MX2014006637A - Método y sistema de soldadura de arco giratorio con electrodo negativo de cc. - Google Patents

Abstract

Una operación de soldadura se ejecuta por medio de mover o hacer girar un arco en un soplete de soldadura, y alimentar un alambre con núcleo de metal a través del soplete en un proceso de soldadura de electrodo negativo con corriente directa. El electrodo puede incluir uno o más estabilizadores del arco. El proceso de soldadura puede ser por pulsos o sin pulsos. Por otra parte, el proceso puede usarse con un número de diferentes metales base destinados a soldarse, tales como placa delgada, metales galvanizados, metales pintados, metales recubiertos, y así sucesivamente. El sistema de soldadura comprende una fuente de energía (16) configurada para proporcionar energía para establecer un arco entre un electrodo de soldadura con núcleo de metal (44) y una pieza de trabajo (14) en una polaridad de soldadura negativa del electrodo con corriente continua, el electrodo de soldadura con núcleo de metal que comprende una camisa y un núcleo, un alimentador de alambre (22) acoplado a la fuente de energía (16) y configurado para alimentar el electrodo (44) desde un soplete de soldadura (24) y un soplete de soldadura (24) que, en el funcionamiento, recibe el electrodo (44) desde el alimentador de alambre (22) mientras que mueve cíclicamente el electrodo (44) en un patrón deseado mediante un sistema de control del movimiento dentro del soplete de soldadura (24) para mantener un arco entre la camisa (44) y la pieza de trabajo (14).

Description

MÉTODO Y SISTEMA DE SOLDADURA DE ARCO GIRATORIO CON ELECTRODO NEGATIVO DE CC REFERENCIA CRUZADA CON LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud es una Solicitud de Patente No Provisional de E.E.U.U. de la Solicitud Provisional de E.E.U.U. No. 61/576,850, titulada "Método y Sistema de Soldadura de Arco Giratorio con Electrodo Negativo de CC", presentada el 16 de diciembre de 201 1 , que se incorpora en el presente documento como referencia.

ANTECEDENTES La invención se relaciona en general con técnicas de soldadura, y de manera más particular con procesos mejorados para utilizar electrodos de alambre de soldadura con núcleo de metal para un rendimiento mejorado, en particular en aplicaciones de soldadura automatizada. La presente divulgación se relaciona con una solicitud provisional presentada anteriormente 61/503,955, titulada Método y Sistema de Soldadura de Núcleo de Metal, presentada por Summers y otros, el 1 de julio de 2011 , que se incorpora en la presente divulgación como referencia.

Una gama de técnicas se ha desarrollado para unir piezas de trabajo mediante operaciones de soldadura. Estas incluyen diversos procesos y materiales, con la mayoría de los modernos procesos que involucran arcos desarrollados entre un electrodo consumible o no consumible y la pieza de trabajo. Los procesos a menudo se agrupan en categorías tales como procesos de corriente continua, procesos de voltaje constante, los procesos de impulsos, etc. Sin embargo, más divisiones entre ellos son comunes, de manera especial en los procesos que consumen un electrodo para agregar metal de relleno a la soldadura. En virtualmente todos estos casos, el proceso que se selecciona es altamente ligado al material de relleno y su forma, con ciertos procesos que utilizan de manera exclusiva un tipo particular de electrodo. Por ejemplo, ciertos tipos de procesos de soldadura por gas inerte de metal (MIG), que forman parte de grupos más grandes, a veces conocidos, como soldadura de arco por gas activo de metal (GMAW) y soldadura de arco con alambre tubular con núcleo de fundente (FCAW).

En la soldadura GMAW, un electrodo en la forma de un alambre se consume por el baño de fusión en progreso, fundido por el calor de un arco entre el alambre de electrodo y la pieza de trabajo. El alambre se alimenta de manera continua, a partir de un carrete, a través de una pistola de soldadura donde una carga se proporciona al cable para crear el arco. Las configuraciones de electrodo que se utilizan en estos procesos a menudo se denominan como alambre sólido, alambre con núcleo de fundente, o alambre con núcleo de metal. Cada tipo se considera que tiene distintas ventajas y desventajas sobre los otros, y pueden ser necesarios ajustes cuidadosos en el proceso de soldadura y la configuración de soldadura, para optimizar su rendimiento. Por ejemplo, el alambre sólido, mientras que es menos caro que los otros tipos, se utiliza típicamente con gases de protección inertes, que pueden ser relativamente caros. Los alambres con núcleo de fundente pueden no requerir alimentaciones separadas de gases de protección, pero son más caros que los alambres sólidos. Los alambres con núcleo de metal requieren gases de protección, pero estos se pueden ajusfar a mezclas que a veces son menos costosas que las requeridas para alambres sólidos. Aunque los alambres con núcleo de metal ofrecen claras ventajas sobre los otros tipos de electrodos, su adopción no ha sido tan generalizada como la de los alambres sólidos.

