Los datos

Los consumibles son el corazón del corte por plasma, pero organizarlos y documentar su uso ha sido arduo, y predecir su vida útil no ha sido una ciencia exacta. La tecnología de consumibles rica en datos tiene como objetivo cambiar esto.

Nota del editor: Lo siguiente se basa en "Nuevas tendencias en la optimización de consumibles de corte por plasma", presentado 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. Solo 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 cesar. En 2021, la Sociedad Estadounidense de Soldadura informó una escasez de más de 400 000 soldadores calificados. Las personas capacitadas son difíciles de encontrar y, cuando se las contrata, a menudo se van 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 recuperar el tiempo perdido después de una falla en la máquina; lidiar con configuraciones inconsistentes y otros errores de compañeros de trabajo no capacitados y desconectados. Las cosas desagradables continúan, por lo que no es de extrañar que busquen pastos más verdes.

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

Los fabricantes tampoco pueden permitirse el uso excesivo de operaciones secundarias como el desbarbado y el esmerilado. Necesitan hacer que los entornos de trabajo sean más limpios, seguros y ergonómicos. Además de todo esto, quieren evitar todo el tiempo de inactividad no planificado.

Además de todo esto, las aplicaciones especializadas están en aumento. Dentro del mercado mecanizado de corte por plasma, alrededor del 90 % de los fabricantes cortan con sopletes montados en mesas XY estándar. Pero un número creciente de operaciones está considerando el corte en bisel, el corte en 3D, el ranurado y otras aplicaciones especiales de plasma. Estos demandan consumibles especialmente diseñados que aborden las necesidades de diferentes aplicaciones, y estos deben administrarse de manera efectiva.

En el campo del corte por plasma, de hecho, la mayor parte del tiempo de inactividad proviene de una sola fuente: problemas en la gestión de consumibles. Un operador los ensambla incorrectamente, las piezas no coinciden o empuja 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 de 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 pueden tener una "apilación" incorrecta de piezas consumibles. Cada soplete puede tener entre tres y siete partes, y si no coinciden o se ensamblan incorrectamente, el corte por plasma puede salir mal rápidamente.

Dichos problemas tienen una variedad de causas, siendo la primera la organización (ver Figura 1). Un cajón de consumibles mal organizado puede generar todo tipo de problemas, especialmente para los operadores que se apresuran a configurar un trabajo. En el peor de los casos, una estación de operador de plasma podría tener solo un balde lleno de piezas consumibles sin etiquetar, algunas nuevas, otras a punto o incluso más allá de su vida útil. El inventario es un desastre, y las personas calificadas y bien pagadas terminan perdiendo el tiempo revisando los contenedores, eligiendo lo que creen que funcionará y esperando lo mejor.

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

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. La boquilla incorrecta con el diámetro interior incorrecto puede producir resultados similares. El anillo de remolino o la boquilla incorrectos también pueden causar angularidad y escoria (consulte la Figura 2). Diferentes anillos de remolino pueden tener el mismo aspecto, pero el tamaño y la cantidad de sus orificios y cómo están dispuestos realmente importan, al igual que cómo están ensamblados.

Cada aplicación tiene su propia receta de flujo de gas. Un juego de consumibles que corta 0,25 pulg. placa es diferente del juego de consumibles necesario para cortar 0,5 o 1 pulgada. lámina. Algunos de ellos son comunes, algunos de ellos no lo son. Entonces, si un operador necesita cambiar de un operador de 0.25 pulg. trabajo a 1 pulg. trabajo, tendrá que cambiar ciertas piezas consumibles pero mantener otras justo donde están en la acumulación de consumibles.

Imagine este escenario común: un operador necesita una pieza consumible para ejecutar un determinado trabajo. Rebusca en el cajón desordenado y no puede encontrar lo que necesita, pero encuentra un componente de aspecto similar. Lo suficientemente cerca, piensa, y junta la pila de consumibles en la antorcha. Debido a que el cambio de consumibles es tan arduo, algunos operadores pueden evitarlos como la plaga y cortar con consumibles mucho más allá de su vida útil. Todos estos escenarios producen cortes deficientes que requieren reelaboración, como esmerilado excesivo y preparación de bordes, las mismas cosas que los fabricantes en estos días realmente no pueden pagar.

Por supuesto, hay una razón por la cual la organización de consumibles es un desafío. Muchas operaciones de corte de placas tienen una gran colección de piezas consumibles, y cuantas más piezas utilizan, más difícil se vuelve mantener 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 flexibles 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 las piezas más antiguas deban desecharse pronto, y algunas probablemente deberían haberse desechado hace mucho tiempo.

