Técnicas específicas de soldadura

Este artículo arroja luz sobre las tres técnicas específicas de soldadura. Las técnicas son: 1. Soldadura MIAB (Tope de Arco Impulsado Magnéticamente) 2. Producción de Tubería por Soldadura 3. Soldadura por Brecha Estrecha.

Técnica # 1. Soldadura MIAB (tope de arco impulsado magnéticamente):

En la soldadura MIAB, que se utiliza para soldar partes de sección transversal tubulares o huecas, las caras del tubo que se unirán están separadas por un pequeño espacio de 1 a 2 mm y la descarga de alta frecuencia atraviesa un arco de soldadura, utilizando una fuente de alimentación de corriente constante, como se muestra en la figura 22.25. Al mismo tiempo, un campo magnético radial estático creado con la ayuda de una bobina magnética articulada se superpone en el espacio que causa que el arco se mueva alrededor de los extremos del tubo como resultado de la interacción con el campo magnético.

La velocidad de rotación del arco es muy alta, hasta 150 m / seg o más, lo que resulta en un calentamiento muy rápido y uniforme de los extremos de los tubos. El tiempo requerido para alcanzar el calentamiento deseado es de ½ a 2 segundos, dependiendo de la masa de metal a calentar. El CO ₂ se usa a menudo como gas protector para proteger el arco y el metal fundido. Una vez calentados, los extremos de los tubos se forjan juntos a una presión de hasta aproximadamente 2200 N. La corriente máxima de soldadura empleada es normalmente de 1000 A.

La soldadura de fase sólida producida por la soldadura MIAB tiene un flash característico obtenido debido a la acción perturbadora. La resistencia y la calidad de las soldaduras se comparan favorablemente con las soldaduras producidas por los procesos de soldadura por fricción y soldadura a tope. Las principales ventajas reclamadas para la soldadura MIAB sobre los procesos alternativos de soldadura de resistencia a tope, flash y fricción son las altas velocidades de soldadura, el bajo consumo de energía, la facilidad de automatización y la capacidad de unir tubos no circulares.

La preparación de las caras de los tubos no es crítica, por lo que cualquier superficie desde el suelo hasta el corte de la sierra para metales es adecuada para la soldadura con soldadura MIAB. Sin embargo, las soldaduras de gran diámetro (más de 100 mm) requieren una conexión de corriente uniforme en toda la periferia para garantizar una buena rotación del arco. La tasa de producción con soldadura MIAB puede ser de 8 a 10 veces mayor que la de la fricción y los procesos de soldadura a tope.

Hasta la fecha, la soldadura MIAB ha sido explotada principalmente por la industria automotriz europea para soldar componentes de bajo contenido de carbono, baja aleación y acero inoxidable. Las aplicaciones específicas del proceso incluyen la unión de los ejes de la hélice, los ejes de transmisión, los extremos del eje trasero, los amortiguadores (tapa soldada al extremo del tubo) y los puntales llenos de gas. Actualmente, la gama de diámetros de tubo que pueden soldarse mediante soldadura MIAB es de aproximadamente 10-300 mm con un espesor de pared de 0.7 a 13 mm.

El equipo de proceso ha sido desarrollado tanto para talleres como para fabricaciones en campo.

Este proceso no se puede usar para soldar barras sólidas, y NDT no puede garantizar la calidad de la junta porque es posible tener capas muy finas de óxido o inclusiones aplanadas en la línea de soldadura. Sin embargo, a pesar de estas limitaciones, se espera que el proceso tenga un amplio uso en industrias tales como electrodomésticos, aire acondicionado, refrigeración y fabricación de muebles.

Técnica # 2. Producción de tubos por soldadura:

La producción de tubos y tuberías de alta velocidad se logra mediante las siguientes tres variantes de soldadura por costura de resistencia:

(i) Soldadura a tope por resistencia eléctrica (proceso ERW),

(ii) Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW), y

(iii) Soldadura por inducción de alta frecuencia (HFIW).

(i) Proceso ERW:

Las grandes cantidades de tubo y tubo de acero se fabrican mediante soldadura de costura a tope a partir de una tira que se corta continuamente en los bordes y se enrolla en el tubo del diámetro deseado antes de soldar. La corriente alterna de hasta 4000 A a aproximadamente 5 voltios se introduce a través de la junta mediante electrodos del tipo de rodillo dividido y la fuerza se aplica mediante los rodillos de presión como se muestra en la Fig. 22.26. Para introducir una corriente pesada directamente en los electrodos móviles se emplea un transformador giratorio con anillos deslizantes en el lado primario. A diferencia de la soldadura de costura normal, la corriente y el movimiento de trabajo son continuos en este proceso.

