Operación de GTAW: 7 pasos

Los pasos principales para una operación exitosa de la soldadura con arco de tungsteno y gas (GTAW) incluyen: 1. Preparación del electrodo 2. Placas de respaldo y purga 3. Iniciación del arco 4. Mantenimiento del arco 5. Rectificación actual con soldadura AC 6. Técnica de soldadura 7. Detención el arco.

Paso # 1. Preparación del electrodo:

La preparación adecuada del electrodo de tungsteno es muy importante para lograr una soldadura fuerte, limpia y de calidad. La simetría de la forma del electrodo determina el patrón de flujo de gas y, en consecuencia, el grado de protección proporcionado al metal fundido en el baño de soldadura. Cuando la corriente es demasiado baja o el diámetro del electrodo es demasiado grande, el arco se desplaza de un punto a otro, especialmente cuando se usa DC EN.

Sin embargo, esta condición puede corregirse rectificando el electrodo hasta un punto. El ángulo de la punta del electrodo está relacionado con la corriente de soldadura y el espesor del material a soldar. El rango oscila entre 30 ° y 120 °, pero el ángulo más común utilizado es de 60 °. El grado de estrechamiento también afecta a la penetración de la soldadura; cuanto más pequeño sea el ángulo de penetración y más estrecha será la cuenta.

El electrodo generalmente se prepara para un extremo esférico con un diámetro que no debe exceder 1½ veces el diámetro del extremo del electrodo. Aunque a veces el extremo esférico se fabrica especialmente en un electrodo de la forma y el tamaño que se muestra en la figura 9.5 conectando inicialmente el electrodo en el circuito de soldadura con DCEP y el proceso se interrumpe cuando se produce una bola del tamaño deseado, pero en realidad el uso del extremo del electrodo asume la forma dependiendo del tipo de corriente y polaridad, como se muestra en la Fig. 9.6. La punta hemisférica fundida es la más deseable para la soldadura.

Los electrodos de tungsteno torcidos no se enganchan fácilmente y, por lo tanto, necesitan ser estrechados especialmente para soldar con baja corriente. También proporcionan una iniciación de arco más confiable y una estabilidad de arco con altas corrientes de soldadura.

La protuberancia del electrodo más allá de la boquilla de gas está determinada por el diseño de la junta y la posición de soldadura, por ejemplo, al soldar el electrodo puede extenderse hasta 5 mm más allá de la boquilla, las soldaduras de filete son más difíciles de manejar desde el punto de vista del acceso, por lo que es una extensión de hasta 6 mm puede ser deseable, mientras que para soldaduras de esquina es adecuada una extensión de entre 1, 5 y 3 mm. La extensión mínima del electrodo más allá de la boquilla no debe ser inferior a 1 .5 mm, de lo contrario, la boquilla se calentará excesivamente y, con toda probabilidad, se dañará gravemente.

Paso # 2. Placas de respaldo y purga:

Después de que la antorcha GTAW esté equipada con el electrodo de tungsteno debidamente preparado, pero antes de comenzar la operación de soldadura, es esencial configurar el trabajo limpiado con una protección adecuada desde la parte posterior para evitar cualquier efecto negativo de los gases atmosféricos.

Se utilizan diferentes métodos para proporcionar un respaldo satisfactorio. Uno de estos métodos es el uso de barras de soporte como la barra de negro de humo comúnmente empleada para el mismo propósito en la soldadura con oxi-acetileno. El segundo método de respaldo es la introducción de gas protector en la parte posterior.

Esto es particularmente adecuado para la soldadura de tuberías, aunque se puede usar para un trabajo similar a una placa al proporcionar un accesorio de soporte con gas de reserva que pasa a través de él, como se muestra en la Fig. 9.7. El uso de respaldo de flujo es otro método para proteger la parte posterior de la soldadura de la contaminación atmosférica. En caso de que el flujo se pegue en la parte posterior, se activa para producir gas protector cuando la temperatura supera un límite particular.

