Clasificación de los procesos de soldadura: 7 tipos

Este artículo arroja luz sobre los siete tipos principales de procesos de soldadura. Los tipos son: 1. Soldadura manual 2. Soldadura semiautomática 3. Soldadura automática 4. Soldadura automatizada 5. Controles adaptativos 6. Soldadura remota 7. Soldadura robótica.

Tipo # 1. Soldadura manual:

Implica que todas las ocho operaciones de secuencia de soldadura se realizan a mano. Sin embargo, tenga en cuenta que la etapa 4, que es "el movimiento relativo entre el cabezal de soldadura y el trabajo", puede incluir cierta asistencia mecánica, como el manipulador de soldadura, que mueve la pieza de trabajo aproximadamente a la velocidad correcta para la soldadura.

En la Fig. 21.1 se muestra uno de estos manipuladores, llamado motor de gravedad, en el que el soldador enrolla el peso y luego controla la velocidad de la mesa sujetando el borde y dejándolo correr entre sus dedos a la velocidad deseada, lo que le permite producir soldaduras más limpias y continuas. Estafas circulares en la posición de soldadura descendente.

La soldadura manual es más popular entre los procesos SMAW, GTAW, soldadura de gas de oxicombustible y soldadura por arco de plasma.

Tipo # 2. Soldadura semiautomática:

En este sistema, la etapa 5, que es 'el control de las variables de soldadura, como su velocidad de alimentación de alambre en GMAW o la duración de la corriente en la soldadura por resistencia con un soldador de pistola, es automática', pero los medios de soldadura se mantienen en la mano. La etapa 4, que es el movimiento relativo entre el cabezal de soldadura y el trabajo, normalmente es manual, pero se pueden emplear medios mecánicos como la cinta transportadora o el manipulador de trabajo. Por lo tanto, el proceso GMAW se puede utilizar junto con el motor de gravedad para mejorar la calidad y la productividad en la soldadura.

Las diversas operaciones en las etapas 3 y 6 que son 'inicio y detención de la operación' se pueden llevar a cabo en secuencia automáticamente con la ayuda de un solo interruptor de encendido y apagado.

El sistema de soldadura semiautomático es el más popular entre GMAW y FCAW. Aunque es posible utilizar esta técnica con los procesos GTAW, SAW y ESW, pero rara vez se usa.

Tipo # 3. Soldadura automática:

Es un sistema en el que al menos la etapa 5 es el 'control de las variables de soldadura', y la etapa 4, es decir, 'el movimiento relativo entre el cabezal de soldadura y el trabajo' son automáticos. Por lo general, un solo interruptor que funciona a través de un dispositivo de secuenciación opera los controles de la energía y los consumibles como el cable y el gas. Esto también puede hacer que el dispositivo de relleno de cráter, si se incorpora, entre en acción automáticamente. La Fig. 21.2 muestra un diagrama de bloques para un sistema típico de soldadura automática.

En un sistema automático de soldadura, las etapas 1, 2, 7 y 8 se llevan a cabo manualmente o se inician manualmente. Por la lógica anterior, la soldadura por gravedad se clasifica como un método de soldadura automática portátil.

El sistema de soldadura automática es el más popular entre los procesos de SIERRA y ESW. También se usa, hasta cierto punto, con GTAW, GMAW, FCAW y los procesos de soldadura por arco de plasma.

Tipo # 4. Soldadura automatizada:

Un sistema de soldadura automatizado realiza las ocho etapas desde el ensamblaje y la transferencia de las piezas al cabezal de soldadura sin que un operador de soldadura ajuste los controles. La soldadura que puede completarse en una o más etapas, y la expulsión final del producto completado se llevan a cabo mecánicamente sin intervención manual. Un aspecto importante de la soldadura automatizada es que el operador no necesita monitorear continuamente la operación. En comparación con la soldadura automática, esto tiende a aumentar la productividad, mejorar la calidad y reducir la fatiga del operador.

