En la producción detubos de acero inoxidablePrimero se forma una tira plana de acero, que luego se moldea en un tubo redondo. Una vez formado, las juntas del tubo deben soldarse. Esta soldadura influye considerablemente en la conformabilidad de la pieza. Por lo tanto, elegir la técnica de soldadura adecuada es fundamental para obtener un perfil de soldadura que cumpla con los estrictos requisitos de ensayo de la industria manufacturera. Sin duda, la soldadura TIG (GTAW), la soldadura de alta frecuencia (HF) y la soldadura láser se han utilizado en la fabricación de tuberías de acero inoxidable.
Soldadura por inducción de alta frecuencia
En la soldadura por contacto de alta frecuencia y la soldadura por inducción de alta frecuencia, los equipos que suministran corriente y los que proporcionan la fuerza de extrusión son independientes entre sí. Ambos métodos pueden utilizar un imán de barra, un elemento magnético blando colocado dentro del tubo, que ayuda a concentrar el flujo de soldadura en el borde de la tira. En ambos casos, la tira se corta y limpia antes de enrollarse y enviarse al punto de soldadura. Además, se utiliza refrigerante para enfriar las bobinas de inducción empleadas en el proceso de calentamiento. Finalmente, se utiliza refrigerante durante el proceso de extrusión. En este proceso, se aplica una gran fuerza a la polea de presión para evitar la porosidad en la zona de soldadura; sin embargo, una mayor fuerza de presión genera más rebabas (o cordones de soldadura). Por lo tanto, se utilizan cuchillas especialmente diseñadas para desbarbar el interior y el exterior del tubo.
La principal ventaja del proceso de soldadura de alta frecuencia radica en que permite el mecanizado de alta velocidad de tuberías de acero. Sin embargo, como suele ocurrir en la mayoría de las piezas forjadas en estado sólido, las uniones soldadas por alta frecuencia no pueden someterse a pruebas fiables mediante técnicas no destructivas (END) convencionales. Pueden aparecer fisuras en las zonas planas y delgadas de uniones de baja resistencia, indetectables con los métodos tradicionales, lo que puede comprometer la fiabilidad en algunas aplicaciones exigentes del sector automotriz.
Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW)
Tradicionalmente, los fabricantes de tuberías han optado por completar el proceso de soldadura con soldadura TIG (GTAW). La GTAW crea un arco de soldadura entre dos electrodos de tungsteno no consumibles. Simultáneamente, se introduce un gas protector inerte desde la antorcha para proteger los electrodos, generar un flujo de plasma ionizado y proteger el baño de fusión. Este es un proceso establecido y conocido que produce soldaduras de alta calidad y repetibles. Las ventajas de este proceso son la repetibilidad, la soldadura sin salpicaduras y la eliminación de la porosidad. La GTAW se considera un proceso de conducción eléctrica, por lo que, en términos relativos, es un proceso relativamente lento.
pulso de arco de alta frecuencia
En los últimos años, las fuentes de alimentación para soldadura GTAW, también conocidas como interruptores de alta velocidad, permiten pulsos de arco superiores a 10 000 Hz. Los clientes de las plantas de procesamiento de tuberías de acero se benefician de esta nueva tecnología, donde los pulsos de arco de alta frecuencia generan una presión descendente del arco cinco veces mayor en comparación con la soldadura GTAW convencional. Las mejoras típicas incluyen una mayor resistencia a la rotura, velocidades de línea de soldadura más rápidas y una reducción de los desechos. Los clientes de los fabricantes de tuberías de acero pronto descubrieron que era necesario reducir el perfil de soldadura obtenido con este proceso. Además, la velocidad de soldadura sigue siendo relativamente lenta.
soldadura láser
En todas las aplicaciones de soldadura de tuberías de acero, los bordes de la banda de acero se funden y solidifican al presionarlos entre sí mediante abrazaderas. Sin embargo, la soldadura láser se distingue por su alta densidad de energía. El haz láser no solo funde la capa superficial del material, sino que también crea un orificio capilar, lo que resulta en un cordón de soldadura estrecho. Las densidades de potencia inferiores a 1 MW/cm², como las de la tecnología GTAW, no generan la energía suficiente para producir orificios capilares. Por lo tanto, la ausencia de orificio capilar produce un perfil de soldadura ancho y poco profundo. La alta precisión de la soldadura láser permite una penetración más eficiente, lo que a su vez reduce el crecimiento del grano y mejora la calidad metalográfica. En cambio, el mayor aporte de energía térmica y el proceso de enfriamiento más lento de la soldadura GTAW dan como resultado una soldadura rugosa.
