MXPA96004219A - Metodo para unir componentes de metal conpercepcion y control mejorados del voltaje de arco - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para soldar en una ranura con un arco de soldar desde un electrodo de soldadura, que comprende las etapas de:fundir el material de soldadura dentro de la ranura dentro de un ciclo utilizando un arco de soldar, el ciclo que comprende un primer período de potencia y un segundo período de potencia;mantener la corriente de arco a un primer nivel de corriente durante el primer período de potencia del ciclo y un segundo nivel de corriente del ciclo subsecuente al primer período de potencia del ciclo, el primer nivel de corriente que es mayor que el segundo nivel de corriente;detectar el voltaje de arco durante por lo menos una porción del segundo período de potencia del ciclo;ajustar la posición axial del electrodo de soldadura, en donde el ajuste de la posición axial es una función del voltaje de arco detectado del electrodo de soldadura;y fundir el material de soldar dentro de la ranura utilizando un arco para soldar en tanto que el electrodo de soldadura estáen la posición axial ajustada.

Description

MÉTODO PARA UNIR COMPONENTES DE METAL CON PERCEPCIÓN Y CONTROL MEJORADOS DEL VOLTAJE DE ARCO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a la soldadura automática de componentes metálicos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En los procedimientos de soldadura con arco eléctrico, uno de los métodos más comunes para mantener constante un voltaje de arco es medir electrónicamente el voltaje del arco y impulsar correspondientemente la posición axial del electrodo en una dirección generalmente perpendicular al charco de soldadura con un circuito servocontrolado, de manera que la longitud del arco (y, por consiguiente, su resistencia eléctrica) se mantenga constante. Generalmente se conoce este método como control automático de voltaje (AVC, acrónimo por su designación en inglés Automatic Voltage Control) . Cuando se mantiene constante la resistencia de arco, también se mantiene la caída de voltaje a través del arco para un nivel dado de la corriente de soldadura, de acuerdo con la Ley de Ohm (es decir, V = IR, en donde V es voltaje, I es corriente y R es resistencia) . El método AVC de soldadura mecánica se utiliza con corriente constante o con corriente pulsada; en donde se percibe el voltaje durante los niveles de corriente de periodo bajo y de periodo alto de energía. Los sistemas soldadores de energía pulsada, composición mecanizada de soplete, típicos, tienen el potencial de ser equipados con AVC utilizando un servocontrolador sensor de voltaje y colocador axial del electrodo. Estos subsistemas están diseñados para proveer un valor prefijado, constante, de voltaje de arco y de longitud de arco correspondiente; pero a su vez, son inherentemente susceptibles de hacer que el arco sensible "trepe" la pared o paredes laterales cuando una porción del arco se une a la pared lateral. "Trepar" se refiere al problema que ocurre en los sistemas de soldadura AVC cuando él punto de ánodo del arco está inadvertidamente sobre una superficie que tiene un ángulo agudo con respecto al eje del electrodo. (Un punto de ánodo es el sitio en donde el arco choca sobre la pieza de trabajo y, con suficiente potencia eléctrica, puede formar un charco fundido debido al calentamiento electrónico del arco) . Usualmente esto da por resultado una reducción en la longitud del arco y una disminución consecuente en el voltaje del arco. En respuesta a la disminución en el voltaje del arco, el servocontrolador de AVC intentará mover el electrodo a lo largo del eje de electrodo y alejándolo del fondo de la ranura para restablecer el voltaje de arco prefijado. En esta condición el arco no responde de manera controlable al intento del servosistema por mantener un voltaje de arco constante con el arco chocando apropiadamente en forma directa sobre el fondo de la ranura, en lugar de sobre la pared o las paredes laterales. En particular, en un caso en que las paredes de una ranura muy angosta están casi paralelas, el servocontrolador de AVC tenderá a mover continuamente el electrodo hacia arriba, aproximadamente en paralelo con la pared lateral, debido a que la longitud del arco no aumenta como resultado de este movimiento paralelo. En los sistemas de soldadura de corriente pulsada, el arco "que trepa" ocurre típicamente durante los periodos de soldadura en el modo de alta energía, en donde el arco se une tanto al charco de soldadura principal como a la pared o paredes laterales de la ranura. Se provoca esta condición cuando el electrodo de soldadura no está bien centrado en una ranura muy angosta o cuando el metal llenador depositado no humecta uniformemente la junta a través de la misma, o cuando el electrodo de soldadura queda demasiado cercano a una pared lateral en una ranura angosta o ancha convencional, o a una superficie eléctricamente común de un componente metálico adyacente. Históricamente, el arco "que trepa" se ha considerado uno de los mayores problemas para soldar juntas de elevada eficiencia volumétrica que tienen ranuras muy angostas y/o paredes laterales muy escarpadas, y como resultado, estas condiciones de geometría más eficientes han sido evitadas como imposibles de soldar. El problema "de trepar" es complicado dado que la mayoría de los sistemas sensores de voltaje de arco existentes miden el voltaje cuando el arco está en su modo de charco de soldadura grande, de alta potencia, desfavorable; lo que puede forzar a que una porción del arco mayor resultante se abra hacia la pared o paredes laterales adyacentes. Las soluciones típicas al problema "de trepar" son intentar estabilizar la posición del arco mediante el traslado periódico o pivoteo de la punta del electrodo en la punta de la pared utilizando una oscilación de electrodo (para electrodos rectos) o un movimiento de rotación (para electrodos de punta desplazada), o mantener un centrado mejorado del electrodo, el arco y el charco de soldadura, o bien ensanchar la junta y fijar la posición del electrodo adicionalmente alejado de la pared. Otro método común, que es más susceptible de provocar defectos de falta de fusión en la pared o en las paredes, es "dirigir" y mantener una posición adicionalmente alejada de la pared de ranura más cercana. El método AVC convencional no mide el voltaje solamente durante los periodos de baja energía, de tamaño mínimo del charco de soldadura, con la longitud de arco mantenida constante (también conocido como "trabada") al valor percibido en el periodo de baja energía previo durante el periodo de alta energía subsecuente. El tamaño del charco de soldadura es mínimo al finalizar el periodo de baja energía, después de que ha disminuido de su tamaño máximo al finalizar el periodo de alta energía, primariamente por enfriamiento conductor. Los sistemas AVC convencionales están diseñados de manera simple para percibir y controlar la longitud de arco durante todos los niveles de energía totalmente pulsados, en lugar de selectivamente en la parte final óptima del nivel de energía, y solamente para el nivel de baja energía preferido. Todos los sistemas de soldadura con arco conocidos, equipados con AVC tienen un periodo de percepción de voltaje que es disparado cerca de los extremos de, y es igual a, la duración de pulso de corriente/voltaje. No son posibles retardos del periodo percibido más allá del comienzo del periodo secundario (como no sean los retardos extremadamente breves incorporados para dar tiempo a que se estabilicen los elementos electrónicos del circuito) ni prórrogas hacia el periodo de potencia primaria subsecuente, con los diseños conocidos de circuitos de AVC. Estas limitaciones en el diseño y funcionamiento del equipo de soldadura convencional previenen la utilización de la condición favorable del arco y del charco de soldadura, que es cuando han disminuido ambos a su tamaño mínimo de nivel de potencia secundaria, cierto tiempo finito