Todo esto crea un escenario en el que 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; él podría saber cómo "leer" una boquilla o escudo y saber si está cerca del final de su vida útil. Puede pasar unos minutos hurgando en el cajón, pero ha hurgado en ese mismo cajón durante años, por lo que conoce el camino. Sin embargo, avance rápido hasta el segundo o tercer turno y el escenario cambia. Los operadores más nuevos hurgan, hacen lo mejor que pueden, pero pueden terminar con consumibles que no coinciden o eligiendo el consumible completamente equivocado.

Peor aún, los problemas con los consumibles pueden ser solo una de las causas fundamentales de los problemas de calidad de 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 debido a que el corte por plasma puede depender de la reacción del gas ionizado (por ejemplo, la reacción del oxígeno con el hierro en el acero al carbono), la elección del gas también es importante. En general, el corte por plasma involucra 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, luego estandarizar y documentar el proceso de selección (consulte la 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. Idealmente, se deben documentar las mejores prácticas y la utilización de consumibles.

Como siguiente paso, algunas operaciones eligen eliminar la recolección de piezas consumibles y reemplazarlas todas con un sistema de consumibles basado en cartuchos. Cada cartucho consta de varias piezas y partes que van en 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 la fábrica, están diseñados para desgastarse a un ritmo similar. El uso del cartucho da como resultado una operación que no tiene una combinación de piezas consumibles viejas y nuevas y, por lo tanto, mejora la calidad del corte.

Independientemente de los consumibles que use un taller, tradicionales o basados ​​en cartuchos, necesita procedimientos relacionados con la inspección, la organización y el 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 desplomará.

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

Sin embargo, para mejorar aún más, la industria se encuentra con una especie de obstáculo tecnológico. Para entender por qué, piense en dos escenarios que involucren el corte por plasma en una mesa XY convencional. En el primer escenario, un operador podría aspirar a exprimir hasta la última parte de la vida útil de los consumibles. Después de todo, los operadores pueden observar los problemas a medida que ocurren y ajustarlos 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 la chatarra es alto, por lo que la empresa decide consumir el costo adicional de los consumibles.

Ambas estrategias pueden funcionar, pero también son imprecisas. Un operador puede 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 "cocinarse" en la operación, sin que nadie pensara que podría haber una mejor manera. 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. Después de todo, no reciben información en tiempo real de la propia antorcha. Los operadores experimentados observan el arco, escuchan el silbido agudo del plasma para determinar su estado y monitorean la operación en el controlador. Cuando cambia el tono del silbato, pueden adivinar 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 de corte por plasma más recientes incorporan sensores directamente en el cartucho consumible de la antorcha. En la actualidad, la tecnología se está utilizando en el mercado industrial ligero, 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 conjunto de chips que puede comunicarse directamente con el control del sistema. Esto significa que el sistema de plasma se configura de manera efectiva en función de su cartucho consumible.

El chip del consumible también registra datos de cada trabajo que realiza. La información en los cartuchos se puede leer usando un teléfono inteligente a través de una aplicación. Entonces, cuando los operadores o técnicos escanean los datos en el cartucho, pueden ver cuándo, dónde y cómo se usó ese consumible. Pueden ver detalles, incluida la presión de 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 se pusieron en contacto con la pieza de trabajo. Los datos también revelan la frecuencia con la que 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" ocurra, es probable que la vida útil de los consumibles sea más corta.

La tecnología de chip en la antorcha amplifica la detección 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 el consumible, 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 donde 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 extrae 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 la 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 brechas en el entrenamiento. 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 a menudo descubren que los sistemas de corte por plasma en el segundo o tercer turno funcionan con presiones de gas más altas que los sistemas en el primer turno. ¿Por qué? Hay menos sistemas funcionando en el segundo y tercer turno. El mismo compresor que sirve a varias máquinas no puede mantenerse al día con los flujos requeridos en el primer turno, lo que genera condiciones de baja presión (y subóptimas). A menudo, dicha 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 uniforme 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 los consumibles agrupados por tipo, aplicación y vida restante. Los consumibles nuevos no se dejan caer al azar junto a las 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 ver un trabajo de corte de precisión en la cola y luego alertar al personal para informarles que los consumibles actuales tienen una buena probabilidad 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 de trabajo utilizando los consumibles actuales para abordar un nido donde la angularidad y otras variables de corte no son tan críticas. Una vez que haya terminado, podría cambiar los consumibles y comenzar el trabajo de corte de precisión. Dichos datos podrían incluso influir en cómo 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, sin más operadores frustrados que hurguen en un balde de consumibles, agarren un anillo de remolino o una boquilla, los ensamblen frenéticamente en la antorcha y enciendan el sistema. , y solo esperando lo mejor.