Los principales parámetros del proceso de alta frecuenciatuberías soldadas con costura rectaEntre los parámetros que influyen en la calidad de los tubos soldados de alta frecuencia se incluyen el aporte térmico, la presión, la velocidad, el ángulo de apertura, la posición y el tamaño de la bobina de inducción, la posición de la resistencia, etc. Estos parámetros tienen un gran impacto en la eficiencia de producción y la capacidad de producción. La optimización de estos parámetros permite a los fabricantes obtener importantes beneficios económicos.
1. Aporte de calor para soldadura: En la soldadura de tuberías con costura recta de alta frecuencia, la potencia de soldadura determina el aporte de calor. Si las condiciones externas son determinadas y el aporte de calor es insuficiente, el borde de la banda calentada no alcanza la temperatura de soldadura y se forma una estructura sólida que impide la fusión de la soldadura. Un aporte de calor insuficiente puede provocar errores.
Esta falta de fusión durante la inspección suele manifestarse como un fallo en la prueba de aplanamiento, la rotura de la tubería de acero durante la prueba hidrostática o el agrietamiento de la soldadura durante el enderezado, lo cual constituye un defecto grave. Además, la calidad del borde de la banda también afecta al aporte térmico de la soldadura. Por ejemplo, si existen rebabas en el borde, estas provocarán chispas antes de llegar al punto de soldadura del rodillo de presión, lo que ocasiona una pérdida de potencia de soldadura y reduce el aporte térmico, resultando en una fusión incompleta o una soldadura fría. Cuando el aporte térmico es excesivo, el borde de la banda calentada supera la temperatura de soldadura, lo que provoca sobrecalentamiento o incluso quemaduras. La soldadura también se agrieta tras someterse a tensión. En ocasiones, el metal fundido salpica y forma agujeros debido a la rotura de la soldadura. El exceso de calor produce ampollas y agujeros. Durante la inspección, estos defectos se manifiestan principalmente como fallos en la prueba de aplanamiento a 90°, fallos en la prueba de impacto y rotura o fuga de la tubería de acero durante la prueba hidrostática.
2. Presión de soldadura (reducción de diámetro): La presión de soldadura es el parámetro principal del proceso de soldadura. Tras calentar el borde de la tira a la temperatura de soldadura, los átomos del metal se combinan bajo la fuerza de extrusión del rodillo de presión para formar la soldadura. La magnitud de la presión de soldadura influye en la resistencia y tenacidad de la misma. Si la presión aplicada es demasiado baja, el borde de soldadura no se fusiona completamente y los óxidos metálicos residuales no se eliminan, formando inclusiones que reducen considerablemente la resistencia a la tracción y aumentan la propensión a agrietarse tras la tensión. Si la presión aplicada es demasiado alta, la mayor parte del metal que alcanza la temperatura de soldadura se extruye, lo que no solo reduce la resistencia y tenacidad de la soldadura, sino que también produce defectos como rebabas internas y externas excesivas o soldaduras solapadas.
La presión de soldadura se mide y evalúa generalmente mediante la reducción del diámetro del tubo de acero antes y después del rodillo de extrusión, así como por el tamaño y la forma de las rebabas. Se analiza el efecto de la fuerza de extrusión en la forma de las rebabas. Si la extrusión es excesiva, se producen grandes salpicaduras y un volumen considerable de metal fundido extruido, lo que resulta en rebabas grandes que se extienden a ambos lados de la soldadura. Si la extrusión es insuficiente, casi no hay salpicaduras y las rebabas son pequeñas y se acumulan. Con una extrusión moderada, las rebabas extruidas son verticales y su altura se controla generalmente entre 2,5 y 3 mm. Si la extrusión se controla adecuadamente, el ángulo de la línea de flujo del metal en la soldadura es simétrico (arriba, abajo, izquierda y derecha) con un ángulo de entre 55° y 65°. La forma de la soldadura es simétrica cuando la extrusión se controla correctamente.
3. Velocidad de soldadura: La velocidad de soldadura es un parámetro fundamental en el proceso de soldadura. Está relacionada con el sistema de calentamiento, la velocidad de deformación de la soldadura y la velocidad de cristalización de los átomos metálicos. En la soldadura de alta frecuencia, la calidad de la soldadura aumenta con la velocidad. Esto se debe a que la reducción del tiempo de calentamiento disminuye el ancho de la zona de calentamiento del borde y acorta el tiempo de formación de óxidos metálicos. Si se reduce la velocidad de soldadura, no solo se amplía la zona de calentamiento (es decir, la zona afectada por el calor de la soldadura), sino que el ancho de la zona de fusión varía con el aporte de calor y aumenta el tamaño de la rebaba interna. El ancho de la línea de fusión varía según la velocidad de soldadura. Durante la soldadura a baja velocidad, la consiguiente reducción del aporte de calor dificulta la soldadura. Además, la calidad del borde de la placa y otros factores externos, como el magnetismo de la resistencia y el ángulo de apertura, pueden afectarla y provocar defectos. Por lo tanto, durante la soldadura de alta frecuencia, se debe seleccionar la velocidad de soldadura más rápida posible para la producción, de acuerdo con las especificaciones del producto y dentro de las condiciones permitidas por la capacidad de la unidad y el equipo de soldadura.