después de que finaliza el periodo primario. Otros diseños de sistema se basan en el mantenimiento de una longitud de arco constante por medios mecánicos, ópticos, de sonar y de corriente parásita, tales como seguidores del tipo de leva, rayos láser, etc. Sin embargo, estos diseños no controlan con precisión la longitud de arco, dado que los seguidores deben estar ubicados a cierta distancia lejos del charco de soldadura, o incluso estar en contacto con el trabajo completamente fuera de la junta de soldadura. Estos sistemas no controlan bien el voltaje de arco, puesto que el voltaje es una función de la corriente que puede ser programada para cambiar entre valores bajo y alto, como es la práctica en la soldadura con corriente pulsada, y los cambios correspondientes en el rebalse de soldadura no son detectados por los sistemas que perciben otro elemento que no sea el propio arco. Algunos de esos sistemas utilizan un retardo de tiempo para aproximar el control de la longitud de arco cuando se coloca el sensor de altura de la superficie de trabajo hacia adelante del charco de soldadura, por diferentes razones, tales como el espacio disponible. En esos casos, el retardo de tiempo únicamente compensa la posición delantera o avanzada del sensor y no está relacionada con la geometría del charco de soldadura del periodo secundario. Durante la soldadura con ranura muy angosta, sin oscilación de arco lateral, mientras la corriente se encuentra a nivel alto, el arco preferiblemente forma un punto de ánodo en ambas paredes simultáneamente, como se requiere para obtener la fusión adecuada de la pared lateral cuando únicamente se deposita un paso de soldadura por capa. Sin embargo, si se percibe el voltaje mientras una porción del punto de ánodo está sobre las paredes laterales, el arco tiene una sensibilidad indeseable para favorecer la unión a la pared lateral más cercana. Existen varias técnicas para manipular el electrodo no consumible (GTA y soldadura de arco transferida por plasma) o el electrodo consumible (soldadura con arco metálico en gas inerte y arco sumergido) , en forma lateral de forma que haga que el arco forme alternativamente su punto de ánodo en una y luego en la otra pared lateral así como en el charco de soldadura. El efecto neto de la manipulación es el calentamiento y la fusión del charco de soldadura en ambas paredes, de una manera casi simultánea, al mismo tiempo que se evita que "trepe". El aspecto limitante de estas técnicas es que la anchura de la ranura debe mantenerse necesariamente más mayor que si no requiriera manipulación lateral para calentar alternadamente ambas paredes laterales, sin ocurrencia del problema de arco "que trepa". Si bien las técnicas AVC de la técnica anterior no funcionan con ranuras de soldadura extremadamente angostas, por las razones señaladas antes, el uso de ranuras muy angostas es sumamente deseable por las siguientes razones. El agrietamiento de corrosión por esfuerzo (SCC, acrónimo por su designación en inglés Stress Corrosión Cracking) ha conducido a la necesidad crítica de reparar o reemplazar muchos componentes de reactor y de tubería en todo el mundo. Las juntas soldadas históricamente han sido las áreas más susceptibles a falla debido al SCC, debido a sus valores típicamente altos de esfuerzo residual de tracción y su grado elevado de sensibilización térmica en HAZ. Una solución para este problema es reemplazar los componentes p>or nuevos materiales que tengan mejoras en la composición química. Debido a el costo excesivamente alto de reemplazar algunos componentes, tales como la mortaja de núcleo, el reemplazo debe ser durable. Los reemplazos generalmente son instalaciones de material resistente al SCC, más nuevo, unido al material susceptible unido al SCC, más antiguo, de manera que es sumamente conveniente, incluso para estos casos, que el proceso de unir mejore el esfuerzo residual y las condiciones microestructurales en el material más antiguo, puesto que la eficiencia térmica relativamente baja de las prácticas de unión convencionales frecuentemente ha sido una de las causas directas de la falla del componente antiguo. De tal manera, existe la necesidad de un proceso de soldadura mecanizado que produzca juntas soldadas que tengan resistencia significativamente mejorada al agrietamiento de corrosión por esfuerzo. Esto se puede lograr utilizando diseños de junta con profundidad pero con amplitudes de ranura muy bajas, para reducir al mínimo la cantidad de calor introducido en el material de soldadura, reduciendo de esa manera los esfuerzos residuales por tracción en las inmediaciones de la junta soldada. Otro beneficio es una mejora en la resistencia a SCC de la microestructura de las zonas térmicamente afectadas (HAZ, acrónimo por la designación en inglés Heat Affected Zones) adyacentes a la soldadura. Una aplicación clave de dicho método de soldar es el reemplazo de la soldadura entre un reactor de agua hirviendo (BWR, acrónimo por su designación en inglés Boiling Water Reactor) en la envoltura de núcleo y su reborde de unión o, alternativamente, una soldadura de ensamble o reparación entre porciones adyacentes de la envoltura o entre otros componentes que requieren volver a unirse debido a reparaciones de ruptura u otros trabajos de reparación/reemplazo internos para el reactor. En todo caso, uno o ambos lados de estas juntas puede consistir de material que, en virtud de su composición, es inherentemente susceptible a SCC. Estas soldaduras pueden hacerse ya sea durante la instalación de la nueva envoltura o después de la operación de planta durante el reemplazo del envolvente. Otras aplicaciones que no sean en el recipiente incluyen las diversas soldaduras en el sistema de tubería de la planta, así como soldaduras estructurales de secciones grandes. Adicionalmente existe la necesidad de un método de soldar que disminuya el tiempo de soldadura y los costos de exposición a la radiación del personal expuesto a la radiación correspondiente, así como los costos de producción asociados - 10 -con el trabajo en una "trayectoria crítica" de la planta nucleoeléctrica en operación. Las prácticas de soldaduras convencionales, incluyendo las que se utilizan en el trabajo de campo, tienen eficiencia térmica relativamente baja dado que una porción grande del calor se va a la fusión del volumen requerido de alambre de relleno, en lugar de fundir las paredes de la junta entre sí. Esta condición es un resultado directo de las juntas innecesariamente anchas usadas. En contraste, el uso de ranuras de soldaduras muy angostas mejora la productibilidad debido a las mayores eficiencias térmica y volumétrica de este nuevo método, qué es el resultado primariamente de los parámetros de entrada de calor reducida y el diseño de junta de anchura reducida, respectivamente. El proceso de soldadura con arco de tungsteno en gas, básico, (GTA, acrónimo por su designación en inglés Gas Tungsten Are) generalmente se clasifica como el mejor proceso que se basa en un arco eléctrico para elevada calidad de soldadura, pero sólo a un nivel intermedio de productividad. Otras variaciones que complican el proceso GTA, tales como la alimentación de alambre caliente, han mejorado la productividad solamente con éxito limitado. Así pues, hay necesidad de un sistema AVC mejorado que permita el proceso GTA utilizando alimentación de alambre frío, simple, que se clasifique como un método tanto con alta calidad como con alta productividad.