tesis: proceso de soldadura por el método de resistencia ... · generalidades de la soldadura por...

I n s t i t u t o P o l i t é c n i c o N a c i o n a l

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Profesional Azcapotzalco

Tesis: P r o c e s o d e s o l d a d u r a p o r e l

m é t o d o d e r e s i s t e n c i a p a r a l a m a n u f a c t u r a d e c h a s i s e n l a

i n d u s t r i a a u t o m o t r i z .

Para obtener el titulo de:

Ingeniero en Robótica Industrial

PRESENTA: Luis Alberto Esquivel Hernández

Asesores: Ing. José Luis González. Asesores: Ing. Dagoberto García Alvarado

Luis Eaquivel

Typewritten Text

MÈXICO. D.F. 2009

DEDICATORIAS

A mis PADRES:

A quienes me dieron dos grandes regalos: la vida y la libertad de vivirla. A quienes me hicieron aprender que el amor, el trabajo y el conocimiento debe

ser parte de mi existencia. Y decisión a quienes me mostraron que la consumación plena de mi existencia se

logra con la fe puesta en lo que soy y puedo y hago Y quienes me han enseñado con sus hechos y convicciones que existir es

cambiar. Cambiar es madurar y madurar res crecer a si mismo.

A mis hermanos:

Que aunque no les demuestro mi agradecimiento, siempre han confiado en mí,

con sus pequeños y grandes detalles. Y que con una sola palabra me dan ánimo para seguir adelante.

Al Instituto Politécnico Nacional:

Pues gracias a sus planes y programas de estudios, México puede ser un país

con gran calidad humana y tecnológica, pues de el emanan los mejores investigadores y catedráticos, siendo una institución con sus principios

ideológicos adecuado a la sociedad actual.

AGRADECIMIENTO

AL ESIME Azcapotzalco donde realice mis estudios de Ingeniería donde me brindaron sus conocimientos todos sus profesores y donde en esos laboratorios

done aprendí los principios fundamentales en los que se basa mi carrera. Y finalmente a los:

Ing. José Luis Gonzáles y Ing. Dagoberto García Alvarado

Quienes me apoyaron para realizar esta tesis y me apoyaron con sus

comentarios y enseñanzas.

C O N T E N I D O

ÍNDICE..................................................................................................... I JUSTIF ICACIÓ N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI

Capítulo I . Generalidades de la soldadura por puntos y factores que intervienen en la formación de un punto de soldadura. 1.1 Introducción 1.2 Reseña histórica

……………………………………………....

1.3 Soldadura a gas……………………………………… 1.4 Tipos de soldaduras y de juntas……………………. 1.5 Simbología utilizada en la soldadura………………. 1.6 Material de aporte…………………………………... 1.7 Fundamentos de la soldadura por resistencia…….. 1.8 Soldadura a puntos de resistencia…………………. 1.9 Como se produce un punto de soldadura………….. 1.10 Tiempo de compresión……………………………..

1.11 Tiempo de soldadura………………………………. 1.12 Tiempo mantenido de la presión………………….. 1.13 Tiempo de enfriamiento……………………………

Capítulo II . Como se hace un punto de soldadura y recomendaciones para obtenerla en forma adecuada.

2 4 9 10 12 16 21 23 23 28 30 31 32 34 35 39 42 42 43 43 45 46

…………………………………………..

2.1 Las piezas a soldar………………………………….. 2.2 Aspectos y características…………………………... 2.3 Preparación de equipo para antes de soldar……….

2.4 Esfuerzo……………………………………………… 2.5 Agua………………………………………………….. 2.6 Corriente…………………………………………….. 2.7 Situación de los puntos……………………………… 2.8 Piezas………………………………………………… 2.9 Electrodos…………………………………………….

I

Capítulo III . Soldadura por protuberancia y soldadura Tope. 3.1 Soldadura por partes salientes……………………... 3.2 Fundamentos se soldadura de partes salientes…….

3.3 Formas de protuberancias………………………...... 3.4 Materiales que suelda……………………………...... 3.5 Preparación de un proceso de soldeo………………. 3.6 Detalles prácticos para este tipo de soldadura…...... 3.7 Soldadura Tope……………………………………... 3.8 Procedimiento para soldar a tope………………….. 3.9 A tope simple………………………………………… 3.10 Por centello directo………………………………... 3.11 Por centello con precalentamiento……………….. 3.12 Fijación de parámetros…………………………… 3.13 Como obtener buena soldadura…………………..

Capítulo IV . Características de construcción especifica de las maquinas de soldar y células robóticas. 4.1 Definición………………………………………….....

4.2 Generalidades……………………………………….. 4.3 Control básico……………………………………...... 4.4 Ciclo único simple…………………………………… 4.5 Funciones y secuencias……………………………… 4.6 Secuencia muestra…………………………………... 4.7 Otras funciones operativas………………………..... 4.8 Corriente de soldeo………………………………...... 4.9 Tiristores SCR…………………………………….....

4.10 Bastidor…………………………………………….. 4.11 Soldadura por puntos……………………………... 4.12 De las prensas……………………………………… 4.13 De soldar a tope……………………………………. 4.14 De las pinzas y pistolas……………………………. 4.15 Transformadores………………………………….. 4.16 Terminales secundarios……………………………. 4.17 Racores para entrada y salida del agua………….. 4.18 Entradas primarias………………………………... 4.19 Salidas auxiliares…………………………………... 4.20 Potencia de los trasformadores................................ 4.21 Formas de los transformadores…………………… 86

48 48 51 54 55 58 59 59 60 60 62 62 64 67 67 68 69 69 70 73 74 75 76 78 78 79 79 80 84 85 85 85 86

II

4.22 Circuitos de alta intensidad……………………...... 4.23 Empalmes y uniones en general............................... 4.24 Sistemas de enfriamiento y refrigeración………… 4.25 La refrigeración de los SCR………………………. 4.26 Cilindro neumático……………………………........ 4.27 Regulador de presión……………………………… 4.28 Filtro y deshumificador…………………………… 4.29 Lubricador………………………………………..... 4.30 Electroválvulas de tres o de cinco vías…………… 4.31 Electroválvulas proporcionales…………………… 4.32 Transductores de presión con señal eléctrica…..... 4.33 Regulador de caudal……………………………...... 4.34 Silenciadores……………………………………….. 4.35 Instalación………………………………………….. 4.36 Circuitos neumáticos………………………………. 4.37 Circuito con doble carrera……………………....... 4.38 Material…………………………………………….. 4.39 Dimensiones……………………………………....... 4.40 Formas…………………………………………........ 4.41 Ciclos de vida de un electrodo…………………….. 4.42 Instalaciones robotizadas………………………...... 4.43 El robot……………………………………………... 4.44 Pinzas al suelo……………………………………… 4.45 Pinzas de soldadura especiales para robots……… 4.46 Particularidades en su trabajo……………………. 4.47 Detalles constructivos………………………………

Capítulo V . Conceptos para la adquisición de equipo. 5.1 Compra………………………………………………. 5.1.1 Recopilación de datos para propósito de compra........ 5.1.2 Información sobre el trabajo…………………....... 5.1.3 Datos sobre la instalación………………………… 5.2 Estudio del equipo necesario…………….................. 5.2.1 Tamaño de la maquina…………………………… 5.3 Factores de marcha (FM)………………………....... 5.3.1 Red de alimentación eléctrica……………………. 5.3.2 Potencia nominal al 50% Pn…………………....... 5.3.3 Potencia de conexión Pc…………………………... 5.3.4 Fusible…………………………………………....... 5.4 Potencia del transformador de distribución………. 5.4.1 Parpadeo………………………………………........

88 90 91 95 95 96 96 97 97 97 97 97 97 98 100 100 103 106 107 113 115 115 117 117 117 118 121 121 121 121 122 122 124 124 125 126 127 129 129

III

5.5 Red y cables de alimentación………………………. 5.5.1 Sección de los conductores………………………... 5.6 Instalación neumática………………………………. 5.7 Características………………………………………. 5.8 Costos del proceso de soldadura…………………… 5.8.1 Costos directos…………………………………….. 5.8.2 Agua………………………………………………... 5.8.3 Aire………………………………………………… 5.8.4 Consumo de electrodos o útiles para soldar……... 5.8.5 Mano de obra empleada en la soldadura……....... 5.8.6 Costos indirectos…………………………………... 5.8.7 Amortización de la instalación eléctrica neumática de refrigeración y de la maquina…………. 5.8.8 Amortización del fixtur de fijación de las Piezas…………………………………………………….. 5.8.9 Contribución al gasto de los equipos de mantenimiento…………………………………………...

131 131 133 133 135 136 136 138 138 138 139 139 139 140

Conclusiones.................................................................... VII

Bibliografía...................................................................... VIII

Anexos............................................................................... IX

IV

Justificación

El propósito de este trabajo es con el fin de poder ayudar de manera más práctica y objetiva a estudiantes que inicien su carrera profesional en el área de soldadura por resistencia.

Encontrando en este material ayuda para conocer este tipo de soldadura y de facilitar una recopilación de tablas y de datos que conjuntamente con las recomendaciones practicas, permitan una elección apropiada de los elementos necesarios para la realización de un proceso de soldadura y puesta a punto del mismo.

Ya que dentro del área automotriz donde se tiene una mayor aplicación de estos procesos, y que es necesario cumplir con un sistema de calidad, que reúnan todos los requerimientos, normas y especificaciones que requiere la ingeniería del producto.

