Las 7 principales variables de GMAW

Este artículo arroja luz sobre las siete variables principales de la soldadura de arco metálico con gas (GMAW). Las variables son: 1. Voltaje del arco 2. Velocidad de alimentación del alambre 3. Velocidad de desplazamiento 4. Expansión del electrodo 5. Ángulo del electrodo al trabajo 6. Posición de soldadura 7. Tamaño del electrodo.

Variable # 1. Voltaje de arco:

Con una fuente de alimentación característica y plana, la tensión del arco se controla principalmente mediante el ajuste de la tensión del circuito abierto (OCV). Una pequeña diferencia en el valor real de la tensión del arco y el valor establecido de la OCV se debe a la caída de tensión en el cable y La ligera caída en la característica VI de la propia fuente de energía. El cambio en la tensión del arco con el cambio en OCV se muestra en la Fig. 10.3.

El cambio en la tensión del arco conduce a un cambio en la longitud del arco y eso afecta directamente el ancho del cordón. El cambio en la tensión del arco no solo afecta a las dimensiones exteriores de la perla, sino que también influye en la microestructura e incluso en el éxito y el fracaso de la operación al afectar el modo de transferencia de metal.

Cuando el voltaje del arco es demasiado bajo, la transferencia de metal se realiza mediante el modo de cortocircuito (a baja velocidad de alimentación de alambre) o mediante transferencia por inmersión (a alta velocidad de alimentación de alambre). Tal modo de transferencia de metal hace que el proceso sea exitoso para su uso en la soldadura de posición y normalmente tiene lugar a una temperatura más baja del metal con una menor pérdida de elementos de aleación.

Variable # 2. Velocidad de alimentación de alambre:

Para una fuente de energía característica plana, la corriente de soldadura varía con el cambio en la velocidad de alimentación del alambre y en la Fig. 10.4 se muestra una relación generalizada entre los dos. La figura muestra que la relación es lineal a una velocidad de alimentación más baja; sin embargo, a medida que aumenta la velocidad del alambre, en particular para los alambres de pequeño diámetro, la curva de la velocidad de fusión se vuelve no lineal.

Esto se suele atribuir al aumento de resistencia al calentamiento, que a su vez aumenta con el aumento de la velocidad de alimentación del alambre. Para la misma velocidad de alimentación de alambre, el aumento en el diámetro del alambre requiere una mayor demanda de corriente de soldadura. Un aumento en la corriente de soldadura, con otras variables constantes, resulta en una mayor profundidad de penetración y ancho de soldadura, mayor tasa de deposición y aumento en el tamaño del cordón de soldadura en una sección transversal determinada.

Variable # 3. Velocidad de viaje:

La penetración de la soldadura es máxima a una velocidad de soldadura particular y disminuye a medida que la velocidad varía de cualquier manera. Sin embargo, la disminución de la velocidad se acompaña de un aumento de la anchura, mientras que el aumento de la velocidad da como resultado cuentas más estrechas. La disminución de la penetración con la reducción de la velocidad se debe a un deslizamiento excesivo del metal fundido en el conjunto de soldadura, lo que resulta en un conjunto de soldadura menos profundo.

Por lo tanto, el aumento de la entrada de calor por unidad de longitud debido a la velocidad reducida se muestra en forma de un mayor ancho de soldadura y lo contrario es cierto para el aumento de la velocidad de soldadura. La velocidad de soldadura excesivamente alta también puede ir acompañada de una socavación debido al metal inadecuado disponible para llenar la zona fundida por el arco.

Variable # 4. Expansión del electrodo:

La distancia desde la punta inferior del tubo de contacto hasta la punta del cable del electrodo saliente, como se muestra en la Fig. 10.5, se conoce como electrodo saliente. Es un importante parámetro de soldadura para controlar la tasa de deposición y la geometría del cordón. Con el aumento en la adherencia, su resistencia eléctrica aumenta y eso resulta en el precalentamiento del cable, lo que conduce a un menor requerimiento de corriente a cualquier velocidad de alimentación de cable dada. Una adherencia demasiado larga da como resultado que se deposite un exceso de metal con un calor de arco bajo, lo que conduce a una penetración superficial y una forma insatisfactoria de las perlas.

