Top 4 Variantes de soldadura de electroslag (ESW)
Este artículo arroja luz sobre las cuatro variantes principales de la soldadura por electro-escoria (ESW). Las variantes son: 1. Guía de consumibles ESW 2. ESW con electrodos de placa y cinta 3. Electroslag Flash Flash Butt 4. Circuito bifilar ESW.
Variante # 1. Guía de consumibles ESW:
La variante de guía de consumibles de ESW es un método de soldadura por electro-escoria en el que el metal de aportación se suministra mediante la fusión no solo del alambre del electrodo, sino también de su tubo guía o el tubo de contacto con el consiguiente aumento de la tasa de deposición. Esta característica ha ampliado notablemente la aplicabilidad del proceso ESW en la industria estructural. La figura 11.20 muestra una configuración para la soldadura de electroslag de la guía de consumibles.
La corriente de soldadura es transportada por la guía de consumibles que se derrite en la superficie del baño de escoria. Esto elimina el requisito de movimiento vertical de la máquina y, por lo tanto, se utilizan bloques de retención estacionarios o no deslizantes. La guía de consumibles ESW es, por lo tanto, más sencilla de realizar, ya que no requiere un dispositivo de desplazamiento vertical ni un sistema de oscilación.
Guías de consumibles:
Una guía de consumibles es un tubo de pared delgada o un conjunto de placas o varillas que tienen conductos para alimentar el alambre del electrodo. Generalmente, una guía de consumibles se mantiene estacionaria en la junta.
La forma de una guía de consumibles depende del contorno de la junta a realizar. Por lo general, está hecho de un material compatible o compatible con el metal de trabajo y la composición química requerida del metal de soldadura. Las guías consumibles más a menudo se llenan con alambre de resorte helicoidal para servir como conductos. Algunas de las formas bien conocidas de las guías de consumibles se muestran en la Fig. 11.21.
En una fabricación especialmente crítica, el conducto principal en una guía está duplicado por un conducto de repuesto para un segundo cable como se muestra en la figura 11.21 (g). Mientras la operación se realice sin problemas, el cable pasa por el conducto principal, mientras que el segundo cable en el conducto de duplicación permanece estacionario. Si, por algún motivo, el electrodo en el conducto principal se detiene, se inicia la unidad de reserva.
Para un espesor de trabajo de hasta 40 mm con una costura larga (más de 500 mm), se recomienda usar un tubo guía de acero equipado con arandelas como se muestra en la Fig. 11.21 (0 para aislarlo del trabajo.
Una guía de consumibles típica consta de dos partes, una consumible y la otra permanente o no consumible. La longitud de la parte consumible varía según la longitud de la junta con provisión para cubrir el sumidero inicial y la pestaña de acabado. La parte no consumible se utiliza para fijar la guía y para conectar los cables de soldadura; Su longitud depende del diseño del equipo y puede variar entre 100 y 500 mm.
Los grosores de la guía de consumibles y el número de electrodos se basan en la preparación del borde y el grosor del trabajo.
Sabiendo el grosor de trabajo, el número de electrodos se puede determinar a partir de la siguiente relación:
dónde,
n = número de electrodos,
s = espesor de trabajo. mm
d = separación entre electrodos, se supone que está entre 50 y 60 mm. Estos términos están marcados en la figura 11.22.
El valor de n determinado por la ecuación (11.1) se redondea al entero más cercano y se usa para encontrar el valor exacto de d. Los valores típicos de d y d max como funciones del grosor del tubo guía, t g se dan en la Tabla 11.5.
El grosor de las guías de consumibles de uso común en la industria es de 5 mm y 10 mm.
Guía de aisladores:
Los aisladores se utilizan para evitar la posibilidad de contacto entre la guía y los bloques de trabajo o de retención. Se requiere que los aisladores se conviertan en parte del baño de escoria en la fusión sin un efecto negativo en el funcionamiento de la escoria, el metal de soldadura o la estabilidad del proceso. Los aisladores deben tener una alta resistencia a la compresión y ser de bajo costo.
Los aisladores son comúnmente hechos de fibra de vidrio o bolsas de tela de vidrio llenas de lana de vidrio. El diámetro de las bolsas varía entre 25 y 30 mm. Algunas veces los aisladores están hechos de telas ordinarias rellenas con flujo de soldadura.