Para una protección completa de la parte posterior de la soldadura, generalmente se purga con un flujo de gas en la parte posterior de una manera similar a la que se muestra en la Fig. 9.7. El gas comúnmente utilizado para la reserva es un gas inerte como el argón, sin embargo, a veces se puede usar nitrógeno como gas de purga para soldar aceros inoxidables. El hidrógeno también se puede utilizar cuando el problema de explosión está protegido y su absorción por el metal base no es un problema. Cuando no es posible proporcionar un accesorio de apoyo para purgar o proteger el gas, el método alternativo es utilizar llamas de oxihidrógeno en la parte posterior. Esto mantiene la parte inferior a salvo de la atmósfera y sus efectos contaminantes.

Paso # 3. Iniciación del arco:

Se requiere un flujo regular de electrones para que se inicie el arco. Dado que la emisión de electrones en tungsteno es de tipo termiónico, es imperativo elevar la temperatura de la punta del electrodo para iniciar la emisión de electrones. El método de "tocar y dibujar" utilizado para la iniciación del arco en la soldadura de arco de metal blindado puede, sin duda, ser utilizado, pero provoca la contaminación del electrodo de tungsteno, particularmente en el caso de alta corriente de soldadura.

Esto resulta en una disminución del punto de fusión de la punta del electrodo que puede llevar a la inclusión de tungsteno en el metal de soldadura, un mayor consumo de electrodo y el establecimiento de un arco inestable, por lo que es una práctica indeseable.

A la luz de estas restricciones, la iniciación del arco en GTAW se realiza normalmente mediante uno de los siguientes tres métodos:

(i) Uso de bloque de carbón o material de desecho,

(ii) suministro de alta tensión de alta frecuencia, y

(iii) Arco piloto de baja corriente.

Es una práctica común iniciar el arco al tocar y dibujar el método en un bloque de carbono. El arco se establece fácilmente y se mantiene durante un corto período para calentar el electrodo de tungsteno para establecer la emisión termoiónica. Esto normalmente toma unos segundos, después de lo cual el arco se inicia fácilmente en el lugar donde se iniciará la soldadura en la pieza de trabajo.

Este método de tocar y dibujar no siempre es impecable porque las partículas de carbono pueden adherirse al electrodo de tungsteno, que luego puede transferirse a la pieza de trabajo, lo que conduce a una inclusión no deseada o a la captación de carbono por parte del metal de soldadura. El carburo de tungsteno también tiene un punto de fusión más bajo y, por lo tanto, aumenta el tamaño del extremo esférico fundido.

Esto también resulta en desviación del arco y aumento de la resistencia del arco, lo que reduce la densidad de la corriente. Dado que estas son condiciones indeseables, a menudo se recomienda iniciar el arco en la chatarra del material de trabajo hasta que se logre el calentamiento requerido del electrodo y luego el arco se transfiera al lugar donde se iniciará la soldadura.

La corriente de alta frecuencia de alto voltaje se usa a menudo junto con las fuentes de alimentación de CA para lograr un inicio fácil del arco sin tocar el electrodo de la pieza de trabajo. Cuando la corriente de alta tensión de alta frecuencia se superpone al circuito de soldadura normal, ioniza rápidamente el espacio de aire entre la punta del electrodo y la pieza de trabajo, lo que facilita la emisión de electrones del electrodo de tungsteno.

La alta frecuencia utilizada oscila entre 100 KHz y 2 MHz para un voltaje de 3000 a 5000 voltios. Este método de iniciación del arco es muy eficiente y limpio y le da una larga vida al electrodo de tungsteno. Una vez que el arco se inicia y se estabiliza, la corriente de HFHV se apaga y el circuito de soldadura normal entra en funcionamiento. La Fig. 9.3 muestra los circuitos eléctricos para el sistema de iniciación del arco HFHV y la Fig. 9.8 representa la forma de onda básica obtenida con dicha unidad para iniciar o mantener el arco.

El sistema de arco piloto de baja corriente es un método de iniciación de arco altamente confiable que se puede utilizar con un sistema de soldadura de CC. El arco piloto se establece entre el electrodo de soldadura de tungsteno y otro electrodo (generalmente ánodo) incorporado en la boquilla de soplete GTAW, como se muestra en la Fig. 9.9. El arco piloto es alimentado por una pequeña fuente de energía auxiliar y proporciona las condiciones para iniciar el arco de soldadura de una manera similar a la del arco piloto utilizado para encender la estufa de gas. El arco piloto puede iniciarse mediante una técnica de scratch o con energía de alta frecuencia.

