principio y aplicaciones de soldadura automática con plasma por arco

PRINCIPIO Y APLICACIONES DE SOLDADURA AUTOMÁTICA
CON PLASMA POR ARCO
El término plasma designa una atmósfera gaseosa a alta temperatura ionizada, constituida de iones
positivos y de electrones. Es una atmósfera globalmente neutra, que forma la parte más grande de la
columna de arco, a través de ella se efectúa el paso de la corriente.
Esta designación después ha evolucionado, y es aplicada más precisamente al estado de alta densidad de
energía provocada por el estrechamiento mecánico de un arco eléctrico.
Las numerosas aplicaciones derivadas de este principio y utilizando las altas temperaturas finales de la
vena plasma y la alta densidad de energía. La mezcla plasma aparece la primera, después el recargue, la
proyección metálica y por fin la soldadura.
1.- LA SOLDADURA CON PLASMA
I. -GENERALIDADES
El término plasma designa una atmósfera gaseosa a alta temperatura ionizada, constituida de
iones positivos y de electrones. Es una atmósfera globalmente neutra, que forma la parte más
grande de la columna de arco, y a través de ella se efectúa el paso de la corriente.
Esta designación después ha evolucionado, y se aplica con más preción al estado de alta
densidad de energía provocada por el estrechamiento mecánico de un arco eléctrico.
Hay numerosas aplicaciones derivadas de este principio, utilizando las altas temperaturas
finales de la vena plasma y la alta densidad de energía. La mezcla plasma aparece la primera,
después el recargue, la proyección metálica y por fin la soldadura.
II. -PRINCIPIO DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA PLASMA
El aporte de energía necesario para la soldadura, está asegurado por un arco eléctrico que
brota bajo una atmósfera de gas neutro entre un electrodo infusible (tungsteno puro o torio) y
las piezas a unir. La eventual aportación de hilo se hace en el exterior de la torcha.
Este arco está limitado mecánicamente y cinéticamente por mediación de una tobera a través
de la cual se le obliga a pasar.
Un segundo gas, que puede ser de naturaleza idéntica o diferente el primero según las
aplicaciones, circula entre la tobera y el tubo y aisla termodinámicamente el plasma. Este gas
también tiene la función de proteger el cordón de soldadura. Fig. 1:
III. -TIPOS DE ARCOS
Es necesario en primer lugar distinguir dos tipos de arcos. Fig. 2:
El arco no transferido se establece entre el electrodo unido al polo (-) del generador y la
tobera unida al polo (+) del generador. El arco puede, según los casos, chocar en diferentes
puntos de la tobera, y el fuerte suministro de gas central permite el soplado al exterior.
Sus principales aplicaciones son:
•
Soldadura débil energía (microplasma) de piezas conductoras o no de la electricidad.
•
Ccebado del arco principal.
El arco transferido se estable entre el electrodo y las piezas a unir. El chorro plasmógeno está
completamente recorrido por la corriente de soldadura, la mancha anódica golpea en la pieza a
soldar y de esta forma transmite más el calor a la junta. El estrechamiento de este arco
conduce a un efecto de estricción y de concentración de energía. La figura 2 muestra las
temperaturas medias de las diferentes regiones del arco entre un arco libre (TIG) y un arco
estrecho (plasma).
IV. -TÉCNICAS DE PUESTA EN MARCHA
Dependen esencialmente del espesor a soldar:
Espesores inferiores a 3 mm: El cordón de penetración se obtiene por progresión del baño de
fusión a través del espesor a soldar. Las intensidades de soldadura puestas en funcionamiento
son débiles y por esta razón el plasma no puede salir .
Espesores superiores a 3 mm.: En este dominio, la técnica más interesante es la del keyhole (agujero de cerradura) por la cual el chorro de plasma atraviesa en todos los espesores las
piezas a unir (fig. 3). El metal de fusión se vuelve a echar hacia atrás donde es enfriado
formando el cordón de soldadura. La seguridad de obtener una buena penetración y
correlativamente de suprimir todo soporte en el reverso es su principal ventaja. Figura 3:
INFLUENCIAS DE LOS GASES PLASMOGÉNO Y ANULAR
Cuando la soldadura es monofásica o bien para realizar una pasada en el fondo o en chaflán
se puede utilizar el argón puro o las mezclas a base de argón con adición de hidrógeno, con las
restricciones en acero al carbono y para ciertos aceros inoxidables, o también las mezclas a
base de argón con adición de helio.
