Fuerzas que afectan la transferencia de metales
Este artículo arroja luz sobre las cuatro fuerzas principales que afectan la transferencia de metales. Las fuerzas son: 1. Gravedad (F g ) 2. Tensión superficial (F s ) 3. Efecto de pellizco electromagnético (F p ) 4. Fuerza de arrastre (F d ).
Fuerza # 1. Gravedad (F g ) :
La gravedad es una fuerza de desprendimiento cuando el electrodo está orientado hacia abajo como en una soldadura descendente, y una fuerza de retención cuando está apuntando hacia arriba como en una soldadura por arriba.
Numéricamente, es igual al peso de la gota fundida desprendida y se expresa como:
Fuerza # 2. Tensión superficial (F s ):
La tensión superficial tiende a retener la gota fundida en la punta del electrodo y su magnitud en el momento del desprendimiento de gotas por su propio peso viene dada por la expresión:
f (r / c) es una función compleja que tiene un valor entre 0.6 y 1.0 dependiendo de la relación entre r y c.
Para metales comunes se puede calcular un valor aproximado de la función a partir de las siguientes relaciones:
donde r es en cm.
Alternativamente, se considera que F s es proporcional a la masa de caída de tamaño máximo (m h ) que cuelga en la punta del electrodo antes del desprendimiento, es decir,
F s = m h . g… .. (6.6)
Sin embargo, es mucho más fácil determinar la masa de esa porción de la gota que se separa (m d ) y existe una relación empírica entre m d y m h .
Además, m d / m h se puede representar como una función de r / c, es decir:
Fuerza # 3. Efecto de pellizco electromagnético (F p ):
Cuando la corriente eléctrica es conducida por un conductor cónico como el arco de soldadura, las fuerzas axiales actúan en ella y son dirigidas desde la sección transversal pequeña a la más grande. Esto da como resultado el establecimiento de un chorro de plasma siempre que la corriente sea de magnitud suficiente. Además, cuando un conductor portador de corriente está bajo la influencia de su propio campo magnético, se desarrollan fuerzas de contracción radial que producen presión dentro del conductor. El efecto combinado de estas fuerzas es la fuerza de desprendimiento que actúa sobre la gotita fundida en el borde del electrodo y se conoce como el efecto de pellizco.
Este efecto de pellizco también puede explicarse sobre la base de que una corriente eléctrica que fluye en la misma dirección en conductores paralelos da como resultado una fuerza atractiva entre ellos. Si se considera que un electrodo consiste en un número de conductores cilíndricos de diámetros variables, uno dentro del otro, en función del flujo de corriente en los conductores paralelos, el electrodo experimenta una fuerza de contracción.
Esta fuerza apenas tiene consecuencias en el electrodo sólido, pero resulta en una influencia considerable en el desprendimiento de la gotita fundida de la punta del electrodo, y se conoce como fuerza de Lorentz o fuerza de pinza electromagnética.
Esta fuerza a una distancia dada r del eje del electrodo viene dada por la expresión:
A partir de la ecuación 6.9, es evidente que las presiones máximas y mínimas ejercidas por el efecto de compresión electromagnética estarán en el eje y la superficie del conductor, respectivamente, con las siguientes magnitudes:
Por lo tanto, hay una fuerza de presión electromagnética neta en la gota, que tiende a separarla de la punta del electrodo.
La magnitud de esta fuerza se puede determinar de la siguiente manera:
Fuerza # 4. Fuerza de arrastre (F d ):
Una fuerza de arrastre debida al flujo de gas alrededor de la gota ayuda a separar la gota de la punta del electrodo. La magnitud de esta fuerza puede verse afectada por la cantidad de flujo de gas en GMAW o en un grado limitado por la cantidad de gases producidos a partir de los revestimientos en SMAW. Dependiendo del tipo de transferencia de metal, el chorro de plasma también puede complementar el arrastre de la gota. Los roles desempeñados por diferentes fuerzas en la separación del arco de gotitas fundidas representado en la figura 6.1.
Para determinar la magnitud de las diferentes fuerzas que actúan sobre la gota, se considera muy conveniente hacerlo en el caso de la soldadura MIG por plasma, ya que el arco de plasma y el arco MIG están separados y se pueden controlar independientemente entre sí.
Con esta disposición es posible variar la corriente de la matriz en el alambre de soldadura MIG, por lo que las fuerzas electromagnéticas que actúan en la gota pueden variar desde cero hasta el máximo alcanzable. También es posible variar la fuerza de arrastre en la gota variando la velocidad del flujo de plasma.
La fuerza de tensión superficial, F s, puede determinarse midiendo la masa de la gota a corriente cero sin flujo de gas. La fuerza electromotriz se puede obtener midiendo primero la masa de la gota individual en función del flujo de gas con la corriente que pasa a través del cable.
Las fuerzas electromotrices F p, pueden obtenerse a partir de los datos para I ≠ 0:
F p = F s - (F g + F d ) ………. (6.13)
Esta fuerza electromotriz es negativa para un valor de corriente bajo, sin embargo, por encima de unos 25 A, aumenta más o menos en proporción a la corriente.
Dependiendo de la fuerza neta que actúa sobre la gota a la luz de la magnitud de la corriente de soldadura, la tensión superficial, la fuerza de arrastre, el papel de la gravedad y la longitud del arco, se logra un modo particular de transferencia de metal que determina la calidad de la soldadura de la matriz.
