¿Sus soldaduras pasan la prueba?

Cuando se compite en una economía global, conviene soldar bien desde la primera vez.

El reproceso y el desperdicio agregan un costo significativo al balance general de un fabricante. La pérdida de fechas de entrega aumenta la insatisfacción y la deserción de los clientes. Una mala calidad de la soldadura puede incluso causar que un cliente mantenga un inventario excesivo. ¿Qué negocio puede prosperar con flujo de efectivo reducido y plazos de entrega ambiguos?

El evaluar la calidad de la soldadura trae a la mente al estricto sargento frente a los soldados alineados para una inspección. ¿Apariencia? Verifique. ¿Precisión? Verifique. ¿Uniformidad? Verifique, verifique.

Como con el pelotón de soldados, el pasar una inspección de soldadura involucra varias consideraciones. De inicio a fin, los gases y el equipo de suministro de gas son factores clave.

Para un taller o fabricante, el mantener la calidad de la soldadura comienza con la consistencia del gas de protección en el proceso de soldadura por arco metálico con gas (GMAW, por sus siglas en inglés). El entregar de manera consistente la mezcla correcta asegura la calidad de la soldadura y las características adecuadas. La tecnología de mezclado, la densidad del gas de suministro y los patrones de uso del gas pueden afectar la capacidad del sistema mezclador de gas en sitio para entregar una mezcla consistente.

Los materiales más comunes soldados son acero suave, aluminio y acero inoxidable. Esta discusión se enfocará en el acero suave. Defectos de soldadura como el socavado, la falta de penetración y la porosidad afectan a cada material de manera similar.

Tecnología de mezclado

Dos tipos comunes de mezcladores de gas son el proporcional y el diferencial de presión.

Mezclador Proporcional. Este diseño simple no eléctrico mantiene una presión igual en la cámara mezcladora usando el suministro de entrada de un componente de gas para controlar ambos reguladores de fuente de gas de entrada.

Cuando la demanda de flujo excede 50 pies cúbicos estándar por hora (SCFH, por sus siglas en inglés), la presión a través de la válvula de mezclado es constante, entregando una mezcla precisa. Sin embargo, cuando la demanda de flujo cae por debajo del intervalo diseñado, como durante periodos de paro de la producción y fines de semana, la mezcla puede variar debido a la caída de los reguladores de entrada y a la diferencia inherente en la fuerza de cierre por resorte que actúa sobre cada asiento.

La mezcla puede empobrecerse o enriquecerse. Una mezcla de gas rica en argón causará que el arco se alargue, lo cual aumenta el voltaje de la punta del electrodo a la unión de soldadura y hace que la energía a través del arco se abra, aumentando la fluidez del charco. Conforme fluye el material base, deja un área cóncava (socavado) alrededor de los bordes del cordón de soldadura (vea la Figura 1).

Una mezcla rica en argón balanceado con CO₂ puede causar una falta de penetración (vea la Figura 2). Su baja conductividad térmica restringe la energía a través del arco, elevando la fuerza de accionamiento y la penetración subsecuente.

Mezclador Diferencial de Presión. El mezclador de gas por diferencial de presión incluye una cámara de compensación, interruptor eléctrico de presión y válvula solenoide eléctrica (vea la Figura 3) para ayudar a asegurar que la caída de presión sea controlada a través de la cámara mezcladora.

La válvula solenoide detiene el flujo de gas hacia la cámara mezcladora bajo condiciones de poco uso, evitando que una mezcla pobre llene la cámara de compensación y la tubería. El interruptor de presión mantiene la presión de la cámara de compensación entre 58 y 72 libras por pulgada cuadrada manométricas (PSIG, por sus siglas en inglés) y activa la válvula solenoide para que se abra y cierre, permitiendo que el gas de la cámara mezcladora llene la cámara de compensación. La cámara de compensación provee un amortiguador mientras que la cámara mezcladora rellena el gas mezclado consumido.

Este mezclador requiere un suministro eléctrico externo. Se requiere mantenimiento en los interruptores eléctricos de presión y en las válvulas solenoide, resultado del uso y desgaste normal. Los componentes eléctricos también pueden ser afectados negativamente por una mala calidad de la energía de suministro.