Paso # 4. Mantenimiento del arco:

El mantenimiento de un arco estable es imprescindible para obtener soldaduras consistentes y de buena calidad. Esto puede no ser un gran problema en un arco de CC, pero en la soldadura de CA, la tensión de arco y la corriente de soldadura alcanzan una magnitud cero cada medio ciclo. Por lo tanto, para una alimentación normal de 50 Hz, el arco se apaga 100 veces por segundo, lo que puede provocar la interrupción del arco si no se toman las medidas adecuadas para mantener su estabilidad.

Esto normalmente se realiza mediante uno de los siguientes tres métodos:

(i) Alta tensión en circuito abierto del transformador de soldadura,

(ii) imposición de alta tensión de alta frecuencia en el circuito de soldadura principal, y

(iii) Inyección de sobretensión de alta tensión.

Con el primer método, un transformador está diseñado de modo que proporcione un OCV suficientemente alto y una inercia eléctrica baja para ayudar a reactivar el arco inmediatamente después de la pausa de cero actual. Durante el semiciclo positivo, el electrodo se calienta más, por lo que no hay necesidad de un OCV alto en el semiciclo negativo, ya que el arco se enciende inmediatamente al cambiar de semiciclo positivo a negativo, pero en el semiciclo positivo a positivo, el electrodo está más frío y frío. por lo tanto, hay un retraso en la re-ignición que resulta en una pausa de cero actual y este fenómeno se conoce como rectificación parcial.

Durante la pausa de cero actual, se produce un salto en la tensión para volver a encender el arco, como se muestra en la Fig. 9.10. Por lo tanto, el arco se reinicia satisfactoriamente cuando el OCV es suficientemente alto; esto se traduce en un arco bien mantenido. Este método de mantenimiento de un arco de soldadura también se conoce como auto-ignición.

La auto-ignición, aunque simple, tiene sus propios inconvenientes, ya que el OCV tiende a ser alto, que generalmente se aproxima a los 100 voltios y conduce a un factor de potencia bajo (es decir, V _arc / OCV). Para una mayor confiabilidad, el autoencendido a menudo se complementa con una unidad de chispa de alta frecuencia que se opera desde el OCV y se vuelve inoperante cuando el voltaje cae al voltaje normal de operación del arco. Este apagado también limita la duración de la interferencia de radio.

Cuando la unidad HFHV está incorporada en el circuito de soldadura para uso continuo, no solo se puede usar para iniciar el arco sino también para el mantenimiento del arco. Para lograr un nuevo encendido, las chispas se descargan a través del espacio del arco y proporcionan un camino ionizado para el flujo de corriente en el circuito de soldadura principal. Se requieren voltajes de circuito abierto ligeramente más bajos con la unidad de alta frecuencia y eso conduce a la mejora correspondiente en el factor de potencia.

La unidad de chispa de alta frecuencia consiste en un condensador que se carga con un transformador de alto voltaje que se descarga a través de una chispa. Está operado de tal manera que se genera un tren de chispas cuando la tensión de la fuente de alimentación de soldadura excede la tensión de ruptura de la chispa y está dispuesta para que ocurra durante el período en que la corriente de soldadura pasa a través de la pausa de corriente cero (ver Fig. 9.8). Por lo general, cubre dos tercios de cada medio ciclo. Debido a la naturaleza cíclica de su funcionamiento, no puede proporcionar una re-ignición instantánea del arco, por lo que resulta en una rectificación parcial.

El tercer método de reencendido por arco consiste en inyectar una sobrecarga de voltaje en el circuito de alimentación para suministrar el pico de voltaje requerido para el reencendido. Esto se logra mediante la descarga de un condensador a través de un interruptor operado por el circuito de alimentación en el momento previsto. Si el arco se apaga al final del semiciclo negativo, el pico de reinicio de voltaje comienza a desarrollarse y eso dispara una válvula de descarga de gas que a su vez descarga el condensador para volver a encender el arco. La ignición en este caso es instantánea y por lo tanto elimina la posibilidad de una rectificación parcial encontrada en el método HFHV.