VI

Soldadura por resistencia

Capitulo I Generalidades de la

soldadura por puntos y

factores que intervienen

en la formación de un

punto de soldadura

1


1.1 Introducción El termino soldadura lo podemos definir como la unión mecánicamente resistente de dos o mas piezas metálicas diferentes. La primera manifestación de ello, aunque tiene que ver con los sistemas modernos, se remonta a los comienzos de la fabricación de armas. Los trozos de hierro por unir eran calentados hasta alcanzar un estado plástico, para ser así fácilmente deformados por la acción de golpes sucesivos. Mediante un continuo golpeteo se hacia penetrar partes de una pieza dentro de la otra. Luego de repetitivas operaciones de calentamiento seguidos de un martilleo intenso, se lograba una unión satisfactoria. Este método, denominado “caldeo”, se continuo utilizado hasta no hace mucho tiempo, limitado su uso a piezas de acero forjable, de diseño sencillo y de tamaño reducido. Los diversos trozos o piezas metálicas que se deseen fijar permanentemente entre si, deben ser sometidas algún proceso que proporcionen uniones que resulten lo mas fuerte posibles. Es aquí cuando para tal fin, los sistemas de soldadura juegan un papel primordial. El calor necesario para unir dos piezas metálicas puede obtenerse a través de distintos medios. Podemos definir dos grandes grupos. Los sistemas de calentamiento por combustión con oxigeno de diversos gases (denominados soldadura por gas), y los calentamiento mediante energía eléctrica (por inducción, arco, punto, etc.). Como lo muestra la siguiente figura 0.1 Las uniones logradas a través de una soldadura de cualquier tipo, se ejecutan mediante el empleo de una fuente de calor (una llama, un sistema de inducción, un arco eléctrico, etc.). Para rellenar las uniones entre las piezas o partes a soldar, se utilizan varillas de relleno, denominadas material de aporte o electrodos, realizadas con diferentes aleaciones, en funciones de los metales a unir. En la soldadura las dos o mas piezas metálicas son calentadas junto con material de aporte a una temperatura correcta, entonces fluyen y se funden conjuntamente, cuando se enfrían, forman una unión permanente. La soldadura así obtenida, resulta tan fuerte que el material original de las piezas, siempre y cuando la misma este realizada correctamente.

2


Fig.0.1

Soldadura con hidrogeno atómico AHW

Soldadura de arco metálico con

electrodo desnudo BMAW

Soldadura con arco de carbón CAW

Con gas CAW-S

Con arco protegido CAW-S

Con arcos gemelos CAW-T

Soldadura con arco con núcleo

de Fundente FCAW

Electro gras FCAW-EG

Soldadura con hidrogeno atómico AHW

Soldadura de arco metálico con

electrodo desnudo BMAW

Soldadura con arco de carbón CAW

Con gas CAW-S

Con arco protegido CAW-S

Con arcos gemelos CAW-T

Soldadura con arco con núcleo

de Fundente FCAW

Electro gras FCAW-EG

Soldadura con arco metálicos y gas GMAW

Electro gas GMAW-EG

Arco pulsado GMAW-P

Arco de corto circuito GMAW-S

Soldadura de tungsteno y gas GTAW

Arco pulsado GTAW-P

Soldadura de arco con plasma PAW

Soldadura de arco metálico protegido SMAW

Soldadura de arco de espárragos SW

Soldadura de arco sumergido SAW

En serie SAW-S

Soldadura en frío CW

Soldadura por difusión DEW

Soldadura por explosión EXW

Soldadura por forjado FOW

Soldadura por fricción FRW

Soldadura por presión en

Caliente HPW

Soldadura con rodillos ROW

Soldadura ultrasónica USW

Soldadura fuerte de arco AB

Soldadura fuerte de bloque BB

Soldadura fuerte por difusión DFB

Soldadura fuerte por inmersión DB

Soldadura fuerte de flujo FLB

Soldadura fuerte en horno FB

Soldadura fuerte por inducción IB

Soldadura fuerte infrarroja IRB

Soldadura fuerte por resistencia RB

Soldadura fuerte a soplete TB

Soldadura fuerte con arco de carbones TCAB

Soldadura

De arco

(AW)

Soldadura

De arco

(AW)

Procesos

De

soldadura

Procesos

De

soldadura

Soldadura de estado

(ssw)

Soldadura fuerte B

Soldadura blanda por inmersión DS Soldadura blanda en horno FS Soldadura blanda por inducción IS Soldadura blanda por infrarrojo IRS Soldadura blanda por cautín soldador INS Soldadura blanca por resistencia RS Soldadura blanda con soplete TS Soldadura blanda por ondas WS

Soldadura por haz de electrones EBW Soldadura de electro escoria ESW Soldadura de flujo FLOW Soldadura por inducción IW Soldadura por haz de rayos láser LBW Soldadura por termita TW

Soldadura blanda

(S)

Otras Soldaduras

Soldadura por arco con presión FW Soldadura por resistencia con alta frecuencia HFRW Soldadura por percusión PEW Soldadura por resalto RPW Soldadura de costura por resistencia RSEW Soldadura de puntos por resistencia RSW Soldadura recalcada UW

Soldadura Por

Resistencia RW

Soldadura con aire y acetileno AAW Soldadura oxiacetilénica OAW Soldadura ox hidrogeno OHW Soldadura a gas con presión PGW

Soldadura Con gas

Combustible Y

Oxigeno OFW

3


1.2 Reseña histórica Resulta dificultoso determinar con exactitud en que país y en que momento se han desarrollado ciertas técnicas de soldadura en particular, ya que la experimentación ha sido simultanea y continua en diversos lugares. Aunque los trabajos con metales han existido desde hace siglos, los métodos tal cual como los conocemos hoy, datan desde el principio de este siglo. En 1801, El ingles Sir H. Davy descubrió que se podía generar y mantener un arco eléctrico entre las terminales. En 1835, E. Davey, en Inglaterra, descubrió el gas acetileno, pero para dicha época su fabricación resultaba muy costosa. Recién 57 años después (1892), el canadiense T. L. Wilson descubrió un método económico de fabricación. El Frances H.E Chatelier, en 1895, descubrió la combustión del oxigeno con acetileno, y en 1900, los también franceses E. Fouch y F. Picard desarrollaron el primer soplete oxiacetileno. En el año 1881, el francés de Meritéis logro con éxito soldar diversas piezas metálicas empleando un arco eléctrico entre carbones, empleando como suministro de corriente acumuladores de plomo. Este fue el puntapié inicial de muchas experiencias para intentar reemplazar el caldeado en fragua por este nuevo sistema. La gran dificultad hallada para forjar materiales ferrosos con elevado contenido de carbón (aceros), motivos diversos trabajos de investigación de partes de los ingenieros rusos S. Olczewski y F Bernardos, los resultados exitosos recién en el año 1885. En dichos años se logro la unión en punto definido de dos piezas metálicas por fusión. Se utilizo corriente continua, produciendo un arco desde la punta de una varilla de carbón (conectada al polo positivo) hacia las piezas a unir (conectadas al polo negativo). Dicho arco producía suficiente calor como para provocar la fusión de ambos metales en el plano de unión, que al enfriarse quedaban mecánicamente unidos. El operario comenzaba el trabajo de soldadura apoyando el electrodo de carbón, el que estaba provisto de un mango aislante, sobre la parte por soldar hasta producir chisporroteo, y alejándose de la pieza hasta formar un arco eléctrico continuo. Para lograr dicho efecto, se debía aplicar una diferencia de potencial suficiente para poder mantener el aro eléctrico a una distancia relativamente pequeña. Una vez lograda la fusión de los metales en el punto inicial de contacto, se comenzaba el movimiento de traslación del electrodo hacia el extremo opuesto, siguiendo el contorno de los metales por unir, a una velocidad de traslación uniforme y manteniendo constante la longitud ente el electrodo y la pieza. Las experiencias que necesariamente se realizaron para determinar las condiciones óptimas de trabajo para lograr una unión metálica sin defectos, permitieron verificar desde aquel entonces que con el arco eléctrico se podía cortar metal o perforarlo en algún sitio deseado. Los trabajos de soldadura efectuados no eran tan eficientes, ya que resultaban difíciles de gobernar el arco eléctrico, debido a que este se generaba en forma irregular. Continuando con los ensayos en función de obtener mejores resultados, se obtuvo un éxito concluyendo al invertir la polaridad de los electrodos ( pieza conectada al positivo), debido a que en estas condiciones el arco no se genera desde cualquier punto del electrodo de carbón, sino solo desde la punta, es decir en el mismo plano de la unió. El comportamiento del arco, según la polaridad elegida, llevo en 1889 al físico alemán, el doctor H. Zerener, a ensaya un tipo de soldadura por generación de un arco eléctrico entre dos electrodos de carbón. Como bajo estas condiciones no se lograba buena estabilidad en ele arco producido, adiciono un electroimán, el cual actuaba sobre el mismo dirigiéndolo magnéticamente en el sentido deseado. Ello producía sobre el arco

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eléctrico por arco soplado, encontrándose interesantes aplicaciones en procesos automáticos para chapas de poco espesor. El flujo del arco se regulaba con facilidad, variando el campo magnético produciendo (Fig. 0.2). El arco eléctrico resultante era de gran estabilidad. Los dos electrodos de carbón (1), y el electroimán (2), eran parte de un solo conjunto portátil. El metal utilizado como aporte surgía de una tercera varilla metálica (3), la cual se ubica por debajo del arco, más cerca de la pieza. Con el calor producido, se fundía el metal de base (5), conjuntamente co el aporte de la varilla, generando la unión. (4)

Fig.0.2

Este sistema fue utilizado industrialmente por primera vez en el año 1899 por la firma Lloyd & Lloyd de Birmingham (Inglaterra), para soldar caños de hierro de 305mm de diámetro, los que luego de soldados eran capaces de soportar una prueba hidráulica de 56 atmósferas.

Soldadura por arco soplado (método zerener)

Soldadura por arco con electrodos metálicos

Fig.03

5


Se trabajaban empleando 3 dinamos de 550 amperes cada uno y con un potencial de 150 volts, los cuales cargaban una batería de 1.800 acumuladores plante, destinados a proveer una fuerte corriente en un breve lapso de tiempo. En los estados unidos, en 1902, la primera fabrica que comenzó a utilizar industrialmente la soldadura por arco con electrodos de carbón fue de Baldwin locomotive Works. El excesivo consumo de electrodos de carbón y el deseo de simplificar los equipos de soldadura, hicieron que en el año 1891, el ingeniero ruso N. slavianoff sustituyera los electrodos de carbón por electrodos de metal (Fig.0.3). Este cambio produjo mejoras en las uniones de los metales al evitar la inclusión de partículas de carbón dentro de la masa de metales fundidos y luego retenidas en la misma al solidificarse. El método Slavianoff, con algunas mejoras técnicas implementadas en 1892 por el estadounidense C. L. COFFIN (quien logro desarrollar el método de soldadura por puntos), ha sido usado hasta la fecha y es la soldadura por arco conocida en la actualidad. A partir de las determinaciones de Slavianoff se continuaron empleado indistintamente electrodos de carbón y /o metálicos.