La Fig. 21.3 muestra un diagrama esquemático para un sistema de soldadura automatizado que emplea mini computadora, multiprogramador y una unidad de rastreo de estafa. Los sistemas de soldadura automatizados se utilizan popularmente con los procesos SAW, GMAW y FCAW. Hasta cierto punto, GTAW, PAW y ESW también se utilizan en modos automatizados.

Fig. 21.3 Diagrama esquemático de un sistema automatizado de soldadura.

Tipo # 5. Controles adaptativos:

Con el uso cada vez mayor de sistemas de soldadura automáticos y automáticos, es imperativo mantener el cabezal de soldadura en movimiento exactamente a lo largo de la trayectoria de la junta y lograr soldaduras de las especificaciones y la calidad deseadas. Esto se hace generalmente empleando dispositivos llamados controles adaptativos.

Los controles adaptativos en los sistemas de soldadura, por lo tanto, cumplen dos objetivos, a saber, el rastreo de estafas y el control de calidad.

Hay varios tipos de dispositivos de seguimiento de costura. El más simple que se muestra en la Fig. 21.4. es un seguidor mecánico que utiliza ruedas con resorte para seguir físicamente la costura de la junta. Este sistema funciona satisfactoriamente para recorridos horizontales o verticales largos, pero puede no ser útil para el rastreo de costuras a lo largo de un recorrido curvo, como es evidente desde dos posiciones de este tipo de rastreador de estafa que se muestra en la Fig. 21.5.

Otros sistemas de seguimiento de costura incluyen dispositivos electromecánicos que utilizan sondas electrónicas de peso ligero. Sin embargo, tienen una capacidad limitada para rastrear soldaduras de paso múltiple y soldaduras de ranura cuadrada. Estos también se ven afectados negativamente por el calor de soldadura.

Algunos otros sistemas utilizados con el proceso GTAW se basan en la detección de arco utilizando el control de voltaje de arco para mantener la trayectoria. Las versiones más sofisticadas del seguimiento de la costura del arco emplean un mecanismo para oscilar el arco e interpretar la variación en las características del arco para detectar la ubicación de la unión. Dicho sistema puede o no ser deseable con un proceso de soldadura particular y puede estar limitado en la velocidad de desplazamiento por los requisitos de oscilación.

Con mucho, los sistemas de rastreo de estafas más sofisticados son los tipos ópticos que utilizan cámaras de video como se muestra en la Fig. 21.6 u otros dispositivos para obtener una imagen bidimensional o tridimensional de la unión soldada. Estas imágenes son empleadas por un sistema informático para hacer que el cabezal de soldadura siga con mucha precisión el recorrido de la junta.

El sistema de seguimiento de costura óptica que utiliza un rayo láser es el método más reciente para lograr una alta precisión en el seguimiento del camino deseado para la soldadura. Sin embargo, las esquinas filosas y el efecto de soldar calor y humo aún crean problemas que no se superan completamente.

Los controles adaptativos, cuando se utilizan para el control de calidad en el proceso en la soldadura por resistencia, permiten que el proceso continúe hasta que se forme un nugget de tamaño adecuado.

Cuando se emplea alguna forma de control adaptativo, las palabras "con seguimiento de estafa" o "con control adaptable" se agregan al modo de proceso principal, por ejemplo, "soldadura automatizada con seguimiento de estafa o soldadura por puntos de resistencia con control de calidad dentro del proceso" .

Tipo # 6. Soldadura Remota:

La soldadura remota y la soldadura automatizada tienen mucho en común. En ambos casos, la soldadura se realiza sin la presencia inmediata de un operador de soldadura humana. En el caso de la soldadura automática, el operador puede estar a solo unos metros de la operación de soldadura, pero la soldadora también podría estar a muchos metros de distancia.

Esto se debe a que el monitoreo y los ajustes no son necesarios durante las operaciones. En muchos casos, la operación de soldadura se realiza detrás de las cortinas para que el operador ni siquiera pueda ver las operaciones o no se vea afectado por el arco.