Esto también puede conducir a un arco inestable con baja maniobrabilidad. Una adherencia demasiado corta puede causar quemaduras, lo que puede dañar el tubo de contacto, una longitud de arco excesiva e incluso una interrupción en el proceso. La adherencia generalmente se mantiene entre 5 y 15 mm para la transferencia en cortocircuito y entre 16 y 25 mm para otros tipos de transferencia de metal.

La distancia entre la boquilla y el trabajo (NWD) también es importante para controlar la forma y la calidad del cordón. Si la NWD es demasiado corta, se dañará la boquilla de gas debido a un calentamiento excesivo, mientras que una NWD demasiado larga afectará la eficiencia del gas de protección. La distancia normal entre la boquilla y el trabajo debe ser aproximadamente de 1 a 1-5 veces el diámetro interior de la boquilla de gas que se está utilizando.

Variable # 5. Ángulo del electrodo al trabajo:

La posición en la que se sostiene una pistola de soldadura con respecto a la dirección de desplazamiento puede afectar considerablemente la geometría del cordón. En la soldadura automática, la pistola generalmente se mantiene perpendicular a la pieza de trabajo. Sin embargo, en la soldadura semiautomática, la pistola se mantiene en posición de revés o derecha, como se muestra en la figura 10.6; esto ayuda al soldador a ver la piscina de soldadura y maniobrarla según sea necesario.

La posición de soldadura de derecha da como resultado una soldadura con una penetración superficial pero un cordón más ancho. La soldadura de revés da una soldadura estrecha y más bien picosa con penetración profunda. La soldadura de revés es la posición más utilizada con el ángulo del electrodo al trabajo entre 60 y 85 grados. Aunque un ángulo de aproximadamente 75 ° es la posición más popular, se informa que un ángulo de 65 ° proporciona la penetración máxima, el arco estable y la menor salpicadura.

Para soldaduras de filete, la pistola GMAW se sostiene para colocar el electrodo igualmente inclinado a las dos superficies de trabajo y luego se adopta la posición de revés con un ángulo de 75 ° a 85 ° con la dirección de soldadura.

Si bien la penetración y el ancho del cordón pueden manipularse considerablemente cambiando el electrodo de la posición de derecha a revés, no se considera un método apropiado para controlar la geometría del cordón, sino que se manipulan el voltaje del arco y la corriente de soldadura. Los efectos cualitativos del ángulo de electrodo a trabajo en la geometría del cordón se presentan en la figura 10.7.

Variable # 6. Posición de soldadura :

La geometría del cordón de soldadura también se ve afectada por la posición en la que se sostiene la pieza de trabajo con respecto a la pistola de soldadura. La posición de soldadura hacia abajo o plana proporciona la forma más satisfactoria del cordón y todos los modos de transferencia de metal pueden utilizarse de manera efectiva. Sin embargo, las posiciones de soldadura superiores y verticales exigen que la transferencia de metal sea por pulverización o por cortocircuito.

Se recomienda el uso de alambre de electrodo de 1 a 2 mm de diámetro para estas posiciones, ya que, de lo contrario, el tamaño del baño de soldadura es demasiado grande para controlarlo fácilmente. El tamaño del cordón también es generalmente pequeño en estas posiciones. La soldadura verticalmente descendente generalmente se adopta para la soldadura de chapa metálica en la posición vertical, mientras que la posición vertical ascendente de la soldadura es más popular en la soldadura de juntas circunferenciales en tuberías.