Soldadura por arco con atmosfera de gas Fig. 0.4

En el año 1910 se abandono definitivamente el electrodo de carbón. Se comenzaron a utilizar de hierros sin recubrir, pero se obtuvieron resultados deficientes debido a la poca resistencia a la tracción y a su reducida ductibilidad. La nociva acción de la atmosfera (oxidación acelerada por el calentamiento) sobre los electrodos sin recubrir durante la formación del arco, llevo a los investigadores a tratar de solucionar dichos inconvenientes. Una de las primeras experiencias en busca de evitar dicho problemas, se debió a los ensayos realizados por Alexander, quien pensó en eliminar la acción perniciosa del oxigeno que rodeaba al arco, haciendo que este ultimo se produjera en una atmosfera de gas protector (Fig. 0.4)donde se observa el metal base a soldar (1), el porta electrodo con el electrodo ubicado (2), y el abastecimiento de gas (3), Alexander ensayo con diversos gases, logrando buenos resultados con el metanol, pero este requería de un complejo equipamiento, por lo que lo hacia poco viable, retomando y modificando la idea original de Alexander, en 1907 O. Kjellber, revistió los electrodos con una sustancia sólida que poseía idéntico punto de fusión que el metal de aporte. Al producirse el arco eléctrico, ambas se fundirían simultáneamente, formando una cascarilla sobre el metal fundido brindando la adecuada

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Fig.0.5 Protección contra el oxigeno del ambiente en la etapa de enfriamiento. En 1908, N. bernardos desarrollo un sistema de electro escoria que se volvió muy popular en su momento. Los electrodos fusionables, fueron mejorados nuevamente en 1914 por su creador, el sueco O. Kjellberg junto El ingles A. P. Strohmenger. Quedaron constituidos por una varilla de aleaciones metálicas (metal de aporte) y un recubrimiento especial a base de asbesto, tal como los que se utilizaron en la actualidad. (Fig. 0.5)

Electrodo metálico con recubrimiento en plena acción

Soldadura atómica con atmosfera H2

Fig.0.6 En 1930, los estadounidenses H. M. Hobart y P. K. Devers desarrollaron el sistema de soldadura con gas inerte, y basado en ello, el doctor Orving Langmuir, ideo la soldadura atómica de hidrogeno. En esta, el arco se produce entre dos electrodos insolubles de tungsteno, en una atmosfera de hidrogeno soplando sobre el arco. En la Fig. 0.6. Se

7


observa la fuente eléctrica (5), la provisión de hidrogeno a presión (4), los electrodos de tungsteno (3), el material de aporte (2), y el material a soldar (1). Por acción térmica, el hidrogeno molecular se descompone en hidrógeno atómico, el que vuelve a su estado primitivo una vez atravesando el arco, transfiriendo el calor de recombinación a las piezas por soldar. Este método se emplea en la actualidad para soldar chapas delgadas. Una variedad del sistema anterior, fue desarrollado en 1942 por el norteamericano R. Meredith y en 1948 por diversos ingenieros incluyen las soldaduras por arco en atmosfera de helio o argon, ambos gases inertes que alejan el oxigeno de la zona por soldar, en estos casos, el gas rodea al electrodo de tungsteno, mientras un electrodo o varilla provee el metal de aporte o de relleno Fig.0.7 Esquema de un proceso de soldadura bajo gas protector

Fig.0.7 Este sistema se utiliza para soldar con éxito aleaciones de magnesio y algunas aleaciones livianas. Los progresos en la industria electrónica, permitiendo utilizar dichos adelantos para desarrollar así la soldadura por resistencia (a tope, continua y por puntos); la soldadura por inducción para materiales conductores del calor; la soldadura dieléctrica para los no conductores y, finalmente, la aluminio-térmica, que resulta una combinación de un sistema de calentamiento con el procedimiento Slavianoff. La variedad de aplicaciones industriales de los sistemas de soldadura llegaron a un grado tal que inclusive han sustituido en la mayoría de los casos al tradicional forjado y remachado. No solamente del remachado permitió reducir el peso de las construcciones metálicas, al simplificar sus estructuras. La soldadura asegura una reducción de costo apreciable con respecto a los métodos de construcción y reparación empleados antiguamente, se han resuelto problemas de estanqueidad y rigidez, eliminándose las vibraciones. La soldadura eléctrica usada en la actualidad, era desconocida a fines del siglo pasado. Muchas circunstancias influyeron en el extraordinario desarrollo adquirido por la misma.

8


1.3 Soldadura a gas La soldadura a gas, o soldadura a llama, utiliza una llama de intenso calor producida por la combinación de un gas combustible con aire u oxigeno. Los gases combustibles de uso más común son el acetileno, el gas natural, el propano y el butano. Muy a menudo, los combustibles se queman con oxigeno, lo que permite obtener temperaturas de combustión mucho mayores. La soldadura oxiacetilénica. Fig. 0.8. Es el proceso más común de soldadura a gas. El oxigeno y el acetileno, combinados en una cámara de mezclado, arden en la boquilla del soplete produciendo la temperatura de llama más elevada (alrededor de 6000ºf la cual rebasa el punto de fusión de la mayoría de los metales). Por tanto, la operación de soldar puede realizarse con o sin metal de aporte. Las partes pueden fundirse y ponerse en contacto a medida que se va realizando la operación de fusión con el soplete; al retirar el soplete, las partes metálicas quedan unidas al enfriarse. Si se necesita metal de aporte para realizar una soldadura, se selecciona la varilla de soldadura atendiendo las especificaciones del trabajo, y se funden con el calor del soplete. La selección de las varillas de soldadura apropiada, de las boquillas para soplete, los ajustes del regulador para la alimentación del oxigeno y el acetileno y la posición para soldar, constituyen aspectos de las experiencias y el conocimiento aplicado al proceso. Las desventajas de la soldadura con gas combustible giran en torno al hecho de que ciertos metales reaccionan desfavorablemente, y hasta violentamente, en presencia del carbón, el hidrogeno o el oxigeno, todos ellos presentes en el proceso de soldadura con gas combustible. La soldadura a gas es también mas fría, mas lenta y mas deformante que la soldadura con arco. Sin embargo, para aplicar soldadura en lugares difíciles de alcanzar, o con metales que tienen puntos de fusión más bajos tales como el plomo o metales en lámina delgada, la soldadura a gas es con frecuencia más eficaz que los demás procesos. En combinación con una corriente de oxigeno o de aire, el soplete oxiacetilenito es también un medio excelente para el corte y ranurado tipo gubia.

Fig.0.8

9


1.4 Tipos de soldaduras y de juntas Uno de los aspectos del diseño de juntas es el correspondiente al tipo de soldadura que se utiliza en la junta. Existen cinco tipos básicos de soldadura: la de cordón, la ondeada, la de filete, la de tapón y la ranura. La selección del tipo de soldadura esta tan ligada a la eficiencia de la junta como diseño mismo de esta. Se elige un tipo de soldadura con preferencia sobre otro por razón de su relación específica con la eficiencia de la junta. Las soldaduras de cordón: se hacen en una sola pasada, con el metal de aporte sin movimiento hacia uno u otro lado. Esta soldadura se utiliza principalmente para reconstruir superficies desgastadas. Fig. 0.9 Las soldaduras de filete: son similares a las de ranura, pero se hacen con mayor rapidez que estas, y a menudo se la prefiere en condiciones similares por razones de economía. Fig.0.9 Las soldaduras de tapón y de agujero alargado sirven principalmente para hacer las veces de los remaches, se emplea para unir por fusión dos piezas de metal cuyos bordes, por alguna razón, no pueden fundirse. Fig.0.9. Las soldaduras de ranura (de holgura entre bordes de piezas) se hacen en la ranura que queda entre dos piezas de metal. Esta soldadura se emplea en muchas combinaciones, dependiendo de la accesibilidad de la economía del diseño y del tipo de proceso de soldadura que se aplique. Fig.0.9

Fig.0.9 Ahora que ya hemos explicado los procedimientos para depositar cordones y costuras, y apara realizar reconstrucciones y rellenos podemos aplicar estos conocimientos para realizar las uniones típicas. Fig. 0.10 en soldadura que son: a) la unión a tope, b) la unión en Y, c) la traslape, d) la unión en escuadra, y e) la unión de canto. Además de las uniones detalladas, existen cuatro posiciones diferentes para realizar esta son la plana, la vertical, la horizontal, y sobre la cabeza. Esta posición se evidencia en la. Fig.0.11. además se ilustran todas las variantes intermedias. A la soldadura que se deposita en la unió en T se le llama soldadura de filete. También frecuentemente, se le da este nombre a la unión.

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Fig.0.10 Ilustración acerca de 5 tipos de uniones para SMAW

Ilustración acerca de las 4 posiciones básicas y sus variantes

Fig.011

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Fig.0.12 Diseño de uniones habituales en soldadura Fuera de las soldaduras efectuadas en la posición plana y horizontal, las que se deban ejecutar en otra posición (vertical y sobre la cabeza) resultaran bastante mas complicadas si no se experimenta y practica. Siempre que se pueda, trata de ubicar las piezas en posición plana. De no ser esto posible, se deberá soldar en la posición en que las piezas se encuentren. Para soldar verticalmente, se deberá experimentar con práctica intensiva para que la fuerza de gravedad no haga caer o derramar el metal fundido. Teniendo en cuenta esto y sabiendo como ya dijimos que la punta del electrodo empuja, se deberá poner este en un ángulo ligeramente negativo respecto a la horizontal. Si la soldadura a realzar es vertical ascendente, el electrodo se moverá hacia arriba, alejándolo y acercándolo de la pieza cada 10 o 15mm de recorrido. Esto se realiza para permitir que el metal fundido se solidifique. 1.5 Simbología utilizada en la soldadura En la soldadura, se utiliza ciertos signos en los planos de ingeniería para indicar al soldador ciertas reglas que deben seguir, aunque no tengan conocimiento de ingeniería. Estos signos gráficos se llaman símbolos de soldadura. Una vez que se entienda el lenguaje de estos símbolos, es muy fácil leerlos. Los símbolos de soldadura a se utilizan en la industria para representar detalles de diseño que ocuparían demasiado espacio en el dibujo si estuvieran con todas sus letra, por ejemplo, el ingeniero o el diseñador desea hacer llegar la siguiente información al taller de soldadura.

