ES2291990T3 - Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo con al menos un electrodo de soldadura (8) que se funde en un arco voltaico (12) por debajo de una capa de polvo de soldadura (6), en el que se genera un segundo arco voltaico (32) entre un electrodo (22) que no se funde y la pieza de trabajo (2), y caracterizado porque este arco voltaico (32), juntamente con el arco voltaico (12) del electrodo (8) que se funde, arde en un baño de fusión común (14), siendo solicitado con corriente alterna el electrodo (8) que se funde.

Description

Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo.
La invención concierne a un procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo con las características indicadas en el preámbulo de la reivindicación 1, así como a una disposición de electrodos para realizar este procedimiento, pudiendo encontrarse descritos tanto el procedimiento como la disposición en el documento FR-A-2 229 494.
La soldadura por arco sumergido en polvo es un procedimiento de ensamble en el que se funde continuamente un electrodo de alambre en un arco voltaico bajo una capa de polvo de soldadura. El arco voltaico arde aquí entre el electrodo y la pieza de trabajo en una caverna de soldadura llena de gas formada por vapores metálicos y componentes de polvo evaporados. Se limita la caverna por medio de una envoltura de polvo de soldadura fundido y por la pieza de trabajo o el baño de fusión.
Entre las ventajas de la soldadura por arco sumergido en polvo se cuenta el rendimiento térmico relativamente alto del proceso de soldadura muy estable, el cual resulta del hecho de que la caverna de soldadura reduce las pérdidas de radiación del arco voltaico. Además, casi no se produce una formación de salpicaduras. Apenas se producen tampoco cordones de soldadura y la carga de radiación para el soldador y la producción de ruido son muy bajas. Debido a las altas velocidades de soldadura, el campo de aplicación principal de la soldadura por arco sumergido en polvo reside en la soldadura de costuras rectas largas.
Para aumentar la capacidad del procedimiento, es conocido el recurso de emplear simultáneamente varios electrodos de alambre, tal como ocurre en la soldadura con doble alambre bajo polvo y con múltiples alambres bajo polvo. El documento FR 2 410 529 A1 describe, por ejemplo, un procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo en el que cuatro electrodos de alambre que se funden arden en un baño de fusión común.
Se conocen también otras combinaciones de la soldadura por arco sumergido en polvo con otros procedimientos de soldadura para aumentar la capacidad o para aprovechar las ventajas del procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo.
Así, se conocen combinaciones del procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo con la soldadura bajo gas protector o con la soldadura por láser. Sin embargo, en estas combinaciones de procedimientos se tiene que los respectivos procedimientos implicados se realizan tan distanciados uno de otro que forman baños de fusión separados. Así, estas combinaciones de procedimientos no constituyen en sentido estricto procedimientos de soldadura combinados, sino únicamente dos procedimientos que se desarrollan uno tras otro y que generan capas de soldadura separadas. Además, con estas combinaciones de procedimientos es necesario siempre que la soldadura por arco sumergido en polvo se desarrolle como un segundo procedimiento a causa del vertido del polvo.
Además, se conoce por el documento DD 236 470 A1 un procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo con un electrodo que no se funde para obtener delgadas costuras con profunda penetración de la soldadura. La capacidad de soldadura de este procedimiento es limitada. A consecuencia de la falta de material adicional, este procedimiento es inadecuado para soldar, por ejemplo, costuras en Y.
El cometido de esta invención consiste en modificar el procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo de modo que se mejoren el aporte de energía y la profundidad de penetración de la soldadura, así como la capacidad de soldadura, especialmente la velocidad de soldadura.
Este problema se resuelve según la invención por medio de un procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo con las características indicadas en la reivindicación 1. Formas de realización preferidas se desprenden de las reivindicaciones subordinadas, de la descripción siguiente y del dibujo.
El procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según la invención presenta al menos un electrodo de soldadura que se funde en un arco voltaico bajo una capa de polvo de soldadura y un segundo arco voltaico entre un electrodo que no se funde y la pieza de trabajo, ardiendo ambos arcos voltaicos en un baño de fusión común. El electrodo que se funde es solicitado aquí con corriente alterna.
