Tipos de Transferencia (GMAW)
En el proceso GMAW se pueden ver algunos mecanismos de transferencia de metal y se presentan tres tipos de transferencias básicos que son.
1. TRANSFERENCIA POR CORTOCIRCUITO 2. TRANSFERENCIA GLOBULAR 3. TRANSFERENCIA POR ASPERSION El tipo de transferencia esta determinado por varios factores como: 1. Magnitud y tipo de la corriente de soldadura 1. Magnitud 2. Diámetro 2. Diámetro del electrodo 3. Composición 3. Composición del electrodo 4. Extensión del electrodo 5. Gas protector
TRANSFERENCIA POR CORTOCIRCUITO
Este tipo de transferencia abarca el intervalo mas bajo de corrientes de soldaduras y de diámetros asociados al proceso GMAW, esta transferencia produce un charco de soldadura pequeño de rápida solidificación, utilizado generalmente para soldar laminas delgadas y fuera de posición, el metal se transfiere del electrodo al trabajo durante el periodo en que el electrodo esta en contacto con el charco de soldadura, no se transmite
metal a través del espacio del arco, el electrodo hace contacto con el charco de soldadura a razón de 20 a 200 veces por segundo. La soldadura MIG por la técnica de corto circuito se obtiene usando un alambre de bajo calibre de 0.030-in (0.76 mm) hasta 0.045-in (1.1 mm) de diámetro y la operación se efectúa con un arco más corto (bajo voltaje) y corriente mas baja. El producto final es un cordón de soldadura mas reducido que se enfría más rápido. El voltaje del circuito abierto de la fuente de potencia debe ser tan bajo que la gota de metal derretido en la punta del alambre no pueda transferirse hasta que no toque el metal base, los cambios en el tipo de gas protector pueden afectar notablemente el tamaño de las gotas y la duración del cortocircuito además influye sobre las características de operación del arco y penetración del metal base, el dióxido de carbono produce niveles de salpicaduras elevados pero promueve a la penetración. Al momento que el alambre toca la soldadura fundida (A), la corriente comienza a incrementarse hasta alcanzar el punto de corto circuito, entonces el metal es transferido, se enciende el arco pero como el alambre es alimentado más rápido de lo que en realidad se puede fundir, eventualmente el arco es apagado (extinguido) por otro corto circuito. Para asegurar la buena estabilidad del arco, cuando se usa esta técnica, debe ser empleada una corriente de soldadura relativamente baja, la tabla a continuación ilustra los rangos de corriente óptimos para el corto circuito con diferentes diámetros de alambres, estos rangos pueden ser una referencia dependiendo del gas seleccionado.
DIAMETRO DEL ELECTRODO CORRIENTE EN AMPERIOS IN mm Mínimo Máximo
.030 0.076 50 150 .035 0.9 75 175 .045 1.1 100 225
TRANSFERENCIA GLOBULAR
En tanto que la corriente y el voltaje de soldadura son incrementados por encima del máximo recomendado para la soldadura de arco por la técnica de corto circuito, el metal transferido comienza a tener una apariencia diferente, esta técnica es comúnmente conocida como transferencia globular. Usualmente las gotas de metal o moltens superan en diámetro al alambre mismo haciéndolas tan pesadas que se desprenden cayendo ayudadas por el efecto de la gravedad. Esta técnica es muy poco usada por su dependencia de la posición de piso, ya que depende de la gravedad para completar el efecto de la técnica, este modo de soldar podría ser errático en ciertas aplicaciones y presenta muchas veces salpicaduras y los cortos circuitos del alambre son muy comunes, restando tiempo al proceso, no obstante algunos han logrado estabilizar el proceso convirtiéndolo en una técnica alternativa en aplicaciones especiales. En la transferencia globular el proceso ocurre cuando las gotas del metal fundido son lo suficientemente grandes para caer por la influencia de la fuerza de gravedad. Para alcanzar una transferencia globular lo que hay que hacer es colocar el electrodo al borne positivo y manejar una corriente continua, por el tamaño de su gota solo es utíl en posición plana, con un voltaje muy alto probablemente resulte inaceptable por la falta de fusión , insuficiente penetración y el excesivo refuerzo de la soldadura.