El gas anular, además de proteger el metal fundido, penetra en parte en la veta de gas
plásmogeno y según su naturaleza y sus propiedades fisicas, afecta a las características del
arco.
Una constante es, por tanto, la elección de los gases y las diferentes combinaciones que se
derivan de los resultados y especialmente:
•
la velocidad de soldadura;
•
la anchura del cordón;
•
la forma de la zona fundida.
El cuadro I resume las influencias de las diferentes conexiones gaseosas y del tipo de tobera.
Argón -argón
Vemos en la figura la forma característica del cordón obtenido en soldadura plasma. El cordón
producido es uniforme y presenta una forma estrecha en la base de la zona fundida. En efecto,
el gradiente elevado de temperatura en este gas conduce una columna de arco de sección fina
a su periférica, con una capa de protección de gas frío.
Argón- Noxal3 (I)
Bajo el efecto de las altas temperaturas del arco, una parte del hidrógeno molecular se disocia
y se ioniza en las zonas más calientes del arco. Al contacto con el baño de fusión, hay una
reconstitución de las moléculas, que se acompañan de un desprendimiento de calor, el
resultado es un ensanchamiento del cordón y un aumento de la velocidad de soldadura en
tanto que la tensión del arco es más elevada que en argón puro.
Noxal3 (I) -Noxal3 (I) o Noxal4 (2)
Con motivo de la fuerte cantidad de hidrógeno presente en el arco, el efecto observado
anteriormente se acentúa.
Noxal3 (1) -Argón
La falta de presencia de hidrógeno en el arco afecta a las temperaturas elevadas en el plasma
del arco. El argón tiene la propiedad de ionizar fácilmente, bajo el efecto de estas altas
temperaturas el argón periférico se ioniza fuertemente y provoca una dilatación del arco,
conduciendo a una disminución de la velocidad de soldadura.
Argón -Helio
El argón utilizado como gas central facilita el cebado del arco, el helio tiene un efecto
preponderante en los resultados. Debido a la alta conductividad térmica, el traspaso de calor en
el medio es muy bueno. La zona fundida en soldadura es excesivamente larga y profunda. Se
obtiene un baño de fusión voluminoso y pesado, en ciertos casos puede conducir a dificultades
operatorias. Se utilizará pues este par gaseoso en las aplicaciones de relleno de chaflán debido
al buen aspecto del cordón ya su buena penetración.
En cambio, para ciertas aplicaciones en soldadura de metales las mezclas de argon-hidrógeno
no pueden utilizarse, y, en esos casos, sí puede ser interesante adoptar las mezclas argónhelio (Inarc).
ACCIÓN MECÁNICA EN EL PLASMA
En el cuadro I figuran dos tipos de toberas. Es, en efecto, posible reducir la anchura de los
cordones utilizando una tobera paso de 3 orificios. Estos orificios se disponen según un eje
perpendicular al eje de desplazamiento (ver fig. 4), confiriendo al chorro de plasma una forma
ovalada. La forma particular del plasma obtenido permite un ligero precalentamiento,
permitiendo así un aumento de las velocidades de soldadura. Figura 4:
V.- DOMINIO DE LA APLICACIÓN Y LIMITES DEL PROCEDIMIENTO
Los matices de las chapas más comúnmente ensambladas con la ayuda del procedimiento
plasma son los aceros inoxidables y los aceros al carbono.
El aluminio se ensambla también por el procedimiento plasma, pero las aplicaciones son más
limitadas en comparación con los otros dos matices.
Los espesores máximos soldables en una pasada de borde a borde y sin ninguna preparación
son:
•
para los aceros inoxidables: 10 mm.
•
para los aceros al carbono: 8 mm.
Se elegirá la tobera apropiada para cada tipo de espesor, si existe una intensidad crítica, en
función del diámetro del orificio y de la calidad del enfriamiento, más allá de la aparición de los
arcos parásitos que la destruyen rápidamente.
La aparición de estos arcos se debe al hecho de que bajo la acción del calor del arco, la capa
de gas entre éste y la tobera se ioniza, siendo conductor, y una parte del arco eléctrico transita
del electrodo a la pieza, pasando por la tobera.
En el cuadro II, indicamos para dos tipos de chapas de acero la relación entre los espesores
soldables en una pasada y las toberas disponibles actualmente:
•
toberas cilíndricas multi-orificios: diámetros de 2,5 mm. y 3,0 mm.
•
toberas convergentes-divergentes multi-orificios: diámetros de 3mm.
Cuadro II:
En el caso de soldadura automática de los aceros al carbono, puede ser, según las
aplicaciones, más ventajoso utilizar el procedimiento plasma que el MIG.