Como es usual en la soldadura por arco sumergido en polvo, el electrodo que se funde está formado por un electrodo de alambre. Éste puede estar configurado como un alambre de soldadura finito y también puede ser alimentado al sitio de soldadura en forma de un alambre casi infinito. El electrodo que no se funde consiste ventajosamente en un electrodo de wolframio. Los dos electrodos se posicionan tan cerca uno de otro que sus arcos voltaicos ardan en una masa fundida común, por lo que este procedimiento constituye un auténtico procedimiento híbrido. Mientras que el electrodo de alambre que se funde suministra el material adicional para rellenar la juntura de soldadura, el electrodo que no se funde introduce energía adicional en la masa fundida o en la pieza de trabajo e influye sobre la configuración geométrica de la masa fundida y aumenta especialmente la profundidad de penetración de la soldadura. El electrodo que se funde es solicitado aquí con corriente alterna para evitar el llamado "efecto de soplado", el cual, a causa de la pequeña distancia entre el electrodo que se funde y el electrodo que no se funde, conduce a que se influencien mutuamente los arcos voltaicos de los mismos.
Convenientemente, el arco voltaico del electrodo que se funde y el arco voltaico del electrodo que no se funde arden en una caverna común que se forma debajo del polvo de soldadura. Al igual que en la soldadura pura por arco sumergido en polvo, la caverna protege el sitio de soldadura contra la atmósfera. Esta tarea es asumida por una corriente de gas protector en los procedimientos de soldadura por arco voltaico con un electrodo que no se funde, tal como, por ejemplo, la soldadura WIG o la soldadura bajo plasma. El gas protector es alimentado aquí al sitio de soldadura a través de una boquilla anular exterior del soplete de soldadura. En el procedimiento según la invención no es necesaria una alimentación de gas protector, ya que el sitio de soldadura es protegido contra la atmósfera por la carga de gas de la caverna formada por el polvo de soldadura.
En una variante preferida del procedimiento se conduce el arco voltaico del electrodo que se funde en la dirección de soldadura por delante del arco voltaico del electrodo que no se funde. El arco voltaico del electrodo que no se funde penetra aquí en el baño de fusión que fue generado previamente por el arco voltaico del electrodo que se funde. Se calienta así adicionalmente la masa fundida. En el caso de una alta densidad de energía, el arco voltaico del electrodo que no se funde puede aumentar la profundidad de penetración de la soldadura. Además, la energía cinética del arco voltaico del electrodo que no se funde actúa sobre la masa fundida fomentando la penetración, para lo cual el arco voltaico ejerce una presión sobre el baño de fusión. Esto se puede convertir en una mayor velocidad de soldadura con aumento del rendimiento o bien no son necesarias varias capas de soldadura al soldar grandes secciones transversales de chapa.
Ahora bien, puede ser ventajoso que el arco voltaico del electrodo que no se funde sea conducido en la dirección de soldadura por delante del arco voltaico del electrodo que se funde. En este caso, las piezas de trabajo a soldar son fundidas por el arco voltaico del electrodo que no se funde. Seguidamente, se funde adicionalmente el material por medio del arco voltaico del electrodo que se funde y se termina de soldar la costura.
Un posible campo de utilización de esta disposición de electrodos es la soldadura de chapas que están revestidas con materiales de alta resistencia para fines de protección contra el desgaste y/o contra la corrosión. Estos materiales presentan en parte una alta temperatura de fusión, tal como ocurre, por ejemplo, con las aleaciones a base de cobalto, las llamadas estelitas. Estas estelitas pueden fundirse en un arco voltaico bajo plasma antes de que el arco voltaico siguiente de un electrodo que se funde funda adicionalmente la pieza de trabajo y concluya la soldadura.
En una variante del procedimiento según la invención se alimenta un material adicional de soldadura separado al sitio de soldadura. Esto puede ser necesario cuando el material fundido del electrodo que se funde no sea suficiente para rellenar el sitio de ensamble a soldar de dos piezas de trabajo, por ejemplo para la soldadura de dos chapas que están dispuestas con empalme en Y o en V. Otra posibilidad consiste en hacer que lleguen elementos de aleación adicionales a la masa fundida por medio de una alimentación separada.