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención consiste en un método para medir el voltaje de soldadura de un arco eléctrico y para colocar un electrodo, que permite que se reduzca significativamente el ángulo de la pared lateral de una junta, que de otra manera sería inestable en la soldadura de ranura convencional. Este método único de percibir el voltaje de arco y controlar la posición del electrodo durante la soldadura de arco eléctrico mecanizada, utiliza un modo de baja potencia del arco que tiene una geometría sensora de voltaje mejorada y permite que se hagan soldaduras confiables entre los componentes que tienen anchura de junta de soldadura que son significativamente menores que las que se habían producido hasta ahora con otro procedimiento de soldadura con arco. Este método mejora grandemente la estabilidad de voltaje y la colocación del arco en el proceso de soldar, evitando el problema del arco "que trepa" las paredes laterales de la ranura de soldadura. El método de soldadura descrito aquí elimina el arco "que trepa" al percibir el voltaje de arco durante un modo de baja potencia, de pequeño charco de soldadura, cuando el punto de ánodo y el arco con menores y, por consiguiente, no son susceptibles de unirse a la pared o paredes laterales. Durante el modo de percepción del voltaje de arco de baja potencia, preferido, aquí descrito, el arco es más angosto y, por lo tanto, más enfocado sobre la posición sensora central de cordón preferida de un paso de soldadura, en lugar de esparcirse sobre las paredes laterales adyacentes. Percibir el voltaje al tamaño mínimo de charco de soldadura provee la resistencia máxima al arco "que trepa" las paredes laterales de junta, y es una ventaja importante y singular del método de soldar de acuerdo con la presente invención. En contraste con los sistemas de AVC convencionales, que perciben el voltaje de arco durante el periodo de pulso de alta potencia (primario), la presente invención utiliza la condición favorable del arco y el charco de soldadura, que es cuando ambos han disminuido a su tamaño mínimo de nivel de energía secundario, un cierto tiempo finito después que finaliza el periodo primario. La longitud de este tiempo de retardo depende de las condiciones de soldadura reales programadas, y es sensible a determinados parámetros, incluyendo los niveles de pulso de corriente/voltaje de soldadura y las duraciones del pulso/ así como otros diversos parámetros, todos los cuales determinan qué tan rápido se vuelven estables el arco de soldadura y el charco después de que comienza el periodo secundario. El tamaño de arco puede responder más rápido que el tamaño del charco de soldadura después que disminuye una corriente, pero el tamaño de punto de ánodo y la colocación son una función del tamaño y la forma del charco a un nivel de corriente dado, lo que hace que la geometría de la superficie del charco sea la condición limitante para establecer un tamaño de arco estable después de una disminución de corriente. En particular, el arco tiene preferencia para unirse a un líquido en oposición de a un sólido. La incorporación de un retardo en el periodo de percepción se vuelve más importante cuando se incrementa la velocidad de desplazamiento del soplete, y se programan periodos de pulso correspondientes a valores reducidos (o se incrementa la frecuencia de pulso, dependiendo del modo de sincronización disponible en la máquina) . Cuando se reduce el periodo de pulsp secundario a periodos muy breves, el tiempo de percepción de voltaje secundario se aproxima a cero, de manera que el tiempo de control de voltaje secundario se vuele insuficiente para dar por resultado una respuesta en la longitud de arco total. Esta condición se enfrenta al continuar el periodo de control Secundario más allá del periodo de percepción secundario dentro del periodo de pulso primario, que es efectivo en el método de soldadura de la presente invención, puesto que el periodo primario no es utilizado para percibir el voltaje primario ni para controlarlo (la longitud de arco se traba de otra manera) . Se describen diversos métodos para permitir que se pueda controlar el arco durante el modo de baja potencia (con bajo voltaje, baja corriente o ambos; y con retardos en el tiempo de percepción, prórrogas en el tiempo de control, o ambos, etc.). Uno de los aspectos más importantes de este método es que permite que se hagan soldaduras extremadamente angostas con estabilidad en la posición del arco mejorada, con respecto a todos los demás procesos de competencia (a pesar del diseño de junta más angosto) . La anchura y el ángulo de la ranura reducida, que permite este uso del método de percepción de voltaje y de control de la posición del electrodo, provee a su vez el beneficio técnico adicional de reducir el gasto total de calor y el daño térmico correspondiente, incluyendo el potencial para la sensibilización, distorsión y esfuerzos residuales en la junta completa. Los beneficios comerciales del método incluyen la eficiencia mejorada en la producción debido al menor volumen de metal de soldadura necesario para llenar una junta, así como la posibilidad de uso del operador, incrementada, debido a una reducción en la sensibilidad al manejo lateral de la antorcha o soplete y a la eliminación de la colocación tediosa del cordón cerca de las paredes laterales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un una representación esquemática en sección de una geometría convencional de soldadura de ranura, que muestra la manipulación del electrodo, la morfología de arco grande y la posición del punto de ánodo sobre la pared lateral durante la percepción de voltaje en el modo primario, de acuerdo con la técnica anterior. La figura 2 es una representación esquemática en sección de una geometría de soldadura con ranura de amplitud reducida, que muestra un electrodo no manipulado, morfología de arco pequeña y posición de punto de ánodo fuera de la pared lateral durante la percepción del voltaje en modo secundario, de acuerdo con la presente invención. La figura 3A es un diagrama esquemático y de bloques, combinado, que muestra un sistema de soldadura de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, que utiliza un arco piloto opcional con control de AVC. La figura 3B es una vista en sección que muestra material de soldadura fundido en una ranura de soldadura muy angosta, que utiliza el sistema de soldadura mostrado en la figura 3A. No se muestra el cuerpo de la antorcha o soplete, en beneficio de la claridad. La figura 4 es un diagrama de sincronización que muestra las secuencias básicas en el parámetro de soldadura pulsado para el control convencional del voltaje de soldadura, en donde L es la longitud de arco; V es el voltaje de arco; I es la corriente de arco; P es la energía de soldadura; 1/t representa las escalas arbitrarias para el periodo de percepción/control y los subíndices 1, 2, S, C y A, respectivamente, denotan primario, secundario, de percepción, de control y alterno. La figura 5 es un diagrama de control de tiempos que muestra las secuencias de parámetro de soldadura pulsada para el método de control de voltaje de soldadura de acuerdo con la presente invención (las mismas designaciones que en la figura 4).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS De acuerdo con el método de soldadura novedoso de la percepción de voltaje de arco y control aquí descrito, no se requiere movimiento lateral relativo entre el electrodo y las paredes laterales, pulsándose preferiblemente la corriente entre dos niveles y percibiéndose el voltaje únicamente al valor más bajo de corriente. El nivel menor de corriente se prefija lo suficientemente bajo para que la anchura del arco se reduzca lo necesario, garantizando que el punto de ánodo no esté sobre la pared o las paredes laterales y, por lo tanto, que el electrodo y el arco no sean sensibles a quedar descentrados en la ranura. El mayor nivel de corriente se ajusta para proveer el calor requerido para producir un depósito de soldadura firme, con la adición de metal de relleno totalmente fundida a las paredes laterales, y acomoda las condiciones de disipación de calor de soldadura en general, de la junta. El resultado clave de este método de percepción de voltaje es que el aspecto limitativo de anchura de junta de las diversas técnicas de soldadura con arco manipulado se elimina, y se puede reducir la anchura dé junta significativamente más. Los mecanismos de manipulación convencionales que con requeridos típicamente para obtener el charco de soldadura