Los principales parámetros del proceso de soldadura de tuberías rectas de alta frecuencia incluyen el aporte térmico, la presión, la velocidad, el ángulo de apertura, la posición y el tamaño de la bobina de inducción, la impedancia, etc. Estos parámetros influyen significativamente en la mejora de la calidad, la eficiencia de producción y la capacidad unitaria de las tuberías soldadas por alta frecuencia. Un ajuste adecuado de estos parámetros permite a los fabricantes obtener importantes beneficios económicos.
1. Entrada de calor para soldadura
En la soldadura de tuberías con costura recta de alta frecuencia, la potencia de soldadura determina la cantidad de calor aportado. Si las condiciones externas son determinadas y el aporte de calor es insuficiente, el borde de la banda de acero calentada no alcanza la temperatura de soldadura y, aun así, mantiene una estructura sólida, lo que provoca una soldadura fría o incluso la falta de fusión. Esta falta de fusión se debe a un aporte de calor insuficiente. Durante la detección, este estado suele manifestarse como un resultado negativo en la prueba de aplanado, rotura de la tubería durante la prueba de presión de agua o fisuras en la soldadura durante el enderezado, lo que constituye un defecto más grave. Además, el aporte de calor también se ve afectado por la calidad del borde de la banda. Por ejemplo, si hay rebabas en el borde, estas provocan chispas antes de llegar al punto de soldadura del rodillo de presión, lo que resulta en una pérdida de potencia y una menor aportación de calor, dando lugar a una soldadura fría o sin fusión. Si el aporte de calor es demasiado alto, 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, y en ocasiones el metal fundido salpica y forma agujeros debido a la rotura de la soldadura. Los agujeros formados por arena y por un aporte térmico excesivo se manifiestan principalmente como resultados no satisfactorios en la prueba de aplanamiento a 90°, en la prueba de impacto y rotura o fuga de la tubería de acero durante la prueba de presión de agua.
2. Presión de soldadura (reducción)
La presión de soldadura es uno de los parámetros principales 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 la 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 significativamente la resistencia a la tracción y aumentan la propensión a agrietarse tras someterse a tensión. Si la presión aplicada es demasiado alta, la mayor parte del metal que alcanza la temperatura de soldadura se expulsa, lo que no solo reduce la resistencia y la 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 variación del diámetro del tubo de acero antes y después del rodillo de extrusión, así como por el tamaño y la forma de las rebabas. La fuerza de extrusión influye 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 y desproporcionadas 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 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 horizontalmente y oscila entre 55° y 65°. La forma de la soldadura se ajusta a la línea de flujo cuando la extrusión está bien controlada.
3. Velocidad de soldadura
La velocidad de soldadura es uno de los parámetros principales del proceso. 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 mejora al aumentar 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 del óxido metálico. Si se reduce la velocidad, no solo se amplía la zona de calentamiento (es decir, la zona afectada por el calor), sino que también varía el ancho de la zona de fusión con el aporte térmico, lo que resulta en una mayor rebaba interna. El ancho de la línea de fusión varía según la velocidad de soldadura. Al soldar a baja velocidad, la soldadura se dificulta debido a la menor entrada de calor. Además, la calidad del borde de la placa y otros factores externos, como la impedancia magnética y el ángulo de apertura, pueden provocar defectos. Por lo tanto, al soldar a alta frecuencia, se debe seleccionar la velocidad de soldadura más rápida posible según las especificaciones del producto y 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 del borde de la banda antes del rodillo de extrusión, como se muestra en la Figura 6. Generalmente, este ángulo varía entre 3° y 6°. 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. Esto permite reducir la potencia de soldadura, aumentar la velocidad de soldadura y mejorar la productividad. Un ángulo de apertura demasiado pequeño provoca 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, permite asegurar la estabilidad del calentamiento del borde de la banda bajo ciertas condiciones, 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, y 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, puede producirse una chispa con la superficie del tubo o dañarse con su extremo. Generalmente, se selecciona una separación de aproximadamente 10 mm entre la superficie interna de la bobina y el tubo. 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 sensor y, por consiguiente, la potencia de salida. Si es demasiado estrecha, la potencia de salida aumenta, pero también aumentan las pérdidas activas en la bobina y en el tubo. En general, el ancho óptimo de la bobina es de 1 a 1,5D (donde D es el diámetro exterior del tubo).
La distancia entre el extremo frontal de la bobina de inducción y el centro del rodillo de extrusión 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 resulta en una distancia de calentamiento excesiva en el borde e impide que el punto de soldadura alcance una temperatura de soldadura elevada. Si la distancia es demasiado pequeña, el rodillo de extrusión generará un calor de inducción mayor y reducirá su vida útil.
6. Función y posición de la impedancia
La barra magnética de impedancia se utiliza para reducir la corriente de alta frecuencia que fluye 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 no se realiza una refrigeración adecuada, la barra magnética superará su temperatura de Curie (aproximadamente 300 °C) y perderá su magnetismo. Sin la impedancia, la corriente y el calor inducido se dispersarán por todo el cuerpo del tubo, aumentando la potencia de soldadura y provocando su sobrecalentamiento. El efecto térmico de la presencia o ausencia de una impedancia en el tubo en bruto es significativo. La ubicación de la impedancia influye considerablemente en la velocidad y la calidad de la soldadura. La práctica ha demostrado que cuando el extremo frontal de la impedancia se encuentra exactamente en el eje central del rodillo de extrusión, se obtienen resultados óptimos de aplanado. Si sobrepasa el eje central del rodillo de extrusión y se extiende hacia el lateral de la máquina de calibración, el resultado del aplanado se reduce considerablemente. Cuando la resistencia de soldadura no alcanza la línea central, sino que se sitúa 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, de manera que su extremo coincida con la línea central del rodillo de extrusión o se ajuste entre 20 y 40 mm en la dirección de conformado. Esto permite aumentar la resistencia de retorno en el tubo, reducir las pérdidas de corriente circulante y, por consiguiente, la potencia de soldadura.
Fecha de publicación: 8 de octubre de 2024