Los tres de estos tipos de electrodos se pueden utilizar con diferentes modos de transferencia, en referencia a los fenómenos mecánicos y electromecánicos de movimiento del metal desde la punta del electrodo hasta el cordón de soldadura en progreso. Un número de tales modos de transferencia existe, como la transferencia de corto circuito, transferencia globular, transferencia por pulverización, y la transferencia por pulverización pulsada. En la práctica, la física de transferencia puede aparecer como un híbrido de estos, y la transferencia de material real puede realizarse mediante una transición entre ellos durante la soldadura, aunque el proceso y el electrodo se seleccionan a menudo para mantener un modo de transferencia determinada.

Aunque hace tiempo que se sabe que los electrodos de alambre con núcleo de metal ofrecen beneficios que son ventajosos por muchas razones con respecto a sus homólogos sólidos y con núcleo de fundente, se necesitan mejoras en los procesos que puedan mejorar su rendimiento y adopción.

BREVE DESCRIPCIÓN La presente divulgación resume las combinaciones desarrolladas recientemente de los procesos y de los electrodos de alambre con núcleo de metal diseñadas para satisfacer estas necesidades. Los procesos implicados se basan en girar o reciprocar el arco, a veces referido como "arco girado", típicamente mediante mover la punta del electrodo, y utilizar un electrodo de alambre con núcleo de metal. De manera inesperada, se cree que el uso del movimiento del arco forzado y ciertos tipos alambres con núcleo de metales, en conjunción con ciertos procesos particulares (por ejemplo, corriente continua, electrodo negativo (DCEN), soldadura de polaridad) que proporcionan mejoras muy sustanciales que no pueden obtenerse o predecirse en base a usos previamente conocidos de las tecnologías de arco girado o de tecnologías de soldadura de alambre con núcleo de metal. Se cree además que las características de arco, las características del baño de fundición, distribución de la temperatura, entrada de calor a la pieza de trabajo, y características de penetración son únicos a la sinergia del movimiento de arco forzado y de alambres con núcleo de metal. Entre otras mejoras se pueden hacer a través de ajustes en factores tales como los parámetros de proceso, el tamaño y tipo de metal con núcleo de alambre, la frecuencia, cantidad de, y patrón de movimiento, etc.

DIBUJOS Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada sea leída con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales los caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en donde: La Figura 1 es una representación esquemática de un sistema de soldadura a modo de ejemplo, que utiliza aspectos de las técnicas presentes; La Figura 2 es a vista detallada de una porción de extremo de un electrodo con núcleo de metal para utilizarse con el sistema de la Figura 1 ; La Figura 3 es una vista esquemática que representa el movimiento del electrodo con núcleo de metal de acuerdo con aspectos de las presentes técnicas; La Figura 4 es una representación esquemática de un cordón de soldadura en progreso que utiliza un patrón circular para el movimiento de un alambre de soldadura con núcleo de metal; La Figura 5 es una ilustración similar de un cordón de soldadura en progreso que utiliza una trayectoria elíptica para un alambre de soldadura con núcleo de metal; La Figura 6 es una ilustración adicional de un cordón de soldadura en progreso que utiliza una trayectoria elíptica orientada de manera diferente, para un alambre de soldadura con núcleo de metal; y La Figura 7 es una ilustración de una ubicación del arco y un modo de transferencia para un cordón de soldadura en progreso, a modo de ejemplo, que utiliza un electrodo de alambre de soldadura con núcleo de metal en movimiento; y LA Figura 8 es a diagrama de tiempo que ilustra el movimiento de un electrodo de soldadura con núcleo de metal junto con un trazo de transferencia forzada, a modo de ejemplo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La Figura 1 ilustra un sistema de soldadura 10 a modo de ejemplo que utiliza el movimiento de un electrodo de alambre para soldadura con núcleo de metal 44. El sistema 10 se diseña para producir a soldadura 12 sobre a pieza de trabajo 14. La soldadura puede estar orientada en cualquier manera deseada, que incluye soldadura a tope, soldadura traslapada, soldaduras en ángulo, soldaduras fuera de posición, y así sucesivamente. El sistema incluye un suministro de energía 16 que por lo general estará acoplado a una fuente de gas 18 y a una fuente de energía 20, tal como la red eléctrica. Otras fuentes de energía, por supuesto, incluyen generadores, generadores de energía impulsados por motor, y así sucesivamente. Un alimentador de alambre 22 está acoplado a la fuente de energía 20 y suministra el alambre de soldadura con núcleo metal a una pistola de soldadura 24. Como se describe en detalle a continuación, el alambre de soldadura con núcleo de metal se ve obligado a moverse durante la creación de un cordón de soldadura, causando el movimiento de un arco entre el alambre de soldadura con núcleo metal 44 y la pieza de trabajo 14, y en particular entre una camisa de revestimiento del electrodo y la pieza de trabajo.