para fundirlo a la pared o paredes laterales, tal como los electrodos no consumibles desviados, oscilantes o rotatorios, y los electrodos consumibles predoblados o torcidos, se vuelven innecesarios y pueden eliminarse a fin de simplificar y mejorar la confiabilidad del sistema de soldadura. Los aspectos importantes del proceso de soldadura con arco de tungsteno en gas (GTA) con movimiento de soplete mecanizado, se muestran esquemática en la figura 1 para la soldadura de ranura de potencia pulsada, convencional, que utiliza la práctica de control de voltaje de arco industrial existente. Los aspectos correspondientes del método de percepción de voltaje y de control de la presente invención, como se aplican de manera singular a la soldadura de ranura muy angosta, están mostrados en la figura 2. Una comparación de las figuras 1 y 2 demuestra que, aun cuando la soldadura de ranura muy angosta sería susceptible de que el arco "trepara" y se intentara con prácticas convencionales, el método de soldar de la presente invención permite que se complete fácilmente este tipo de configuración de soldadura térmica y volumétricamente eficiente, con tendencia incluso menor a que el arco "trepe" que con un diseño convencional. La secuencia de tiempos de energía pulsada para los parámetros eléctricos típicos de la soldadura de arco convencional están mostrados en la figura 4, e indican la diferencia en los periodos durante los cuales se perciben y se controlan correspondientemente los voltajes. En la soldadura convencional el voltaje se percibe típicamente de una de tres maneras: caso A) en el modo primario de alta energía, únicamente; o alternativamente caso B) tanto en el modo primario como en el modo secundario de baja energía. Un modelo de equipo de soldadura con máquina GTA comercial, con capacidad de AVC tiene la capacidad de programar la percepción durante todo el periodo y controlar simultáneamente un primer periodo de pulsación o un segundo periodo de pulsación o ambos, pudiéndose fijar el voltaje para los periodos de pulsación primero y segundo. Sin embargo, no se sabe programar este equipo para percibir el voltaje de arco durante el segundo periodo de pulsación cuando el voltaje de arco durante ese segundo periodo de pulsación se fija por debajo del voltaje de arco durante el primer periodo de pulsación. Otros métodos, tales como la manipulación del electrodo y/o del alambre de relleno han sido usados en un intento para mantener la estabilidad del arco (sin que "trepe"), con humectación adecuada de la pared lateral. Si el voltaje de arco se percibe únicamente en el modo de energía primaria (caso A), entonces se fija la longitud de arco durante este periodo de energía secundaria como el valor de longitud de arco de energía primaria. Si se percibe el voltaje tanto en el modo de energía primaria como en el modo de energía secundaria (caso B) , entonces se controla la longitud de arco de acuerdo con los valores percibidos durante sus respectivos periodos, con respecto a valores programados. La presente invención se refiere primariamente a la percepción del voltaje durante el modo secundario o de más baja energía. El caso Cl corresponde a la percepción de voltaje durante el modo de energía secundaria de un esquema pulsante de dos modos. El caso C2 corresponde a la percepción de voltaje durante el modo de más baja energía de un esquema pulsante de tres modos. Una configuración adicional aquí descrita, el caso DI, consiste de la energía de soldadura pulsada o continua, combinada con un arco piloto que se utiliza primariamente para percibir el voltaje y controlar, y no para mantener el charco de soldadura. Para la energía de soldadura pulsada, se establece el arco piloto en el mismo electrodo que el arco de soldadura, excepto que a una potencia todavía menor que la energía secundaria pulsada (o el nivel más bajq de energía de soldadura, si se usan más de dos niveles) . Para la configuración de corriente de soldadura identificada aquí como el caso D2, se puede mantener el arco piloto con un electrodo separado, que es el maestro con respecto a la longitud de arco del arco de soldadura, que a su vez controla el voltaje de arco de soldadura, a través de la Ley de Ohm. La justificación técnica para el método de soldar de la presente invención es que todas las configuraciones de soldadura convencionales, conocidas, presentan una o más de las siguientes condiciones indeseables: 1.- El periodo de percepción de voltaje es igual en duración al tiempo de pulso de la energía de soldadura correspondiente. No se da ninguna prioridad a la percepción en un tiempo más favorable de la duración de pulso (tal como cerca del final del pulso de baja energía, cuando el punto de ánodo es más pequeño y el arco es menos probable que "trepe" las paredes laterales adyacentes) . 2.- El periodo de percepción de voltaje y el periodo de control correspondiente son simultáneos para cada periodo de pulso de energía. No se retarda el control de voltaje, se prorroga ni se desplaza hacia un periodo subsecuente, con base en un valor percibido de voltaje de un periodo previo (como se podrían requerir si se retardara la percepción hasta cerca del final del periodo previo) . Para la secuencia de parámetros eléctricos del método de soldar que se muestran en la figura 5, se identifican dos aspectos únicos de longitud de arco y vpltaje de arco, de la siguiente manera: 1.- Se percibe el valor de voltaje únicamente (se mide pero no se controla necesariamente ni se responde a él) en el periodo secundario de baja energía, cuando la potencia (corriente y/o voltaje) se ajustan específicamente de manera que el arco no forme una porción grande, si la hay, del punto de ánodo sobre la pared o paredes laterales de la junta. En este ejemplo, se selecciona la junta como una ranura muy angosta que tiene una dimensión de anchura tan pequeña que el arco quedaría sujeto de otra manera a "trepar" las paredes de la junta. 2.- La respuesta correspondiente al control de voltaje del periodo secundario (implementado como el ajuste en la longitud de arco) se controla durante el periodo secundario o durante los periodos primario (de alta potencia) y secundario, dependiendo del régimen de pulso de energía y de la capacidad de respuesta para el sistema. Si la respuesta de control procede al siguiente periodo primario, el valor de control permanece al valor percibido en el periodo secundario previo, cuando se requiere, pero no más allá del siguiente periodo primario. Dado que este método no utiliza el periodo primario de alta energía para percibir el voltaje primario ni controlar el voltaje primario, por lo tanto el arco no puede "trepar" la pared o paredes laterales debido a los parámetros de soldadura de este periodo. Si se efectúa el ajuste en la longitud de arco únicamente durante el periodo de baja energía y el periodo de baja energía es muy corto con respecto al tiempo requerido para hacer el cambio necesario, entonces, a fin de mantener una respuesta suficiente a los cambios abruptos, se puede incrementar la ganancia o "sensibilidad" del sistema de control, se puede prorrogar el periodo de ajuste hasta el siguiente periodo de alta energía (manteniendo el valor de baja energía) o ambos. La variación de los parámetros de soldadura relevantes para los métodos convencionales de soldadura con arco pulsado, con AVC y para el método de la invención, se muestra en el cuadro 1. Cuando se reduce la amplitud de la junta de soldadura, el claro entre las paredes laterales de la ranura y la varilla del electrodo se reduce. Si este claro se vuelve mucho menor que la distancia entre la punta del electrodo y el fondo de la junta, entonces se pueden utilizar diversos métodos para mantener la resistencia al voltaje inicial del arco de alta frecuencia que establece un arco entre la varilla y la pared lateral. Esas otras medidas también se pueden utilizar para prevenir que la corriente forme corto circuito con la pared lateral, en caso de un contacto inadvertido por el electrodo.