En efecto, incluso si la velocidad de soldadura pura es inferior en el caso del procedimiento
plasma, el balance global en el cual no se debe olvidar de incluir los tiempos de preparación es
la mayoria de las veces favorable en este procedimiento. En efecto, en MIG, para asegurar una
penetración regular, hay que conservar una separación de las chapas constante estando cerca
de la mitad del espesor sobre todo la longitud de la unión.
Para los espesores más importantes, se puede utilizar una pasada de fondo de unión siendo
sus ventajas al nivel de la preparación de aquellos procedimientos MIG o arco bajo flux en
polvo para las pasadas de relleno.
Cierre del key-hole
Como hemos expuesto anteriormente, la técnica del key-hole es un generador con un agujero
detrás en el cual el metal en fusión vuelve a cerrarse.
En los casos de una soldadura circular, este agujero subsiste en el fin del cordón cuando una
rotación completa ha sido efectuada.
La técnica consiste entonces en volver a tapar este agujero con un procedimiento, en general
el procedimiento TIG.
Este problema de cierre del key-hole siempre frena la expansión del procedimiento plasma en
el dominio del raboutage del tubo.
En las técnicas de desvanecimiento el chorro plasma es largamente esparcido; por ello, hasta
hace algunos años siempre se aportaba a los materiales de utilización compleja.
La electrónica y la informática cada vez más presente en el dominio de la soldadura aportan
soluciones que permiten resolver de manera más fiable el cierre key-hole.
2.- APLICACIONES DE LA SOLDADURA PLASMA.
Nos parece interesante, antes de abordar los usos que se hace del procedimiento plasma,
hacer un breve comentario sobre los elementos fundamentales que contribuyen a crear un
plasma de arco en el extremo de una torcha de soldadura.
Algunos de estos elementos, para cumplir plenamente su función, deben responder a unos
criterios muy particulares que a nuestro juicio son útiles de recordar brevemente.
Las aplicaciones serán a continuación abordadas por temas:
•
La calderería.
•
La fabricación de tubos y la prefabricación de las tuberías.
•
Para finalizar, abordaremos la utilización de la soldadura plasma en construcción
mecánica.
3.- LOS MATERIALES DE PUESTA EN OBRA DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
PLASMA
Una instalación de soldadura plasma está constituida de tres componentes principales,
debiendo responder a las imposiones específicas del procedimiento:
1) LA TORCHA:
Es el centro de gradientes térmicos elevados, y debe ser capaz de evacuar una energía térmica
relativamente importante pues se estima que influye en el rendimiento del procedimiento entre
el 50 y el 60%.
Pese a ello, deberá ser pensada como un mecanismo de precisión y cada elemento será
reemplazable en pocos minutos por un ajustador o un operador especializado.
Dos de estos reglajes son muy importantes para el funcionamiento del plasma:
•
El primero es el reglaje en profundidad del electrodo con relación al canal principal de
la tobera, condicionando fuertemente la constricción del chorro plasma, e influencia así
el parámetro secundario que es la tensión del arco. Este reglaje debe poderse efectuar
con una precisión de 1 a 2/10 milímetros
•
El segundo es el ajuste de la concentridad de la parte emisiva del electrodo de
tungsteno con el orificio de eyección del plasma.
Esta concentridad se juzga satisfactoria cuando la emisión HF es igualmente repartida entre el
electrodo y el orificio del plasma, como lo representa la figura 5:
Todo defecto de concentricidad deforma el chorro plasma y puede generar los defectos de
aspecto de la soldadura.
Más allá de estas consideraciones, hace falta añadir que una torcha de soldadura plasma debe
ser robusta para trabajar en ambientes a veces hostiles.
Deben tener una intensidad de 350 A al 100%; evidentemente debe asegurar una protección
eficaz del metal fundido.
Teniendo en cuenta los espesores soldados, esta protección debe estar asegurada con una
longitud de 40 mm. aproximadamente; pero a veces deberá ser muy superior si tenemos que
tratar metales más sensibles a la oxidación.
2) LA FUENTE DE CORRIENTE:
Para estar perfectamente adaptada al procedimiento plasma, debe tener las siguientes
características:
•
tensión en vacío mínima de 80 V a fin de asegurar una transferencia fiable del arco de
potencia y sin sobreintensidad.
•
característica dinámica vertical o de fuerte pendiente (corriente regulada); más
adelante se hará para las variaciones de tensión de red de ±10% y para su propio
calentamiento, dentro de un límite de temperatura ambiente de 40°C.