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El punto en donde se debe hacer la soldadura Que la soldadura va ser de filete en ambos lados de la unión Un lado será una soladura de filete de 12mm; el otro lado una soldadura de 6mm. Ambas soldaduras se harán con un electrodo E6014. La soldadura de filete de 12mmse esmerilara con maquina de desaparezca. Para dar toda esta información el diseñador solo dispone el símbolo en el lugar correspondiente en el plano para transmitir la información de soldadura. Fig.013

Fig.0.12

Los símbolos de la soldadura son tan esenciales en el trabajo del soldador como correr Un cordón o llena una unión, la American Welding Society (AWS) ha establecido un grup de símbolos estándar utilizado en la industria para indicar e ilustra toda la información para soldar en los dibujos y planos de ingeniería,

Fig.013

13


1) la línea de referencia siempre será la misma en todos los símbolos. Sin embargo, si el símbolo e soldadura es debajo de la línea de referencia, la soldadura se hará en el lado de la unión hacia la cual apunta la flecha. Si el símbolo de la soldadura esta encima de la línea de referencia, la soldadura se hará en el lado de la unión opuesta a lado en que se apunta la flecha.

2) la flecha puede apuntar en diferentes direcciones y a veces puede ser quebrada

3) hay muchos símbolos de soldadura, cada uno corresponde a una soldadura en particular

4) se agregaran acotaciones dimensionales adicionales a la derecha del símbolo si la unión se va a soldar por puntos en caso de la soldadura de filete. La primera acotación en la Fig. indica la longitud de la soldadura; la segunda dimensional indica la distancia entre centros de la soldadura.

5) la cola quizá no tenga información especial y a veces, se puede omitir Hay un gran número de combinaciones que se puede utilizar, pero los símbolos básicos de soldadura y los símbolos completamente mostrados en la SIG. Figura.0.13

Fig.0.13

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Las normas A.W.S también incluyen una serie de símbolos para información técnica que no siempre es necesaria, pero que en algunos casos si la es, estos símbolos suplementarios se entregan en la siguiente tabla.

Denominación Símbolo Significado

PERIFÉRICA

Soldar completamente alrededor de la junta

OBRA

Soldar en montaje o terreno.

PLANA Soldar a ras de la pieza, si recurrir a medios mecánicos.

CONVEXA El cordón debe quedar reforzado.

CÓNCAVA El cordón debe ser acanalado

CINCELADO

El acabado debe ser a cincel.

ESMERILADO

El acabado debe ser a esmeril.

MAQUINADO

El acabado debe ser a maquina.

Para utilizar los símbolos anteriormente nombrados se dibuja un símbolo de soldadura que este compuesto de una línea de referencia, una flecha y una cola, en la que se entrega la información necesaria para realizar la unión. Las diversas categorías de soldadura, se caracterizan por un símbolo, que en general, es similar a la forma de soldadura a ejecutar.

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El símbolo no sugiere el proceso de soldadura a ejecutar. Los símbolos elementales se muestran en la siguiente tabla. Nº Designación Símbolo

1 Soldadura de tope con bordes levantados (bordes completamente fundidos) *

2 Soldadura de tope a escuadra

3 Soldadura de tope en V

4 Soldadura de tope con bisel simple

5 Soldadura de tope en Y

1.6 Materiales de aporte En la soldadura, la relación entre la tensión o voltaje aplicado y la corriente circulante es la suma importante. Se tiene dos tensiones, una es la tensión en vacío (sin soldar), la que normalmente esta entre 70 a 80. La otra es la tensión bajo carga (soldando), la cual puede poseer valores entre 15 a 40 volts. Los valores de tensión y de corriente varían en función de la longitud del arco. A mayor distancia menor corriente y mayo tensión, y a menor distancia, mayor corriente con tensión mas reducida.

Circuito básico para soldadura por arco

Equipo de soldadura de CA o CC

Mango porta electrodos

Electrodo

Arco Pieza

Cable hacia la pieza

Cable hacia el electrodo

Fig.0.14 El arco se produce cuando la corriente eléctrica entre los dos electrodos circula a través de una columna de gas ionizado llamado plasma. La circulación de corriente se produce

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cumpliendo el mismo principio que en los semiconductores, produciendo una corriente de electrones (cargas negativas) y una contracorriente de huecos (cargas positivas). El plasma es una mezcla de átomos de gases neutros y excitados. En la columna central del plasma los electrones iones y átomos se encuentra en un movimiento acelerado, chocando entre si en forma constante. La parte central de la columna de plasma es la más caliente ya que el movimiento es muy intenso. La parte externa es mas fría, y esta conformada por la combinación de moléculas de gas que fueron disociadas en la parte central de la columna. Los primeros equipos para soldadura por arco eran del tipo de corriente constante. Han sido utilizados durante muchos tiempos, y aun se utilizan para soldadura con metal y arco protegido (SMAW siglas en ingles shielded metal arc welding) y en soldadura de arco de tungsteno con gas GTAW porque en estos procesos es muy importante tener corriente estable. Para lograr buenos resultados, es necesario disponer de un equipo de soldadura que posea regulación de corriente, que sea capaz de controlar la potencia y que resulte de un manejo censillo y seguro. Podemos clasificar los equipos para soldadura por arco en tres tipos básicos: 1.- equipo de corriente alterna 2.- equipo de corriente continua 3.- Equipo de corriente alterna y continua combinada Es importante en el momento de decidor por un equipo de soldadura, tener en cuenta una serie de factores importantes para su elección. Uno de dichos factores es la corriente de salida máxima, la que estará ligada al diámetro máximo de electrodo a utilizar. Con electrodos de poco diámetro, se requiere de menor amperaje que con electrodos de mayor diámetro. Una vez elegido el diámetro máximo de electrodo, se debe tener en cuenta el ciclo de trabajo para el cual fue diseñado el equipo. Por ejemplo, un equipo que posee un ciclo de trabajo del 30% nos indicado que si se opera a máxima corriente, en un lapso de 10minutos, el mismo trabajara en forma continua durante 3 min. Y deberá descansar los 7 min. Restantes. En la industria, el ciclo de trabajo más habitual es de 60%

Pinza Porta electrodos

Varilla

Cobertura

Escoria

Metal fundido Costura

Metal de base a soldarArco eléctrico

Gases de combustión

Esquema de un electrodo revestido en plena aplicación

Fig.0.15

Ignorar el ciclo de trabajo, pueden traer problemas de producción por excesivos tiempos muertos o bien terminar dañados el equipo por sobrecalentamiento excesivo.

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Se deberá tener en cuenta que al trabajar con bajas tensiones y muy altas corrientes, todos los posibles falsos contactos que existan en el circuito, se traducirá en calentamiento y perdida de potencia. Para evitar dichos inconvenientes, se menciona posible defectos a evitar, a saber:

1. Defectos en la conexión del cable del electrodo al equipo 2. sección del cable de electrodo demasiado pequeña, ocasionando

sobrecalentamiento del mismo 3. fallas en el conductor 4. defectos en la conexión del cable de equipo al porta electrodo. 5. porta electrodo defectuoso 6. falso contacto entre porta electrodo y electrodo 7. sobrecalentamiento del electrodo 8. longitud incorrecta del electrodo 9. falso contacto entre las partes o piezas a soldar 10. conexión defectuoso entre la pieza de tierra y la pieza a soldar 11. sección del cable de tierra demasiado pequeña 12. mala conexión del cable de tierra con el equipo.

Una vez analizados hasta aquí los aspectos eléctricos, veremos ahora las características de los electrodos.

Fig.016 La medida del electrodo a utilizar depende de os siguientes factores:

1. espesores del material a soldar 2. preparación de los bordes o filos de la unión a soldar. 3. la posición en que se encuentre la soldadura a efectuar. 4. la pericia que posea el soldador

El amperaje a utilizar para realizar la soldadura dependerá de:

1. tamaño del electrodo seleccionado 2. el tipo de recubrimiento que el electrodo posea. 3. el tipo de equipo de soldadura utilizado Los electrodos están clasificados en base a las propiedades mecánicas del tipo de metal que conforma la soldadura Fig.0.16 del tipo de coberturas o revestimiento que posea, de la posición en que el mismo deba ser utilizado y del tipo de corriente que

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se le aplicara al mismo. Las especificaciones requieren que el diámetro del núcleo del alambre no deberá variar más de 0.05mm de su diámetro y el recubrimiento deberá ser concéntrico con el diámetro del alambre central. Durante años el sistema de identificación fue utilizar puntos de colores cerca de la zona de amarre en el porta electrodo. En la actualidad, algunas especificaciones requieren de un número clasificatorio o código, el que se imprime sobre el revestimiento la cobertura, cerca del final del electrodo.

Fig.0.18

Grupo de color

Punto de color Color final

Electrodo con identificaciones de color y código impreso A pesar de ello, el código de colores se encuentra aun en uso en electrodos de poco diámetro, en los que no permiten imprimir códigos por no tener el espacio suficiente, o en electrodos extrudados con alta velocidad de producción. Todos los electrodos para hierro, acero al carbón y acero aleado son clasificados con números de 4 o de 5 dígitos, antepuestos por la letra E. los primeros números indican la resistencia al estiramiento minima del metal depositado en miles de PSI. El tercer digito indica la posición en el cual el electrodo es capaz de realizar soldaduras satisfactorias: (1) cubre todas las posiciones posibles (2) para posiciones plana y horizontal únicamente El último digito indica el tipo de corriente que debe usarse y el tipo de cobertura. Todos estos datos se detallan en forma grupal en la tabla Por ejemplo, un electrodo identificado co E7018 nos esta indicando una resistencia al estiramiento de 70.000psi mínimo, capaz de poder utilizar en todas las posiciones de soldadura con CC o CA. Teniendo una cobertura compuesta de polvo y hierro y bajo hidrogeno. En el caso de números idénticos de cinco cifras, daremos el ejemplo: de E11018, en el cual los tres primeros números indican la resistencia al estiramiento minima, que en este caso es de 110000psi. Se puede tener una propuesta de una letra y un numero (por ejemplo A1; B2; C3; ETC.), la cual indica aproximadamente el contenido de la aleación del acero depositado mediante el proceso de soldadura. Este valor también se encuentra detallado en la tabla. La forma de clasificar los electrodos es la norma AWS A5.1. Esta norma utiliza medida inglesa. La norma CSA W48-1M1980 utiliza como medidas el sistema internacional si. Por lo tanto, la resistencia a la fracción en el sistema CSA se expresa en kilo pázcales o mega pázcales. En el caso del electrodo E7024, la resistencia a la tracción es de 70000psi equivalente a 480000Kpa o 480mpa. Con la especificación CSA, el E7024 se

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Expresa como E48024. En ambos casos, la característica del electrodo deberá ser las mismas. La diferencia en las nomenclaturas responde a distintos tipos de unidades entre las normas AWS Y CSA.