En la modalidad ilustrada, el suministro de energía 16 incluirá circuitos de conversión de energía 26 acoplados a los circuitos de control 28 que regulan el funcionamiento de los circuitos de conversión de energía para producir salida de corriente adecuado para la operación de soldadura. El suministro de energía puede diseñarse y programarse para producir una corriente de salida de acuerdo con un número de procesos, los regímenes de soldadura, y así sucesivamente, incluyendo procesos de corrientes continuas, procesos de voltaje constante, procesos pulsados, los procesos de transferencia de corto circuito, y así sucesivamente. En una modalidad actualmente contemplada, los circuitos de control 28 controlan la conversión de energía 26 para producir un régimen de soldadura de corriente continua con electrodo negativo DCEN (a veces referida como "directa") que ayuda en la transferencia de material desde el alambre de soldadura con núcleo de metal a un baño de soldadura en progreso. Sin embargo, pueden por supuesto utilizarse otros regímenes de soldadura. Una interfaz para operador 30 permite a un operador de soldadura alterar tanto el proceso de soldadura y los ajustes del proceso. Por otra parte, en ciertas modalidades que se contemplan la interfaz para operador puede permitir la modificación de la selección de ciertos parámetros relacionados con el movimiento de la pistola de soldadura y el alambre de soldadura con núcleo de metal. Finalmente, el suministro de energía puede incluir la válvula 32 para regular el flujo de gas de protección de la fuente de gas 18.

El alimentador de alambre 22 incluirá típicamente circuitos de control, ilustrados de manera general por el número de referencia 34, que regulan la alimentación del alambre de soldadura desde un carrete 36. El carrete 36 contendrá una longitud de alambre de soldadura con núcleo de metal que se consume durante la operación de soldadura. El alambre de soldadura se hace avanzar por un conjunto de accionamiento 38, típicamente mediante el uso de un pequeño motor eléctrico bajo el control de los circuitos de control 34. Alambre de soldadura, el gas, y los datos de control y de realimentación pueden ser intercambiados entre el alimentador de alambre 22 y la pistola de soldadura 44 a través de un cable de soldadura 40. La pieza de trabajo 14 también está acoplada al suministro de energía 16 por un cable de trabajo 42 para completar un circuito eléctrico a través del electrodo 44 cuando se establece un arco eléctrico entre el electrodo 44 y la pieza de trabajo 14. Como se describe más completamente a continuación, el electrodo 44 que avanza de la pistola de soldadura 24 es forzado a moverse, tal como en un movimiento de rotación como se indica por el número de referencia 46.

El sistema de soldadura que se ilustra en la Figura 1 puede diseñarse para el funcionamiento manual, aunque muchas de las aplicaciones de las técnicas presentes serán automatizadas. Es decir, la pistola de soldadura 24 se fija a un robot que se programa para colocar el soplete de soldadura en posiciones deseadas con respecto a una pieza de trabajo. La técnica se puede utilizar con otros enfoques de control, así, como las aplicaciones de automatización fijas. El robot puede entonces actuar para iniciar arcos entre el electrodo y la pieza de trabajo, y orientar correctamente la pistola de soldadura y avanzar la pistola de soldadura a lo largo de una trayectoria predefinida, donde un cordón de soldadura se establecerá para unir dos componentes. Como se describe de manera más completa a continuación, en tales aplicaciones de automatización, las técnicas actuales permiten velocidades de desplazamiento considerablemente mejoradas y mejores características de cordón de soldadura.

Las presentes técnicas se diseñan específicamente para su uso con alambres de soldadura con núcleo de metal del tipo ilustrado en la Figura 2. Tales alambres de soldadura comprenden generalmente una camisa de revestimiento 48 hecha de metal envuelto alrededor de uno o más núcleos de metal 50. Se conocen varias técnicas para la producción de tales alambres de soldadura con núcleo de metal, y están fuera del alcance de la presente invención. Las características del alambre de soldadura con núcleo de metal se pueden seleccionar para una aplicación particular, en especial dependiendo de la metalurgia de los componentes a unir, el tipo de gas de protección que se use, los volúmenes de llenado previstos del cordón de soldadura, y así sucesivamente. En la modalidad que se ilustra, ciertas geometrías de alambre de soldadura con núcleo de metal pueden ayudar en la mejora de los beneficios del movimiento del electrodo. Por ejemplo, normalmente se seleccionará el alambre de soldadura para tener un diámetro deseado 52. El diámetro comprende un espesor de pared de la funda 54 y un diámetro del núcleo 56. Estos parámetros pueden ser modificados y optimizados para mejorar el rendimiento del alambre de soldadura y para proporcionar dichas características como la mejora de establecimiento de arco, del mantenimiento del arco, de transferencia de material, la metalurgia del cordón de soldadura resultante, la penetración del cordón de soldadura, etc.