CUADRO 1 MATRIZ LÓGICA PARA LAS VARIACIONES DE PARMETROS DE SOLDADURA DE LOS MODOS DE ENERGÍA PULSADA, CON CONTROL AUTOM TICO DE VOLTAJE Soldadura convencional De la invención Parámetro de Pulso Pulso Pulso soldadura primario secundario. primario Voltaje de arco Caso A Variable Fijo - - Caso B Variable Variable - - Caso Cl _ _ - - Fijo Caso C2 - - - - Fijo Caso DI - - - - Dependiente Caso D2 - - - - Dependiente Caso El - - - - Dependiente Caso E2 - - - - Dependiente Posición de ele<trodo Caso A Variable Fijo _ _ ' Caso B Variable Variable - - Caso Cl - - - - Fijo Caso C2 - - - - Fijo Caso DI - - - - Dependiente Caso D2 - - - - Dependiente Caso El - - - - Dependiente CUADRO 1 (continuación) Soldadura convencional De la invención Parámetro dé Pulso Pulso Pulso soldadura primario secundario primario Caso E2 - - Dependiente Longitud de arco Caso A Variable Fijo Caso B Variable Variable Caso Cl - - Fijo Caso C2 - - Fijo Caso DI - - Dependiente Caso D2 - - Dependiente Caso El - - Dependiente Caso E2 - - Dependiente Percepción de voltaje Caso A Conectado Desconectado Caso B Conectado Conectado Caso Cl Desconectado Caso C2 Desconectado Caso DI Desconectado Caso D2 Desconectado Caso El Desconectado Caso E2 Desconectado Control de voltaje Caso A Conectado Desconectado Caso B Conectado Conectado CUADRO 1 (continuación) Soldadura convencional De la invención Parámetro de Pulso Pulso Pulso soldadura primario secundario primario Caso Cl Desconectado Desconectado Caso C2 Caso DI Caso D2 Caso El Caso E2 CUADRO 1 (CONTINUACIÓN) De la invención Parámetro de Pulso Tercer Arco soldadura secundario pulso piloto Voltaje de arco Caso A - - - - - - Caso B - - - - - - Caso Cl Variable - - - - Caso C2 Fijo Variable - - Caso DI Dependiente - - Variable Caso D2 Dependiente - - Variable Caso El Variable - - - - Caso E2 Dependiente Variable - - Posición de electrodo Caso A - - - - - - Caso B _ _ CUADRO 1 (continuación) De la invención Parámetro de Pulso Tercer Arco soldadura secundario pulso piloto Caso Cl Variable - - - - Caso C2 Fijo Variable - - Caso DI Dependiente - - Variable Caso D2 Dependiente - - Variable Caso El Variable - - - - Caso E2 Dependiente Variable - - Longitud de arco Caso A - - - - - - Caso B - - - - - - Caso Cl Variable - - - - Caso C2 Fijo Variable - - Caso DI Dependiente ~ — -> Variable Caso D2 Dependiente - - Variable Caso El Variable - - - - Caso E2 Dep ndiente Variable - - Percepción de volt;aje Caso A - - - - - - Caso B - - - - - - Caso Cl Conectado - - - - Caso C2 Desconectado Conectado - - Caso DI Desconectado - - Conectado Caso D2 Desconectado — — Conectado CUADRO 1 (continuación) De la invención Parámetro de Pulso Tercer Arco soldadura secundario pulso piloto Caso El Conectado - - - - Caso E2 Desconectado Conectado - -- Control de voltaje Caso A - - - - - - Caso B - - - - - - Caso Cl Conectado - - - - Caso C2 Desconectado Conectado - - Caso DI - - - - Conectado Caso D2 - - - - Conectado Caso El Conectado - - - - Caso E2 Desconectado Conectado - Cada una de las siguientes variaciones en el método de soldadura de la presente invención se basan en los principios únicos de que: (1) siempre se percibe la longitud de arco y el voltaje del arco, y se controla independientemente de la corriente de arco primaria y de los niveles de voltaje de arco, que forman el modo de calentamiento dominante (alta potencia); y (2) el arco no requiere de ninguna manipulación relativa lateral del electrodo, repetitiva, del punta respecto al trabajo, para obtener la fusión de pared lateral, como se practica en la industria. Todos los demás métodos de soldadura por arco se basan en la percepción del voltaje (más bien que en la longitud del arco) y el control que depende de: (1) los periodos completos (en lugar de la porción óptima) del nivel o los niveles de corriente primarios (o primarios y secundarios) ; y/o (2) de diversos tipos de manipulación lateral del electrodo. Estos otros métodos de soldadura con arco, por lo tanto, son susceptibles de "trepar" la pared lateral especialmente en los casos de ranuras muy angostas en donde el electrodo (y, por lo tanto, el arco) está en proximidad suficientemente íntima con la pared lateral para formar una porción del punto de ánodo allí. Esta configuración se denomina en la presente el caso Cl. Una variación dentro caso de base (percepción del voltaje únicamente en el periodo secundario), que provea incluso más estabilidad de posición de arco y resistencia a "trepar" es un retardo de tiempo que percibe el voltaje entre el comienzo del modo de baja potencia y el comienzo del periodo perceptor de voltaje. Este retardo, que se puede aplicar al caso de base de percibir y controlar, o a cualquiera de las variaciones principales aquí descritas más adelante, permite que el charco de soldadura mayor, generado durante el modo de alta potencia solidifique parcialmente y ya no choque contra la pared o paredes laterales durante el periodo de percepción. La longitud del retardo del tiempo de percepción es menor que la duración del periodo de baja potencia. Una manera preferida de implementar este retardo de tiempo sería incorporarlo electrónicamente como parte de un servocontrolador en el método de control básico o en las principales variaciones siguientes del método de base. Otra variación dentro del caso de base es el uso de una prórroga del tiempo de contro] del voltaje de arco del pulso de baja potencia, desde un periodo de baja potencia dado hasta el siguiente periodo de alta potencia, de manera que el tiempo de percepción del bajo voltaje se retarde hasta cerca del final del periodo de baja potencia programado, según se prefiera, luego se dispondrá de tiempo suficiente para implementar la respuesta necesaria al control de voltaje.

LAS PRINCIPALES VARIACIONES EN EL MODO DE PERCEPCIÓN Y CONTROL 1.- Modo de corriente pulsada de niveles múltiples.

El modo de corriente pulsada de niveles múltiples consiste de tres (o más) niveles de corriente, uno de los cuales está diseñado y usado para percibir el voltaje (como en el caso Cl anotado antes) y provee solamente una mínima contribución a la calefacción. Los dos niveles restantes (o más) se usan para propósitos de pulsación térmica convencionales. Este caso C2 garantiza que la anchura del arco del periodo de percepción sea suficientemente grande para percibir desde un punto de ánodo de tamaño suficiente para representar con precisión el área de interés, pero tan grande que se haga sensible al "trepamiento" de las paredes laterales. El nivel bajo de corriente restante (para pulsación térmica) se selecciona para otros propósitos que para el control de AVC, por ejemplo, para garantizar que el charco de soldadura tenga una entrada térmica adecuadamente baja para que se enfríe entre los pulsos de nivel altos sin riesgo de que so extinga el arco o de que vaya de un lado a otro debido al tamaño inestable y pequeño, o el riesgo de defectos de soldadura debidos a entrada de calor insuficiente. Durante los demás periodos de pulso de mayor potencia, los voltajes no percibidos dependen de los valores actuales programados (de acuerdo con la Ley de Ohm) pero no con los valores de voltaje programados, puesto que la longitud de arco para esos periodos se mantiene aproximadamente constante para todas las combinaciones de corriente/voltaje. 2.