•
regulación a distancia, sea por potenciómetro a disposición del operador, sea a partir
de una consigna eléctrica producida por un órgano exterior (autómata programable, por
ejemplo).
•
posibilidad de programación de la intensidad débil en el arco plasma a fin de evitar los
arrancamientos de tungsteno al cebado cuando el cátodo está frío, y a fin de cerrar el
key- hole en el final de la soldadura.
•
posibilidad de pulsar la corriente para ciertos casos de aplicación que vamos a
examinar a continuación.
3) CIRCUITOS DE ALIMENTACIÓN DE REGULACIÓN DE GAS PLASMÓGENO:
La naturaleza de los dos gases utilizados en soldadura plasma tiene una aspecto determinante
del resultado.
También se sabe que los caudales, y en particular los de gas plasmógeno, son también
importantes porque son dos factores que regulan el grado de confinamiento del arco plasma.
A título de información, recordamos que el caudal de gas plasmógeno puede variar entre 2 y I0
l/min. y que la precisión necesaria en torno del valor determinado es del orden de ±10%; esta
tolerancia está determinada sin combinación con ninguna otra; aquéllas que puedan ser
admitidas, por ejemp]o para la intensidad de arco, la velocidad de soldadura, el diámetro de la
tobera, el espesor a soldar o la distancia de preparación.
Esto muestra la atención que hace falta poner a este parámetro, en particular si es a petición
de cerrar el key-hole, porque es necesario controlar la variación decreciente del caudal de gas
al final de soldadura.
Para precisar este punto, recordamos que el caudal nominal debe caer a un valor residual de 1
a 2 l/min. en un tiempo controlado del orden del segundo.
Sólo un electrónico de mando relativamente sofisticado, asociado a un servo-mecanismo da
respuesta rápida, puede realizar esta función con un dispositivo fijando la programación del
caudal del gas.
Más allá de estos tres puntos particularmente determinantes en soldadura plasma, por
supuesto que otras funciones aportan también la contribución al resultado, a saber:
•
control de la distancia torcha-pieza.
•
aporte del metal complementario.
•
dispositivo de refrigeración del agua en circulación con la torcha.
•
mecanismo de puesta en movimiento de la torcha o de la pieza a soldar.
Esto sin olvidar la gestión en el tiempo de todas estas funciones entre ellas.
4.- LA SOLDADURA PLASMA EN CALDERERÍA DE ACERO INOXIDABLE
Las construcciones caldereras se efectúan a partir del metal en duro y generalmente, la primera
operación consiste en unir las chapas unitarias a fin de obtener el desarrollo de las virolas o el
formato de los fondos.
Esta operación debe responder a un cierto número de criterios:
•
Rapidez de ejecución, pues ésta condiciona el funcionamiento de la cadena de
fabricación.
•
Débil deformación de las uniones para evitar o minimizar las operaciones de
recondicionamiento de la zona soldada.
•
Débil sobreespesor para que la soldadura pueda ser después amolada o no.
•
Bello aspecto, pues cada vez más a menudo las soldaduras son visibles en las
construcciones terminadas.
Estos criterios imponen que las chapas de espesor < 8 mm. sean presentadas fácilmente de
frente y con precisión en la trayectoria de las torchas de soldadura.
Esto se realizará en las mejores condiciones en un banco de soldadura de anchura a definir, en
función de las dimensiones máximas de los trabajos a construir y en armonía con el formato del
taller caracterizado por tres puntos principales:
•
la capacidad de la cizalla
•
la capacidad del rodamiento
•
la altura de galibo bajo el puente de rodamiento
La soldadura se efectuará entonces sin las condiciones definidas en el cuadro III:
Durante esta operación la protección al revés se asegura bajo atmósfera argón, gracias a un
ambiente acondicionado en la tabla soporte en cobre que debe ser refrigerada para evacuar la
energía residual del plasma al revés y la recuperación con la pieza con el fin de limitar las
deformaciones. Fig.6:
De 8 a 18 mm. será necesario prever un chaflán como se indica a continuación y la operación
de soldadura podrá efectuarse sin blindaje de la pieza, las chapas estarán simplemente preensambladas por un punteado TIG .
Después de la operación de soldadura plasma, el relleno será posible con TIG con hilo de
aportación de espesor aproximadamente hasta 12 mm.
Para espesores superiores será necesario utilizar un método de relleno ofreciendo un tipo de
depósito de gran rendimiento, por ejemplo:
•
TIG con aportación de hilo precalentado por efecto Julio.