Preferiblemente, el segundo arco voltaico es formado por un soplete de corte de plasma. El arco voltaico de plasma de éste es estrechado por una boquilla del soplete refrigerada por agua de tal manera que se origina una descarga de arco voltaico casi cilíndrica con alta densidad de potencia. Según la realización del proceso, el arco voltaico de plasma penetra profundamente en la masa fundida del baño de fusión bajo polvo o en el material de base aún no fundido. La densidad de energía del propio arco voltaico de plasma enfocado hace posible en un empalme en I una profunda penetración de la soldadura y unas altas velocidades de soldadura.
Los parámetros de soldadura del soplete de corte de plasma se ajustan ventajosamente de modo que impidan una fusión de parte a parte de la pieza de trabajo. Así, la profundidad de fusión deberá ser más pequeña que el espesor de chapa que se ha de soldar. Parámetros ajustables son, por ejemplo, la intensidad de corriente y, por tanto, la potencia del quemador, la velocidad de soldadura y la presión del gas de plasma. La elección de un gas de plasma adecuado es importante para el resultado de la soldadura, ya que su conductividad calorífica determina la transmisión de las altas temperaturas del chorro de plasma a la pieza de trabajo y el peso atómico o molecular influye fuertemente sobre la densidad de impulsos del chorro de plasma. Así, el gas de plasma a utilizar puede seleccionarse en función del cometido de soldadura, pudiendo utilizarse como gases todos los gases inertes, dióxido de carbono, hidrógeno y oxígeno, así como todas las mezclas de estos gases.
Para el procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según la invención se ha previsto una disposición de electrodos que, aparte de al menos un electrodo que se funde, presenta otro electrodo que no se funde, estando distanciados uno de otro el electrodo que se funde y el electrodo que no se funde de modo que sus arcos voltaicos desemboquen en un baño de fusión común para formar preferiblemente una caverna de soldadura común. Las cabezas de los sopletes de soldadura en las que se guían los dos electrodos han de construirse con dimensiones correspondientes. El electrodo que se funde está solicitado con corriente alterna en esta disposición de electrodos.
Ventajosamente, el electrodo que no se funde forma una parte de la cabeza de un soplete de corte de plasma. En contraste con sopletes de soldadura de plasma convencionales, que presentan una boquilla exterior de gas protector para proteger el arco voltaico y el sitio de soldadura, la cabeza de un soplete de soldadura de plasma está constituida en general solamente por un portaelectrodo con un electrodo que no se funde y una boquilla refrigerada por agua que envuelve a este electrodo y que forma con el electrodo una rendija anular a través de la cual se alimenta el gas de plasma. Se ha visto a este respecto que es especialmente ventajoso un diámetro de la boquilla de 4 a 6 mm. Por consiguiente, la cabeza de un soplete de corte de plasma es de configuración más esbelta que la cabeza de un soplete de soldadura de plasma. El menor diámetro de la cabeza del soplete de corte de plasma hace posible aproximar tanto la cabeza del soplete a la cabeza del soplete con el electrodo que se funde que los arcos voltaicos de los dos electrodos ardan en un baño de fusión común.
Una forma de realización preferida presenta una disposición de electrodos en la que el electrodo que no se funde está dispuesto, en la dirección de soldadura, detrás del electrodo que se funde. En este caso, el soplete de soldadura con el electrodo que no se funde, por ejemplo un soplete de corte de plasma, está dispuesto detrás del soplete de soldadura con el electrodo que se funde, el cual consiste, por ejemplo, en un soplete convencional de soldadura por arco sumergido en polvo. Tal como es usual en la soldadura por arco sumergido en polvo, se ha previsto delante del soplete de soldadura por arco sumergido en polvo una alimentación de polvo para cubrir el sitio de soldadura con polvo de soldadura.
Sin embargo, puede ser también ventajoso disponer los electrodos de modo que el electrodo que no se funde se encuentre delante del electrodo que se funde. En este caso, se tiene que, por ejemplo, un electrodo de corte de plasma está dispuesto, en la dirección de soldadura, delante de una disposición conocida de soldadura por arco sumergido en polvo, constituida por una alimentación de polvo y un soplete de soldadura por arco sumergido en polvo, de modo que su arco voltaico penetre de preferencia completamente en el polvo de soldadura vertido.