- Modo de percepción de voltaje de arco piloto, de potencia pulsada. De acuerdo con la modalidad preferida ilustrada en las figuras 3A y 3B, uno o más electrodos piloto y uno o más arcos están provistos en relación fija con el electrodo de soldadura. El electrodo de soldadura 2 preferiblemente tiene una sección transversal no circular, que permita que un electrodo que tiene un área de sección común y corriente se ajuste dentro de una ranura muy angosta. El alambre de relleno de soldadura 30 se alimenta bajo el electrodo de soldadura mediante una boquilla llenadora 32. Se suministra gas inerte a la ranura de soldadura por medio de una entrada de gas 34 y una copa de gas 36. Se alimenta el electrodo de soldadura 2 mediante una de las fuentes de alimentación de arco 4 para producir un arco primario 6. Un electrodo piloto 8 está montado en un lado del electrodo de soldadura 2 y aislado eléctricamente del mismo por un aislador eléctrico 10. El electrodo piloto 8 está colocado de tal manera que durante el desplazamiento hacia la derecha (como se ve en la figura 3A) del electrodo de soldadura 2, el arco piloto 12 lleva al arco de soldadora 6. Opcionalmente, se puede montar un segundo electrodo piloto 14 en el costado del electrodo de soldadura 2 opuesto al electrodo piloto 8 y aislado eléctricamente del electrodo de soldadura 2 por medio del aislador 16. La provisión de dos electrodos piloto en lados opuestos del electrodo de soldadura permite la soldadura bidireccional. Los electrodos piloto están alternativamente conectados a otra de las fuentes de alimentación de arco 4, controlando la unidad conmutadora 18 como una función de la dirección de desplazamiento. El electrodo de soldadura 2 (y los electrodos piloto montados al mismo) se pueden desplazar verticalmente por medio del accionador de AVC 20. El ensamble, incluyendo el excitador de AVC 20, el electrodo de soldadura 2 y el medio desplazador, de electrodo (no mostrado) se desplazan por medio del excitador de desplazamiento 22 ya sea en dirección de avance o en dirección de reversa. La velocidad de desplazamiento es detectada por el sensor de velocidad 24 acoplado al excitador de desplazamiento 22. El voltaje de arco piloto se detecta por medio del sensor de AVC 26 que da salida a una señal proporcional al voltaje de arco piloto para el control 28 de AVC retardado en tiempo. El controlador 28 de AVC controla el excitador 20 de AVC como una función de la longitud de arco piloto determinada a partir del voltaje de arco piloto, manteniendo constante la longitud de arco piloto, así como la longitud de arco primario dependiente del mismo. La señal de control para el excitador de AVC se retarda para compensar el desplazamiento entre las posiciones del electrodo de soldadura y piloto. Se computa el retardo de tiempo desde la velocidad de desplazamiento detectada por el sensor de velocidad 24. El electrodo piloto tiene el propósito principal de mantener la longitud de arco del arco primario de potencia pulsada al que está colocado más cerca, pero funciona a una corriente suficientemente baja de manera que su punto de ánodo sea suficientemente pequeño para no ser sensible al arco "que trepa". Una ventaja de esta variación es que el arco piloto puede ser excitado por un nivel de corriente fijo que se selecciona independientemente de las consideraciones de calentamiento/enfriamiento de nivel pulsado. Para mejor control de voltaje y de longitud de arco se hace íntimamente dependiente la posición del arco piloto, con respecto al arco primario. Un beneficio adicional del arco piloto es acondicionar (prelimpiar/precalentar/templar/tratar térmicamente después de la soldadura, etc.) la pieza de trabajo hacia adelante de y/o detrás del arco pulsado principal. Para el arco primario se puede pulsar la corriente de acuerdo con valores programados. El voltaje primario, que no está programado, variará de acuerdo con la corriente prefijada y la Ley de Ohm, puesto que la longitud de arco es controlada por el voltaje de arco piloto y es independiente de la energía pulsada. En este modo, la posición del electrodo de soldadura sigue de manera efectiva (o se hace dependiente de) el conductor de la posición de electrodo piloto, cuando se controla por el arco piloto de baja potencia que, a su vez, sigue el contorno de la superficie de la pieza de trabajo. Los beneficios de la humectación de pared lateral por el charco de soldadura durante el modo de alta potencia se mantienen de esa manera, sin el riesgo de que el arco "trepe" durante este tiempo . También se puede usar la variación en el modo de percepción del voltaje de arco piloto para aprovechar una condición de energía de soldadura constante (no pulsada) . En esta aplicación, se puede hacer que la longitud de arco primario siga el contorno de la superficie de trabajo, por quedar dependiente del arco piloto que efectúa las funciones de AVC de percepción y de control de voltaje. Según se prefiera, se puede mantener fácilmente un grado de humectación de pared lateral por el charco de soldadura sin el riesgo de que "trepe" por el arco primario. Ocurre muy poca humectación o ninguna humectación de la pared lateral en el punto de ánodo del arco piloto debido a su nivel de energía relativamente bajo y a su tamaño correspondiente pequeño. 3.- Modo de voltaje pulsado, de corriente constante. Se utiliza esta variación cuando se requiere poca o ninguna pulsación de corriente (corriente esencialmente constante), para propósitos convencionales de calefacción/enfriamiento de pulso térmico, pero provee el control de la anchura y longitud de arco para mantener la insensibilidad al "trepamiento" del arco por la variación en los niveles de voltaje primario y secundario. La diferencia en los niveles de corriente, si es pulsada, puede ser suficientemente pequeña para que los cambios en el tamaño de arco sean efectivamente insignificantes, y de tal manera, alternativamente se pulsa el voltaje para generar un periodo de baja potencia favorable y un charco de soldadura correspondientemente pequeño y un tamaño de punto de ánodo correspondientemente pequeño, para mejorar la percepción de voltaje. Ocurre la percepción de voltaje de arco durante el nivel de bajo voltaje preferido únicamente, cuando la anchura del arco y el tamaño del charco de soldadura están ambos a valores reducidos.

Durante el periodo primario, el valor de la longitud de arco primario es un valor programado que es un porcentaje o un incremento mayor que el valor secundario; y el voltaje de arco correspondiente se controlará de acuerdo con la Ley de Ohm para una corriente constante. En este modo, el mando de excitación de AVC es un valor fijo mayor que el valor secundario y no puede conducir al "trepamiento" de arco durante el nivel de alta potencia, dado que no está en un servomodo autogobernable en este momento, sino más bien un control en el incremento gradual de la longitud de arco. De esta manera, la posición de electrodo durante el pulso de energía primaria sigue efectivamente (o se hace dependiente de) el conductor de la posición de electrodo durante el pulso secundario, que a su vez sigue el contorno de la superficie de la pieza de trabajo. Los beneficios de humectación de pared lateral del pulso de alta potencia, se mantienen de esa manera sin el riesgo de que el arco "trepe" en este periodo. 4.- Modo de voltaje pulsado, corriente pulsada. Esta variación es similar al caso de base de pulsación de corriente de niveles múltiples con longitud de arco constante, excepto que tanto el voltaje del periodo primario como en el del secundario son pulsados también y se seleccionan intencionalmente para que varíen en la longitud de arco haciendo que el electrodo se mueva axialmente durante cada pulso, a fin de incrementar adicionalmente la resistencia del arco al "trepamiento" de la pared lateral durante los pulsos de baja corriente y bajo voltaje. En estos casos El y E2, se percibe el voltaje únicamente durante el periodo de baja potencia, de manera que la longitud de arco es menor, la anchura de arco es más angosta y, por lo tanto, el punto de ánodo de puede controlar de tal manera que no esté sobre la pared o las paredes laterales durante este periodo. Durante el modo de alta potencia se programa el voltaje de arco primario a un valor que es incrementalmente mayor que el valor secundario (por ejemplo, 1 volt más, en lugar de un valor preseleccionado controlado por AVC) y la longitud de arco depende del nivel programado de corriente primaria, de acuerdo con la Ley de Ohm. El voltaje de arco primario y, por consiguiente, la longitud de arco primario se hace efectivamente dependiente del valor de voltaje secundario programado (o el valor de voltaje de control más bajo, si se está usando más de dos modos. El movimiento axial de electrodo se ha denominado "rebote" de antorcha o soplete y típicamente se considera indeseable en la práctica convencional, debido al hecho de que si está unido al soplete una guía de alambre de relleno, puede no ser dirigido de manera sostenida a la parte apropiada del charco de soldadura cuando "rebota". Una manera de manejar esta condición potencial es montar la boquilla del metal de relleno (y la cámara de observación, etc.) separadamente a fin de seguir una posición promedio del electrodo/soplete. Para esta variación de la invención, el "rebote" controlado del electrodo y el arco son la condición preferida. Variaciones menores del caso de base.- Límites sobre la respuesta de AVC. (Nota: como una analogía, estos límites sobre la respuesta de AVC actúan funcionalmente como "absorbedores de choques" y "defensas" para mantener el arco en su posición preferida sobre un cordón de soldadura en lugar de sobre una pared lateral, si se encuentran irregularidades de contorno superficial pronunciadas o "topes" o si la "dirección" del electrodo desplaza el arco de su posición preferida) . 