En una modalidad actualmente contemplada, cables específicos se pueden seleccionar para su uso con regímenes DCEN de soldadura de polaridad. Como se discute de manera más completa a continuación, por ejemplo, se ha encontrado que la combinación de movimiento "arco girado" con procesos de polaridad DCEN y cables tales como cables que comprenden estabilizadores, y otros componentes, tales como el manganeso (por ejemplo, AWS E5.18 70C -6; y de manera más general, E5.18 XXC-6, donde "XX" denota fuerza de tensión) proporcionan excelentes resultados. Dicho alambre está disponible comercialmente bajo el nombre Metalloy? X-Cel? de Hobart Brothers de Troy, Ohio. Aún más, ciertas formulaciones de alambre para soldar se cree que proporcionan beneficios más allá de aquellos obtenibles con otros cables. Tales formulaciones se describen en la Patente de E.E.U.U. No. 6,723,954, titulada Alambre de Polaridad Directa con Núcleo de Metal, expedida para Nikodym y otros, el 20 de abril de 2004; Patente de EE.UU. No. 7,087,860, titulada Alambre de Polaridad Directa con Núcleo de Metal, expedida para Nikodym y otros, el 8 de agosto de 2006; y patente de EE.UU. No. 7,863,538, titulada Soldadura de Arco Metálico de Aceros Ferrosos con Gas formado por Núcleo de Metal con Protección de Gases Nobles, expedida a Barhorst y otros, el 4 de enero de 2011 , que se incorporan todas a la presente divulgación por referencia. Por otra parte, ciertas modificaciones de la composición se pueden hacer de modo que dichos cables mejoran su rendimiento en procesos de polaridad DCEN con movimiento forzado del arco, como se discute a continuación.

La Figura 3 ilustra el movimiento del alambre para soldar en una aplicación típica. Como se muestra en la Figura 3 una unión 58 se formará entre las piezas de trabajo, y con el electrodo 44 que se extiende desde el soplete de soldadura que se coloca en estrecha proximidad a la unión destinada. Un arco se establece a continuación entre el electrodo y el metal subyacente a unir. El electrodo emana de un elemento de contacto 60 que se puede mover para forzar movimiento del electrodo y el arco establecido. Para el movimiento del elemento de contacto, un conjunto de control de movimiento 62 se proporciona en la pistola de soldadura. Aunque numerosas técnicas se pueden utilizar para forzar este tipo de movimientos, en una disposición que se contempla en el presente, una leva 64 se gira por un motor 66 que a su vez es controlado y alimentado por los circuitos de control del sistema. El elemento de contacto y el electrodo están así obligados a moverse en un patrón predefinido y a una frecuencia predefinida tal como se determina por la geometría y el control del conjunto de control de movimiento 62. Como se ilustra en la Figura 3, la punta del elemento de contacto 60, y por lo tanto el electrodo 44 pueden moverse una distancia predeterminada o radio 68 desde la línea central del elemento de contacto 60. Como se describe a continuación, diversos patrones pueden utilizarse para este movimiento. El electrodo 44 se hace avanzar durante este proceso para formar el cordón de soldadura deseada. Además, todo el conjunto se mueve a una velocidad de desplazamiento deseada como se indica por el número de referencia 70. Como se describe a continuación, la integración del movimiento de los electrodos con el alambre de soldadura con núcleo de metal puede mejorar en gran medida la calidad del cordón de soldadura resultante, y permite una más alta velocidad de desplazamiento que se puede conseguir a través del movimiento del electrodo solo o el uso solo de alambres de soldadura con núcleo de metal.

La Figura 4 ilustra un ejemplo de cordón de soldadura en progreso 72 junto con ciertos patrones de movimiento del electrodo 44. Como se apreciará por los expertos en la técnica, el cordón de soldadura progresa detrás de un baño de fusión o charco 74 compuesto de metal fundido resultante del calentamiento del electrodo y el metal de base circundante de la pieza de trabajo. El electrodo en la ilustración de la Figura 4 se mueve en un patrón generalmente circular como se indica por el número de referencia 76. En el presente se contempla que tal movimiento puede ser coordinado con la velocidad de desplazamiento de la pistola de soldadura de tal manera que el electrodo estará lo suficientemente cerca del baño de fusión 74 y las regiones periféricas de la pieza de trabajo para mantener el arco y para mover el arco entre estas regiones, manteniendo el baño de fusión mientras que calienta el electrodo y metal circundante. Como se describe a continuación, también se contempla que otros factores de coordinación se pueden emplear, tales como las velocidades de alimentación de alambre, los índices o frecuencias de movimiento de los electrodos, frecuencias de pulsos o parámetros de corriente continua para el proceso de soldadura (por ejemplo, las corrientes y los voltajes aplicados a crear el de arco) y así sucesivamente.

La Figura 5 ilustra un patrón posible adicional para el movimiento del electrodo, en este caso un patrón generalmente elíptico 78. La elipse en este caso tiene un eje mayor 80 a lo largo de la dirección de desplazamiento de la soldadura y del soplete y un eje menor 82 transversal a la dirección de los desplazamientos. Por otra parte, la Figura 6 ilustra un patrón posible adicional, a saber, un patrón elíptico transversal 84 en el que un eje mayor 80 del movimiento elíptico es transversal a la dirección de desplazamiento de la soldadura y el soplete. Cabe mencionar, sin embargo, que cualquier patrón deseado puede utilizarse, y el conjunto de control de movimiento puede ser adaptado para implementar estos patrones, entre otros. Por ejemplo, los patrones que definen zigzags, de la Figura 8, de líneas transversales que se corresponden, y así sucesivamente pueden utilizarse y optimizarse para soldaduras particulares.