TRANSFERENCIA POR SPRAIT
Elevando los niveles de corriente y voltaje mas allá de los limites de la soldadura por corto circuito y la globular, la transferencia del metal se convierte en un arco eléctrico que produce un rocío de metal (Spray Arc). La corriente mínima con la cual esto ocurre es llamada "corriente de transición. La soldadura por rociado puede producir altos rangos de deposición de soldadura, esta técnica de soldadura es generalmente usada para juntar materiales de 3/32 in. (2.4 mm) en adelante, excepto en las aplicaciones sobre aluminio o cobre, la soldadura por rociado esta generalmente restringida para la posición de piso por el monto de la soldadura fundida liquida que maneja, sin embargo, acero de bajo carbón puede ser soldado en otras posiciones con esta técnica cuando los cordones de soldadura son más delgados; Generalmente con alambres de .035 in. (.089) o .045 in. (1.1 mm) de diámetro. Existe una variación de la técnica de rociado conocida como "Soldadura de Arco Rociado Pulsada" también conocida como soldadura pulsada. En la soldadura pulsada, la corriente es variada entre los valores bajos y altos, la baja corriente esta por debajo de la corriente de transición, mientras que el valor alto se mantiene bien dentro de la región de arco rociado, el metal de aporte es solo transferido al metal base durante el periodo de alta corriente.
Usualmente una cantidad de metal rociado llamado "Doplet" es transferida durante cada periodo de corriente alta. El sistema de pulsos (la frecuencia) utilizada en los Estados Unidos es solo 60 o 120 pulsos por segundo. Dado que el periodo de corriente esta dentro de la región de arco rociado la estabilidad del arco con esta técnica es muy similar a la de la soldadura por rociado convencional.. El periodo de baja corriente mantiene el arco y sirve para reducir la corriente promedio, por consiguiente, la técnica de rociado pulsado produciría un arco rociado a un promedio de corriente más baja de la requerida para el rociado convencional. El promedio bajo hace posible lograr soldaduras en materiales más delgados, con técnica de rociado, usando alambres más gruesos, que en cualquier otro caso seria imposible. La soldadura de arco pulsado puede también ser usada en materiales pesados y en posiciones especiales. La transferencia por spray o aspersión axial se logra teniendo un escudo rico en argon, que a su vez es muy estable y libre de salpicaduras, para esto hay que utilizar una corriente continua con electrodo positivo y un nivel de corriente por encima de un valor critico conocido como corriente de tracción, por debajo de este nivel la transferencia se efectúa de forma globular a razón de unas cuantas gotas por segundo. Por encima de la corriente de tracción la transferencia se efectúa en gotas muy pequeñas que se forman y se sueltan centenares de ellas por segundo, como las gotas son mas pequeñas que la longitud de arco no hay cortocircuitos no salpicadura, tiene una característica en particular esta tiene o forma una penetración de dedo donde el dedo puede ser muy profundo produciendo campos magnéticos los cuales deben controlarse para que siempre este situado en el centro del perfil de penetración de la soldadura esta transferencia puede servir para cualquier metal o aleación gracias a la característica de su gas inerte el argon, suele ser difícil soldar en laminas delgadas ya que sus corrientes son muy altas y pueden llegar a romperlas en vez de soldarlas, además produce una tasa alta de deposición de soldadura donde produce un charco demasiado grande para sostener exclusivamente con la tensión superficial en la posición vertical o cenital.