Densidad de Suministro del Gas

Si el sistema de suministro de gas que alimenta al mezclador está subdimensionado, puede ocurrir socavado y falta de penetración. El rango mínimo de uso para convertir cilindros de alta presión a un sistema mezclador en sitio usualmente es de 2,200 a 3,000 pies cúbicos por semana (62297 a 84950 litros por semana). Los cilindros de alta presión son típicamente de 48 pulgadas a 60 pulgadas (1.2m a 1.5m) de altura y 9 pulgadas (22.9cm) de diámetro. El cilindro típico de alta presión acepta de 240 a 340 pies cúbicos de producto puro o premezclado en fase gaseosa presurizado entre 900 y 2,650 libras por pulgada cuadrada (PSI, por sus siglas en inglés). No se requiere vaporización externa, pero puede ser necesario un colector de cilindros múltiples para proveer volumen adicional en el punto de uso.

Un sistema mezclador de gas en sitio produce una mezcla precisa de gas protector a partir de dos o tres fuentes de gas puro. Los componentes del sistema mezclador incluyen un mezclador como se ilustra en la Figura 3, un sistema de suministro de gas primario y secundario.

Los mezcladores en sitio pueden alimentarse con tanques de almacenamiento en grandes volúmenes, cilindros de líquido o tanques estacionarios. Los tanques de almacenamiento en grandes volúmenes requieren un vaporizador externo que convierte el líquido en gas. Los cilindros de líquido y tanques estacionarios ofrecen extracción tanto en fase líquida como gaseosa. Puede haber problemas cuando el mezclador demanda una entrada más alta de la que pueden generar los serpentines de vaporización de gas internos de los cilindros.

Como resultado, los serpentines se saturan y la temperatura del gas cae, causando la formación de hielo en las válvulas y lados del cilindro de líquido (vea la figura 4). La densidad del gas aumenta conforme su temperatura cae bruscamente, causando una mezcla desequilibrada. Los orificios de la cámara mezcladora usualmente están dimensionados y calibrados para operar entre 32 y 100º F (0 y 37.8º C). La mezcla resultante se vuelve rica en alguno de los componentes, causando socavado o falta de penetración.

Patrones de Uso del Gas

Los patrones de consumo de gas en el ambiente de manufactura o de los talleres tienen un impacto en el sistema mezclador en sitio. Conforme aumenta la demanda, la válvula solenoide del mezclador diferencial de presión para su ciclo de encendido y apagado después de 500 pies cúbicos por hora (CFH, por sus siglas en inglés) para mezcladores con una capacidad menor a 1,000 CFH. Esto implica una demanda continua sobre el sistema de suministro para mantener la presión de la mezcla entre 100 PSI y 125 PSI.

Si uno de los componentes se sale de este intervalo, la mezcla variará. Cuando se usan cilindros de líquido, es necesario hacer concordar las capacidades máximas de flujo del mezclador con el número correcto de cilindros de líquido. Un cilindro estándar de líquido puede entregar fase gaseosa hasta de 350 a 400 CFH por alrededor de una a dos horas de extracción continua. Más allá de eso, la presión de salida del cilindro empieza a caer hacia el mezclador. Un solo cilindro sería insuficiente para un mezclador típico de 750 a 1,000 CFH.

Se requiere un colector que alimente cilindros múltiples para cumplir con la demanda de flujo. Desafortunadamente, cada circuito acumulador de presión del cilindro opera a una presión diferente. El operador nunca podrá ajustar al mismo valor los acumuladores de presión, por lo que un cilindro domina y cierra la válvula de retención en las mangueras de suministro del otro cilindro.

Los cilindros conectados mediante un colector suministran sólo 50 por ciento de su capacidad máxima de extracción de gas. Para superar este problema, el operador puede conectar la válvula de venteo de cada cilindro mediante un colector común. Esto igualará la presión máxima de cada cilindro, permitiéndoles trabajar juntos. Este ajuste mejorará la eficiencia de la extracción hasta en un 80 por ciento.

La Rentabilidad está en los Detalles

Para manufactureros y talleres similares, se aplica claramente la máxima acerca de que se gana o se pierde rentabilidad en los detalles. Productos de calidad entregados a tiempo brindan la mejor rentabilidad. Un sistema mezclador de gas en sitio adecuadamente dimensionado y una comprensión de los patrones de uso mejorarán la calidad de la soldadura y reducirán los retrabajo y desperdicios.