•
arco bajo flux en polvo.
La unión de las chapas será efectúada, la segunda operación de soldadura plasma consistirá
en realizar la soldadura de cierre de las virolas en el interior del banco si el espesor es débil,
será « en el aire » si el espesor es superior a 8 mm., en este caso, se podrá poner en el sitio un
ambiente de protección gaseosa al revés.
La tercera operación, la más delicada, consistirá en efectuar la soldadura circular de las virolas
entre ellas o la soldadura de los fondos.
Está generalmente precedida de un punteado hecho en TIG manual, a menos que se trate de
fabricación de serie justificando la inversión del utillaje especificado, aunque esto es
relativamente raro.
1) La calidad de presentación de la unión es a menudo mejor que para las dos
operaciones precedentes.
La junta puede presentar una separación, hay que precisar que una distancia superior a 1/10
de espesor provocará una variación de aspecto de la soldadura puesto que el volumen
correspondiente a esta abertura está aproximadamente compensado por el hilo de aportación.
En plan operatorio, una separación de 0,5 mm. para un espesor a soldar de 3 mm. y 1,5 mm.
para un espesor de 8 mm., para una reducción de este espesor correspondiente a esta
separación será necesario efectuar una pasada de compensación.
Estas distancias admisibles colocan el procedimiento plasma al mismo nivel de tolerancia de
los defectos que los otros procedimientos de soldadura automática con arco.
En soldadura circular la junta también puede presentar las desnivelaciones que serán toleradas
por el procedimiento plasma hasta 1 mm. para espesor de 3 mm. y 2 rnm, para espesor 6 mm.
Cuando se trata de soldadura de espesores superiores a 8 mm. en chaflanado, una nueva
tolerancia deberá aplicarse al nivel del canto con un máximo de ± 0,3 mm. para un espesor de
4 a 5 mm. (fig. 7 y fig.8):
2) El plasma debe reabsorber los puntos de punteado hechos en TIG manual.
Esto se hará correctamente si el punteado ha sido realizado limitando lo más posible, incluso
suprimiendo el sobreespesor y si no hay desoxidación excesiva tanto en el reverso como en el
anverso porque los óxidos son refractarios y pueden provocar los fenómenos de retorno del
arco de soldadura.
3) En soldadura circular es muy difícil de asegurar una buena estabilidad de la
velocidad de rotación de la pieza.
Cuando el espesor de la construcción es débil respecto a su diámetro y con frecuencia es
necesario la rigidez del ensamblaje, sea para el exterior (rodear), sea para el interior (utillaje
expansible).
La precisión de estos utillajes no es suficiente y es siempre necesario que la instalación plasma
asegure la autorregulación de la distancia torcha-pieza a soldar a fin de asegurar una tolerancia
de ± 0,5 mm.
4) Hay que asegurar una protección gaseosa en el revés.
Con un dispositivo fácil de ponerse en el lugar y adaptable a una larga gama de dimensiones
de construcción.
Su. principio, basado en la gravedad, hace que un colchón neutro se mantenga en la parte
opuesta de la torcha plasma.
La pieza que mantiene este colchón deberá ser cercana a la forma de la pieza a soldar y una
junta no combustible distribuirá el gas por toda su periferia.
Las secuencias de soldadura podrán ser muy largas (30 minutos o 1 hora), la energía residual
del plasma en el reverso, y los gases inyectados por el plasma, muy calientes, hacen necesario
llenar el fondo del colchón de un escudo refractario e incluso refrigerar por circulación de agua.
4) El punto de funcionamiento del plasma tendrá en cuenta todos estos remarques,
de manera que sus tolerancias respecto de las imperfecciones de la pieza serán aumentadas.
Esto se traduce en una reducción de velocidad de ejecución del 10 al 20% por rendimiento en
la soldadura en plano.
5) El operador deberá asegurar una vigilancia constante y efectúar las correcciones
necesarias para garantizar el paso del chorro plasma en la línea de la junta.
Se observa frecuentemente que fuera de todo fenómeno de atornillado del bidón sin girado
(que puede ser neutralizado) el plan de junta puede desplazarse varios milímetros.
5.- JUSTIFICACIÓN Y POSIBILIDADES DE LA SOLDADURA PLASMA TORCHA EN
POSICIÓN HORIZONTAL
Esta posición de la torcha está siempre justificada por la simplificación de los procesos de
fabricación. No ofrece las ventajas del procedimiento plasma pues el aspecto de las soldaduras
pueden estar ligeramente afectadas en el derecho y en el revés por el efecto de la pesadez en
el metal fundido.