Como el transformador no tiene que suministrar el OCV máximo, el factor de potencia del sistema puede mejorarse utilizando un transformador de OCV bajo. El efecto de reencendido se puede lograr con 50 voltios rms; De este modo también puede mejorar la seguridad operativa. El sistema funciona momentáneamente y se apaga automáticamente una vez que se vuelve a encender el arco.

El aumento de tensión temporizado solo puede mantener un arco, no puede iniciarlo desde el frío o siempre después de una extinción momentánea. El diagrama de circuito para un inyector de sobretensión y su acción se muestran en la figura 9.11.

Paso # 5. Rectificación de corriente con soldadura AC:

Una vez que se establece un arco estable con CA en GTAW, el electrodo de tungsteno se calienta a una temperatura mucho más alta que la del metal que se está soldando. Esto da como resultado diferentes habilidades del electrodo y la pieza de trabajo para emitir electrones; siendo el electrodo más caliente emite electrones mucho más fácilmente que la pieza de trabajo. Esto da como resultado una diferencia en la resistencia al flujo de corriente que tiende a producir ca desequilibrada que se muestra en la figura 9.12.

Como se necesita un voltaje más alto cuando el electrodo es positivo, resulta en un flujo de corriente más bajo que causa una rectificación parcial. Esta rectificación parcial también se conoce como rectificación inherente y da como resultado una d. C componente de la corriente que tiende a saturar el transformador, resultando en una reducción de la potencia hasta el 30%. Esta situación se acentúa aún más debido a las actuales cero pausas cuando ocurren.

Los efectos perjudiciales de la rectificación inherente se pueden corregir insertando bancos de condensadores electrolíticos reversibles que pueden generar hasta 100 pF / A en el circuito de alimentación, como se muestra en la figura 9.13. Esto hace que quede una carga en estos condensadores cuando el electrodo es negativo, lo que hace que fluya más corriente cuando el electrodo es positivo.

Sin embargo, el papel de este banco de condensadores se invierte en el momento de la iniciación del arco cuando el arco falla durante el ciclo negativo de la corriente. Por lo tanto, resulta en una rectificación inversa que deja una carga de polaridad inversa a la que se inserta en el circuito. Por lo tanto, se opone a la iniciación del arco. Para evitar esto, el condensador de supresión se desconecta durante el período de inicio del arco.

Cuando se usa una CA de alta frecuencia, es fácil iniciar el arco GTAW y si la unidad de HF se usa regularmente, el mantenimiento del arco tampoco es un problema. En tal caso, el transformador de soldadura está diseñado para mantener fresco el electrodo de tungsteno y proporcionar el balance de calor necesario modificando los semiciclos positivo y negativo para obtener el resultado deseado. Para este propósito, un semiciclo positivo a negativo puede tener una relación tan alta como 1: 20, y puede ser de cualquier configuración deseada, como se muestra en la figura 9.14.

Paso # 6. Técnica de soldadura:

Los modos de operación manual y mecanizado se utilizan para GTAW. Para la soldadura manual, una vez iniciado el arco, la antorcha de soldadura se mantiene en un ángulo de 70 ° a 80 ° en la posición de soldadura de derecha. Para GTAW mecanizado, el soplete de soldadura generalmente se mantiene perpendicular a la pieza de trabajo.

Para comenzar la soldadura manual, el arco se mueve en un pequeño círculo para crear un grupo de soldadura de tamaño adecuado. Una vez que se establece un grupo de soldadura del tamaño deseado en el punto de inicio, se realiza una soldadura moviendo el soplete a lo largo de la unión soldada a la velocidad de soldadura deseada. La solidificación del metal fundido da la forma deseada del cordón de soldadura y se logra la soldadura.

La adición o ausencia de metal de aportación en GTAW depende del grosor de la pieza de trabajo y del diseño de la junta. Cuando se requiere que se agregue metal de relleno durante la soldadura manual, se hace alimentando a mano la varilla de relleno en el extremo delantero de la piscina de soldadura.