Se podrá comprobar en la práctica que la cobertura del electrodo para soldadura por arco posee una gran influencia sobre los resultados obtenidos. El tercer y cuarto digito

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en una designación de electrodos de cuatro números (el cuarto y el quinto en una de cinco números) le informa al soldador experimentado sobre las características de uso. Las funciones de la cobertura de un electrodo son las siguientes, a saber:

1. proveer una mascara de gas de combustión que sirva de protección al metal fundido para que no reaccione con el oxigeno y el nitrógeno del aire

2. proveer un pasaje de iones para conducir corriente eléctrica desde la punta del electrodo a la pieza, ayudando al mantenimiento del arco.

3. proveer fundente para la limpieza de la superficie metálica a soldar eliminando a los óxidos en forma de escoria que serán removidas una vez terminada la soldadura.

4. controlar el perfil de la soldadura, en especial en las soldaduras de filete o esquineras.

5. controlar la rapidez con el aporte del electrodo se funde. 6. controlar las propiedades de penetración del arco eléctrico 7. proveer material de aporte el cual se adiciona al que se aporta del núcleo del

electrodo 8. adicionar materiales de aleaciones en caso que se requiera una composición

química determinada. Algunos de los componentes de la cobertura del electrodo que producen vapores o gases de protección bajo la acción del calor del arco eléctrico son materiales celulósicos, como algodón de celulosa o madera en polvo. Los gases producidos son dióxidos de carbón, monóxido de carbono hidrogeno y vapor de agua. Los componentes de la cobertura que tiene por finalidad evitar los óxidos en la soldadura son el manganeso, el aluminio y el silicio. Las coberturas son aprovechadas para incluir elementos en aleación con materiales de aporte o de relleno. De hecho, el polvo de hierro es muy utilizado en las coberturas de los electrodos para soldadura por arco.

1.7 Fundamentos de la soldadura por resistencia La soldadura por resistencia se realiza mediante un grupo de procedimientos en lo cuales emplea la resistencia propia de los materiales al paso de una corriente eléctrica para generar el calor necesario. Difiere de los procesos de soldadura por fusión en que requiere, además de calor, la aplicación de presión mecánica para unir las partes por forjado. Es una soldadura del tipo autógena, o sea en la unión entre las piezas no interviene materiales ajenos a ellas. Cualquier que sea el proceso usado, la dosificación de la corriente aplicada y el tiempo empleado en la soldadura así como la presión utilizada, se necesita maquinas equipadas adecuadamente para obtener una fabricación de calidad. El equipo de soldadura por resistencia se clasifica atendiendo a su funcionamiento eléctrico, como del tipo de energía directa o como de energía almacenada. Aunque se consigue en el comercio maquinas de soldar tantos monofásicas como trifásicas, las maquinas monofásicas de energía directa es la de mas uso común, por ser mas sencilla y la menos costosa en cuanto a precio de adquisición, instalación y mantenimiento.

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Las normas ISO, y otras como DIN, AFNOR, etc. Tiene clasificaciones muy complejas y exhaustivas con todas las variantes posibles en este tipo de maquinas para soldar; pero, para facilitar el manejo y compresión de estas técnicas vamos a clasificar en tres grupos principales según como se realiza. (Fig. 1.1)

Fig.1.1

Soldadura por salientes

Soldadura por puntos

Soldadura tope

1. Por resistencia. 2. Por salientes. 3. Soldadura a Tope.

También existe otros métodos de soldadura por resistencia que son: por percusión por puntos en rodamientos, por costura y soldadura por arco con presión. Que no tocares por este momento pero si es importante mencionarlos.

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1.8 Soldadura a puntos de resistencia El soldado por puntos es el proceso de soldadura por resistencia mas usado para la unión de piezas formadas con chapa y laminas de espesores pequeños o medianos. En su aplicación mas simple la soldadura por puntos consiste simplemente en prensar dos o mas piezas de metal laminado entre dos electrodos de soldar, de cobre o de una aleación de cobre, y pasar una corriente eléctrica de suficiente intensidad por las piezas, para dar lugar a su soldadura por unión. Fig.1.2

Fuerza Soldadura por puntos de resistencia

Corriente

Corriente

Fuerza

Fig. 1.2 1.9 Como se produce un punto de soldadura Una corriente eléctrica (que medimos en amperios) circula desde un electrodo al otro atravesando las laminas a ser soldadas y en su camino encuentra unas resistencias a su paso, las cuales disipan una energía que se convierte en calor. El calor producido es directamente proporcional al valor de la resistencia y aumentaron el cuadro de los valores de la intensidad, o sea, con doble de resistencia doble calor y con doble intensidad, cuatro veces más calor. Este cálculo es la aplicación de la ley de joul que se expresa con la siguiente formula: E = RI2T R = resistencia. I = corriente. T = tiempo. E = calor.

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Observamos que al inicia el proceso de soldadura los amperios pasan a través de cinco diferentes resistencias generadoras de calor. Fig.1.3

Fig.1.3 Rp.- esta es la resistencia de contacto entre las piezas a soldar y donde nos convendría que se depositase toda la energía, el calor, durante el proceso. El esfuerzo aplicado a la soldadura reduce su valor. Tabla 1.1

RC1

RM1

Rp

Rm2

Rc2

Electrodo superior

Electrodo inferior

Fuerza

Fuerza

Tabla 1.1. Variación de la resistencia Rp. al aumentar la presión aplicada. Rm1 y Rm2.- Estas son las resistencias propias del material a soldar y no podemos actuar sobre ellas. En frío, al inicio de la soldadura, estas resistencias tienen un valor

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pequeño que se multiplica por aprox. 10 al aumentar la temperatura generando un calor inevitable y necesario que poco después de iniciar el proceso será el principal componente del calor aplicado a la soldadura. Rc1 y Rc2.- Estas son las resistencias de contacto del electrodo con la pieza. La energía, el calor, que se deposita en esas zonas debido a esas resistencias es la principal causa de problemas. Reducir esta resistencia es primordial para alargar la vida de los electrodos y reducir las huellas en la superficie de las piezas. El esfuerzo aplicado a la soldadura reduce su valor en mayor proporción que el de la Rp. Tabla.1.2. variación de la resistencia Rc al aumentar la presión aplicada Estas curvas son orientadas, pues, la variaciones en el material de las piezas de los electrodos o variaciones en los estados superficiales de ambos producen resultados diferentes.

Inicio Soldadura

Final hermanamiento superior de contacto

Inicio formación lenteja

Fin Soldadura

Resistencia contacto electrodo

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Inicio soldadura

Resistencia contacto entre piezas Rp.


Fin soldadura


Inicio soldadura

Final hermanamiento superficie de contacto


Final soldadura

Resistencia de los metales a soldar Rm1 +Rm2. aumenta por efecto de la temperatura sobre los aceros

Inicio soldadura



Final soldadura

Resistencia total

Tablas. 1.3

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Las magnitudes de todas estas resistencias eléctricas varían en un proceso dinámico continuo tabla. 1.3 durante el tiempo que ocupa el proceso de soldeo y cada una de ellas lo hace por causas y en proporciones diferentes como por ejemplo la Rp, que desaparece al iniciarse la forma de la lenteja Fig. 1.4 produciendo el calor todavía necesario para la soldadura por la acción de las resistencias Rm1 y Rm2 ya convertidas en una sola, y el resto, inevitablemente, en las Rc1 y Rc2 cuyo valor ha disminuido significativamente al mejorar el contacto electrodo pieza.

Fig.1.4 Hasta ahora lo explicado ha partido de la premisa de que el valor de las resistencias en juego es simétrico respecto al plano de soldadura, para obtener una buena soldadura es preciso que el centro del calor, donde se produce la fusión y la lenteja, coincida con la superficie de contacto entre las piezas a soldar, y esto no siempre es así como en los casos, por ejemplo, de la soldadura diferentes materias les y de conductividad diferente vemos en la necesidad de usar electrodos con caras diferentes auque las chapas sean iguales Fig.1.5 y Fig. 1.6

Rc1

Rm1

Rp

Rc2

Rm

Rc1

Rm1+Rm2

Rc2

Al iniciarse la soldadura

Al formarse la lenteja

Rm1

Rm1

Rc1

Rc1

Fe Fe

Rm1>Rm2 Rc1 = Rc2

Rm1

Rm2

Rc1

Rc2

Rm1 + Rc1 =Rm2 + Rc2

Rm1

Rm1

Rc1

Rc1

Inox Fe

Rm1>Rm2 Rc1 > Rc2

Rm1

Rm2

Rc1

Rc2

Rm1 + Rc1 =Rm2 + Rc2

Inox Fe

Inox Fe

Fig. 1.5

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Rc1 (resistencia electrodo 1)

Rc1 (resistencia contacto 1)

Rm1 (resistencia materiales 1)

Rp (resistencia contacto en pieza)

Rm2 (resistencia electrodo 1)

Rc2 (resistencia electrodo 1)

Re2 (resistencia electrodo 1)

Se forma la lenteja donde se juntan las chapas.

Rt2

Se forma la lenteja en el interior de una de las chapas lejos de la unión. Las chapas no se unen.

Rt1

Fig. 1.6

Este equilibrio térmico lo hemos de conseguir variando las resistencias que intervienen para mantener la simetría y el equilibrio necesario y para ello los electrodos y en algunos casos especiales con la conductibilidad de los cobres empleados en los electrodos. 1.10 Tiempo de compresión Para formar la lenteja el punto de soldadura, no es suficiente el paso de una corriente a través de las piezas y que se alcance en ellas el punto de fusión, pues se necesita también una aplicación de fuerza entre los electrodos, que suelden y se forje la lenteja. Este parámetro también es muy importante y nos lo indican las tablas de valores aconsejadas para cada tipo de soldadura. Como en el caso de la corriente, es la fuerza por mm2 de superficie activa del electrodo lo que realmente importante y tiene que estar entre 4 y 12 dan/mm2 en el caso del soldeo de aceros de baja aleación. Para evitar proyecciones y soldadura de mala calidad tenemos que estar seguros de que los electrodos, no solo ha llegado apretar las laminas si no que están aplicando la magnitud del esfuerzo correcto.