La soldadura en posición puede ser particularmente interesante en ciertas situaciones:
1.
Soldadura bi-torchas en una misma pieza.
2.
Construcción en talleres o directamente en el sitio de grandes depósitos donde la rigidez o las
dimensiones no permitan que sea puesto en rotación el eje horizontal en la torcha de soldadura.
A continuación mostramos dos ejemplos posibles:
•
El depósito a soldar está situado en plano girando horizontal y la torcha realiza las
soldaduras circulares en posición estática al exterior .
•
El trabajo no puede ser hecho en rotación y la torcha debe ser montada en el carro
orbital en el interior o en el exterior .
El espesor máximo soldable en posición cornisa no sobrepasará 6 mm.; en 8 mm. de espesor ,
y en ciertos matices, la soldadura puede presentar en el derecho un defecto de aspecto
redhibitorio.
Esta posición limita la velocidad de soldadura e impone una mayor estabilidad en la distancia
torcha-pieza a soldar.
Los rendimientos del procedimiento cuando la torcha suelda en posición cornisa son las
indicadas en el cuadro IV:
6.- APLICACIÓN EN SOLDADURA DE LOS METALES MÁS SENSIBLES OXIDACIÓN EN
CALIENTE: TITANIO, TANTALO, ZIRCONIO
La soldabilidad operatoria de estos metales es excelente y puede compararse a los aceros
inoxidables, presentando una afinidad con el gas atmósfera a ...temperaturas a veces inferiores
a 300°C, por este motivo es necesario tener precauciones para que no se vean alteradas las
propiedades mecánicas.
Es indispensable proteger en el transcurso de la soldadura, el baño de fusión y el metal en
periodo de solidificación, de los contactos con la atmósfera y sus alrededores.
Está protección está asegurada bajo argón o por una mezcla argon-helio.
La capacidad de protección de una torcha plasma pensada para las utilizaciones tales como la
soldadura de los aceros inoxidables o de los aceros al carbono no es generalmente suficiente
para estos metales; es necesario agregar una protección complementaria.
Esta protección complementaria, para ser eficaz, deberá seguir las siguiente indicaciones
•
Asegurar una unión de protección estanca sin toma de aire ni rupturas por mediación de la
torcha.
•
Deberá ser eléctricamente aislada de la tobera de la cual el potencial de soldadura está
cerca del electrodo de tungsteno.
•
Sus dimensiones en longitud y anchura serán en función del espesor a soldar; una
longitud mínima de 120 mm. está prevista para un espesor a soldar de 3 a 4 mm.
•
La salida gaseosa deberá ser homogénea y no turbulenta en toda su superficie a fin de
evitar las entradas de aire; la protección complementaria deberá ser refrigerada por
agua únicamente durante la soldadura (a fin de evitar el fenómeno de condensación).
Los rendimientos del procedimiento plasma del titanio y el circonio se especifican en el cuadro
V y cuadro VI:
En el tercer caso, puede ser realizado en las longitudes unitarias o en continua en una
máquina; es necesario asegurarse la sucesión punta con punta de las longitudes del tubo
marcados.
Cualquiera que sea el proceso retenido, el procedimiento plasma está a menudo utilizado con
sus procedimientos máximos de productividad pues esto condiciona la velocidad de fabricación.
Son a menudo del 10 al 20% superiores a las utilizadas para calderería en soldadura en plano.
No es raro trabajar con intensidades comprendidas entre 250 y 300. Durante las secuencias de
muchas horas sin interrupción ni intervención.
Siempre en este objetivo de ganancia de productividad, el plasma podrá utilizar en tándem con
otro procedimiento TIG con metal de aportación; por ejemplo en los espesores inferiores a 8
mm.
La asociación de dos arcos en el procedimiento plasma + TIG permite un nuevo rendimiento de
velocidad y de calidad, en particular de aspecto, tanto en el interior como en el exterior del tubo.
Los tubos así fabricados pasarán por los talleres de preparación de tubería antes de su
colocación.
En estas ocasiones, la soldadura plasma será de nuevo utilizada cada vez que la puesta en
rotación de la ensambladura a realizar sea posible; permitirá la soldadura de varias longitudes
del tubo entre ellas o el ensamblaje de los accesorios tales como codo-te-brida, reducción, etc.
En calderería, la soldadura se hará en piezas punteadas con TIG
•
El rendimiento de velocidad no es un criterio a tener en cuenta en este tipo de
aplicación porque el tiempo de soldadura es generalmente débil respecto del tiempo de
punteado y manutención.
