Colección completa de métodos de proceso de soldadura de tuberías de acero inoxidable

Los avances en el procesamiento de materiales han brindado oportunidades únicas al campo de la producción de tubos de acero inoxidable. Las aplicaciones típicas incluyen tubos de escape, líneas de combustible, inyectores y otros componentes. Al producir tubos de acero inoxidable, primero se forma una tira de acero plana y luego se le da forma de tubo redondo. Una vez formadas, las uniones de la tubería deben soldarse entre sí. Esta soldadura afecta en gran medida a la formabilidad de la pieza. Por lo tanto, es extremadamente importante seleccionar la tecnología de soldadura adecuada para obtener un perfil de soldadura que pueda cumplir con los estrictos requisitos de prueba de la industria manufacturera. No hay duda de que la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), la soldadura de alta frecuencia (HF) y la soldadura por láser se han aplicado en la fabricación de tubos de acero inoxidable.

Soldadura por inducción de alta frecuencia
En la soldadura por contacto de alta frecuencia y en la soldadura por inducción de alta frecuencia, el equipo que proporciona corriente y el equipo que proporciona fuerza de extrusión son independientes entre sí. Además, ambos métodos utilizan barras magnéticas, que son elementos magnéticos blandos colocados dentro del cuerpo del tubo y ayudan a enfocar el flujo de soldadura en el borde de la tira de acero. En ambos casos, la tira se corta y limpia, se enrolla y se entrega al punto de soldadura. Además, se utiliza un refrigerante para enfriar la bobina de inducción utilizada durante el proceso de calentamiento. Finalmente, se utilizará algo de refrigerante en el proceso de extrusión. Aquí, se aplica una gran fuerza a la polea de extrusión para evitar la porosidad en el área de soldadura; sin embargo, usar una mayor fuerza de extrusión aumentará las rebabas (o cordones). Por lo tanto, se utilizan cuchillos especialmente diseñados para eliminar las rebabas del interior y exterior del tubo. La principal ventaja del proceso de soldadura de alta frecuencia es su capacidad para procesar tubos de acero a altas velocidades. Sin embargo, como es típico en la mayoría de las uniones forjadas de fase sólida, las uniones soldadas de alta frecuencia no son fáciles de probar de manera confiable utilizando técnicas no destructivas (NDT) tradicionales. Las grietas de soldadura pueden ocurrir en áreas planas y delgadas de uniones de baja resistencia que no pueden detectarse con métodos tradicionales y, por lo tanto, pueden carecer de confiabilidad en algunas aplicaciones automotrices exigentes.

Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW)
Tradicionalmente, los fabricantes de tubos de acero han elegido la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) para completar el proceso de soldadura. GTAW crea un arco de soldadura eléctrica entre dos electrodos de tungsteno no consumibles. Al mismo tiempo, se introduce un gas protector inerte desde la pistola rociadora para proteger los electrodos, generar un flujo de plasma ionizado y proteger el baño de soldadura fundida. Este es un proceso establecido y comprendido que dará como resultado una soldadura repetible y de alta calidad. Las ventajas de este proceso son la repetibilidad, la soldadura sin salpicaduras y la eliminación de la porosidad. GTAW se considera un proceso de conducción eléctrica, por lo que, en términos relativos, el proceso es relativamente lento.

pulso de arco de alta frecuencia
En los últimos años, las fuentes de energía para soldadura GTAW, también conocidas como interruptores de alta velocidad, permiten pulsos de arco superiores a 10.000 Hz. Los clientes de plantas de procesamiento de tubos de acero se benefician de esta nueva tecnología, con pulsos de arco de alta frecuencia que generan una presión descendente del arco cinco veces mayor en comparación con el GTAW convencional. Las mejoras representativas incluyen una resistencia mejorada al estallido, velocidades de línea de soldadura más rápidas y reducción de desechos. Los clientes de los fabricantes de tubos de acero pronto descubrieron que era necesario reducir el perfil de soldadura obtenido mediante este proceso de soldadura. Además, la velocidad de soldadura sigue siendo relativamente lenta.

Soldadura láser
En todas las aplicaciones de soldadura de tubos de acero, los bordes de la tira de acero se funden y solidifican cuando los bordes del tubo se aprietan entre sí mediante soportes de sujeción. Sin embargo, una propiedad única de la soldadura láser es su alta densidad del haz de energía. El rayo láser no sólo funde la capa superficial del material sino que también crea un ojo de cerradura, lo que da como resultado un perfil de soldadura estrecho. Si la densidad de potencia es inferior a 1 MW/cm2, como en la tecnología GTAW, no producirá suficiente densidad de energía para crear ojos de cerradura. De esta manera, el proceso sin agujeros da como resultado un perfil de soldadura ancho y poco profundo. La alta precisión de la soldadura láser aporta una mayor eficiencia de penetración, lo que a su vez reduce el crecimiento del grano y aporta una mejor calidad metalográfica; Por otro lado, el mayor aporte de energía térmica y el proceso de enfriamiento más lento del GTAW dan como resultado una construcción soldada rugosa.