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Rc1

Rp

16

50

Resistencia

50 75

50%daN

Rv

Rp

100% daN

Fig.1.7

Al aumentar la presión al doble se observa que disminuimos en un 70% las resistencias de contactos y tan solo en un 33% la de contacto entre planchas. Obtendremos menos huella pero la energía en la zona de la soldadura es también el 33% inferior por lo que es aconsejable trabajar con una I un 22% mas alta y el calentamiento se distribuirá de formas mas apropiadas a la que nos conviene En principios, las soldaduras de mayor calidad se consiguen con presiones elevadas, con lo cual reducimos las resistencias Rc1 y Rc2, produciendo huellas menores y mayor duración de los electrodos. Al mismo tiempo disminuye, aunque se en menor proporción la Rp por lo que precisamos aplicar mas amperios. Deben elegirse siempre que las características de las maquinas lo permitan, los valores altos de corriente y presión con tiempos cortos.

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1.11 Tiempo de soldadura. Debe de tenerse claro que lo que suelda, lo que genera de calor, lo que se aconseja en las tablas para cada tipo de soldadura son los amperios y el tiempo y el como se aplica y no los Kva. Si el control de la maquina no mide la corriente de soldadura, es muy conveniente disponer de un amperímetro para la puesta a punto de los procesos. Los amperios que se recomienda en las diferentes tablas y publicaciones para cada tipo de soldadura siempre van acompañadas del diámetro de la cara activa del electrodo a emplear, y, se tiene que saber que lo realmente importante es la densidad eléctrica, es decir, los A/mm2 que circulan por la cara activa del electrodo para formar la lenteja.

δ= A/ (Dca2 (π/4)) δ= densidad eléctrica. Dca = diámetro de la cara activa.

A= intensidad de la soldadura. Como orientación rápida antes de acudir a las tablas y curvas de soldabilidades, estas densidades eléctricas pueden ser del orden de 220 A/mm2 a 320 A/mm2. El objetivo del paso de la corriente es fundir y alcanzar la temperatura de forja en las zona donde se debe crear la lenteja de soldadura por lo que si se aplica un exceso de corriente y o de tiempo se produce una fusión de material superrío a la necesaria, se produce proyecciones de chispas, vaciado de la soldadura, Fig.1.8 y destrucción de la cara activa del electrodo por haberse producido mayor aportación de calor de la necesaria.

Fig.1.8

El campo magnético, creado por la circulación de la corriente a través de los electrodos, expulsa el metal fundido a cierta distancia. Todo el metal fundido salvo una columna en el centro del electrodo será expulsado; esto es el chispeo que debe siempre ser evitado

Conviene tener el concepto de que una chispa es una porción de material fundido que es expulsada por las fuerzas repelentes que se crean en ella dentro del fuerte campo magnético creado por la corriente de soldadura y que su existencia es indicio de que ha habido fusión de material donde no debía haberla, sea por mal contacto electrodo-pieza o por exceso de corriente o tiempo en la soldadura.

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1.12 Tiempo mantenido de la presión Durante el proceso de soldadura, al iniciarse el paso de la corriente, se inicia un ligero aplastamiento por contacto de superficies, que el eléctrodo debe seguir sin que se pierda la presión en la soldadura, Fig.1.9, y a continuación al dilatarse el material por defecto del calor, aumenta el grueso del material el cual desplaza al electrodo y, al iniciarse la fusión, que formara la lenteja, vuelve a disminuir el grosor. El conjunto de esos movimientos es lo que se llama tiempo mantenido.

Des

plaz

amie

nto

Dilatac

ión

Lenteja

10% perdida de espesor

Zona de hermanamiento inicial de la superficies

Zona de dilatación previa al inicio de la formación de la lenteja

El material se funde y crece la lenteja

La presión continua apretando en el material pastoso y crea el reborde del punto.

Des

plaz

amie

nto

Dilatac

ión

Lenteja

10% perdida de espesor

Zona de hermanamiento inicial de la superficies

Zona de dilatación previa al inicio de la formación de la lenteja

El material se funde y crece la lenteja

La presión continua apretando en el material pastoso y crea el reborde del punto.

Fig.1.9 En las maquinas con brazos, la elasticidad de estos es en general suficientes para seguir estos movimientos; pero en las maquinas de descenso rectilíneo debe tenerse en cuenta esta premisa y usar aquellas que se empleen cilindros u otros medios de presiona de calidad o tengan algún medio elástico en el circuito del esfuerzo, debido a la

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importancia que estos ligeros desplazamientos tiene para la soldadura. En la soldadura de aluminio es de vital importancia esta observación 1.13 Tiempo de enfriamiento. El agua no es tan solo para enfriar el cobre del electrodo y evitar su aplastamiento, sino que también tiene como misión, importante e indispensable, el enfriamiento de la pieza a soldar en la zona de contacto con el electrodo para que solidifique la lenteja fundida bajo presión durante el tiempo de mantenimiento inmediato posterior al de soldadura.

Mal Correcta Mal

Fig. 1.10 El agua debe llegar al electrodo (Fig.1.10), siempre, por el conducto central del porta electrodo y tiene que circular un caudal de 4 a 8 litros por minuto. No basta que la maquina este conectada a la red de agua, tenemos que estar seguros de que circula el caudal suficiente por los electrodos que llegan a estos de forma correcta y que la superficie activa, diámetro de la punta del electrodo que contacta con la pieza, se corresponda con los amperios y esfuerzos que vamos a usar en el soldeo. Un circuito de agua defectuoso, aun cuado circule el caudal correcto en frío, produce bolsas de vapor en los puntos calientes, especialmente en los electrodos en el momento de soldar, no enfriándose justo cuando es mas necesario. En la maquinas de soldar la misión del agua no es solamente la de enfriar la maquina, sino que interviene de forma importante en la calidad de la soldadura obtenida y en la duración de los electrodos, La temperatura del agua en la entrada no debe de sobrepasar los 25ºc y normalmente la presión en la entrada con el agua circulando tiene que ser de 250 kilo pázcales salvo dato diferente del fabricante

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Capitulo II.

Como se hace un punto de

soladura y

recomendaciones para

obtenerla en forma

adecuada

33


2.1 Las piezas a soldar Para unir las piezas con unos puntos de buena calidad también deben exigírseles a estas ciertas condiciones en cuanto a formas, dimensiones y situaciones de los puntos en ellas y, de no poderlos conseguir totalmente se tendrá que estudiar la mejor forma de compensar esa falta de colaboración de las piezas. La distancia entre puntos y hasta los bordes de piezas debe cumplir una determinadas condiciones que en las tablas de valores aconsejados. Para el soldeo ya vienen indicados. A falta de ese dato prever que el centro de la lenteja este, como mínimo, a una distancia del borde mas próximo equivalente de 1.1 a 1.3 veces su diámetro o el de la cara activa del electrodo. Fig. 1.11.

1,1 a 1,3 Dca

LB

1,1 a 1,3 Dca

LB

LB

LB

LB

LB

LP LPLP LP LDLD

Fig. 1.11

LD es la fusión del espesor del material

Tiene que venir debidamente conformadas en operaciones anteriores pues las maquinas de soldadura, salvo excepciones en algunas maquinas especial, no esta prevista para reconformar las piezas que sueldan. Antes de diseñar las piezas que luego deban ser soldadas debe tenerse en cuenta (Fig. 1.12) que determinadas formas no son aptas para ser soldadas o encarecen y complican extraordinariamente el proceso de soldadura. Generalmente dichas formas pueden ser fácilmente modificadas por otras de utilidad similar fácilmente soldables en el momento en que se diseñan.

34


El fuerte campo electromagnético que producen la corriente durante el soldeo puede mover la pieza si esta no esta previamente sujeta, con lo que se puede producir un desgaste de electrodo y un mal resultado en la soldadura o en la geometría de la pieza final. Las piezas tienen que presentarse limpias, sin pintura, arenillas, aceites no conductores, etc.…

A evitar Aconsejado

Fig. 1.12 2.2 Aspectos y características El resultado óptimo a conseguir es una lenteja entre las dos piezas a unir formada por un material fundido de ambas. Fig.1.13 El diámetro de la lenteja tiene que ser del orden del 90% al 110% del diámetro de la cara activa del electrodo. El espesor de la lenteja tiene que ser inferior a la suma del espesor del material soldado. Donde se ha aplicado el electrodo queda una huella circular formando por reborde liso, de material no poroso y si grietas que ha sido desplazado hacia los bordes por la presión de los electrodos.

35


Figura. 1.13 La zona central de la huella tiene que tener un color mas claro que la periferia pues el electrodo la enfría y por lo tanto se oxida menos que esa periferia que no esta en contacto con el electrodo. En chapas y laminas delgadas < 2.5mm un punto bien realizado y roto por tracción. Fig. 1.14., rompe dejando un botón y agujeros en las piezas

Zona con cambio de estructura por haber alcanzado 500º a 800º

Zona sólida

Zona fundida

Zona con cambio de estructura por haber alcanzado 500º a 800º

Zona sólida

Zona fundida

Separación entre laminas

Espesor de la lenteja

Altura de resalte Ø huella Profundidad de la huella

Separación entre laminas

Espesor de la lenteja

Altura de resalte Ø huella Profundidad de la huella

Fuerza Fuerza

Fig. 1.14

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Los bordes cortantes e irregulares solo se producen cuando la fusión ha alcanzado el exterior y ha habido fundición irregular con salida de material fundido al exterior. El espesor más elevado que no dejan botón, la rotura debe ser homogénea y regula, sin cavidades ni defectos. Estamos ante un punto defectuoso si la huella tiene rebordes irregulares, cortantes, que indica que la fusión del material ha alcanzado al electrodo y la superficie exterior de la pieza. También unos bordes muy irregulares con puntas muy oxidadas indican que ha habido proyección de material fundido. Proyección de chispas y por tanto vaciado de materia y mala calidad. Fig.1.15 Una huella que parece correcta pero con su centro ennegrecido muestra que el electrodo no ha enfriado lo suficiente la superficie después de realizar la soldadura. En la zona Inter-planchas Fig. 1.16, junto a la lenteja y para espesores superiores a 1.5mm queda una pequeña separación debido a que el empuje que produce el material al dilatarse por el calor se pude actuar lateralmente. Fig. 1.15 Fig. 1.16. Este efecto es mas acusado cuanta menos conductividad térmica tenga los materiales, como es el caso del acero inoxidable o cuando son de baja resistencia mecánica como es el caso de aluminio. Es difícil de eliminar pero reduce empleando programas de soldadura que proporciona un calentamiento post soldadura para reducir grietas y oquedades simultaneo a la aplicación de un esfuerzo que alcanza a ser del orden del 250% del empleado para soldar. Para el ¿como se hace? El punto de soldadura nos remitimos a la secuencia Fig. 1.17 que debe de estudiarse con atención y ser comprendida por ser básica para el conocimiento de ese tipo de soldadura.