La frecuencia máxima de producción está limitada por la frecuencia de la corriente de soldadura, ya que a medida que aumenta la velocidad de la soldadura, los semiciclos de corriente individuales conducen eventualmente a la soldadura por puntos en lugar de a la soldadura por costura. Para superar esta dificultad, la frecuencia de la corriente generalmente se aumenta a 350 hercios para alcanzar una velocidad de soldadura de 36 m / min.

El tubo producido por este proceso tiene una aleta de metal molesto a lo largo de la unión soldada tanto dentro como fuera, que generalmente se retira instalando los cortadores adecuados en la línea de producción. El tubo se corta a las longitudes deseadas empleando un cortador que se mueve a lo largo del tubo y se sincroniza para cortar la longitud deseada en el recorrido disponible en un ciclo determinado.

(ii) Proceso HFRW:

En este proceso, el tubo está formado por rodillos de la misma manera que en el proceso ERW, pero la corriente en el rango de 500 - 5000A a una frecuencia de hasta 500 KHz y un voltaje de aproximadamente 100 voltios, se introduce a través de sondas hechas de aleaciones de cobre. y plata soldada a montajes de cobre refrigerados por agua pesada. Los tamaños de las puntas de contacto oscilan entre 15 y 650 mm ² dependiendo del amperaje que se debe llevar.

Mientras que en ERW el calor se genera principalmente por la resistencia de contacto interfacial, se produce por el efecto de la piel debido a que la corriente fluye en una profundidad baja del conductor y es proporcional a √1 / f. Los rodillos de presión para proporcionar la presión de forjado se instalan a una corta distancia de la línea de las sondas de corriente, como se muestra en la Fig. 22.27. Debido al efecto de la piel, la trayectoria del flujo de corriente se encuentra a lo largo de la tira a través del vértice de Vee formado por las superficies de contacto que se juntan en un ángulo de 4 ° -7 ° a medida que se cierran para formar el tubo. La profundidad de la región calentada es generalmente inferior a 0, 8 mm y, por lo tanto, proporciona la condición óptima para la unión de soldadura.

En el proceso de ERW, la fusión no tiene lugar, por lo tanto, la soldadura implica una deformación considerable del metal calentado para romper la capa de óxido y hacer contacto con el metal para obtener soldaduras de calidad. Sin embargo, en HFRW puede tener lugar una fusión superficial y el metal fundido así producido se extruye bajo la presión de forja de los rodillos, lo que da como resultado la expulsión del material oxidado u otras impurezas. Esta acción hace que este proceso sea aplicable a la soldadura de metales no ferrosos en los que la capa de óxido refractario se forma muy rápidamente debido al calentamiento.

El uso de alto voltaje y alta frecuencia ayuda a lograr un buen contacto entre las sondas y el material del tubo, incluso si tiene escala. Las sondas enfriadas por agua tienen una larga vida útil y pueden soldar miles de metros de tubo antes de ser reemplazadas. usar. Las sondas de contacto utilizadas para HFRW de metales no ferrosos pueden tener tres veces la vida útil de las sondas usadas para metales ferrosos. Soldar 100, 000 m de tubería no ferrosa con un conjunto de sondas no es infrecuente.

Debido a que la velocidad de soldadura depende del grosor del tubo y no del diámetro, es por eso que se puede alcanzar una alta velocidad de soldadura de hasta 150 m / min para el HFRW del tubo de pared delgada. Utilizando una unidad de potencia de 160 KW a una fuente de alimentación de 400 KHz, se pueden fabricar tubos y tuberías de acero y aluminio a una alta tasa de producción, dependiendo del grosor de la pared, como se muestra en la tabla 22.6.

En la soldadura por HF de tubos y tuberías, la corriente fluye en la superficie interior de los tubos, así como en la superficie exterior. Esta corriente adicional que fluye en paralelo con la corriente de soldadura conduce a la pérdida de potencia. Para minimizar esta pérdida de energía, se coloca un núcleo magnético o un imitador hecho de material de ferrita como hierro forjado dentro del tubo.