1.- Provisión de un límite sobre la distancia de desplazamiento axial local del electrodo en dirección paralela a su eje de AVC durante las correcciones de la longitud del arco, lo que mantiene el voltaje de arco especificado. Este aspecto de seguridad contra fallas previene que ocurra una condición de arco fugado si el cordón de soldadura y, por lo tanto, el punto de ánodo humecta momentáneamente la pared lateral, forzando al arco secundario a colocarse erróneamente allí y, posiblemente, se vuelve susceptible al "trepamiento" al percibir este voltaje anormal. El límite se controla como una distancia máxima de desplazamiento de AVC en el electrodo por unidad de distancia de desplazamiento de avance o, alternativamente, por unidad de arco en el tiempo (que está directamente relacionada con la velocidad de desplazamiento constante) . Como un ejemplo, el control de AVC se fijaría no para reponer el electrodo en la dirección de su eje más de 0.38 milímetro por cada 2.54 milímetros (0.14 mm por cada milímetro) de desplazamiento en avance a lo largo de la junta de soldadura. 2.- Además, para poder soldar otras superficies relativamente rugosas, este límite de desplazamiento local se puede sobreponer selectivamente por un límite en el cambio de voltaje y/o un régimen de voltaje del límite de cambio cuando el valor absoluto del cambio de voltaje (ya sea positivo o negativo) sobrepasa el voltaje nominal en más de un porcentaje programado. El régimen del límite de cambio de voltaje se denomina un valor programado que se selecciona de acuerdo con la ganancia del circuito de respuesta de AVC. 3.- Un límite de régimen de cambio (aceleración) de velocidad de desplazamiento y/o velocidad sobre el movimiento del electrodo en una dirección hacia el eje de AVC durante una respuesta de AVC, que se denomina un valor programado seleccionado con respecto a la ganancia de circuito del sistema AVC. Alternativamente, se puede utilizar el límite del tiempo de desplazamiento para controlar la respuesta local total del circuito AVC para reducir al mínimo o, de preferencia, para eliminar el "trepamiento" del arco. Estos límites permiten que ocurra un seguimiento de contorno de la superficie de trabajo controlada por AVC, pero evita la condición de corrimiento de arco y de soplete asociada con el "trepamiento". 4.- Un límite de desplazamiento de distancia lateral sobre el electrodo con respecto al eje central de la junta o la trayectoria programada del cordón de soldadura. Este límite puede ser usado para sobreponerse a la dirección de soplete inapropiada cuando coloca el electrodo y, correspondientemente el arco, suficientemente cerca de las paredes laterales de la junta para dar por resultado el riesgo de "trepamiento" del arco o de corto circuito del electrodo con la pared lateral. El límite de distancia de desplazamiento lateral se puede incrementar mecánicamente con un dispositivo centrador de soplete (tal como los seguidores de pared lateral que se pueden fijar a una posición del electrodo dentro de la junta o directamente en el propio soplete) . Alternativamente, se puede disparar este límite por medio de un circuito eléctrico si la cantidad de cambio local (como una función de la distancia o el tiempo de desplazamiento hacia delante o en avance) de la posición axial del electrodo o el régimen de cambio de la posición axial del electrodo, sobrepasa una cantidad programada más allá de la cual es probable que ocurra "trepamiento".

BENEFICIOS TÉCNICOS DE LA INVENCIÓN Los beneficios técnicos de ser capaz de soldar en una ranura muy angosta son una reducción en el volumen total de soldadura, lo que permite que cada paso de la soldadura se complete con menor gasto térmico, lo que da por resultado temperaturas más bajas en la zona afectada por el calor (HAZ), una HAZ de menor anchura y, por lo tanto, daños térmicos reducidos a los materiales que se están uniendo. Los mecanismos de daño térmico para muchos aceros, incluyendo aquellos que tienen una microestructura austenítica, son la sensibilización del las HAZ, el desarrollo de grano grande en las HAZ y la generación de esfuerzos residuales por tracción en las HAZ, cada uno de los cuales puede conducir a la susceptibilidad al agrietamiento de corrosión por esfuerzo (SCC), cuando se expone a un ambiente agresivo. Un mecanismo de daño térmico adicional es la distorsión local o encogimiento del componente que se está fabricando. Los mecanismos de daño térmico para las microestructuras ferrítica/martensítica/ perlítica incluyen un excesivo desarrollo de grano en las HAZ, lo que puede conducir a pérdidas en la resistencia al agrietamiento, resistencia a la fatiga y tenacidad por impacto, así como un autotemplado extremo lo que puede disminuir la dureza requerida y las propiedades de resistencia necesarias. Los beneficios comerciales de la anchura de junta reducida incluyen una gran mejora en la productividad de soldadura debida al número menor de pasos requerido para llenar la junta, así como la reducción en los reinicios o reparaciones de paso de soldadura potenciales que son el resultado de "trepamíento" de arco y la interrupción correspondiente del paso. Un beneficio adicional es una reducción en o eliminación de el movimiento lateral manual tedioso del electrodo (también conocido como "dirección") y la oscilación de costura transversal mecanizada, ambos necesarios de otra manera para mantener una posición de arco estable y una fusión plena (también conocido como "inclusión") a los materiales de base que están siendo unidos. La dirección es el movimiento lateral intencional del electrodo para compensar las condiciones cambiantes cerca del charco de soldadura y se puede controlar ya sea automática o manualmente. Una segunda ventaja comercial importante del método de soldadura de la presente invención es la reducción del volumen de soldadura (debido a la anchura de junta singularmente angosta) y, por lo tanto, el tiempo de soldadura relativo con respecto a los métodos de soldadura convencionales. Como un ejemplo, el volumen de soldadura de envolvente típica para materiales de base con un espesor de 3.81 cm y el tiempo transcurrido de soldadura correspondiente se traduciría en un factor aproximado de 3, con respecto a la práctica convencional, y en un factor de 1.5, con respecto a la práctica de "ranura angosta". Los factores de mejora de tiempo transcurrido de la soldadura, conservadores, medidos en modelos de 3.17 cm, para estas dos prácticas, fueron de 2.7 y 1.6, respectivamente. Para plantas productoras de electricidad en operación, el tiempo de soldadura transcurrido se espera que esté en la trayectoria critica del programa de paro forzoso. Otra mejora de productividad en la soldadura, de método de soldadura de la presente invención, que es e resultado del diseño de junta muy angosta, es la eliminación d la necesidad de controlar de manera tediosa la colocación de cordón de soldadura lateral, tal como se requiere normalment para soldaduras convencionales con múltiples pasos en cad capa. Con los diseños de junta muy angosta, el único cordón d cada capa preferiblemente se centra sobre la anchura de l ranura, que puede prefijarse o mantenerse automáticament durante una soldadura. Típicamente, solamente los pasos d soldadura repetitivos aplicados a la superficie de u componente (en lugar de a una ranura), tal como encamisado revestimiento exterior, están equipados para tener colocació de cordón lateral automática. Durante la soldadur convencional de ranura, la colocación del cordón se control manualmente por el operador soldador. El método de soldar de la presente invención pued ser usado para mejorar significativamente la eficiencia y l confiabilidad de diversos procedimientos de soldadura con arc eléctrico, mecanizados, equipados con sistemas AVC, incluyendo pero sin limitación, los procedimientos con soldadura con arc de tungsteno y gas, de gas inerte y metal, de arco con núcle fundente, de arco transferido a plasma, de electro-gas y d arco sumergido, así como sus variaciones. Este método es bie adecuado, pero no está limitado a las soldaduras de ranura, se puede aplicar ventajosamente en cualquier diseño en donde e electrodo de soldadura deba estar en proximidad íntima con un superficie conductora de los componentes que están siend unidos, tal como una soldadura de filete, en