La Figura 7 muestra un depósito y esquema de penetración, a modo de ejemplo, que se cree que funciona cuando un alambre de soldadura con núcleo de metal se utiliza con movimiento forzado. Es decir, el electrodo 44 se mueve entre las piezas de trabajo 86 y 88 a ser unidas. Se forma un cordón de soldadura 90 que penetra en las piezas de trabajo y crea una superficie generalmente plana a medida que avanza el cordón de soldadura. En la ilustración de la Figura 7, el número de referencia 92 se refiere a un acercamiento máximo de la camisa de revestimiento de revestimiento 48 del alambre de soldadura hacia la pieza de trabajo 86, mientras que el número de referencia 94 representa un acercamiento máximo de la camisa de revestimiento de revestimiento 48 a la pieza de trabajo 88.

Se cree que el arco que se establece entre el alambre de soldadura con núcleo de metal y las piezas de trabajo y/o el charco de fusión en progreso, sólo existe entre la camisa de revestimiento 48 y estos elementos, aunque otros sitios pueden estar implicados en o mantener el arco. En consecuencia, sitios de transferencia, particulares, se establecen como se indica por el número de referencia 96, como el material se hace girar hacia fuera desde el electrodo, como se indica por las flechas 98. Se ha observado que las soldaduras resultantes son más planas que las soldaduras similares que puedan establecerse por el movimiento del electrodo utilizando electrodos de alambre sólido. Por otra parte, se cree que se obtiene una mayor penetración en los materiales de base tal como se indica por el número de referencia 100.

Un número de beneficios se cree que son generados a partir del uso de alambre para soldar con núcleo de metal con movimientos controlados y mediante patrones. Por ejemplo, mayores índices de depósito son posibles con aumentos sustanciales en las velocidades de desplazamiento, en el orden de 50 a 100 por ciento más altos que los que se pueden obtener con cualquiera de las técnicas usadas por separado. Por otra parte, un mejor puente de brecha está disponible con arcos menos agresivos. Las soldaduras también exhiben una mejor fluidez, menos salpicaduras, y menos deterioro. Como se mencionó anteriormente, los cordones de soldadura también parecen ser más planos y menos abultados que cuando se utiliza la técnica de arco girado con alambres de soldadura sólidos.

Los parámetros que pueden variarse en la técnica pueden incluir factores tales como la velocidad de movimiento del electrodo, y el grado de movimiento del electrodo sobre una posición normal o central. En particular, aunque la invención no se limita ciertamente a un patrón circular, cuando se utilizan los patrones circulares, se cree que pueden ser deseables los índices de rotación superior a 50 Hz, y que se extienden a 100-120 Hz y mayores, obteniendo así cordones de soldadura más planos y mayores índices de depósito. Por otra parte, los diámetros de rotación se contemplan actualmente del orden de 1.5 mm, pero diámetros superiores, tales como del orden de 2 mm, y hasta 3 a 4 mm y más allá pueden ser deseables. Por otra parte, puede ser deseable coordinar y sincronizar el movimiento (por ejemplo, la rotación) del electrodo con núcleo de metal con una forma de onda pulsada, con velocidades de alimentación de alambre, y así sucesivamente. También puede ser deseable proporcionar el movimiento de los electrodos que se sincroniza o coordina con el flujo de gas. Estos diversos parámetros pueden ayudar en la penetración en los materiales de base, el depósito del material de electrodo, el mantenimiento del arco, así como otros parámetros de soldadura.

También se cree que el baño de fusión puede moverse mejor con el movimiento del electrodo con núcleo de metal, posiblemente debido a fuerzas mecánicas (por ejemplo, fuerzas centrífugas) impartidas en la bola fundida o de pulverización que se desarrolla en la punta del electrodo. El proceso puede por lo tanto puede ejecutarse con menor temperatura que los procesos anteriores. Beneficios mejorados pueden ofrecerse también en ciertos tipos de piezas de trabajo y metalurgias de la pieza de trabajo, sobre todo en piezas de trabajo galvanizadas. Además, el proceso puede permitir gases de protección menos costosos, tales como el C02 en lugar de mezclas de argón que se utilizan en la actualidad con tales electrodos de soldadura.