El impulsor aumenta la reactancia inductiva de la trayectoria de la grosella alrededor de la superficie interior del tubo, restringiendo la corriente interna no deseada y aumentando así la corriente externa. Esto conduce a mayores tasas de producción. Por lo general, el elemento importado se enfría con agua para mantener su temperatura baja, de modo que no pierda sus propiedades magnéticas. Para evitar el hundimiento de los tubos de paredes delgadas, el impulsor puede estar provisto de rodillos de soporte, como se muestra en la figura 22.28, dentro del tubo que se está soldando.

El proceso HFRW se utiliza para producir tuberías y tubos de diámetros que varían entre 12 y 1270 mm y con un espesor de pared de 0.25 a 25 mm. Se puede soldar cualquier metal mediante este proceso con un rango de velocidad de 5 a 300 m / minuto, dependiendo del grosor de la pared.

El proceso HFRW también se puede utilizar para fabricar tubos y tuberías en espiral y con aletas. La figura 22.29 muestra una línea de transferencia diseñada para fabricar tubos soldados en espiral a partir de bobinas de skelp. Tiene una provisión para el desenrollado automático y el apósito del skelp, el recorte de los extremos, la soldadura automática, el tratamiento térmico de la soldadura y el corte de la tubería a medida.

La figura 22.30 muestra la disposición para soldar aletas espirales en tubos. HFRW puede soldar diferentes combinaciones de metales de materiales de tubos y aletas. Las combinaciones a menudo soldadas incluyen tubo de acero inoxidable, aleta de acero suave; tubo de cuproníquel y una aleta de aluminio; Tubo de acero suave y aleta de acero suave.

Los diámetros van desde 15 mm a 250 mm. Las alturas típicas de las aletas equivalen al radio del tubo, la aleta puede tener un grosor de hasta 6 mm y el paso de la aleta puede ser menor a 1-2 por cm. También se pueden soldar varios tipos de aletas dentadas o plegadas a los tubos.

(iii) Proceso HFIW:

La soldadura por inducción de alta frecuencia de tubos es similar a la soldadura por resistencia de alta frecuencia, excepto que el calor generado en el material de trabajo es por la corriente inducida en él. Debido a que no hay contacto eléctrico con el trabajo, este proceso se puede usar solo cuando hay una ruta de corriente completa o un circuito cerrado totalmente dentro del trabajo. La corriente inducida fluye no solo a través del área de soldadura sino también a través de otras partes del trabajo.

Los bordes de los tubos se juntan de la misma manera que en los procesos ERW o HFIW. Una bobina de inducción enfriada por agua o un inductor hecho de cobre rodea el tubo en el extremo abierto de la vee como se muestra en la Fig. 22.31. La corriente de alta frecuencia que pasa a través de la bobina induce una corriente circulante alrededor de la superficie exterior del tubo y a lo largo de los bordes de la vee, calentándolos a la temperatura de soldadura. Se aplica presión para lograr la soldadura como en HFRW.

HFIW es adecuado para tubos hechos de cualquier metal dentro de un rango de diámetro de 12 a 150 mm con un espesor de pared de 0, 15 a 10 mm a una velocidad de soldadura de entre 5 a 300 m / minuto.

El HFIW no se limita a la fabricación de tubos, sino que se puede emplear para hacer soldaduras circunferenciales para soldar la tapa a un tubo. El proceso se puede usar ventajosamente para tubos recubiertos, tubos de paredes pequeñas o delgadas; y elimina el marcado de la superficie por contactos eléctricos. Este proceso, sin embargo, no es adecuado para soldar metales de alta conductividad o aquellos que provienen de óxidos refractarios como

No existe un mecanismo efectivo para la eliminación de óxido. En general, el proceso HFIW es menos eficiente que el proceso HFRW, especialmente cuando se sueldan grandes tuberías y tubos.

Técnica # 3. Soldadura por Brecha Estrecha:

La soldadura de espacio estrecho es el término aplicado a cualquier proceso de soldadura utilizado para unir secciones pesadas (> 30 mm) con tope cuadrado o cerca de la preparación del borde del lado paralelo y un espacio pequeño de aproximadamente 6, 5 a 9, 5 mm para producir una soldadura con soldadura de bajo volumen metal. Por lo general, el proceso de GMAW se emplea para hacer las soldaduras, pero también se han utilizado con éxito otros procesos como SAW y GTAW.

El objetivo principal de la soldadura por espacio estrecho es reducir el metal de soldadura con el fin de lograr un bajo costo, una mayor velocidad de soldadura, menor distorsión y tensiones, y utilizar una técnica de soldadura de un solo lado. El volumen de metal de soldadura puede ser tan bajo como el 20% de los métodos convencionales, como se desprende de la comparación de la preparación de bordes para SAW de secciones de 150 mm mediante los métodos convencionales y de separación estrecha que se muestran en la Fig. 22.32.