Incorrecto

Correcto

Incorrecto

Correcto

Cuando se inicia el contacto de los electrodos y antes de aplicar toda la presión solo hace contacto el 10 a 30% de la sección.

1º

37


Fig. 1.17

Con toda la presión ya ha mejorado la zona de contacto.

Al inicio del paso de corriente se centra el calor en las zonas de contacto.

Ya se ha formado la lenteja y parte de la huella hay reducción de perdidas en las zonas de contacto y mayor aportación de calor en el material.

A la superficie de la pieza se le tiene que robar calor a través del cobre del electrodo y formar una piel que contiene un crisol de metal fundido el cual no debe entrar en contacto con los electrodos.

Cuando ha terminado la soldadura los electrodos deben permanecer en contacto un tiempo para disipar el calor de la chapa. Es el tiempo de mantenimiento.

2º

6º

4º 5º

3º

La marca en la superficie es visible y debe ser mas clara en el centro que en la periferia.

7º

38


2.3 Preparación de equipo para antes de soldar Básicamente tenemos que conocer las regulaciones de tiempos corrientes y presiones que nos piden la hoja de proceso de la pieza, y en el caso de no disponer de dichos datos acudir con las características de la pieza a las tablas de parámetros aconsejados y determinar aquellas que creamos mas adecuadas dentro de los que pueda suministrar la maquina a utilizar. No obstante la existencia de maquinas que no emplean aire comprimido como fuente de energía para generar los esfuerzos necesarios, nos referimos siempre a maquinas que usen el aire comprimido por ser así la inmensa mayoría de las actualmente en funcionamiento. Una premisa básica es que salvo para trabajos cortos o esporádicos los brazos, porta brazos, porta eléctrodos, electrodos etc. Tiene que ser los apropiados para el trabajo a realizar procurando un trabajo cómodo para el operario, una buena accesibilidad para la pieza y que abarquen la minima área posible. Fig. 1.18

Piezas pequeñas brazos Cortos.

Pieza grandes brazos largos

Piezas con separación de brazos regulables

Fig. 1.18 Debe de evitarse la mala costumbre de utilizar siempre la maquina para cualquier tipo de trabajo con la conformidad del 1ª día de uso. En las maquinas con brazo, y de esta especialmente en las piezas, es muy necesario disponer de unos diagramas en los que en función de la longitud de los brazos y la presión de la red de aire se conozca la presión aplicada, y también las carreras de apertura entre los electrodos, distinguen entre la posible gran apertura el acceso a la zona de la pieza a soldar, la necesaria para el trabajo y la que debe reservarse para que con el desgaste de los electrodos nos lleguemos al fin de la carrera utilizable Fig. 1.19 Otro grafico del que se debe disponer es la deformación debida al esfuerzo que estas maquinas no es despreciable Fig. 1.20. Es importante tener en cuenta que durante el montaje y la preparación de la maquina, el contacto y sujeción de los componentes no debe responder tan solo a características mecánicas, pues por buen parte de ese circuito mecánico de esfuerzos y por esas uniones tiene que circular unas elevadas corrientes eléctricas que precisan limpieza y la máxima superficie en los contactos, evitando la interposición de cualquier producto que pueda perjudicar el paso de esa corriente.

39


Fig.1.19

Fig.1.20

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Se comprueba el circuito de agua de refrigeración, con especial atención con los tubos que se enfrían de los electrodos. Fig.1.21., y se hace circular el agua comprobado que circulen correctamente.

Fig. 1.21

10 mm

......

d

d

10 mm

......

d

d

Se pone al control en la posición no soldar, se programa todos los tiempos del ciclo de soldadura previsto y se programa que las soldaduras sean de ciclo único, punto a punto. Todavía sin conectar el aire se comprueba que el programa corra bien, se conecta el aire y se regula la presión del manó reductor para disponer de la fuerza que deseamos en la soldadura. Para conocer la fuerza aplicada a la soldadura, las maquinas solo tiene la indicación de la presión de entrada de aire, la cual para cada maquina tiene una relación constante con la fuerza que puede aplicar, no obstante, como un manómetro puede averiarse y también las juntas o guías de un cilindro neumático es muy conveniente disponer de un medido de esfuerzo para comprobar si estamos aplicando el correcto, cuando nos encontramos con alguna soldadura con problemas. Todavía con el control en la posición no soldar se colocan las piezas en la misma forma y en posición que queremos utilizar durante la producción y se comprueba si al aplicar la presión se provoca movimientos que perjudique la maniobra o sea peligrosos para el operador o parel fixture de carga, y, repitiendo varias veces seguidas el ciclo, se comprueba si no cae la presión de la red de aire y el esfuerzo soldando se mantiene. Nos procuramos unos cuantos recortes de lámina o chapas del mismo espesor y acabado superficial que el de las piezas a soldar para realizar con ellas las pruebas de puesta punto de la soldadura. Ponemos el control en posición soldar y regulamos la corriente aproximadamente al 80% del valor que creemos será necesaria, y, ya podemos iniciar el ajuste del tiempo de acercamiento, pues la corriente de soldadura no debe empezar a circular antes de que cilindro toque la pieza, si no cuando esta ya recibe todo el esfuerzo, o sea se ha llenado ya el cilindro a su presión. Le damos un valor muy elevado al tiempo de acercamiento y el tiempo de soldadura lo reducimos a un tercio de su valor para que durante las pruebas del acercamiento no se pueda producir la lenteja de soldadura. Se van realizando ciclos reduciendo cada vez el tiempo de acercamiento hasta que se produce desprendimiento de chispas en los electrodos. Cuando esto ocurre se le añade

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un tiempo prudencial a es valor 3 o 4 ciclos, y se comprueba varias veces que no chispea y a ese calor lo dejamos regulado. Ahora ya podemos soldar y para ello iremos aumentando gradualmente el tiempo hasta llegar cerca del teóricamente previsto según las tablas y a partir de ese valor empezaremos a aumentar la corriente hasta que combinando los dos mandos de regulación, tiempo y corriente, alrededor de los valores previstos obtengamos soldadura satisfactorias lo cual comprobaremos con pruebas destructivas El tiempo de mantenimiento debe garantizar que la soldadura se enfríe bajo presión a través del electrodo refrigerando y es suficiente cuando la huella de la soldadura es menos oscura en el centro que la periferia como calor orientado puede regularse en 5 periodos para espesores de .8mm., 10 periodos para las de 1.6mm... y unos 30 para las de 3.3mm. Y ya podemos probar con las piezas a soldar, lo cual puede exigir un ligero ajuste posterior. El ciclo automático, si es necesario, se emplearan después de una corta serie de soldeos realizando punto a punto satisfactoriamente y cuando el operador tenga la practica necesaria. Cuando se trata de utilizar ciclos mas complejos los pasos a realizar son los mismos pero tiene que preverse el tiempo necesario, horas e incluso días para afinar el uso de impulsos, pendiente, incrementos escalonados de corriente, recocidos forjas, etc.…etc. 2.4 Esfuerzo Cuando una soldadura marca mucho, generalmente no se le debe quitar presión a los electrodos, si no añadirle, pues la huella excesiva se ha producido porque la Rc es demasiado grande, se deposita allí mucha energía y el material se reblandece o funde en esa zona de contacto, la cual debería ser la zona mas fría de la soldadura. Recordemos que con la presión que se aplica entre electrodos estos no llega a ni a marcar el hierro en frío. En algunos casos ese exceso de marca o huella puede ser debido a unos valores excesivos de la corriente o del tiempo que han llevado la fusión de la lenteja interior hasta la superficie externa. Para la obtención de buena soldadura los daN/mm2 aplicados son tan importantes como la corriente de paso de esta. 2.5 Agua Es muy importante revisar periódicamente el correcto funcionamiento del circuito del agua, el cual tiene mucha importancia en la calidad d la soldadura y en el consumo de electrodos El tubo que llega hasta interior del electrodo tiene que acabar en pico de flauta y su extremo tiene que estar a una distancia del fondo del electrodo equivalente al diámetro interno del tubo. Fig.1.21 Una irregularidad en la salida del agua o el salir a borbotones mientras se suelda es signo inequívoco de una mala circulación.

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2.6 Corriente Cuando la maquina disponga de tomas de regulación en el transformador conviene usar la de menor tensión posible y emplear el regulador electrónico de intensidad cerca de su máximo. Cuando dentro del área que abarca los brazos queda situada por necesidad del trabajo una apreciable cantidad de hierro de las piezas o fixture, los amperios con que se efectuara esa soldadura será menores que los de soldadura en que utilizar esa soldadura será menores que los de soldadura en que no ocurra esa circunstancia, por lo que puedes tenerse que utilizar un programa distinto con otros parámetros, para soldadura iguales Es importante estudiar y saber aprovechar las posibilidades que ofrezca el control electrónico de la maquina para dosificar de forma apropiada la forma de paso de la corriente. 2.7 Situación de los puntos El punto de soldadura debe darse a una distancia del borde de la pieza, Fig. 1.22 Que evite el vaciado de la lenteja. Si no se puede respetar las distancias aconsejadas pruebe el soldeo con calentamiento previo (solo como orientación, con un 50% de tiempo y de la corriente prevista) para que adapte muy bien las superficies a soldar, y, después de un breve tiempo frío, del orden de tres periodos, soldar con tiempo muy corto, elevada presión y alta intensidad.

Flujo de calor.