Variable # 7. Tamaño del electrodo:

Cada tamaño de cable de electrodo tiene un límite viable dentro del cual se puede usar efectivamente. La corriente de soldadura más baja que el rango óptimo da como resultado la falta de fusión y los resultados de corriente más altos aumentan las salpicaduras, la porosidad y la apariencia deficiente del cordón.

El tamaño del electrodo también afecta la penetración y el ancho de la soldadura, ya que para el mismo cable de menor diámetro actual se obtiene una penetración más profunda, mientras que las perlas más anchas con una penetración poco profunda se obtienen con cables de mayor diámetro.

Sin embargo, en general, existe una tendencia a usar cables de menor diámetro debido a las siguientes razones:

(i) Ajuste rápido de la longitud del arco,

(ii) Modo de pulverización de transferencia de metal,

(iii) Fácil de enrollar, y

(iv) Mayor eficiencia de deposición.

Cuando se cambia la longitud del arco debido a un cambio involuntario en la posición de la mano de la soldadora o al cambio en la velocidad de alimentación del alambre, se produce un cambio en la tensión del arco en la medida en que la caída de la columna cambia, como se muestra en la Fig. 10.8.

La tensión en el arco conduce al cambio en la corriente del arco como se muestra en la Fig.10.9. Es evidente

que este cambio en la corriente de arco es mucho más para una fuente de alimentación con una característica plana de VI que para una característica de caída de VI. Ahora, la velocidad de derretimiento o derretimiento de un electrodo depende de la corriente de soldadura que se dibuja, como se muestra en la figura 10.10, que también muestra que, cuanto más delgado es el cable del electrodo, más amplio es el rango de alimentación de alambre que cubre. En otras palabras, para un cambio igual en la corriente, el cambio en la velocidad de combustión es mucho más para cables delgados que gruesos, lo que explica por qué la longitud del arco se corrige más rápidamente para cables delgados que para cables gruesos.

Para la misma corriente de soldadura, la densidad de corriente alcanzada para un cable delgado es mucho mayor que la de un cable grueso, como se muestra en la figura 10.11. El efecto combinado de la tensión del arco (o la longitud del arco) y la corriente en el modo de transferencia de metal se muestra en la figura 10.12.

El resultado obvio es que el modo de rociado de transferencia de metal se puede lograr a una corriente mucho más baja y con una fuente de energía de una capacidad de corriente más baja. Esto conduce a un control mejorado en la soldadura de posición y soldaduras de calidad mejorada.

Aunque la discusión anterior es válida como regla general, pero para obtener una imagen completa del modo de transferencia de metal, es esencial conocer el efecto del gas protector en el material del cable de alimentación. Por ejemplo, a pesar de los mejores esfuerzos con el cable más delgado posible, es casi imposible obtener un modo de rociado de transferencia de metal con CO ₂ como gas protector.

El número de gotitas transferidas desde el cable del electrodo al conjunto de soldadura, conocido como frecuencia de transferencia de gotitas, a menudo decide la forma y la calidad de la soldadura; menos de 20 gotas por segundo generalmente se consideran insatisfactorias. La figura 10.13 muestra el efecto de algunas de las combinaciones de gas y metal comúnmente utilizadas en la frecuencia de transferencia de gotitas en GMAW.

La eficiencia de deposición del proceso GMAW también mejora con el uso de alambres más delgados, como se muestra en la Fig. 10.14. Las curvas representan específicamente el rendimiento de GMAW utilizando CO ₂ como gas de protección.

Los alambres más delgados también son fáciles de enrollar y manejar, aunque la velocidad de alimentación del alambre aumenta considerablemente con la disminución del diámetro del alambre.

A pesar de una serie de ventajas del uso de alambres delgados, se debe tener en cuenta que el problema de alimentación aumenta considerablemente con la disminución del diámetro y que el rango de corriente de soldadura, sobre el cual se puede usar un alambre, se reduce. Además, los alambres de menor diámetro son más costosos en términos de peso. Por lo tanto, para cada aplicación hay un tamaño de cable definido que proporciona soldaduras de costo mínimo.