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.
- 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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