Soldadura por resistencia eléctrica de un vistazo

Figura 1 Objeto

Se encuentran disponibles varios procesos de soldadura por resistencia eléctrica (ERW) para la producción de tubos y tuberías. Si bien cada proceso tiene características diferentes, todos los procesos de REG tienen una cosa en común: todos producen una soldadura forjada.

Una soldadura forjada se crea aplicando una combinación de calor y presión, o fuerza de forjado, a la zona de soldadura. Una soldadura forjada exitosa utiliza la cantidad óptima de calor, que normalmente es ligeramente menor que el punto de fusión del material, y una aplicación casi simultánea de presión circunferencial a la sección, lo que fuerza a los bordes calentados a unirse (verFigura 1).

Como su nombre lo indica, el calor generado por la potencia de soldadura es el resultado de la resistencia del material al flujo de corriente eléctrica. La presión proviene de rodillos que comprimen el tubo hasta darle su forma final.

Los dos tipos principales de REG son los de alta frecuencia (HF) y los de rueda de contacto giratoria.

Los dos aspectos principales de la soldadura HF son los procesos y los suministros de energía. Cada uno de estos se puede dividir en subcategorías.

Procesos. Los dos procesos de soldadura HF son el contacto HF y la inducción HF. En ambos procesos, el equipo que suministra la corriente eléctrica es independiente del equipo que suministra la presión de fragua. Además, ambos métodos HF pueden emplear impeders, que son componentes magnéticos blandos ubicados dentro del tubo que ayudan a enfocar la corriente de soldadura en los bordes de la tira.

Soldadura por inducción HF.En el caso de la soldadura por inducción HF, la corriente de soldadura se transmite al material a través de una bobina de trabajo delante del punto de soldadura (verFigura 2 ). La bobina de trabajo no hace contacto con el tubo: la corriente eléctrica se induce en el material a través de campos magnéticos que rodean el tubo. La soldadura por inducción HF elimina las marcas de contacto y reduce la configuración necesaria al cambiar el tamaño del tubo. También requiere menos mantenimiento que la soldadura por contacto.

Se estima que el 90 por ciento de las fábricas de tubos de América del Norte utilizan soldadura por inducción HF.

Soldadura por contacto HF.La soldadura por contacto HF transfiere la corriente de soldadura al material a través de contactos que se desplazan sobre la tira (verfigura 3 ). La potencia de soldadura se aplica directamente al tubo, lo que hace que este proceso sea más eficiente eléctricamente que la soldadura por inducción HF. Debido a que es más eficiente, es ideal para la producción de tubos de paredes gruesas y de gran diámetro.

Fuentes de alimentación. Las máquinas de soldadura HF también se clasifican según cómo generan energía. Los dos tipos son de tubo de vacío y de estado sólido. El tipo de tubo de vacío es la fuente de alimentación tradicional. Sin embargo, desde su introducción a principios de los años 90, las unidades de estado sólido han ganado rápidamente importancia en la industria. Se estima que en América del Norte operan entre 500 y 600 de cada tipo.

Figura 2 Objeto

En la soldadura con rueda de contacto giratoria, la corriente eléctrica se transmite a través de una rueda de contacto en el punto de soldadura. La rueda de contacto también aplica parte de la presión de forja necesaria para el proceso de soldadura.

Los tres tipos principales de soldadoras de rueda de contacto rotativo son CA, CC y onda cuadrada. En las tres fuentes de alimentación, la corriente eléctrica se transfiere mediante conjuntos de cepillos que acoplan anillos colectores unidos a un eje giratorio que soporta las ruedas de contacto. Estas ruedas de contacto transfieren la corriente a los bordes de la tira.

Soldadura de rueda de contacto rotativa de CA. En una máquina soldadora de rueda de contacto rotativa de CA, la corriente se transfiere a través de las escobillas al eje giratorio, que tiene un transformador montado en él. El transformador reduce el voltaje y aumenta la corriente, lo que lo hace apto para soldar. Las dos patas del circuito de salida del transformador están conectadas a las dos mitades de la rueda de contacto giratoria, que están aisladas entre sí. La tira completa el circuito actuando como conductor entre las dos mitades de la rueda.