Para obtener el mejor rendimiento, el peso de las paletas aislantes debe ser de 15-25 gm. El número de paletas utilizadas debe ser tal que no exceda del 15 al 20% del volumen total del baño de escoria. En la práctica, se colocan dos aisladores (uno a cada lado de la guía) cada 100 - 150 mm del espesor del trabajo. A lo largo de las juntas de soldadura, los aisladores están separados entre 200 y 250 mm. Los aisladores se pueden meter entre la guía y el trabajo o se pueden colocar en la guía, se prefiere este último método.
Bloques de retención:
Los bloques de cobre de retención del tipo estacionario se prefieren en la guía ESW de consumibles y actúan como el mejor dispositivo de modelado de soldadura. Sin embargo, tales bloques de retención interfieren con el monitoreo de la profundidad del baño de escoria y el posicionamiento correcto de las guías. Por lo tanto, es preferible utilizar un bloque de cobre estacionario enfriado por agua en un lado de la junta y un bloque deslizante en el otro.
Cuando se hace uso de bloques de retención estacionarios en ambos lados de la junta, la profundidad del baño de escoria puede controlarse mediante el sonido del proceso, que es mejor cuando se trata de un sonido de burbujas o más científicamente al observar el volumen de flujo, V f ' alimentado en la junta La profundidad del baño de escoria normalmente se toma como 4 cm para el cálculo y en ningún caso debe exceder los 5 cm durante la operación. El flujo se agrega durante la operación desde un contenedor que está hecho de un no conductor de electricidad.
Operación y corriente de soldadura:
El alambre del electrodo es empujado a través de la guía de consumibles hasta que toque la parte inferior del sumidero de inicio. Luego se retrae hasta que esté al ras con la punta inferior del tubo guía. Luego, la parte inferior del sumidero se cubre con una cantidad de lana de acero y las zapatas de retención se instalan en su posición. Cualquier espacio entre el trabajo y los bloques de retención se sella con arcilla o masilla.
El proceso ESW de la guía de consumibles se inicia de la misma manera que el proceso ESW convencional utilizando solo los electrodos. Si el electrodo se suelda al fondo del sumidero durante el arranque, entonces se retira el rodillo de presión en el alimentador de alambre, el alambre se retira de la guía con unos alicates y se levanta a través de 300 - 500 mm.
El rodillo de presión está nuevamente enganchado y la alimentación de alambre se reanuda. Si ocurre más de una vez, entonces el procedimiento anterior se repite cada vez, pero la alimentación de alambre no debe reanudarse hasta que la superficie superior del baño de escoria derrita la punta de la guía. Esto puede tomar de 2 a 5 minutos. Se puede emplear el mismo procedimiento si el alambre del electrodo se suelda a la punta inferior del tubo guía.
Otro método confiable para iniciar la guía de consumibles ESW es verter escoria fundida en el sumidero inicial. El flujo se funde en un crisol de grafito y luego se vierte en el sumidero inicial.
Para el alambre del electrodo de 3 mm de diámetro, la corriente de soldadura I w viene dada por:
La velocidad óptima de soldadura es una función del espesor del trabajo y se puede obtener de la Fig. 11.23.
La velocidad de alimentación del electrodo está dada por:
V e = V w (A d- t g S g ) / ∑A e ……. (11.3)
dónde,
v e = velocidad de alimentación del electrodo, m / h
A d = área de sección transversal del metal depositado
A e = suma de las áreas de sección transversal de todos los electrodos.
La velocidad de alimentación del alambre obtenida por la ecuación (11-3) no debe exceder el valor crítico, que para un espesor de trabajo superior a 100-150 mm varía entre 100-150 m / h (1.65 a 2-35 m / min).
Aplicaciones:
Además de las aplicaciones mencionadas para la ESW convencional, el método de guía de consumibles se puede utilizar para juntas en T con costillas de refuerzo de espesor superior a 50 mm. También se utiliza para hacer uniones en soldaduras no giratorias en tuberías de paredes gruesas en centrales eléctricas; La eficiencia con la que se pueden hacer tales uniones aumenta con el aumento del diámetro y el espesor de las paredes de las tuberías. Sin embargo, la guía de consumibles ESW es más adaptable a soldaduras de longitud más corta que a las soldaduras más largas.