La fuente de alimentación utilizada para el proceso GMAW de espacio estrecho es del tipo de voltaje constante con un alimentador de alambre de velocidad constante, pero el cabezal de soldadura y las boquillas son de diseños especiales para poder acomodarse en el espacio estrecho. El proceso de espacio estrecho de GMAW es un método completamente automático y se puede utilizar en todas las posiciones. Normalmente, dos cables de electrodo de aproximadamente 1 mm de diámetro cada uno se usan simultáneamente con un cable dirigido hacia cada una de las paredes. Cada electrodo requiere su propia fuente de alimentación de voltaje constante y un sistema de alimentación de alambre.

Los tubos de contacto están montados en un carro con una distancia fija entre ellos. Sin embargo, el método de espacio estrecho también se puede usar con un cable de electrodo, que puede oscilar para lograr un depósito de soldadura uniforme. El gas protector utilizado es una mezcla de argón con 20 a 25% de CO2.

La corriente utilizada es de aproximadamente 230 a 250 A para un cable de electrodo de 1 mm de diámetro con electrodo positivo de 25 a 26 voltios.

La velocidad de desplazamiento es de aproximadamente 1-1.25 m / min, lo que da como resultado una entrada de calor de aproximadamente 300 a 450 J / mm por electrodo por pasada. La distancia entre la boquilla y la punta de trabajo se mantiene fija en aproximadamente 13 mm. Se requiere una tira posterior para iniciar el proceso de soldadura. Esto se debe eliminar, generalmente, mediante ranurado y trituración de aire por aire antes de soldar la raíz. Esto no solo es costoso y consume mucho tiempo, sino que también perjudica la calidad de la soldadura. Se requieren alrededor de 4 pasadas por cm de espesor del trabajo que se va a soldar.

Para superar la falta de fusión de la pared lateral, los tubos de contacto están dispuestos de manera que dirijan el alambre del electrodo al punto apropiado en la pared lateral, alternativamente, se utilizan alimentadores de electrodos especiales para proporcionar la curvatura, la ondulación o la torsión necesarias en el alambre del electrodo como se muestra en la Fig. 22.33, inmediatamente antes de que vaya al tubo de contacto. Los tubos de contacto normalmente están refrigerados por agua y aislados para evitar cortocircuitos por contacto con las paredes laterales.

Las limitaciones de la soldadura por espacio estrecho incluyen cabezas de soldadura relativamente frágiles y las dificultades asociadas con la reparación de dichas soldaduras estrechas. Estas dificultades ahora se están superando utilizando un proceso con un espacio de 14 a 20 mm y empleando 3 cables de electrodos. Cuando se usa el proceso SAW o FCAW, la soldadura se realiza en posición de soldadura descendente, pero para la soldadura en todas las posiciones se emplea un proceso GMAW con un solo electrodo de aproximadamente 3, 2 mm de diámetro con un ajuste de corriente de 400-450 A y el rango de voltaje de 30- 37 voltios. El gas protector utilizado es generalmente una mezcla de helio, argón y CO2 en proporciones iguales.

La velocidad de desplazamiento alcanzada es de unos 40 cm / min. La fuente de alimentación utilizada es de corriente continua, tipo de voltaje constante, pero se utiliza la polaridad negativa del electrodo. Mientras que la transferencia de metal con soldadura de espacio estrecho es de modo de pulverización, es globular con espacios más amplios. En este método, el tubo de contacto no se extiende dentro del hueco, por lo que proporciona una larga adherencia con el consiguiente calentamiento de resistencia considerable del cable del electrodo.

El principal problema involucrado con estas dos versiones de soldadura de espacio estrecho es la preparación de la unión de soldadura de manera que el espacio entre las dos partes a soldar sea uniforme. Considerando que la tolerancia permitida en geometría brecha

La soldadura de espacio estrecho se puede utilizar para soldar aceros al carbono, aceros Q & T de alta resistencia, aluminio y titanio. Las aplicaciones específicas del proceso incluyen la soldadura de recipientes a presión del reactor, receptores de vapor e intercambiadores de calor, ejes de transmisión de gran diámetro, alimentadores de agua de alta presión de pared pesada, tuberías de pared gruesa y soldaduras de penetración total en componentes de hasta 900 mm de espesor en ingeniería nuclear.