Los soldadores de rueda de contacto giratorio tradicionales utilizaban corriente alterna de 60 hercios o corriente de línea común. Una desventaja de este sistema es que la corriente (y por lo tanto el calor de soldadura) sube y baja, lo que limita la velocidad a la que se puede soldar el tubo. Una onda sinusoidal de CA alcanza brevemente su amplitud máxima, produciendo calor de soldadura que varía tal como lo hace la onda sinusoidal (consulteFigura 4).

Para ayudar a igualar la variación de calor, se introdujeron conjuntos de generadores de motor para crear CA a frecuencias más altas. Algunas de las frecuencias utilizadas fueron 180, 360, 480 y 960 Hz. También se produjeron algunas unidades de estado sólido para generar corrientes de mayor frecuencia. Una onda sinusoidal de CA a 960 Hz alcanza su amplitud máxima 1.920 veces por segundo, a diferencia de las 120 veces por segundo de una señal de 60 Hz. La onda sinusoidal de 960 Hz produce calor con una temperatura mucho más constante.

Soldadura de rueda de contacto rotativa CC. El siguiente paso en la soldadura de ruedas de contacto rotativas fue la fuente de alimentación de CC. La potencia producida tiene una amplitud casi constante. Aunque esto resuelve el problema de la variación del calor, un inconveniente importante es que este tipo de máquina de soldar conlleva mayores costes de mantenimiento.

Debido a que no es posible cambiar el voltaje de CC con un transformador, es necesario transmitir la corriente de soldadura de alto amperaje y bajo voltaje al eje a través de una gran cantidad de escobillas (92 para CC versus 8 para CA) con un alta densidad de corriente. La transmisión de corriente de alto amperaje y bajo voltaje produce un exceso de calor (residuo) que causa un gran desgaste, lo que resulta en los altos costos de mantenimiento mencionados anteriormente.

Soldadura de rueda de contacto rotativa de onda cuadrada. El último paso en la evolución de la soldadura de ruedas de contacto rotativas es la fuente de alimentación de onda cuadrada. Este método combina el calor de soldadura constante de DC con el menor mantenimiento asociado con las unidades de AC (verFigura 5).

Si bien los métodos de soldadura por contacto rotatorio precedieron a los procesos de soldadura HF más utilizados, todavía tienen un papel vital en aplicaciones de soldadura especializadas. La soldadura por contacto giratorio es útil para aplicaciones que no pueden acomodar un impedimento en el diámetro interior del tubo. Ejemplos de esto son los tubos de pequeño diámetro aptos para refrigeración y los tubos que se pintan en el diámetro interior inmediatamente después del proceso de soldadura.

Los tipos de rodillos de presión de soldadura, o cajas de presión como a veces se les llama, que aplican la presión requerida para la soldadura son tan variados como las unidades de soldadura utilizadas para suministrar el calor. Las cajas exprimibles para soldadura con ruedas de contacto giratorias suelen tener dos o tres unidades de rodillos, y la rueda de contacto sirve como uno de los rodillos.

Figura 3 Objeto

El número de rodillos en la caja de compresión para soldadura es proporcional al tamaño y la forma del producto que se está soldando. No hay reglas duras y rápidas; sin embargo, las pautas comunes para rangos de tamaño de tubos o tuberías redondos son las siguientes:

Hoy en día, mucho más que en el pasado, muchas formas (cuadradas, rectangulares, hexagonales) se sueldan en la forma final en lugar de remodelarse después de soldarse. Las cajas de soldadura utilizadas para las formas se diseñan a medida para cada aplicación y normalmente no tienen más de cinco rollos.

Gerald Weimer es gerente de productos de sistemas de laminadores de tubos en Yoder - Formtek Cleveland Inc., 26565 Miles Road, Suite 200, Cleveland, OH 44128, teléfono 216-292-4460, fax 216-292-2898, correo electrónico Yoder@FormtekCleveland. com, sitio web www.yodermfg.com. Yoder diseña y fabrica molinos y herramientas de laminación para las industrias de conformado de tubos, tuberías y rollos.

Ray Cagganello es director de operaciones y productos posventa de Thermatool Corp., 31 Commerce St., East Haven, CT 06512, teléfono 203-468-4100, fax 203-468-4281, correo electrónico [email protected], sitio web www.thermatool.com. Thermatool fabrica unidades de soldadura por inducción y contacto de tubo de vacío y de estado sólido de 50 a 2000 kW con frecuencias de 100 a 800 kHz, cizallas alfa, sierras en frío y en caliente, sistemas de agrupación, sistemas de calefacción y sistemas de molino completos.