VARIABLES ESENCIALES 1. Corriente de soldadura (velocidad de alimentación del electrodo)
2. Polaridad 3. Voltaje de arco (longitud de arco) 4. Velocidad de recorrido 5. Extensión del electrodo 6. Orientación del electrodo 7. Posición de la unión que se va a soldar 8. Diámetro del electrodo 9. Composición y tasa de flujo de gas protector
VALORES OPTIMOS 1. El tipo de material base 2. La composición del electrodo 3. Posición en la que se suelda 4. Requisitos de calidad
POLARIDAD El termino polaridad describe la conexión eléctrica de la pistola soldadora en relación con las terminales de una fuente de potencia de corriente continua. Si el cable de la pistola soldadora se conecta a la parte positiva de una fuente de potencia decimos que esta en polaridad positiva o polaridad inversa cuando la pistola soldadora se conecta en la parte negativa de la fuente de potencia decimos que su polaridad es negativa o polaridad Directa. Casi todas las aplicaciones en GMAW se hacen con corriente directa polaridad positiva.
SOLDADURA ULTRASONICA
Una de las nuevas opciones, disponible ya en el mercado de aplicaciones para la industria es la soldadura ultrasónica, la cual resulta atractiva para unir piezas pequeñas, películas metálicas muy delgadas, cable plano flexible, metales tanto similares como diferentes e incluso plásticos. La soldadura ultrasónica no utiliza productos consumibles, se realiza rápidamente, consume poca energía, no produce gases ni olores nocivos al ambiente y puede ser controlada electrónicamente para asegurar un control de calidad en la línea de producción. Cuando se unen materiales por medio de soldadura ultrasónica, a las partes a ser unidas se les aplican simultáneamente una fuerza estática, la cual mantiene en posición las piezas y facilita la unión, y una fuerza dinámica (vibración ultrasónica), la cual genera la fricción que produce el calor necesario para “soldar” los materiales a unir. Este pr ocedimiento es usado en las industrias tanto para unir plásticos como para unir metales. Soldadura ultrasónica de plásticos
La soldadura ultrasónica de plásticos ha sido usada por muchos años. Cuando se sueldan termoplásticos las vibraciones son introducidas verticalmente. El incremento térmico en el área de unión es producida por la absorción de las vibraciones mecánicas de alta frecuencia (20 a 70kHz), la reflexión de las vibraciones en el área de contacto y la fricción entre las
superficies de las partes. En el área de contracción, se produce calor por la fricción de tal manera que el material se plastifica localmente, forjando una conexión entre ambas partes en un corto periodo de tiempo. El prerrequisito es que ambas piezas de trabajo tengan un punto de fusión cercano. La calidad de la unión es muy uniforme porque la transferencia de energía y el calor interno liberado permanecen constantes y se limitan al área de unión. Para obtener un óptimo resultado, las áreas a unir son preparadas para hacerlas adecuadas a la unión ultrasónica. La soldadura ultrasónica puede ser utilizada para unir firmemente o embeber partes de metal con o en plástico. Soldadura ultrasónica de metales
Mientras que en la unión ultrasónica de plásticos las vibraciones de alta frecuencia son usadas para incrementar la temperatura y así lograr la plastificación del material; la unión ultrasónica de metales es un proceso completamente diferente: las vibraciones mecánicas son introducidas horizontalmente, las partes a ser soldadas no son calentadas hasta el punto de fusión, sino que son conectadas gracias a la aplicación de presión y vibraciones mecánicas de alta frecuencia. Durante la soldadura ultrasónicade metales, un proceso complejo es iniciado el cual involucra fuerzas estáticas,
fuerzas cortantes de oscilación y un moderado incremento de temperatura en el área a soldar. La magnitud de estos factores depende del grosor de las piezas a unir, de su estructura superficial y de sus propiedades mecánicas. Las piezas de trabajo son localizadas entre una pieza fija, esto es, el yunque y el dispositivo generador de las vibraciones ultrasónicas denominado “Sonotrode” o “horn”, el cual oscila horizontalmente a alta frecuencia (usualmente 20, 35 o 40 kHz) durante el proceso de soldado. La frecuencia de oscilación más comúnmente usada (frecuencia de trabajo) es 20 kHz. Esta frecuencia está sobre el rango audible del oído humano y permite el mejor uso posible de la energía. Para procesos de soldadura en los que se requiere sólo una pequeña cantidad de energía, puede ser usada una frecuencia de trabajo de 35 o 40 kHz.