La Figura 8 ilustra un diagrama de tiempos a modo de ejemplo que relaciona el movimiento del electrodo de soldadura con núcleo de metal con la transferencia forzada del material de la punta del electrodo. En diagrama de la Figura 8, el movimiento de la punta del electrodo se indica con el trazo 102 en el tiempo, mientras que la transferencia forzada se indica mediante el trazo 104. En un patrón de movimiento circular, un movimiento generalmente sinusoidal se espera, desde el punto de vista de cualquier punto específico en el cordón de soldadura que avanza o, el charco, o cualquier lugar en particular de la unión. En los puntos 106 en este movimiento, la camisa de revestimiento del electrodo puede aproximarse más estrechamente a los lados de los materiales de base de la pieza de trabajo. El proceso de soldadura se puede adaptar, tal como por el control de los regímenes de soldadura por impulsos, a forzar o mejorar la transferencia de material desde el electrodo en estos sitios, como se indica de manera general por el número de referencia 108. Estos tiempos típicamente ocurren de manera periódica como se indica por los tiempos 1 10. Estos y muchos otros regímenes de control se pueden prever, como se describe anteriormente, para la coordinación de los modos de transferencia, con el movimiento del electrodo de soldadura con núcleo de metal, en particular haciendo uso de la creación del arco con sólo con la camisa de revestimiento del electrodo.

La técnica anterior ha sido probada con un soplete de soldadura que comprende un servomotor y una leva para girar la punta de contacto en una oscilación de 2.0 mm, en lo que se cree que es de aproximadamente 60 Hz. Se emplearon puntas de contacto de 45 mm de longitud. Se empleó un electrodo de soldadura de 1.14 mm de diámetro, el tipo de electrodo fue un alambre sólido ER70-S6. Una mezcla de gas de protección 90-10 C02 se utilizó. Se utilizó un régimen de soldadura de pulsos a base del suministro de energía de Acceso Automático que se ejecuta con un proceso de Accu-Pulse disponible a través de Miller Electric Mfg. de Appleton, Wisconsin. Esta prueba de línea de base se ha ejecutado a 99 centímetros por minuto, una velocidad optimizada para una soldadura de filete de calidad en material de calibre 12. Sobre la base de estas configuraciones, la velocidad de desplazamiento se incrementó a 150 centímetros por minuto, aproximadamente un 50% por encima de la línea de base. Las condiciones de ensayo se variaron en el intento de optimizar los resultados de soldadura. Los factores limitantes parecían ser de socavamiento. Independientemente de los parámetros de soldadura, los cordones de soldadura de mala calidad y el socavado permanecieron.

En una segunda prueba, el mismo alambre de soldadura y el mismo gas se utilizan con los mismos, suministro de energía de soldadura y proceso de soldadura. En esta prueba, sin embargo, se utilizó movimiento del electrodo, como se describió anteriormente. La velocidad de desplazamiento de esta segunda prueba se fijó en 150 cm por minuto. Las condiciones de ensayo se variaron en el intento de optimizar los resultados de soldadura. Un arco de accionamiento apretado parecía cavar de manera profunda en el metal base y creó una alteración de cavitación. El proceso de movimiento del electrodo redujo la cantidad de socavado y aplanó de manera significativa la cara de la soldadura. Sin embargo, el charco de soldadura no pareció que empujó los puntos de contacto de la soldadura, en última instancia, dejando algo de socavado presente.

En una tercera prueba, se utilizó un alambre de soldadura con núcleo de metal E70C-6M Metalloy? Vantage ? y atrix? de 1.14 mm de diámetro (disponible comercialmente en Hobart Brothers de Troy, Ohio). La mezcla de gas de soldadura fue idéntica a la de las pruebas previas, así como lo fueron el suministro de energía y proceso de soldadura. En esta prueba con el alambre de soldadura con núcleo de metal, el movimiento del electrodo se utilizó de nuevo con una configuración de velocidad de desplazamiento de 150 cm por minuto. Las condiciones de ensayo se variaron en el intento de optimizar los resultados de soldadura. El arco generado con el alambre con núcleo de metal fue significativamente más suave que en el caso del alambre sólido. La reducción en las cavitaciones permitió que el charco de soldadura rellenara mucho mejor los puntos de contacto, casi eliminando todo el socavado, a 150 cm por minuto. El tamaño de la pierna de soldadura fue igual al grosor del material (3.17 mm). Aunque se cree el tamaño de la soldadura correcta para el material, la industria del automóvil sobre-suelda dichos materiales para compensar las variaciones en ajuste de parte y para facilitar la inspección visual.

En una cuarta prueba, se utilizó el mismo alambre de soldadura con núcleo de metal, pero en un diámetro de 1.32 mm. Se utilizaron los mismos, mezcla de gas, suministro de energía y proceso de soldadura, de nuevo con movimiento del electrodo. La prueba se llevó a cabo otra vez a 150 cm por minuto. De nuevo, las condiciones de ensayo se variaron en el intento de optimizar los resultados de soldadura. El arco generado con el alambre con núcleo de metal fue significativamente más suave que en el caso de alambres sólidos. La reducción en las cavitaciones permitió que el charco de soldadura rellenara mucho mejor los puntos de contacto, casi eliminando todo el socavado, a 150 cm por minuto. El tamaño de la pierna de soldadura mejoró con una anchura de cordón más grande. En esta prueba, la robustez del proceso se probó moviendo el alambre fuera de la junta en aproximadamente 1.2 mm, tanto alto como bajo. La soldadura fue también puesta a prueba con un espacio de 1.2 mm. Los resultados de soldadura muestran que el proceso de tiene una ventana muy robusta incluso a 150 cm por minuto de velocidad de desplazamiento.

