este segmento, un taller puede necesitar consumibles diseñados para corte manual, corte mecanizado e incluso ranurado. Los cartuchos están codificados por colores según la aplicación (consulte la Figura 6) para ayudar a los operadores a realizar la selección correcta. El cartucho tiene un chipset que puede comunicarse directamente con el control del sistema. Esto significa que el sistema de plasma se configura automáticamente en función de su cartucho consumible.

El chip del consumible también registra datos de cada trabajo que realiza. La información de los cartuchos se puede leer mediante una aplicación en un teléfono inteligente. Entonces, cuando los operadores o técnicos escanean los datos del cartucho, pueden ver cuándo, dónde y cómo se ha utilizado ese consumible. Pueden ver detalles que incluyen la presión de la información de configuración del sistema y la configuración actual; a qué sistemas de plasma estaban conectados los consumibles; información de uso; cuántos cortes realizó y las horas de arco de transferencia; y cuántos arcos de transferencia se iniciaron y entraron en contacto con la pieza de trabajo. Los datos también revelan con qué frecuencia el sistema entró en modo piloto, donde el plasma forma un arco dentro del consumible antes de transferirse a la superficie de la pieza de trabajo. Cuanto más “pilotaje” se produzca, más corta será la vida útil de los consumibles.

La tecnología de chip en la antorcha mejora la prevención de errores (juego de palabras). Cuando el cartucho consumible y el control del sistema de plasma se comunican, están en la misma página. Cuando hay una discrepancia entre la configuración del sistema de plasma y los consumibles, el sistema alerta al operador, quien luego puede decidir cómo proceder.

Los cartuchos consumibles con chip integrado también ayudan a solucionar problemas, ya que pueden registrar códigos de error y otros parámetros operativos. Considere una aplicación de corte en la que algunos consumibles duran tres horas mientras que otros duran seis. El operador escanea el cartucho a través de un teléfono inteligente en ambos consumibles y consulta el historial de cada uno. Al comparar los datos, junto con otros datos operativos que el proceso puede capturar, la empresa descubre que el consumible con vida más corta tenía una configuración de flujo de aire más baja. Entonces, ajustan el flujo de aire: problema resuelto.

En tales situaciones, los datos podrían ayudar a identificar lagunas en la formación. Los datos del chip del cartucho se pueden vincular a operadores específicos. Si los consumibles de un operador fallan prematuramente, lo utilizan para identificar el problema y difundir las mejores prácticas de corte por plasma en toda la empresa, en todos los turnos.

La correlación de datos también ayuda a revelar fuentes de inconsistencias entre operaciones y entre turnos. Por ejemplo, los talleres suelen encontrar que los sistemas de corte por plasma del segundo o tercer turno funcionan a presiones de gas más altas que los sistemas del primer turno. ¿Por qué? Hay menos sistemas funcionando en el segundo y tercer turno. El mismo compresor que sirve a varias máquinas no puede mantener el ritmo de los flujos requeridos en el primer turno, lo que genera condiciones de baja presión (y subóptimas). A menudo, esta variación permanece oculta y los operadores simplemente hacen todo lo posible para adaptarse. Con datos, una operación de plasma puede hacer que el flujo de gas sea constante en todos los turnos, hacer que el corte sea más repetible y mejorar la calidad en general.

FIGURA 3. Un cajón de consumibles bien organizado tiene consumibles agrupados por tipo, aplicación y vida útil restante. Los consumibles nuevos no se dejan caer al azar junto a piezas consumibles usadas que se acercan al final de su vida útil.

Los datos ayudan a una tienda a tomar mejores decisiones. Para el futuro fabricante de planchas, un sistema de plasma rico en datos podría detectar un trabajo de corte de precisión en la cola y luego avisar al personal para informarle que los consumibles actuales tienen muchas posibilidades de no cumplir con los requisitos de calidad de corte.

Con esa información, el operador cambiaría los consumibles antes de cortar el trabajo. Alternativamente, podría cambiar la secuencia del trabajo usando consumibles actuales para abordar un nido donde la angularidad y otras variables de corte no son tan críticas. Una vez terminado, podría cambiar los consumibles y comenzar el trabajo de corte de precisión. Estos datos podrían incluso influir en la forma en que una empresa anida piezas, programa sus trabajos o incluso cotiza su trabajo.

Tenga en cuenta que todo esto representa el potencial futuro, no el estado actual. Sin duda, el corte por plasma rico en datos está en su infancia, pero su potencial es innegable. Una vez que la recopilación de datos prolifere y el conjunto de datos crezca, el corte por plasma en general se volverá más inteligente; idealmente, ya no habrá operadores frustrados examinando un cubo de consumibles, agarrando un anillo giratorio o una boquilla, ensamblándolos frenéticamente en la antorcha y encendiendo el sistema. , y solo esperando lo mejor.