Los avances en el procesamiento de materiales han brindado oportunidades únicas en el campo de la producción de tubos de acero inoxidable.Las aplicaciones típicas incluyen tubos de escape, tubos de combustible, inyectores de combustible y otros componentes.En la producción de tubos de acero inoxidable, primero se forma una tira de acero plana y luego se le da forma de tubo redondo.Una vez formadas, las costuras de los tubos deben soldarse entre sí.Esta soldadura afecta en gran medida a la formabilidad de la pieza.Por lo tanto, es extremadamente importante seleccionar la técnica de soldadura adecuada para obtener un perfil de soldadura que pueda cumplir con los estrictos requisitos de prueba de la industria manufacturera.No hay duda de que la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), la soldadura de alta frecuencia (HF) y la soldadura por 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 en la soldadura por inducción de alta frecuencia, el equipo que proporciona la corriente y el equipo que proporciona la fuerza de presión son independientes entre sí.Además, ambos métodos pueden utilizar barras magnéticas, que son elementos magnéticos blandos colocados dentro del cuerpo del tubo, que ayudan a concentrar el flujo de soldadura en el borde de la tira.
En ambos casos, la tira se corta y limpia, se enrolla y se envía al punto de soldadura.Además, se utiliza un refrigerante para enfriar las bobinas de inducción utilizadas en el proceso de calentamiento.Finalmente, se utilizará algo de refrigerante para el proceso de extrusión.Aquí, se aplica mucha fuerza a la polea de compresión para evitar crear porosidad en el área de soldadura;sin embargo, usar una fuerza de compresión mayor dará como resultado un aumento de rebabas (o cordones de soldadura).Por lo tanto, se utilizan cuchillos especialmente diseñados para desbarbar el interior y el exterior del tubo.
La principal ventaja del proceso de soldadura de alta frecuencia es que permite el mecanizado de tubos de acero a alta velocidad.Sin embargo, como es típico en la mayoría de las uniones de forja de fase sólida, las uniones soldadas de alta frecuencia no se prueban fácilmente de manera confiable utilizando técnicas no destructivas (NDT) convencionales.Pueden ocurrir grietas de soldadura en áreas planas y delgadas de uniones de baja resistencia que no se pueden detectar con métodos tradicionales y pueden carecer de confiabilidad en algunas aplicaciones automotrices exigentes.
Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW)
Tradicionalmente, los fabricantes de tubos de acero han optado por la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) para completar el proceso de soldadura.GTAW crea un arco eléctrico entre dos electrodos de tungsteno no consumibles.Al mismo tiempo, se introduce un gas protector inerte desde el soplete para proteger los electrodos, generar una corriente de plasma ionizado y proteger el baño de soldadura fundida.Este es un proceso establecido y comprendido que dará como resultado un proceso de soldadura repetible de alta calidad.
Las ventajas de este proceso son la repetibilidad, la soldadura sin salpicaduras y la eliminación de la porosidad.Se considera que GTAW es un proceso de conducción eléctrica, por lo que, en términos relativos, el proceso es relativamente lento.
Pulso de arco de alta frecuencia
En los últimos años, las fuentes de energía para soldadura GTAW, también conocidas como interruptores de alta velocidad, han permitido pulsos de arco de más de 10.000 Hz.Los clientes de la planta de procesamiento de tubos de acero se benefician de esta nueva tecnología: el pulso de arco de alta frecuencia provoca una presión descendente del arco que es cinco veces mayor que la del GTAW convencional.Las mejoras representativas incluyen una mayor resistencia al estallido, velocidades de línea de soldadura más rápidas y reducción de desechos.
El cliente del fabricante de tubos de acero descubrió rápidamente que era necesario reducir el perfil de soldadura obtenido mediante este proceso de soldadura.Además, la velocidad de soldadura sigue siendo relativamente lenta.
Soldadura por láser
En todas las aplicaciones de soldadura de tubos de acero, los bordes de la tira de acero se funden y solidifican cuando los bordes de los tubos de acero se aprietan entre sí mediante soportes de sujeción.Sin embargo, una propiedad única de la soldadura láser es su alta densidad del haz de energía.El rayo láser no sólo fundió la capa superficial del material, sino que también creó un ojo de cerradura, de modo que el perfil de soldadura es muy estrecho.Las densidades de energía inferiores a 1 MW/cm2, como la tecnología GTAW, no producen suficiente densidad de energía para producir ojos de cerradura.De esta manera, el proceso sin ojo de cerradura da como resultado un perfil de soldadura amplio y poco profundo.La alta precisión de la soldadura láser conduce a una penetración más eficiente, lo que a su vez reduce el crecimiento del grano y conduce a una mejor calidad metalográfica;Por otro lado, el mayor aporte de energía térmica y el proceso de enfriamiento más lento de GTAW conducen a una construcción soldada rugosa.