Un ensayo adicional se llevó a cabo con los mismos alambres de soldadura con núcleo de metal que en la prueba anterior, la misma mezcla de gas, el mismo suministro de energía y el mismo proceso de soldadura. En esta prueba se utilizó una velocidad de desplazamiento mayor de 203 centímetros por minuto en una junta de solape horizontal. Las condiciones de ensayo se variaron otra vez en el intento de optimizar los resultados de soldadura. El arco generado con el alambre con núcleo de metal fue significativamente más suave que en con el alambre sólido. La robustas del proceso se puso a prueba con un espacio que variaba de 0 a 1.2 mm y de regreso. Los resultados de soldadura muestran que el proceso de tiene una ventana muy robusta incluso a 203 cm por minuto de velocidad de desplazamiento. La cantidad de salpicaduras generadas en todas las pruebas de los electrodos con núcleo de metal fue significativamente menor que las cantidades observadas con aplicaciones de alambre sólido tradicionales en juntas similares.

Además de los ejemplos anteriores, se ha encontrado que un procedimiento de soldadura que utiliza polaridad DCEN con el alambre con núcleo de metal que se discutió anteriormente, con el movimiento mecánico del arco, puede proporcionar resultados particularmente buenos, y puede ser incluso más atractivo en ciertos tipos de piezas de trabajo (o los materiales de la placa base). Por ejemplo, el alambre Metalloy? X-Cel? que se mencionó anteriormente es particularmente adecuado para reducir las salpicaduras, al tiempo que mejora la fluidez del metal de soldadura (evitando cordones excesivamente "coronados"). El uso de un proceso DCEN, por otra parte, con movimiento del arco y en combinación con dichos alambres, reduce el sobrecalentamiento. La combinación puede ser particularmente útil para la soldadura de material de hoja galvanizado (por ejemplo, en aplicaciones automotrices), para la soldadura de material recubierto o pintado, para la soldadura de acero fino (por ejemplo, en la fabricación de muebles), y así sucesivamente.

Se cree actualmente que los alambres de soldadura adecuados para estas aplicaciones (que corresponden en general a los alambres mencionados X-Cel ? ) se caracterizan por componentes que estabilizan el arco (que producen arcos estables con reducidas salpicaduras). Por ejemplo, tales estabilizadores pueden incluir potasio y compuestos que aportan potasio durante el proceso de soldadura (tales como feldespato de potasio, titanato de potasio, titanato de potasio manganeso, sulfato de potasio, carbonato de potasio, fosfato de potasio, molibdato de potasio, nitrato de potasio, fluorosilicato de potasio, y compuestos de óxidos complejos que contengan potasio). Por otra parte, las fuentes de carbono grafitico y no grafitico pueden proporcionar estabilización mediante sublimarse en la columna del arco y por producir una transferencia del metal de gota más fina. La posible modificación de loa alambres de soldadura existentes (tales como los mencionados) podría incluir potasio a partir de cualquiera o más fuentes indicadas anteriormente, y una fuente de carbono adecuada, tal como grafito o carbono que contiene hierro y/o polvos de aleación.

Con respecto a los procesos particulares DCEN implicados, éstos normalmente se llevarán a cabo con corrientes y voltajes seleccionados, basándose al menos en parte en el diámetro del electrodo, la extensión del electrodo (por ejemplo, la punta de contacto a la placa), la posición de soldadura, la pieza de trabajo o el tipo de placa base y diámetro, la velocidad de desplazamiento y los índices de depósito, la velocidad de alimentación del alambre, y así sucesivamente. Por ejemplo, los voltajes en el rango de 21 a 30 voltios pueden ser adecuados, con corrientes que van desde 150 hasta 450 amperios. Por otra parte, con respecto a los gases de protección, se cree que las mezclas de gases apropiadas incluyen argón y dióxido de carbono, con un mínimo de 75% y un máximo de 95% de argón (aunque otras cantidades y combinaciones pueden ser satisfactorios, tales como 98% de argón, 2% de oxígeno). Aún más, se contempla que la polaridad DCEN seleccionada puede incluir corriente pulsada y no pulsada.

Aunque sólo algunas características de la invención se han ilustrado y descrito en el presente documento, muchas modificaciones y cambios se les ocurrirán a aquellos expertos en la técnica. Por lo tanto, se debe entender que las reivindicaciones adjuntas están destinadas a cubrir todas las modificaciones y cambios que caigan dentro del verdadero espíritu de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES:

1. Un método de soldadura caracterizado porque comprende: establecer un arco entre un electrodo de soldadura con núcleo de metal y una pieza de trabajo en una corriente continua, con polaridad de soldadura de electrodo negativo, el electrodo de soldadura con núcleo de metal que comprende una camisa de revestimiento y un núcleo; alimentar el electrodo de un soplete de soldadura mientras el electrodo se mueve de manera cíclica en un patrón deseado, mediante un conjunto de control de movimiento dentro del soplete de soldadura para mantener un arco entre, al menos, la camisa de revestimiento y la pieza de trabajo; y avanzar el soplete de soldadura o la pieza de trabajo para establecer un cordón de soldadura.