Se explica seguidamente la invención con más detalle haciendo referencia a ejemplos de realización representados en el dibujo. Muestran:
La figura 1, un croquis de principio del procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según la invención y de la disposición de electrodos prevista para el mismo, en el cual el electrodo que no se funde es conducido en la dirección de soldadura por detrás del electrodo que se funde, y
La figura 2, un croquis de principio del procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según la invención y de la disposición de electrodos prevista para el mismo, en el cual el electrodo que no se funde es conducido en la dirección de soldadura por delante del electrodo que se funde.
La figura 1 muestra una pieza de trabajo 2 sobre la cual se aplica un polvo de soldadura 6 por medio de una alimentación de polvo 4. La alimentación de polvo está configurada como es usual en instalaciones de soldadura por arco sumergido en polvo y, al igual que sucede con el resto de la instalación de soldadura por arco sumergido en polvo, no se la describe aquí. El vertido del polvo de soldadura 6 es impulsado por detrás de la alimentación de polvo 4 a través del electrodo 8 que se funde de un soplete 10 de soldadura por arco sumergido en polvo. Entre el electrodo 8 y la pieza de trabajo 2 se forma un arco voltaico 12 que produce un baño de fusión 14. Los componentes evaporados del polvo de soldadura 6 y los vapores metálicos del baño de fusión 14 forman una caverna 16 entre la pieza de trabajo 2 y el polvo de soldadura 6 vertido. Esta caverna 16 queda limitada en el lado de la pieza de trabajo por el material de base fundido y queda cerrada en el lado del polvo por una capa de escoria líquida 18 que consiste en componentes de polvo fundidos.
Por detrás de la alimentación de polvo 4 y del soplete 10 de soldadura por arco sumergido en polvo se conduce un soplete de corte de plasma 20. Este presenta un electrodo de wolframio 22 que no se funde. El electrodo 22 que no se funde está dispuesto en un portaelectrodo 24. Este portaelectrodo 24 y el electrodo 22 están rodeados por una boquilla 26 que presenta una refrigeración de agua 28. Junto con el portaelectrodo 24 y el electrodo 22 que no se funde, la boquilla 26 forma un canal de rendija anular 30 a través del cual se conduce un gas de plasma hacia el electrodo 22 y la abertura de salida de la boquilla 26.
Como gas de plasma se pueden utilizar gases activos o inertes, habiéndose visto que el dióxido de carbono y el argón con una adición de 5% de H_{2} son especialmente ventajosos. La presión del gas se varía preferiblemente en un intervalo comprendido entre 2,5 y 3,5 bares.
La abertura de salida de la boquilla 26 del soplete de corte de plasma 20 se sumerge en el polvo de soldadura 6 vertido. Se enciende un arco voltaico 32 entre el electrodo 22 que no se funde y la pieza de trabajo 2. El arco voltaico 32 se sumerge entonces en el baño de fusión 14 formado por el arco voltaico 12 y aumenta la profundidad de penetración de la soldadura.
La figura 2 muestra una variante del procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo, en la que el soplete de corte de plasma 20 anteriormente descrito con el electrodo 22 que no se funde es conducido en la dirección de soldadura A por delante del soplete 10 de soldadura por arco sumergido en polvo con el electrodo 8 que se funde. El arco voltaico 32 del soplete de corte de plasma 20 funde aquí el material de base de la pieza de trabajo 2 que se encuentra por debajo de una capa de polvo de soldadura 6. El polvo de soldadura 6 es alimentado al sitio de soldadura a través de la alimentación de polvo 4, la cual en la figura 2 está dispuesta por detrás del soplete de corte de plasma 20.
La alimentación de polvo 4 puede estar dispuesta también junto al soplete de corte de plasma 20 o por delante del mismo, pero deberá estar dispuesta siempre de modo que se asegure que el arco voltaico 32 del soplete de corte de plasma 20 arda por debajo del polvo de soldadura 6.
