En la producción detubos de acero inoxidablePrimero se forma una tira plana de acero, que luego se moldea para formar un tubo redondo. Una vez formada, las costuras del tubo deben soldarse. Esta soldadura afecta considerablemente 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 prueba de la industria manufacturera. Sin duda, la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), la soldadura de alta frecuencia (HF) y la soldadura láser se han aplicado en la fabricación de tubos 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, el equipo que proporciona la corriente y el equipo que proporciona la fuerza de extrusión son independientes entre sí. Además, ambos métodos pueden utilizar una barra magnética, que es un elemento magnético blando colocado dentro del cuerpo del tubo, que ayuda a enfocar el flujo de soldadura en el borde de la tira. En ambos casos, la tira se corta y se limpia antes de enrollarse y enviarse al punto de soldadura. Además, se utiliza refrigerante para enfriar las bobinas de inducción utilizadas en el proceso de calentamiento. Finalmente, se utilizará algo de refrigerante en el proceso de extrusión. Aquí, se aplica mucha fuerza a la polea de compresión para evitar la creación de porosidad en el área de soldadura; sin embargo, usar más fuerza de compresión resultará en un aumento de 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 es que permite el mecanizado a alta velocidad de tubos de acero. Sin embargo, como es habitual en la mayoría de las forjas en fase sólida, las uniones soldadas por alta frecuencia no pueden probarse de forma fiable mediante técnicas no destructivas (END) convencionales. Pueden producirse grietas de soldadura en zonas planas y delgadas de uniones de baja resistencia que no pueden detectarse con métodos tradicionales y que pueden resultar poco fiables en algunas aplicaciones automotrices exigentes.
Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW)
Tradicionalmente, los fabricantes de tuberías han optado por completar el proceso de soldadura con soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW). La GTAW crea un arco de soldadura entre dos electrodos de tungsteno no consumibles. Simultáneamente, se introduce un gas de protección inerte desde el soplete para proteger los electrodos, generar una corriente de plasma ionizado y proteger el baño de fusión. Este es un proceso consolidado y reconocido que produce soldaduras repetibles de alta calidad. Sus ventajas 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 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 de más de 10 000 Hz. Los clientes de plantas de procesamiento de tubos 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 GTAW convencional. Entre las mejoras típicas se incluyen una mayor resistencia al estallido, velocidades de línea de soldadura más rápidas y una reducción de la chatarra. Los clientes de los fabricantes de tubos de acero descubrieron rápidamente 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 tubos de acero, los bordes de la banda de acero se funden y solidifican al presionarse entre sí mediante abrazaderas. Sin embargo, la propiedad única de la soldadura láser es la alta densidad de su haz de energía. El haz láser no solo funde la capa superficial del material, sino que también crea un ojo de cerradura, lo que resulta en un perfil de cordón de soldadura estrecho. Las densidades de potencia inferiores a 1 MW/cm², como la tecnología GTAW, no producen suficiente densidad de energía para producir ojos de cerradura. Por lo tanto, el proceso sin ojo de cerradura da como resultado un perfil de soldadura ancho y poco profundo. La alta precisión de la soldadura láser proporciona una penetración más eficiente, lo que a su vez reduce el crecimiento del grano y proporciona una mejor calidad metalográfica; por otro lado, el mayor aporte de energía térmica y el proceso de enfriamiento más lento de la GTAW dan lugar a una construcción soldada rugosa.
En términos generales, se considera que el proceso de soldadura láser es más rápido que GTAW, tienen la misma tasa de rechazo y el primero conduce a mejores propiedades metalográficas, lo que conduce a una mayor resistencia al estallido y una 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 una mayor conformabilidad. Influencia del tamaño del punto: En la soldadura de fábricas de tubos de acero inoxidable, la profundidad de soldadura está determinada por el espesor del tubo de acero. Por lo tanto, el objetivo de producción es mejorar la conformabilidad reduciendo el ancho de soldadura mientras se logran velocidades más altas. Al elegir el láser más adecuado, no solo se debe considerar la calidad del haz, sino también la precisión del molino. Además, antes de que el error dimensional del molino de tubos pueda jugar un papel, primero se debe considerar la limitación de reducir el punto de luz.
Existen muchos problemas dimensionales específicos de la soldadura de tubos de acero; sin embargo, el factor principal que afecta la soldadura es la costura en la caja de soldadura (más específicamente, la bobina de soldadura). Una vez formada la tira para soldar, las características de la soldadura incluyen separaciones, desalineación leve o grave y variación de la línea central. La separación determina la cantidad de material utilizado para formar el baño de soldadura. Una presión excesiva resultará en un exceso de material en el diámetro superior o interior de la tubería. Por otro lado, una desalineación leve o grave puede resultar en un perfil de soldadura deficiente. Además, después de pasar por la caja de soldadura, la tubería de acero se recortará aún más, lo que incluye ajustes de tamaño y forma. Por otro lado, un trabajo adicional puede eliminar algunos defectos de soldadura, mayores o menores, pero probablemente no todos. Por supuesto, buscamos lograr cero defectos. Como regla general, los defectos de soldadura no deben exceder 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 importante para la producción de tubos de acero inoxidable de alta calidad. Directamente relacionada con la creciente atención a la conformabilidad en el mercado automotriz, está la necesidad de zonas afectadas por el calor (ZAC) más pequeñas y perfiles de soldadura reducidos. A su vez, esto promueve 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, debemos prestar más atención a la precisión del escaneo de la línea central de la costura. Generalmente, los fabricantes de tubos de acero intentan reducir esta desviación tanto como sea posible, 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 de seguimiento más comunes son el escaneo mecánico y el escaneo láser. Por un lado, los sistemas mecánicos utilizan sondas para contactar con el baño de soldadura aguas arriba de la costura, donde se llenan de polvo, abrasión y vibración. La precisión de estos sistemas es de 0,25 mm (0,01 pulgadas), lo cual no es lo suficientemente preciso para la soldadura láser de alta calidad. El seguimiento de costura láser, por otro lado, puede alcanzar la precisión requerida. En general, se proyecta luz láser o puntos láser sobre la superficie de la soldadura, y la imagen resultante se retroalimenta a una cámara CMOS, que utiliza algoritmos para determinar la ubicación de soldaduras, uniones incorrectas y huecos. Si bien la velocidad de la imagen es importante, un rastreador de costura láser debe tener un controlador lo suficientemente rápido como para compilar 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 rayos láser de mayor calidad para producir tubos de acero inoxidable más moldeables. Por lo tanto, la soldadura láser se ha consolidado para reducir la porosidad y el perfil de la soldadura, manteniendo o aumentando la velocidad de soldadura. Los sistemas láser, como los láseres de losa refrigerados por difusión, han mejorado la calidad del rayo, mejorando aún más la moldeabilidad 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 laminación de tubos de acero.
Hora de publicación: 02-dic-2022