La soldadura remota es muy similar a la soldadura automática, ya que el operador de la soldadura no está en el lugar de la soldadura y puede estar muy lejos de ella. Sin embargo, la diferencia es que la soldadura automatizada está diseñada normalmente para realizar la misma soldadura una y otra vez. La soldadura remota generalmente implica operaciones de mantenimiento donde cada soldadura puede ser diferente de la anterior.

Donde se realiza la misma soldadura una y otra vez, la soldadura remota se vuelve similar a la soldadura automática. La soldadura remota es cada vez más utilizada con el aumento del establecimiento de plantas de energía nuclear. En general, se realiza donde los humanos no pueden estar presentes debido a una atmósfera hostil, como cuando existe un alto nivel de radiactividad. Las unidades de mantenimiento deben, por lo tanto, involucrar trabajo remoto incluyendo soldadura.

Algunas de las aplicaciones típicas de la soldadura remota incluyen el sellado de materiales radioactivos en contenedores metálicos. El sellado de elementos combustibles y barras objetivo también se realiza en la industria nuclear mediante soldadura remota como se muestra en la Fig. 21.12.

La soldadura remota encuentra aplicación en algunas plantas de procesamiento radioquímico donde se manejan soluciones altamente corrosivas. También se realiza alrededor de reactores nucleares donde las condiciones de servicio requieren la mayor calidad de soldadura posible. El taponamiento de los tubos del intercambiador de calor con fugas en las centrales nucleares es otra aplicación para la soldadura remota utilizando una unidad GTAW automatizada.

Las uniones de soldadura de tubería en atmósfera radioactiva también se realizan de forma remota utilizando cabezas GTAW automáticas. Las soldaduras remotas en tuberías y tubos se hacen como se harían con el equipo en condiciones normales.

Tipo # 7. Soldadura robótica:

La soldadura robótica es básicamente una parte del sistema de soldadura automatizado, pero se considera por separado porque de todas las tecnologías actualmente disponibles, los robots son quizás los más interesantes y, por lo tanto, necesitan una referencia especial en la automatización de la soldadura. Los robots articulados pueden emular de cerca las acciones productivas de un hombre en el entorno de la soldadura, y dentro de ciertos límites proporcionan una alternativa aceptable para realizar muchas de las tareas monótonas y, por lo tanto, fatigantes que se encuentran en la industria en abundancia. En este contexto, un robot puede ser una solución rentable para muchas tareas de soldadura por arco.

En su forma más simple, un robot es un manipulador que puede ser programado a voluntad. El manipulador es accionado por accionadores como motores eléctricos y es controlado por una computadora. La mayoría de los robots de soldadura tienen cinco o seis ejes sobre los cuales se mueven. Algunos de estos ejes son lineales y otros rotativos.

La combinación de ejes lineales y rotacionales hace que un robot sea más o menos adecuado para una tarea en particular o para un rango de tareas. El controlador del robot tiene una memoria en la que se pueden almacenar los programas y estos programas se pueden reproducir a voluntad. De esta manera, los programas que se enseñan se pueden capturar para su uso futuro. Debido a que los robots tienen esta flexibilidad, se diferencian de la automatización fija que se dedica a una sola tarea. La Fig. 21.13 muestra los elementos esenciales de un sistema de soldadura robótica utilizando un robot articulado.

Sin duda, los robots no pueden hacer todo el trabajo que realizan los humanos en este momento y es dudoso que lo hagan alguna vez. Cuando se deben soldar materiales exóticos o donde el acceso está muy limitado, donde la tolerancia de los procesos de soldadura previa no son lo suficientemente ligeros o cuando los componentes no se pueden sujetar adecuadamente durante la soldadura, se reduce el alcance para usar un robot.