\newpage
Debido a los componentes del polvo de soldadura 6 que se evapora y a los vapores metálicos del baño de fusión 14 se forma de nuevo una caverna 16 que se cierra con una capa de escoria líquida 18 por encima de la masa fundida. El electrodo 8 que se funde del soplete 10 de soldadura por arco sumergido en polvo penetra en esta caverna 16 y enciende el arco voltaico 12, el cual sigue fundiendo el material de base de la pieza de trabajo 2 y proporciona a la soldadura el material adicional necesario por efecto de la fusión del electrodo 8.
Lista de símbolos de referencia
2
Pieza de trabajo
4
Alimentación de polvo
6
Polvo de soldadura
8
Electrodo que se funde
10
Soplete de soldadura por arco sumergido en polvo
12
Arco voltaico
14
Baño de fusión
16
Caverna
18
Escoria líquida
20
Soplete de corte de plasma
22
Electrodo que no se funde
24
Portaelectrodo
26
Boquilla
28
Refrigeración de agua
30
Canal de rendija anular
32
Arco voltaico
A
Dirección de soldadura

Claims (12)

1. Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo con al menos un electrodo de soldadura (8) que se funde en un arco voltaico (12) por debajo de una capa de polvo de soldadura (6), en el que se genera un segundo arco voltaico (32) entre un electrodo (22) que no se funde y la pieza de trabajo (2), y caracterizado porque este arco voltaico (32), juntamente con el arco voltaico (12) del electrodo (8) que se funde, arde en un baño de fusión común (14), siendo solicitado con corriente alterna el electrodo (8) que se funde.
2. Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según la reivindicación 1, caracterizado porque el arco voltaico (12) del electrodo (8) que se funde y el arco voltaico (32) del electrodo (22) que no se funde arden en una caverna común (16) que se forma debajo del polvo de soldadura (6).
3. Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el arco voltaico (12) del electrodo (8) que se funde es conducido en la dirección de soldadura (A) por delante del arco voltaico (32) del electrodo (22) que no se funde.
4. Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el arco voltaico (32) del electrodo (22) que no se funde es conducido en la dirección de soldadura (A) por delante del arco voltaico (12) del electrodo (8) que se funde.
5. Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está prevista una alimentación separada de un material adicional de soldadura.
6. Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo arco voltaico (32) es formado por un soplete de corte de plasma (20).
7. Procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según la reivindicación 6, caracterizado porque está previsto un ajuste de parámetros de soldadura del soplete de corte de plasma (20) que impide que se corte de parte a parte la pieza de trabajo (2).
8. Disposición de electrodos para un procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo, destinada a la realización de un procedimiento de soldadura según una de las reivindicaciones anteriores con una alimentación de polvo (4), en la que, aparte de al menos un electrodo (8) que se funde, está previsto otro electrodo (22) que no se funde, caracterizada porque el electrodo (8) que se funde y el electrodo (22) que no se funde están distanciados uno de otro de modo que sus arcos voltaicos (12, 32) desemboquen en un baño de fusión común (14), y porque el electrodo (8) que se funde es solicitado con corriente alterna.
9. Disposición de electrodos para un procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según la reivindicación 8, caracterizada porque el electrodo (8) que se funde y el electrodo (22) que no se funde están distanciados uno de otro de modo que generen una caverna de soldadura común (16).
10. Disposición de electrodos para un procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según una de las reivindicaciones anteriores a partir de la reivindicación 8, caracterizada porque el electrodo (22) que no se funde forma una parte de la cabeza de un soplete de corte de plasma (20).
11. Disposición de electrodos para un procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según una de las reivindicaciones anteriores a partir de la reivindicación 8, caracterizada porque el electrodo (22) que no se funde está dispuesto en la dirección de soldadura (A) por detrás del electrodo (8) que se funde.
12. Disposición de electrodos para un procedimiento de soldadura por arco sumergido en polvo según una de las reivindicaciones anteriores a partir de la reivindicación 8, caracterizada porque el electrodo (22) que no se funde está dispuesto en la dirección de soldadura (A) por delante del electrodo (8) que se funde.
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