donde el electrod no bisecte el ángulo incluido entre los lados adyacentes de l junta. El uso del método de soldar con otros diseños d junta de soldadura mecanizada, que incluyen "interstici angosto-ranura" y juntas de ranura convencionales en "V" y "U también pueden dar por resultado beneficios técnicos y d productividad importantes. Dichos beneficios depende primariamente de la reducción o eliminación de la sensibilida del sistema AVC con respecto a la posición relativa de electrodo hacia la pared lateral y no con respecto a procedimiento de soldadura, la anchura de la junta o el ángul de la pared lateral, al mismo tiempo que se mantiene u contorno de superficie de trabajo similar o inclus incrementado, que sigue a las capacidades. El método de soldadura de la presente invención pued ser usado a manera efectiva para mejorar la productividad d las juntas soldadas hechas mediante métodos manuale convencionales, reduciendo el régimen de rechazo de soldadur que es el resultado de defectos de carencia de fusió inaceptables en las paredes laterales. Para materiales má gruesos y operaciones de producción mayores, los posibles ahorros de costo con este procedimiento debidos a la reducción en el volumen total de la soldadura pueden sobrepasar los costos de operación del equipo y, de tal manera, producir ahorros netos en el costo. La productividad de la soldadura manual y su calidad pueden ser mejoradas elevando el grado con este método mecanizado para las aplicaciones que tienen restricciones de acceso limitadas, puesto que el tamaño de muchas* cabezas de soldadura mecanizadas puede hacerse fácilmente menor que el espacio requerido para efectuar la soldadura manual . Este método de soldar que utiliza técnicas únicas de percepción de arco y control con sistemas mecanizados puede ser usado efectivamente en la mayor parte de los diseños de junta de soldadura para producir calidad de soldadura de tipo nuclear. Debido a los diseños de junta singularmente delgados que pueden ser soldados fácilmente con el método y a las reducciones correspondientes en el tiempo de soldadura, especialmente para unir componentes de sección más gruesos, el método es sumamente adecuado para soldar en operaciones de servicio de plantas nucleares, en donde el mantenimiento del tiempo de trayectoria crítica mínimo es de gran importancia. Se pueden obtener beneficios máximos como una reducción en la anchura de un diseño de soldadura de ranura dado, si bien el beneficio de mejorar la resistencia al "trepamiento" de arco de las paredes laterales de la junta se obtiene mejor en las juntas más delgadas, tal como la junta mostrada en las figuras 2 y 3B. Otra aplicación potencial es en el ensamble, reparación o reemplazo de cubierta de núcleo de reactor, puesto que todo el volumen de soldadura es relativamente grande debido a la longitud total de la soldadura; por lo tanto, se debe diseñar para que tenga el menor valor práctico. Esto se traduce a un diseño de junta de soldadura que se hace utilizando la anchura más delgada que se puede soldar confiablemente con alta calidad. Otra aplicación es la soldadura de unión de alojamiento de tubo, de tubo a vastago, en el vastago de transmisión de una barra de control, puesto que el electrodo debe mantenerse cerca del alojamiento a fin de llegar al fondo de la ranura muy angosta. Para los componentes internos de cubierta y otros componentes del recipiente del reactor, ambos lados de los materiales que se están uniendo generalmente son expuestos al agua de reactor, potencialmente agresiva, lo que constituye la necesidad de un proceso de soldadura mecanizado con resistencia a SCC mejorada incluso mayor para estas aplicaciones. El método de soldar de la presente invención satisface esa necesidad al mejorar el gasto de calor y la eficiencia térmica del arco de tungsteno y gas, básico, y otros procesos de soldadura que son significativamente mejores que cualquier proceso de arco conocido, de uso en el campo, incluyendo los procesos de soldadura de "ranura angosta" existentes. El método anterior de sentir el voltaje de arco y controlar la posición del electrodo durante la soldadura con arco eléctrico mecanizado se ha descrito con el propósito de ilustración. Serán fácilmente evidentes diversas variaciones y modificaciones en el método descrito para quienes sean expertos en la materia de soldar con arco eléctrico. Todas esas variaciones y modificaciones que no se salen del contexto de la presente invención se pretende que estén abarcadas por las reivindicaciones señaladas en lo que sigue.

Claims (10)

REGVINDICACIONES

1. - Un método para soldar en una ranura con un arco de soldar, caracterizado porque comprende los pasos de: mantener la corriente de arco a un primer nivel de corriente durante un primer periodo de potencia y a un segundo nivel de corriente durante un segundo periodo de potencia, después del primer periodo de potencia; siendo mayor el primer nivel de corriente que el segundo nivel de corriente; y percibir el voltaje de arco sólo durante el segundo periodo de potencia. 2.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el paso de percepción se efectúa en un tiempo de percepción que está retardado con respecto al inicio del segundo periodo de potencia; siendo la duración del retardo suficiente para permitir que el charco de soldadura producido durante el primer periodo de potencia solidifique parcialmente. 3.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el paso de iniciar el ajuste de la posición axial del electrodo de soldar (2) durante el segundo periodo de potencia, en un momento subsecuente al tiempo de percepción; en donde dicho ajuste mantiene la longitud de arco sustancialmente constante. 4.- El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el ajuste de la posición axial del electrodo de soldadura continúa más allá del final del segundo periodo de potencia. 5.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además por el paso de mantener la corriente de arco a un tercer nivel de corriente durante un tercer periodo de potencia subsecuente al primer periodo de potencia y antes del segundo periodo de potencia; siendo el tercer nivel de corriente mayor que el segundo nivel de corriente y menor que el primer nivel de corriente. 6.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además por el paso de mantener un límite sobre el desplazamiento del electrodo de soldar (2) en una dirección predeterminada . 7.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además por el paso de mantener un límite en el cambio en el voltaje de arco. 8.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el voltaje de arco durante el primer periodo de potencia está programado a un valor que es mayor que el voltaje de arco durante el segundo periodo de potencia, en una cantidad predeterminada. 9.- Un aparato para prevenir que el arco de soldar de un electrodo de soldar (2) trepe la pared lateral de una ranura de soldadura, caracterizado por: un electrodo piloto, dispuesto para preceder al electrodo de soldar a una distancia predeterminada durante el desplazamiento en la ranura de soldar; medios (4, 18) para suministrar una corriente predeterminada al electrodo piloto; medios (26) para percibir el voltaje de arco entre el electrodo piloto y la ranura de soldar; y medios (20, 28) para ajustar la posición axial del electrodo de soldar como una función del voltaje de arco entre el electrodo piloto y la ranura de soldadura. 10.- El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende adicionalmente : medios (24) para percibir la velocidad de desplazamiento del electrodo de soldar; y medios (28) para retardar el ajuste de la posición axial del electrodo de soldar, por medio de una duración de tiempo igual al tiempo necesario para desplazar la distancia que separa el electrodo de soldar y el electrodo piloto, a la velocidad de desplazamiento del electrodo de soldar. 1.- El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la corriente predeterminada suministrada al electrodo piloto se prefija suficientemente baja de manera que la amplitud del arco se reduzca cuando es necesario para garantizar que el punto de ánodo del arco piloto esté sustancialmente fuera de la pared lateral de la ranura en la que está situado el arco de soldar, ? y se ajuste el nivel de corriente del electrodo de soldar para proveer el calor necesario para producir un depósito de soldadura firme con una adición de metal de relleno que está totalmente fundida a las paredes laterales.