•
Cuando la operación se efectúa a velocidad relativamente lenta, el tiempo de
soldadura es a menudo 10 veces inferior a las de la operación manual.
•
Por contra, la calidad siempre es el primer criterio de apreciación y para que sea
satisfactoria es a menudo necesario trabajar en 2 pasadas.
•
Una primera pasada hecha en corriente pulsada en los diámetros inferiores a 200 mm.,
esto a fin de estabilizar el régimen térmico y de mejor control de la penetración.
•
Una segunda pasada hecha en plasma delimitado con metal de aportación a fin de
asegurar un sobreespesor suficiente, especialmente en la zona de cierre del key-hole.
Cuando el espesor de los tubos sobrepasa 10 mm., es , con frecuencia, necesario efectúar el
relleno con TIG multipasada.
Más allá de 18 a 20 mm. de espesor de pared, el plasma encontrará su propio límite ligado a la
inaccesibilidad de la torcha en un chatlanado normalmente abierto a 75º-80º.
Algunos ejemplos de rendimientos posibles en soldadura de tubos están indicados en el cuadro
VIl y cuadro VIII en los aceros inoxidables y en los aceros al carbono.
7.- LA SOLDADURA PLASMA EN CONSTRUCCIÓN MECÁNICA
¿Qué puede aportar la soldadura plasma en construcción mecánica?
La respuesta a esta cuestión es dificil de formular en alguna medida, pues según los casos se
deberá asociar o combinar un cierto número de criterios de influencia desigual; por ejemplo:
•
simplificación de la concepción de un bajo ensamblaje;
•
utilización de materiales aprovisionados o los costes o coste estándar;
•
o bien todavía, reducción del tiempo de confección, pues una pieza de forma compleja
puede obtenerse a partir de la unión por soldadura de más elementos de forma más
simple.
Estos diferentes criterios, favorables a la utilización de la soldadura plasma en construcción
mecánica, se apoya en un cierto número de aplicaciones industriales en los ámbitos más
variados.
En primer lugar, nuestros deseos de mencionar la construcción aeronáutica, como la SNECMA
reconstituye, por ejemplo, los cárter de reactores a partir de más elementos de acero Z6 CNU
17.04 unidos por plasma, piezas sometidas a 1,80 m. de diámetro.
Otros tipos de cárter están constituidos de más de 20 elementos unitarios en lnconel soldado
uno a uno por plasma de arco.
En segundo lugar, nuestros deseos de indicar que la construcción del automóvil utiliza los
rendimientos del plasma, especialmente en la fabricación de amortiguadores.
Más recientemente, se utiliza en el programa electronuclear francés para la realización de las
piezas fabricadas por la Compañía de Construcción Mecánica Sulzer para su cliente
Framatome.
8.- CONCLUSIONES
I).- M. MAKSYMOWICZ, ingeniero especialista en soldadura en CCM Sulzer, comenta esta
aplicación:
Los contenedores para combustibles de las centrales 1.300 MW están constituidos de un tubo
de acero Z2 CN 18-10 de espesor 2,5 mm. obtenido a partir de dos perfiles angulares soldados
en ángulo por el procedimiento MIG pulsada.
Este tubo de 241 mm. de lado está unido por soldadura plasma a una base de 243 mm. de
lado, de 30 mm. de espesor, totalmente fabricado.
El extremo del tubo está también fabricado por fresado para asegurar el apoyado sin juego.
Las características esenciales de esta operación de soldadura son las siguientes:
•
garantía de penetración total en todo el contorno soldado;
•
el encendido simultáneo de los dos arcos plasma en lugar de dos lados opuestos y en el ángulo
del tubo cuadrado.
Se efectúa en plasma confinada, el régimen sin salida está afectado por aumentación
progresiva de los dos parámetros de confinamiento: Caudal de gas plasma e intensidad de
arco.
La extinción de los arcos con cierre del key-hole se efectúa en los ángulos opuestos por una
reducción rápida y sincronizada de los dos parárnetros.
En régimen de crucero el caudal de argón en el plasma es de 4 l/min.
La protección está asegurada por una mezcla argón-hidrógeno.
La protección en el reverso del cordón está asegurada bajo argón puro.
II).- Conclusiones:
El principio del procedimiento plasma confiere las ventajas siguientes:
•
Estado de la superficie del cordón de forma que una pasada complementaria puede ser efectúada
inmediatamente por otro procedimiento de soldadura;
•
penetración asegurada por la presencia del key-hole;
•
aspecto de los cordones y compacidades excelentes;
•
sobre todos los matices, dominio de la composición química y obtención de buenas
características mecánicas;
•
reducción de la deformación de las chapas y de la zona térmicamente afectada dada la gran
densidad de energía;
•
gran fiabilidad en la calidad de los resultados.