Variante # 2. ESW con electrodos de placa y cinta:
Los electrodos de placa y cinta se utilizan para hacer soldaduras rectas con una longitud máxima de 1500 mm para un rango de grosor de trabajo de 30 - 1000 mm. La configuración general y los diseños más comúnmente utilizados de electrodos que tienen grandes áreas de sección transversal se muestran en las Figs. 11.24 y 11.25 respectivamente. Estos electrodos pueden ser de una pieza o de varias placas, varillas, cuadrados u otras secciones.
Para espesores de trabajo de hasta 200 mm, un electrodo de placa es adecuado, pero en las secciones de trabajo más pesadas se utilizan dos o tres electrodos. Normalmente se prefiere un sistema de tres electrodos, ya que mantiene el suministro principal bajo carga equilibrada. Los electrodos de placa con ranuras longitudinales (Fig. 11-24) hacen que la penetración de los bordes sea más uniforme, lo que es particularmente importante en la soldadura de cobre, aluminio, titanio y sus aleaciones.
Los electrodos de placa de cualquier espesor deseado se pueden usar teniendo en cuenta que el espacio óptimo entre el electrodo y el lado de la junta es de 8 a 10 mm y que el espesor óptimo del electrodo es de 10 a 12 mm para un espacio de 28 a 32 mm.
El ancho del electrodo de placa depende del grosor de trabajo. Cuando se suelda con un electrodo, el ancho del electrodo de placa es igual al grosor del trabajo, pero cuando se emplean dos o tres electrodos de placa, su ancho se reduce en una cantidad igual a la separación entre ellos que generalmente es igual a 12 a 16 mm .
La longitud del electrodo de placa se puede determinar con la ayuda de la ecuación:
L p = l w b w / δ e + l c ……. (11.4)
dónde,
L p = longitud del electrodo de placa,
l w = longitud de la junta, incluidas las pestañas de inicio y acabado,
b w = brecha articular,
δ e = espesor del electrodo,
l c = longitud a tener en cuenta para el diseño de la abrazadera (aprox. igual a 500 mm)
La longitud del electrodo se toma como 3600 mm para una longitud de soldadura de 1000 mm, mientras que el tamaño y el número de electrodos como funciones del espesor de la placa se indican en la tabla 11.6.
Las soldaduras de electrodos de placa se realizan con una baja densidad de corriente de 0 a 6 A / mm 2 y un voltaje bajo de 30 a 40 voltios. Esto da como resultado una estabilidad mejorada del proceso en espesores más pesados.
La corriente de soldadura para electrodos de placa viene dada por:
I w = 1.2 (V w + 0.2 V p ) e .S e
dónde,
l w - corriente de soldadura, A
v w = velocidad de soldadura, m / h
v p = velocidad de alimentación del electrodo de placa, cm / hr.
δ e = espesor del electrodo, cm
S e = Ancho del electrodo de placa, cm.
La velocidad de alimentación óptima para electrodos de placa de sección transversal grande se encuentra entre 1, 2 y 3-5 m / h.
Las costuras de soldadura con una longitud de hasta 300 mm no requieren el uso de aislantes para evitar cortocircuitos accidentales entre el electrodo y el trabajo. Sin embargo, las costuras de más de 300 mm están provistas de los aisladores habituales como para la guía de consumibles ESW.
El proceso ESW del electrodo de placa puede ser iniciado por cualquiera de los siguientes tres métodos:
1. Mediante el uso de flujo de arranque,
2. Con un electrodo puntiagudo,
3. Al verter flujo fundido en el sumidero de partida.
Para iniciar el proceso utilizando 'flujo de inicio', se coloca en la parte inferior del sumidero y el electrodo se alimenta a la velocidad más lenta y se golpea a intervalos regulares con un martillo para un mejor contacto con el flujo. Cuando una porción del flujo de inicio se derrite, se agregan pequeñas cantidades de 'flujo de flujo' para acumular el baño de escoria de la profundidad deseada y la velocidad de alimentación del electrodo aumenta al valor especificado durante un período de uno a dos minutos.
Para iniciar el proceso con un electrodo puntiagudo, es habitual colocar una bola de lana de acero (o limaduras o virutas de acero) entre la punta del electrodo y el trabajo. A veces, el propio electrodo no está puntiagudo, en cambio, varias varillas de 5 a 6 mm de diámetro y 150 a 200 mm de largo están soldadas a su punta (Fig. 11.25).
El tercer método de iniciación del proceso, es decir, mediante el uso de escoria fundida es el más rápido de todos los métodos. Esto, sin embargo, requiere una configuración adicional para fundir y verter escoria fundida en el sumidero.