En términos generales, se considera que el proceso de soldadura láser es más rápido que el GTAW, tienen la misma tasa de desperdicio y el primero brinda mejores propiedades metalográficas, lo que conduce a una mayor resistencia al estallido y una mayor formabilidad.En comparación con la soldadura de alta frecuencia, no se produce oxidación durante el procesamiento láser del material, lo que da como resultado tasas de desperdicio más bajas y una mayor formabilidad.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.De esta manera, el objetivo de producción es aumentar la conformabilidad reduciendo el ancho de la soldadura, logrando al mismo tiempo velocidades más altas.A la hora de elegir el láser más adecuado no sólo hay que tener en cuenta la calidad del haz, sino también la precisión del fresado.Además, se deben considerar las limitaciones de reducir el punto antes de que entre en juego el error dimensional del laminador de tubos.
Hay 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 soldada (más específicamente, la bobina soldada).Una vez que la tira está formada y lista para soldar, las características de la soldadura incluyen separación de la tira, desalineación severa/ligera de la soldadura y cambios en la línea central de la soldadura.El espacio determina la cantidad de material que se utiliza para formar el baño de soldadura.Demasiada presión dará como resultado un exceso de material en la parte superior o en el diámetro interior de la tubería.Por otro lado, una desalineación leve o severa de la soldadura puede resultar en un perfil de soldadura deficiente.Además, después de pasar por la caja soldada, el tubo de acero se recortará aún más.Esto incluye ajuste de tamaño y ajuste de forma (forma).Por otro lado, el trabajo adicional puede eliminar algunos defectos de soldadura graves o menores, pero probablemente no todos.Por supuesto, queremos conseguir cero defectos.Como regla general, los defectos de soldadura no deben exceder el cinco por ciento del espesor del material.Exceder 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.Con el creciente énfasis en la conformabilidad en el mercado automotriz, existe una correlación directa entre la necesidad de una zona afectada por el calor (HAZ) más pequeña y un perfil de soldadura reducido.Esto, a su vez, ha dado lugar a avances en la tecnología láser que mejoran la calidad del haz para reducir el tamaño del punto.A medida que el tamaño del punto continúa reduciéndose, debemos prestar más atención a la precisión del escaneo de la línea central de la costura.En términos generales, los fabricantes de tubos de acero intentarán 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 trae la necesidad de utilizar un sistema de seguimiento de costuras.Las dos técnicas de seguimiento más comunes son el escaneo mecánico y el escaneo láser.Por un lado, los sistemas mecánicos contactan con sondas la costura situada antes del baño de soldadura, que está sujeta a polvo, desgaste y vibraciones.La precisión de estos sistemas es de 0,25 mm (0,01 pulgadas), lo que no es lo suficientemente preciso para la soldadura láser de alta calidad.
Por otro lado, el seguimiento de costura por láser puede lograr la precisión requerida.Por lo general, se proyecta un rayo láser o un punto 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 soldaduras, uniones defectuosas y espacios.Si bien la velocidad de obtención de imágenes es importante, los rastreadores de costuras láser deben tener un controlador lo suficientemente rápido como para compilar con precisión la posición de la soldadura y al mismo tiempo proporcionar el control de circuito cerrado necesario para mover el cabezal de enfoque láser directamente sobre la costura.Por lo tanto, la precisión del seguimiento de la costura es importante, al igual que el tiempo de respuesta.
En general, la tecnología de seguimiento de costuras está lo suficientemente desarrollada como para permitir también a los fabricantes de tubos de acero utilizar rayos láser de mayor calidad para producir tubos de acero inoxidable mejor conformables.Como resultado, la soldadura láser ha encontrado un lugar para reducir la porosidad de la soldadura y reducir el perfil de la soldadura mientras se mantiene o aumenta la velocidad de soldadura.Los sistemas láser, como los láseres para losas enfriados por difusión, han mejorado la calidad del haz, lo que mejora aún más la formabilidad al reducir el ancho de la soldadura.Este desarrollo ha llevado a la necesidad de un control dimensional más estricto y un seguimiento de las costuras por láser en las fábricas de tubos de acero.
Hora de publicación: 29 de agosto de 2022