La antorcha de soldadura y la varilla de relleno se mueven suavemente a lo largo de los bordes de la junta para mantener un conjunto de soldadura de tamaño consistente. Se garantiza que la capa de gas protector se mantenga sobre el metal fundido hasta que se solidifique y el extremo caliente de la varilla de relleno también se mantenga dentro de la envoltura del gas protector para evitar la posibilidad de oxidación.

Se adoptan diferentes métodos de alimentación del material de relleno a la piscina de soldadura. La más recomendada para materiales delgados es aquella en la que la varilla de relleno se mantiene a 15 ° de la superficie de la pieza de trabajo por delante de la antorcha y se agrega repetidamente a la piscina de soldadura, como se muestra en la Fig. 9.15. En el segundo método, el alambre de relleno se mantiene contra la pieza a lo largo de la costura de soldadura y se funde junto con el borde de la junta. Para soldaduras grandes, el alambre de relleno se alimenta de manera continua en el grupo de soldadura; La antorcha y el alambre de relleno están oscilados, pero en la dirección opuesta. En GTAW automático, el alambre de relleno se alimenta mecánicamente a través de una guía en el grupo de soldadura a una velocidad uniforme.

Desde el punto de vista de la buena penetración, el refuerzo adecuado, la calidad de la soldadura y la economía, la soldadura plana o vertical es la más adecuada para GTAW. Sin embargo, también se puede lograr una buena penetración en la soldadura vertical. La antorcha GTAW generalmente se mantiene a 75 ° de la pieza de trabajo en posición de soldadura de derecha, tanto para soldadura vertical como vertical. La soldadura vertical hacia abajo generalmente no es satisfactoria; El metal puede caerse y la falta de penetración a menudo resulta.

El GTAW mecanizado se emplea con frecuencia y, a menudo, las juntas están diseñadas para eliminar la necesidad de alambre de relleno. Sin embargo, cuando sea necesario, el alambre de timón del tamaño requerido se alimenta al conjunto de soldadura desde un carrete. Las unidades mecanizadas a menudo hacen uso de dispositivos de control de longitud de arco, para los cuales la antorcha GTAW se sujeta a un actuador lineal y el movimiento de la antorcha a lo largo se basa en la retroalimentación obtenida en términos de cambio en el voltaje del arco.

Este dispositivo es muy útil para mantener una longitud de arco consistente y, por lo tanto, puede eliminar fácilmente la variación en la geometría de la soldadura debido a una pequeña variación en el contorno de la pieza. Sin embargo, también se emplea en GTAW automático de líneas de tubería donde ajusta automáticamente la longitud del arco cambiando la posición de la antorcha cada vez que se completa una ronda en una soldadura circunferencial de múltiples pasadas. Esto asegura que el voltaje del arco y la corriente de soldadura se mantendrán consistentes con la consecuente consistencia en la calidad de la soldadura.

Paso # 7. Deteniendo el arco:

El arco debe extinguirse al final de la carrera de soldadura y esto debe hacerse de forma gradual y no abrupta. La detención repentina de la soldadura puede provocar defectos como grietas en la tubería central y la pata. Estos defectos pueden causar fugas en las uniones, especialmente en aquellas destinadas al uso en vacío o bajo presión.

El método normal para detener el arco, por lo tanto, es reduciendo la velocidad de soldadura y retirando la antorcha gradualmente hasta que el cráter esté completamente lleno. También en la soldadura de CC, el arco se extingue al alargarlo, lo que conduce a un aumento de voltaje y una corriente reducida de una manera que depende de la característica de voltaje amperio de la fuente de poder de soldadura.

En la soldadura mecanizada, el cráter final se reduce al aumentar la velocidad de soldadura antes de desconectarse. El tubo del cráter también puede eliminarse reduciendo la corriente gradualmente antes de la parada mediante el uso de un dispositivo llamado relleno de cráter.

En todos estos casos, el circuito de soldadura está diseñado para encender el gas de protección antes de que comience el flujo de corriente en el circuito de soldadura y, en el momento en que se apaga la antorcha, el flujo de corriente se detiene inmediatamente pero el flujo de gas de protección se mantiene durante Unos segundos más para garantizar la protección del metal de soldadura solidificante en caliente. Esto se logra proporcionando válvulas de solenoide en el circuito.