2. El método de la reivindicación 1 , caracterizado además porque el electrodo de soldadura comprende al menos un estabilizador de arco que actúa como una fuente de potasio y carbono.

3. El método de la reivindicación 2, caracterizado además porque al menos un estabilizador de arco comprende al menos potasio y compuestos que aportan potasio durante el proceso de soldadura, feldespato potásico, titanato de potasio, titanato de potasio manganita, sulfato de potasio, carbonato de potasio, fosfato de potasio, molibdato de potasio, nitrato de potasio, fluorosilicato de potasio, compuestos complejos de óxido que contienen potasio, y fuentes de carbono grafitico y no grafitico.

4. El método de la reivindicación 3, caracterizado además porque al menos una fuente de hidrógeno comprende al menos celulosa, sodio carboxi-metil-celulosa, metil celulosa y compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos que contienen hidrógeno.

5. El método de la reivindicación 1 , caracterizado además porque el electrodo de soldadura se ajusta a los estándares de la AWS (American Welding Society) A5.18 EXXC-6.

6. El método de la reivindicación 1 , caracterizado además porque la pieza de trabajo comprende un material galvanizado.

7. El método de la reivindicación 1 , caracterizado además porque la pieza de trabajo comprende un material recubierto o pintado.

8. El método de la reivindicación 1 , caracterizado además porque el régimen de soldadura de corriente continua con electrodo negativo comprende un régimen de soldadura pulsado.

9. El método de la reivindicación 1 , caracterizado además porque el soplete de soldadura o la pieza de trabajo se avanza a una velocidad de al menos 58 cm por minuto.

10. El método de la reivindicación 1 , caracterizado además porque el electrodo se mueve a una frecuencia de entre 50 Hz y 120 Hz.

11. Un sistema de soldadura, caracterizado porque comprende: un suministro de energía que se configura para proporcionar energía para establecer un arco entre un electrodo de soldadura con núcleo de metal y una pieza de trabajo en una corriente continua, con polaridad de soldadura de electrodo negativo, el electrodo de soldadura con núcleo de metal que comprende una camisa de revestimiento y un núcleo; un alimentador de alambre que se acopla al suministro de energía y se configura para alimentar el electrodo desde un soplete de soldadura; y un soplete de soldadura que en funcionamiento recibe el electrodo desde el alimentador de alambre mientras que mueve cíclicamente el electrodo en un patrón deseado mediante un conjunto de control de movimiento dentro del soplete de soldadura, para mantener un arco entre la camisa de revestimiento y la pieza de trabajo.

12. El sistema de la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque el electrodo de soldadura comprende al menos un estabilizador de arco que actúa como una fuente de potasio y carbono.

13. El sistema de la reivindicación 12, caracterizado además porque al menos un estabilizador de arco comprende al menos potasio y compuestos que aportan potasio durante el proceso de soldadura, feldespato potásico, titanato de potasio, titanato de potasio manganita, sulfato de potasio, carbonato de potasio, fosfato de potasio, molibdato de potasio, nitrato de potasio, fluorosilicato de potasio, compuestos complejos de óxido que contienen potasio, y fuentes de carbono grafitico y no grafitico.

14. El sistema de la reivindicación 13, caracterizado además porque al menos una fuente de hidrógeno comprende al menos celulosa, sodio carboxi-metil-celulosa, metil celulosa y compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos que contienen hidrógeno.

15. El sistema de la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque el electrodo de soldadura se ajusta a los estándares de la AWS (American Welding Society) A5.18 EXXC-6.

16. Un método de soldadura caracterizado porque comprende: proporcionar corriente de soldadura para establecer un arco entre un electrodo de soldadura y una pieza de trabajo en una corriente continua, con polaridad de soldadura de electrodo negativo; alimentar el electrodo desde un soplete de soldadura mientras cíclicamente se mueve el electrodo en un patrón deseado mediante un conjunto de control de movimiento dentro del soplete de soldadura para mantener un arco entre el electrodo y la pieza de trabajo; y avanzar el soplete de soldadura o la pieza de trabajo para establecer un cordón de soldadura.

17. El método de la reivindicación 16, caracterizado además porque el electrodo comprende un electrodo de soldadura con núcleo de metal que comprende una camisa de revestimiento y un núcleo.

18. El método de la reivindicación 17, caracterizado además porque el arco se establece entre al menos la camisa de revestimiento y la pieza de trabajo.

19. El método de la reivindicación 16, caracterizado además porque la pieza de trabajo comprende un material galvanizado, recubierto, o pintado.

20. El método de la reivindicación 16, caracterizado además porque el régimen de soldadura de corriente continua con electrodo negativo comprende un régimen de soldadura pulsado.