Para evitar la falta de fusión y socavación, es mejor aumentar el alivio en el bloque de retención a aproximadamente 8 mm. Además, para tener una mejor penetración, la profundidad del baño de escoria debe mantenerse entre 25 y 35 mm.
Para soldar con electrodo de cinta, se alimenta al baño de escoria a través de una guía plana que está aislada del trabajo como se muestra en la Fig. 11.26. Dependiendo del grosor del trabajo, se pueden usar hasta 3 electrodos de cinta. Las guías de electrodos son de la variedad de consumibles y están hechas de una hoja de 1 o 2 mm de espesor de composición correspondiente. Los electrodos de cinta suelen ser de 1 o 1, 2 mm de espesor.
Los electrodos de cinta pueden fabricarse con la longitud deseada para completar uniones de soldadura más largas que los electrodos de placa. Comparados con la soldadura de guía de consumibles, los electrodos de cinta aseguran una penetración más uniforme.
Variante # 3. Electroslag Flash Butt Welding:
La soldadura a tope con chispa de electroescuela, la configuración que se muestra en la figura 11.27, no requiere ningún metal de relleno. Para iniciar el proceso, la escoria fundida se vierte en el sumidero construido alrededor de la pieza inferior sostenida verticalmente; alternativamente, se desarrolla un baño de escoria fundida por arco con electrodo de carbono.
Esto asegura el calentamiento de la pieza inferior. Una vez que se desarrolla el baño de escoria de la profundidad deseada, se retira el electrodo de carbono y la pieza superior se sumerge en el baño de escoria. La escoria destella la pieza superior, es decir, la eleva hasta el punto de fusión y el metal fundido fluye hacia la pieza inferior para formar un charco metálico debajo del baño de escoria.
El tiempo de parpadeo se determina por prueba y error y suele ser entre 2 y 3 minutos. Una vez que se establecen las condiciones deseadas, la fuente de alimentación se apaga y la pieza superior se empuja hacia la pieza inferior con una velocidad perturbadora de 5, 5 a 8, 5 mm / s (20 a 30 m / h). La cantidad de metal fundido en la piscina y la expulsada por la molesta debe ser suficiente para evitar que queden cavidades llenas de escoria entre las dos piezas cerca de la periferia.
La profundidad del baño de escoria, el voltaje de soldadura y la velocidad de alimentación de la pieza superior en la soldadura a tope de flash se mantienen igual que en la soldadura con electrodo de placa. Este proceso es más adecuado para la producción en masa de artículos de tipo varilla o barra de hasta 300 cm 2 en área de sección transversal.
Variante # 4. Circuito Bifilar ESW:
La configuración para la variante bifilar de ESW se muestra en la Fig. 11.28. Se utilizan cuatro electrodos tipo placa de gran sección transversal. Los dos electrodos externos permanecen estacionarios mientras que los dos internos se alimentan a la misma velocidad en el baño de soldadura.
La composición química de los electrodos coincide con la del material de trabajo. La conexión del transformador de soldadura monofásico a los electrodos según el diagrama minimiza la impotencia inductiva del circuito de soldadura, y la conexión de la toma central en el transformador secundario al trabajo permite que la velocidad de fusión de los electrodos estacionarios y móviles se varíe como por requerimiento Los electrodos móviles internos suelen ser de dos a tres veces la longitud de la junta, mientras que los electrodos externos son obviamente de la misma longitud que la propia junta de soldadura. El espacio de ajuste es normalmente de 60 a 80 mm.
El espacio entre los electrodos exteriores y las caras de la pieza a soldar se mantiene al mínimo y suele ser del orden de 7 a 10 mm. Los electrodos internos tienen un espesor de 35 a 50% menos que los electrodos externos y están espaciados entre 30 y 40 mm. El aspecto final de la soldadura es controlado por el rebaje en los bloques de retención de cobre fijos enfriados por agua.
La soldadura se inicia normalmente vertiendo la escoria fundida en la cavidad de la soldadura (Fig. 11.28). El colector de arranque requerido es poco profundo ya que el proceso se estabiliza rápidamente. El controlador de corriente garantiza el mantenimiento automático de condiciones de soldadura constantes. Esta variante del proceso ESW se puede emplear para la soldadura exitosa de secciones rectangulares, cuadradas y circulares de prácticamente cualquier dimensión.