Por otra parte se adaptan bien a la realización y al cepillado de los tubos y de chapas de
aceros inoxidables y de aceros al carbono para espesores superiores a 3 mm.
La colocación en primer plano aporta ventajas tanto a nivel de la calidad y de la fiabilidad de los
resultados como a un nivel de los tiempos de preparación y de ejecución.
El desarrollo de la electrónica y de la informática en el terreno de la soldadura permite aportar
dos soluciones en los numerosos aspectos de la soldadura plasma y especialmente en lo que
concierne a la técnica de desvanecimiento del key-hole que ahora es de mejor dominio.
La unión de estas mejoras y más particularmente este último debe favorecer el desarrollo de
este procedimiento en los años venideros y permitir su plena expansión.
Esto nos induce a formular una conclusión óptima para el futuro del procedimiento plasma
puesto que en quince años se convertira en el útil indispensable de la caldereria de acero
inoxidable de calidad.
El procedimiento plasma posee grandes facultades de adaptación y de automatización
impulsado por un útil fiable, donde las reglas de funcionamiento son mantenidas de forma
perfectamente conocida.
Esperamos que estos comentarios les facilitarán conocer mejor del lado de los constructores la
búsqueda de la rentabilidad y calidad, y en lo concerniente al ensamblaje de los aceros y
metales nobles.
III).- Resumen de la discusión tenida a continuación de la conferencia de MM. LA VIGNE y V
AN DER HAVE
M. Rabot.- ¿Puede utilizarse el nitrógeno como gas de protección en el reverso?
M. Lavigne.- Hay muchas controversias sobre este punto.
M. Rabot.- Un estudio reciente ha probado que el nitrógeno no es nefasto, es un gas
interesante por su precio.
M. Lavigne.- Su utilización en ciertos casos de mezclas argón-hidrógeno, con el objetivo de
obtener una soldadura más blanca.
M. Boiteux.- ¿Independientemente del microplasma, utilizando la soldadura plasma o soldadura
manual?
M. Lavigne.- Yo estoy especializado en soldadura automática, efectivamente yo pienso que con
un poco de experiencia en soldadura manual.
M. Van der Have.- Se puede utilizar una torcha plasma en soldadura manual cuando no se
trabaje con "key-hole", es en efecto prácticamente imposible, contrariamente al soplete, de
mantener el "key-hole" entonces en soldadura plasma manual de una chapa espesa; por contra
para las chapas de espesor medio el procedimiento TIG es más simple.
M. Boiteux.- ¿Cuál es la parte del microplasma en la soldadura plasma?
M. Lavigne.- Es muy fiable.
M. Schultz.- Es muy fiable en el caso de soldadura manual, precisa una gran destreza y es
necesario hacer unos montajes de una gran precisión. La industria relojera también como la
pequeña mecánica utilizan a veces el microprasma, pero más bien en soldadura automática
con montajes extremadamente precisos.
M. Van der Have.- El riesgo de fragilización existe para ciertos aceros al carbono; en estos
casos se utiliza dos pares de gases Ar-He / Ar o Ar-Ar. Las mezclas Ar-He son comercializadas
bajo el nombre de INARC.
M. Lavigne.- En ciertos matices de acero tendremos que medir el índice de hidrógeno difusible
en el metal fundido, si es del mismo orden de tamaño que en el metal fundido con los
electrodos básicos bajo hidrógeno.
Un oyente.- En el caso de que Vd. suelde en un chaflanado, Vd. puede indicar las tolerancias
de ±0,3 m m., que son tolerancias dificiles de obtener en calderería.
M. Lavigne.- Estas tolerancias pueden ser ampliadas si se puede hacer trabajar la torcha
plasma en la cara de la unión opuesta al chaflán. Pero esto puede ocasionar una gran dificultad
de acceso de la torcha de relleno; una de las dos caras pueden estar a menudo poco
accesibles.
En el método clásico, la torcha plasma está al lado de la abertura del chaflán, la tolerancia
indicada de ±0,3 mm. debe ser según el objetivo proyectado por nosotros de automatizar en
soldadura plasma.
Ella está por otra parte bastante cerca de aquellas exigencias para los otros procedimientos
automáticos TIG, MIG, incluso arco sumergido, cuando son utilizados en las condiciones
parecidas.