En términos generales, se cree que el proceso de soldadura láser es más rápido que el GTAW, tienen la misma tasa de desperdicio y el primero aporta mejores propiedades metalográficas, lo que conduce a una mayor resistencia al estallido y una mayor formabilidad. En comparación con la soldadura de alta frecuencia, no se produce oxidación durante el procesamiento láser de materiales, lo que resulta en tasas de desperdicio más bajas y una mayor formabilidad. Influencia del tamaño del punto: En la soldadura en fábricas de tubos de acero inoxidable, la profundidad de soldadura está determinada por el espesor del tubo de acero. De esta manera, el objetivo de producción es mejorar la conformabilidad reduciendo el ancho de la soldadura y al mismo tiempo lograr velocidades más altas. A la hora de elegir el láser más adecuado, no sólo se tiene en cuenta la calidad del haz, sino también la precisión de la máquina laminadora de tubos. Además, se deben considerar las limitaciones de reducir el punto de luz antes de que los errores dimensionales de la máquina laminadora de tubos puedan influir.
Hay muchas cuestiones dimensionales específicas de la soldadura de tubos de acero; sin embargo, el factor principal que afecta la soldadura es la costura en la caja de soldadura (más específicamente, la bobina de soldadura). Una vez que la tira se ha formado y preparado para soldar, las características de la soldadura incluyen espacios en la tira, desalineación severa/menor de la soldadura y cambios en la línea central de la soldadura. El espacio determina la cantidad de material que se utiliza para formar el baño de soldadura. Demasiada presión dará como resultado un exceso de material en la parte superior o en el diámetro interior de la tubería de acero. Por otro lado, una desalineación leve o grave de la soldadura puede provocar una mala apariencia de la soldadura.
Además, después de pasar por la caja de soldadura, el tubo de acero se recortará aún más. Esto incluye ajustes de tamaño y forma. Por otro lado, el trabajo adicional puede eliminar algunos defectos de soldadura mayores o menores, pero es posible que no los elimine todos. Por supuesto, queremos conseguir cero defectos. En términos generales, la regla general es que los defectos de soldadura no deben exceder el cinco por ciento del espesor del material. Exceder este valor afectará la resistencia del producto soldado.
Finalmente, la presencia de la línea central de soldadura es importante para la producción de tubos de acero inoxidable de alta calidad. A medida que el mercado automotriz pone cada vez más énfasis en la conformabilidad, esto está directamente relacionado con la necesidad de zonas afectadas por el calor (HAZ) más pequeñas y perfiles de soldadura reducidos. Esto, a su vez, promueve el desarrollo de tecnología láser que mejora la calidad del haz para reducir el tamaño del punto. A medida que el tamaño del punto continúa reduciéndose, debemos prestar más atención a la precisión del escaneo de la línea central de la costura. En términos generales, los fabricantes de tubos de acero intentarán reducir esta desviación tanto como sea posible, pero de hecho, es muy difícil lograr una desviación de 0,2 mm (0,008 pulgadas).
Esto trae consigo la necesidad de utilizar un sistema de seguimiento de soldadura. Las dos tecnologías de seguimiento más comunes son el escaneo mecánico y el escaneo láser. Por un lado, los sistemas mecánicos utilizan sondas para contactar con las uniones antes del baño de soldadura, que está sujeto a suciedad, desgaste y vibraciones. La precisión de estos sistemas es de 0,25 mm (0,01 pulgadas), lo que no es lo suficientemente preciso para la soldadura láser de alta calidad.
Por el contrario, el seguimiento de costura por láser puede alcanzar la precisión requerida. En términos generales, se proyecta luz láser o puntos láser sobre la superficie de la soldadura y la imagen resultante se envía a una cámara CMOS, que utiliza algoritmos para determinar la ubicación de soldaduras, uniones defectuosas y espacios.
Si bien la velocidad de obtención de imágenes es importante, los rastreadores de costuras láser deben tener controladores lo suficientemente rápidos para compilar con precisión la posición de la soldadura y al mismo tiempo proporcionar el control de circuito cerrado necesario para mover el cabezal de enfoque del láser directamente sobre la costura. Por lo tanto, la precisión del seguimiento de la costura de soldadura es importante, pero también lo es el tiempo de respuesta.
En general, la tecnología de seguimiento de cordones de soldadura se ha desarrollado completamente y también puede permitir a los fabricantes de tubos de acero utilizar rayos láser de mayor calidad para producir tubos de acero inoxidable con mejor formabilidad.
Por tanto, la soldadura láser ha encontrado su lugar. Se utiliza para reducir la porosidad de la soldadura y reducir la forma de la soldadura mientras se mantiene o aumenta la velocidad de soldadura. Los sistemas láser, como los láseres para losas enfriados por difusión, han mejorado la calidad del haz, lo que mejora aún más la formabilidad al reducir el ancho de la soldadura. Este desarrollo generó la necesidad de un control dimensional más estricto y un seguimiento de las soldaduras por láser en las fábricas de tubos de acero.