A pesar de estas limitaciones, existen muchas aplicaciones en las que un sistema de robot demuestra su valía porque la soldadura difícilmente puede dejar de ser un área de crecimiento, ya que la operación es intrínsecamente laboriosa, a menudo muy repetitiva y ambientalmente una ocupación desagradable, por lo que requiere habilidades que puede transferirse fácilmente al robot. También es una coincidencia que la soldadura a menudo implique el uso de un manipulador de trabajo, un dispositivo que, en virtud de sus propios movimientos, puede simplificar el programa que debe enseñarse al robot y puede ser fácilmente Interfazó con este último.

Por lo tanto, la soldadura robótica efectiva no solo es una cuestión de una interfaz correcta entre la electrónica de control y el paquete de soldadura, sino que también depende de un equipo de manipulación de piezas programable, fabricado con precisión, que opera dentro de bandas muy estrechas.

Tipos de robots de soldadura:

En el campo de la soldadura, los robots se introdujeron por primera vez para la soldadura por puntos en la industria del automóvil y están bien establecidos en ese campo. Sin embargo, el énfasis actual está en el desarrollo de robots de soldadura MIG. Recientemente, incluso se han desarrollado robots de soldadura TIG porque la soldadura TIG es un trabajo difícil, lento y, por lo tanto, agotador, en el que la antorcha de soldadura debe mantenerse en su posición precisa y el soldador debe soportar el arco de electrodos de tungsteno de pulsación intensa.

En caso de que la junta requiera un cable de relleno, la situación es aún peor, ya que la otra mano tiene que alimentar el cable en el ángulo correcto y con la misma precisión. Cuando la pieza de trabajo es de forma compleja con varias uniones cortas en varios ángulos, o en el caso de una junta de tubo asimétrica, hasta ahora no ha habido equipo adecuado disponible. Dado que la soldadura TIG se recurre solo cuando el material original es una aleación especial o cuando se debe otorgar una penetración completa sin defectos de soldadura en la producción, es común solo para algunas aplicaciones especiales.

Sin embargo, debido a que se utiliza en la fabricación de uniones críticas en industrias que incluyen ingeniería aeronáutica, fabricación de maquinaria de alimentos, ingeniería industrial de procesos químicos y fabricación de brazo de fuego y herramientas de precisión, los robots de soldadura TIG se han desarrollado para uso industrial en el que maneja Pistola de soldadura y alimenta alambre de relleno en la junta. La figura 21.14 muestra los elementos esenciales de un sistema de soldadura TIG que utiliza un escáner infrarrojo para el seguimiento de las costuras.

Fig. 21.14 Un sistema de robot de soldadura TIG que utiliza un escáner de rayos infrarrojos para el rastreo de estafas

El último desarrollo en la industria de los robots de soldadura es la introducción de un robot que utiliza un sistema de visión basado en láser para la soldadura por arco cuando las piezas a soldar presentan grandes irregularidades. Un robot así puede detectar variaciones y corregirlas como lo harían los humanos en tiempo real.

Para el uso efectivo de un robot de soldadura, es esencial seguir el procedimiento de configuración, de lo contrario, puede resultar en una compensación de arco con las consecuentes soldaduras de mala calidad, como se indica para las soldaduras a tope y de filete en las figuras 21.15 y 21.16, respectivamente. Además, un mal procedimiento puede conllevar un movimiento adicional de la pieza de trabajo, como se muestra en la figura 21.17, lo que resulta en un retraso en la fabricación y un mayor costo del producto.

Precauciones en el uso de robots :

El uso de un robot de ninguna manera obvia los requisitos de seguridad existentes de cualquier configuración de soldadura. El robot sin duda ayudará porque su uso permite que las personas sean eliminadas de situaciones peligrosas o poco saludables. Esto no solo mejora las relaciones laborales, sino que también puede aumentar la productividad a través de la eliminación de los descansos que a menudo requieren la ley en algunas circunstancias.