4. Ángulo de apertura: El ángulo de apertura, también llamado ángulo V de soldadura, se refiere al ángulo entre el borde de la banda frente al rodillo de extrusión, como se muestra en la Figura 6. Generalmente, el ángulo de apertura varía entre 3° y 6°, y su magnitud está determinada principalmente por la posición del rodillo guía y el espesor de la lámina guía. El tamaño del ángulo V influye considerablemente en la estabilidad y la calidad de la soldadura. Al reducir el ángulo V, disminuye la distancia entre los bordes de la banda, lo que intensifica el efecto de proximidad de la corriente de alta frecuencia, permitiendo reducir la potencia de soldadura o aumentar la velocidad de soldadura y, por consiguiente, mejorar la productividad. Si el ángulo de apertura es demasiado pequeño, se produce una soldadura prematura; es decir, el punto de soldadura se comprime y se fusiona antes de alcanzar la temperatura adecuada, lo que facilita la formación de defectos como inclusiones y soldadura fría, reduciendo la calidad de la soldadura. Si bien aumentar el ángulo V incrementa el consumo de energía, en determinadas condiciones puede garantizar la estabilidad del calentamiento del borde de la banda, reducir la pérdida de calor en el borde y disminuir la zona afectada por el calor. En la producción real, para asegurar la calidad de la soldadura, el ángulo en V generalmente se controla entre 4° y 5°.
5. Tamaño y posición de la bobina de inducción: La bobina de inducción es una herramienta importante en la soldadura por inducción de alta frecuencia. Su tamaño y posición afectan directamente la eficiencia de la producción.
La potencia transmitida por la bobina de inducción al tubo de acero es proporcional al cuadrado de la separación entre la bobina y el tubo. Si esta separación es demasiado grande, la eficiencia de producción se reduce drásticamente. Si es demasiado pequeña, la bobina puede incendiarse fácilmente o dañarse al entrar en contacto con el tubo. Generalmente, la superficie interna de la bobina está en contacto con el tubo. La separación recomendada es de aproximadamente 10 mm. El ancho de la bobina se selecciona en función del diámetro exterior del tubo. Si la bobina es demasiado ancha, su inductancia disminuye, lo que reduce el voltaje del inductor y, por consiguiente, la potencia de salida. Si es demasiado estrecha, la potencia de salida aumenta, pero también aumentan las pérdidas de potencia activa en la bobina y en el tubo. En general, un ancho de bobina de entre 1 y 1,5D (donde D es el diámetro exterior del tubo) es lo más adecuado.
La distancia entre el extremo frontal de la bobina de inducción y el centro del rodillo de presión debe ser igual o ligeramente superior al diámetro del tubo; es decir, entre 1 y 1,2D es lo más adecuado. Si la distancia es demasiado grande, se reduce el efecto de proximidad del ángulo de apertura, lo que provoca que la distancia de calentamiento del borde sea excesiva e impide alcanzar una temperatura de soldadura elevada en la unión. Si la distancia es demasiado pequeña, el rodillo de extrusión generará un calor inducido mayor, reduciendo su vida útil.
6. Función y ubicación de la resistencia: El imán resistivo se utiliza para reducir el flujo de corriente de alta frecuencia hacia la parte posterior del tubo de acero y, al mismo tiempo, concentrar la corriente para calentar el ángulo en V de la banda de acero, asegurando así que el calor no se pierda debido al calentamiento del cuerpo del tubo. Si la refrigeración es insuficiente, la barra magnética superará su temperatura de Curie (aproximadamente 300 °C) y perderá su magnetismo. Sin la resistencia, la corriente y el calor inducido se dispersarían por todo el tubo, aumentando la potencia de soldadura y provocando el sobrecalentamiento del tubo. La resistencia no tiene efecto térmico en el tubo en bruto. La ubicación de la resistencia influye considerablemente en la velocidad y la calidad de la soldadura. La práctica ha demostrado que cuando el extremo frontal de la resistencia se encuentra exactamente en el eje central del rodillo de presión, se obtiene un aplanamiento. Si se extiende más allá del eje central del rodillo de extrusión hacia el lateral de la máquina de calibración, el efecto de aplanamiento se reduce significativamente. Cuando la resistencia se encuentra por debajo de la línea central pero a un lado del rodillo guía, la fuerza de soldadura disminuye. La posición correcta consiste en colocar la resistencia en el tubo en bruto, debajo del inductor, y que su extremo coincida con la línea central del rodillo de extrusión, o bien ajustarla entre 20 y 40 mm en la dirección de conformado. Esto permite aumentar la impedancia de retorno en el tubo, reducir las pérdidas de corriente circulante y, por consiguiente, disminuir la potencia de soldadura.
Fecha de publicación: 7 de octubre de 2023