En general, se considera que la soldadura láser es más rápida que la soldadura GTAW, ambas presentan la misma tasa de rechazo y, además, ofrece mejores propiedades metalográficas, lo que se traduce en mayor resistencia a la rotura y mayor conformabilidad. En comparación con la soldadura de alta frecuencia, el láser procesa materiales sin oxidación, lo que resulta en menores tasas de desperdicio y mayor conformabilidad. Influencia del tamaño del punto: En la soldadura de tuberías de acero inoxidable, la profundidad de soldadura está determinada por el espesor de la tubería. Por lo tanto, el objetivo de producción es mejorar la conformabilidad reduciendo el ancho de la soldadura y logrando mayores velocidades. Al elegir el láser más adecuado, no solo se debe considerar la calidad del haz, sino también la precisión del torno. Además, antes de que el error dimensional del torno influya, se debe considerar la limitación de la reducción del tamaño del punto de soldadura.
Existen numerosos problemas dimensionales específicos de la soldadura de tuberías de acero; sin embargo, el factor principal que afecta la soldadura es la junta en la caja de soldadura (más específicamente, la bobina de soldadura). Una vez formada la tira para la soldadura, las características de la misma incluyen la presencia de huecos, la desalineación (severa o leve) y la variación del eje central. El hueco determina la cantidad de material utilizado para formar el baño de fusión. Una presión excesiva resultará en un exceso de material en la parte superior o en el diámetro interior de la tubería. Por otro lado, una desalineación, ya sea severa o leve, puede resultar en un perfil de soldadura deficiente. Además, después de pasar por la caja de soldadura, la tubería de acero se recorta posteriormente, incluyendo ajustes de tamaño y forma. Este trabajo adicional puede corregir algunos defectos de soldadura, tanto mayores como menores, pero probablemente no todos. El objetivo es lograr cero defectos. Como regla general, los defectos de soldadura no deben superar el cinco por ciento del espesor del material. Superar este valor afectará la resistencia del producto soldado.
Finalmente, la presencia de una línea central de soldadura es fundamental para la producción de tuberías de acero inoxidable de alta calidad. Directamente relacionado con el creciente interés en la conformabilidad en el mercado automotriz está la necesidad de zonas afectadas térmicamente (ZAT) más pequeñas y perfiles de soldadura reducidos. Esto, a su vez, impulsa el desarrollo de la tecnología láser, es decir, la mejora de la calidad del haz para reducir el tamaño del punto. A medida que el tamaño del punto continúa disminuyendo, es necesario prestar mayor atención a la precisión del escaneo de la línea central de la soldadura. En general, los fabricantes de tuberías de acero intentan reducir esta desviación al máximo, pero en la práctica, es muy difícil lograr una desviación de 0,2 mm (0,008 pulgadas).
Esto plantea la necesidad de utilizar un sistema de seguimiento de costura. Las dos técnicas más comunes son el escaneo mecánico y el escaneo láser. Por un lado, los sistemas mecánicos utilizan sondas que entran en contacto con el baño de soldadura aguas arriba de la costura, donde se acumula polvo, abrasión y vibraciones. La precisión de estos sistemas es de 0,25 mm (0,01 pulgadas), lo cual no es suficiente para la soldadura láser de alta calidad. El seguimiento de costura láser, en cambio, permite alcanzar la precisión requerida. En general, se proyecta luz o puntos láser sobre la superficie de la soldadura, y la imagen resultante se envía a una cámara CMOS, que utiliza algoritmos para determinar la ubicación de las soldaduras, las uniones defectuosas y las discontinuidades. Si bien la velocidad de captura de imágenes es importante, un sistema de seguimiento de costura láser debe contar con un controlador lo suficientemente rápido como para determinar con precisión la posición de la soldadura, a la vez que proporciona el control de bucle cerrado necesario para mover el cabezal de enfoque láser directamente sobre la costura. Por lo tanto, la precisión del seguimiento de costura es importante, pero también lo es el tiempo de respuesta.
En general, la tecnología de seguimiento de costuras se ha desarrollado lo suficiente como para permitir a los fabricantes de tubos de acero utilizar haces láser de mayor calidad y producir tubos de acero inoxidable más conformables. Por lo tanto, la soldadura láser se utiliza para reducir la porosidad y el perfil de la soldadura, manteniendo o incluso aumentando la velocidad de soldadura. Los sistemas láser, como los láseres de placa refrigerados por difusión, han mejorado la calidad del haz, lo que a su vez mejora la conformabilidad al reducir el ancho de la soldadura. Este desarrollo ha generado la necesidad de un control dimensional más estricto y del seguimiento de costuras por láser en las plantas de fabricación de tubos de acero.
Fecha de publicación: 2 de diciembre de 2022