El riesgo que el robot se introduce en el entorno se comprende mejor si se considera que la automatización es ciega, sorda y tonta y que solo responde a las señales inyectadas directamente en su cerebro. Sin embargo, los robots pueden emular estrechamente las habilidades de un ser humano, pero este es solo el caso si el entorno permanece constante.

La mayor fortaleza de un robot es que puede ignorar el calor, la luz, la radiación, etc. Su mayor debilidad es que no tiene una reacción inherente que los humanos tenemos a nuestro entorno. A la luz de estos hechos, debe reconocerse que los robots y las personas no se combinan bien y que los pases se deben emitir a las personas que pueden tener contacto con el sistema de robot.

Los sistemas de robots son interacciones complejas de la electrónica de computadora, sistemas mecánicos y de control. Pueden descomponerse de formas inesperadas y deben tomarse precauciones para proteger a las personas y los procesos circundantes. Esto se denomina como a prueba de fallos. Siempre debe haber una provisión para la anulación manual en situaciones de emergencia.

Aplicaciones:

Los robots se integran a sí mismos en trabajos que pueden ser peligrosos para los seres humanos, o en trabajos sucios o agotadores donde es difícil mantener la eficiencia. Además de la reducción de costos por el aumento de la productividad, otras ventajas de los robots son la precisión constante, el mínimo desperdicio de materiales, los costos de mano de obra estabilizados porque no hay trabajo significa que no hay salario y, por último, la escasez de personal calificado no será un problema.

Teóricamente, un robot se puede utilizar incluso para un trabajo único, pero claramente sería una pérdida de tiempo estar continuamente programando un robot cuando la tarea se puede completar al mismo tiempo con los métodos tradicionales. Sin embargo, si se trata de una producción por lotes y el lote se repite con cierta regularidad, por ejemplo, semanalmente o mensualmente, y si los dispositivos pueden ubicarse con precisión luego de su uso para la primera soldadura, entonces el uso de un robot se puede distribuir entre muchos componentes .

Cuando el tamaño del lote es demasiado grande, también se debe examinar nuevamente el robot para averiguar si la automatización fija no puede ser una mejor propuesta. En estas circunstancias, los robots se pueden justificar si el lote cambia cada año para que los costos de reequipamiento se puedan limitar.

El tamaño de la soldadura por lo general no proporciona ninguna dificultad en el manejo, siempre que se pueda mantener el acceso. Por otro lado, el grosor del material que se va a soldar impone muchas restricciones, por ejemplo, a medida que el metal se vuelve muy delgado, por ejemplo, menos de 1 mm, la soldadura se vuelve cada vez más crítica.

La soldadura se debe colocar muy rápidamente para evitar que se queme y la soldadura es propensa a una distorsión severa durante la soldadura. Estas condiciones indeseables no son adecuadas para el robot, que básicamente espera un conjunto relativamente estable de condiciones de soldadura. Cuando se encuentran dificultades, a veces es posible rediseñar el producto o replanificar el trabajo para adaptarlo al robot. Por lo tanto, es probable que el uso del robot de soldadura también estimule cambios en el diseño del producto para que el acceso a las uniones sea más fácil, y debido a la calidad mejorada de la superficie de la soldadura, se pueden especificar más soldaduras externas.

Costos del robot :

El costo de un sistema de robot de soldadura por arco puede variar entre Rs.25 lakh a Rs.30 lakh. Se espera que un sistema robotizado de soldadura por arco dé una vida útil de 10 a 20 años. Si el sistema es más antiguo que eso, probablemente esté desactualizado y sea relativamente ineficiente. Además, no es razonable esperar que los proveedores de robots conserven los repuestos para robots de todos los modelos por tiempo indefinido.

En términos de productividad, se espera que los robots den un aumento de 200 a 300 por ciento sobre la mejor productividad manual.

En condiciones normales, un robot se pagará solo durante un período de 2 a 3 años. Los costos de mantenimiento son comparativamente bajos y en un robot promedio operan durante aproximadamente 500 horas o aproximadamente 3 meses de tiempo de trabajo entre averías.