El sonotrode y el yunque tienen superficies ásperas o generalmente superficies fresadas con estrías cruzadas para apretar las piezas que se ensamblarán y prevenir deslizamientos indeseables. Se aplica presión estática perpendicularmente a la interfaz a soldar. Luego se sobrepone la fuerza cortante oscilante de alta frecuencia (ultrasonido). Las fuerzas dentro de los objetos deben mantenerse por debajo del límite de elasticidad para que las piezas no se deformen. Si las fuerzas sobrepasan un valor de umbral dado, ocurrirá una deformación local en los materiales a unir.
Las piezas se compactan ligeramente en la superficie debido a la fuerza de sujeción antes de conectar la energía ultrasónica, el intervalo durante el cual sucede esto se llama tiempo de exprimido. Después de apagar la energía ultrasónica y aflojar la fuerza de sujeción, se aplica una breve ráfaga de la primera para evitar que el ensamble soldado se pegue a la herramienta o al yunque. La soldadura ultrasónica del metal es local y limitada a las fuerzas de corte y al desplazamiento de las capas intermedias. Sin embargo, una fusión no ocurre si la fuerza de presión, la amplitud y el tiempo de la soldadura son ajustados correctamente. Los análisis microscópicos usando microscopios ópticos y electrónicos hacen evidente la recristalización, la difusión y otros fenómenos metalúrgicos. Sin embargo, no proporcionan ninguna evidencia de fusión (interfaz fundida). El uso de sensores térmicos altamente sensibles en las capas intermedias muestran un aumento inicial de la temperatura con una posterior disminución constante de la misma. La temperatura máxima obtenida depende de los ajustes que se hagan a los controles del equipo de soldadura. Un aumento en la energía ultrasónica conduce a un aumento de la máxima temperatura posible. Un aumento en la fuerza estática conduce a un aumento de la temperatura inicial, pero al mismo tiempo limita la posible temperatura máxima. Por lo tanto, el perfil de temperatura puede ser manejado, dentro de ciertos límites, haciendo los ajustes apropiados en la máquina. La temperatura en la capa intermedia es, por supuesto, también una función de las características del material. La regla básica es que la temperatura obtenida es mayor en los materiales con una conductividad térmica baja, tal como el hierro, y menor para los metales con una conductividad térmica más alta, tal como el cobre y el aluminio.
Las medidas de temperatura efectuadas en diversos materiales, con puntos de fusión que varían ampliamente, han mostrado que la temperatura máxima en la interfase de la soldadura no excede de un 35 a 50% de la temperatura que derrite al metal individual, cuando se han seleccionado los parámetros de la soldadora apropiadamente.
Ventajas y limitaciones A continuación se presentan las principales ventajas y limitaciones de la soldadura ultrasónica: Ventajas:
La soldadura ultrasónica permite unir metales diferentes. Los tiempos de ciclo son menores a un segundo. La calidad de la soldadura es alta y uniforme. Las ligas son normalmente más fuertes que las juntas hechas con soldadura o por resistencia. Necesidad moderada de habilidad y entrenamiento del operador para producir uniones de alta calidad. No requiere de soldadura o fundente. No hay acumulación de calentamiento, de modo que no se fragilizan las zonas afectadas por el calor. La conductividad eléctrica es normalmente superior a la obtenida por conexiones tranzadas o soldadas. Oxidación o contaminación superficial no afectan la cantidad de la conexión.
Desventajas:
La soldadura se restringe a soldadura de solapa. No permite hacer soldaduras de cordón. Solo se pueden soldar piezas con espesores menores a 3 milímetros. Solo se pueden unir superficies planas o con poca curvatura. No es adecuada para partes estañadas. El costo de capital es más alto que el de la soldadura normal.