Fig. 1.22

La 1ª solución puede tener más resistencia que la 2ª

Fuga de corrienteFuga de corriente

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Los puntos de soldadura tienen que estar suficientemente separados para que la corriente eléctrica que se desvía y pasa por el punto ya soldado no sea significativa. Si no se puede respetar esa distancia, Fig.124., es necesario que el punto dado posteriormente se realice con unos parámetros distintos de corriente y tiempo, para lo cual llamaremos a otro programa de control electrónico. En bastantes casos es muy importante el orden en que se dan los puntos, Fig.1.25., pues pueden quedar mal presentadas las piezas

Fig.1.25 Se tiene que asegura que la posición de trabajo que permita que la punta del electrodo y la pieza a soldar establezcan contacto en toda su superficie, pues de no ser así la elevadísima densidad de corriente en la pequeña zona del electrodo que toca la pieza. Fig.1.26., al principio de la soldadura, daña al electrodo y a la pieza y provoca muchas chispas. Cuando no hay seguridad de buen contacto es conveniente que la corriente llegue a su máximo después de una pendiente de subida

Fig.1.26

Fig. 1.23

1er punto a dar para el resto debe utilizarse otro

programa

Fig.1.24

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2.8 Piezas Las superficies de contacto electrodo pieza y entre piezas, tiene que estar limpias de pintura, aceites, tierra, etc. Y de no estarlo puede necesitarse un precalentamiento, o aun pendiente de subida de la corriente que asegure un posterior pleno contacto.

La chapa no entra en contacto en el área de los electrodos a pesar de la

Con un precalentamiento calentamos las piezas

Después del precalentamiento se precisa un tiempo frío para permitir que el espacio entre las chapas se cierre debido a la presión ejercida sobre el metal

Una vez en contacto las planchas en la zona de la soldadura se procede a un soldeo con valores normales

Mismo tratamiento pero empleado los tiempos más cortos para evitar vaciado

Fig.1.26 Si las laminas o chapas a soldar no se están tocando bien, parte del esfuerzo se emplean en deformarlas y, cuando se llegan a tocar al iniciarse la soldadura, hay menos presión entre las planchas, es mas elevados Rp, se desarrolla muchas energías por la baja presión ene ese punto y la soldadura se vacía de material fundido provocando muchas proyecciones. En ocasiones las piezas a soldar no llegan ni tan si quiera a tener contacto en la zona del punto de soldadura, Fig.1.26., y en otras ese contacto es muy deficiente, generalmente por problemas de prensado o corte o deformación de las piezas a soldar, y la presión en frío entre los electrodos no es suficiente para que se pueda iniciar el proceso de soldadura con garantía de calidad. En estos casos es necesario un precalentamiento inicial a baja presión que hermane las superficies y permita una buena soldadura posterior. Recomendamos como orientación, unos parámetros de alrededor de tres

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periodos de tiempo caliente con una corriente de un aprox. El 50% de la soldadura, otros dos periodos de tiempo frío e iniciar ya la soldadura con sus valores correctos. Algunos controles disponen una opción en la que el tiempo de soldadura empieza a contar cuando la corriente de soldadura ha sobrepasado un determinado umbral y por lo tanto ya hay seguridad de contacto aceptable entre las piezas. Estas opciones es muy útil en determinar casos de oxidación o suciedad. Si por motivos de forma de la pieza o de los brazos de la pistola de soldadura ocurre que la pieza y los brazos entran en contacto, tiene que aislarse esos posible puntos de contacto con una cinta aislante especial para ello o por cualquier otro medio pues la corriente que se derivador esos contactos se resta de la de soldadura pudiendo resultar puntos defectuosos por esta causa. Normalmente los tiempos o corrientes de precalentamiento para acondicionar las superficies o las piezas no las tiene que sustraer de las cantidades aconsejadas en las tablas para la soldadura. 2.9 Electrodos A medida que se van efectuando soldadura el diámetro de la punta del electrodo en contacto con la pieza, la cara activa, va aumentando y a su vez se ensucia con oxido e incrustaciones metálicas. Este inevitable deteriore debe corregirse antes de que produzca soldadura de mala calidad. Parece correcta la teoría que sostiene que no es conveniente rebajar el material de la punta del electrodo hasta llegar al cobre limpio si no simplemente rebajar la periferia hasta llegar al diámetro deseado y limpiar de incrustaciones la superficie de la punta. Esto se puede realizar a mano usando una fresa portátil especial o automática o cambio el electrodo por otro y hacer las caras activas de los electrodos usados, generalmente por lotes, en una maquina o herramienta adecuada. El reavivar los electrodos a mano con una lima sobre la maquina es una mala practica a evita. Conviene usar, siempre que esa posible, electrodos normalizados y evitar los especiales. Si las características dimensiónales de las piezas a soldar nos obligan a tener que diseñar algún electrodo especial, es muy importante saber con que fuerza tenemos que soldar para que su forma le permita soportarla sin deformarse, y , comprobar que la distancia hasta el agua de refrigeración desde la cara activa del electrodo sea similar a la que se emplea en los electrodos normalizados del orden de los 10mm con el electrodo nuevo durante el soldeo se produce un importante campo electromagnético debido al paso de las fuertes intensidades usadas. Este campo además de lanzar a distancia la partícula de hierro en forma de chispas somete a esfuerzos mecánicos importante el circuito de brazos, porta electrodos y electrodos. Tiene mucha importancia en la vida de un electrodo la solidez y rigidez del sistema mecánico que lo soporta. Una maquina de poca calidad o mal diseño que permita que el electrodo gire o se desplace durante el soldeo, cuando su superficie esta a temperatura elevada y tiene una muy baja resistencia al desgaste, aumenta muy apreciablemente el consumo de electrodos, aunque ese movimiento parezca insignificante. La vida de un electrodo y el numero de soldadura que puede llegar a realizar depende mucho de del “tipo de corriente” y de cómo se le da. El empleo de corrientes continuas procedentes de alternas con frecuencias de la red o de medias frecuencias rectificadas, así como trabajar con tensiones bajas y poco recortadas prolongan bastante los periodos entre reavivados de los electrodos y la vida útil de estos.

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Capitulo III.

Soldadura por

protuberancia y soldadura

Tope

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3.1 Soldadura por partes salientes En el proceso de partes salientes la corriente y el flujo de calor se localiza en un punto o en puntos determinados por el diseño o configuración de unas de las dos partes que deban soldarse. Se emplean salientes esféricas para soldar conjuntos hechos de lamina y placa de acero. Las salientes pueden también acuñarse o forjarse en los extremos o en las caras de tornillos, tuercas y elementos similares de sujeción. A menudo se emplean salientes alargadas en vez de salientes esféricas, cuando la forma de las partes hace que sea mas adecuada una soldadura alargada, y cuando las soldaduras hechas con salientes esféricas no satisfacen los requerimientos de resistencia. 3.2 Fundamentos se soldadura de partes salientes Las piezas se unen, se sueldan, mediante unas lentejas como las que se obtiene en la soldadura por puntos, formadas por el material fundido y forjando de ambas. En lugar donde se produce esa lenteja esta determinada por una protuberancia creada artificialmente en la pieza en un proceso previo, o por un borde o resaltante natural de la pieza, Fig. 2.1. O sea, ahora no es el electrodo el que determina donde se suelda ni quien obliga a pasar la corriente y la presión mecánica las reciben las piezas en toda su superficie posible y se concentran en los únicos lugares donde se establecen contacto entre estas dos chapas o piezas a soldar, que son esas protuberancias o resaltes situados en una de las dos piezas.

Fig.2.1 secuencia de operación La Rp es mucho mas elevada que en el proceso por puntos, las Rc son despreciables y la energía y el calor se crea en la Rp y las Rm de la protuberancia y de su zona de contacto.

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Enguanto se produce el aplastamiento de la protuberancia ya desaparece prácticamente todas las resistencias concentradas y de continuar la maquina en tensión, aumenta algo la lenteja y se calentara toda la pieza. Fig.2.2 El aplastamiento se puede producir formando la lenteja deseada; pero también se puede producir sin que se produzca la lenteja cuando la protuberancia se funde y se desparrama debido a que la zona de contacto de la otra pieza con ello no ha llegado a alcanzar la temperatura de fusión. Fig.3.3

Fig. 2.3 Este problema se evita empleando altas intensidades en la corriente para que sea una soldadura rápida, y en algunos casos, aportado mayor calor a la pieza que no lleva la protuberancia usando cobres de menor conductibilidad para los electrodos, buscando el equilibrio térmico en la soldadura.

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Como en la soldadura por puntos también necesitamos un esfuerzo de forja cuyo valor dependerá de los milímetros cuadrados de la sección soldada a conseguir, sea con una o con varias protuberancias a la vez. También necesitamos que pasen los amperios suficientes para que se produzca la fusión de los puntos de contacto y se formen las lentejas de tamaño correcto, y, naturalmente, precisaremos poder dosificar y modular esas corrientes de presión con unos tiempos y valores predeterminados para obtener los resultados deseados. Para que las piezas de chapas queden en íntimo contacto sin rebabas de material fundido entre ellas, Fig. 2.4, el volumen de material de la protuberancia tiene que rellenar el hueco posterior que se produjo al formar la protuberancia, pues las chapas son de un espesor superior a los 3mm. El calor producido al fundirse la protuberancia no tiene tiempo suficiente para que todo el espesor de la chapa adquiera la fluidez necesaria para rellenar ese hueco y necesitamos u hueco suplementario que se le da al conformador de la protuberancia. Fig.2.4

Fig. 2.4 En chapas de 6mm. Ya necesitamos que los 2/3 del volumen de la protuberancia que sobresale de la chapa, al fundirse se acomode en ese hueco suplementario y cuando se trata de protuberancias naturales o formadas en macizos mecanizados, que deberá tenerse en cuenta que el material fundido no desaparece y aunque en algunos casos no importante en otros se deberá preverse su reubicación. Fig.2.5

Fig. 2.5

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Debe evitarse situar protuberancias cercas de los bordes o en lugares en que el material fundido se vacíe o sobresalga por el exterior. Fig. 2.6, y por ello deben respetarse las distancias aconsejadas.

Fig. 2.6 Las protuberancias que deban hacerse en chapas de espesor .8mm o inferior resultan débiles y a veces es conveniente sustituir varias protuberancias por un anular, que no precisa un ajuste de parámetros de soldadura tan rígidos como las otras. 3.3 Formas de protuberancias Las protuberancias pueden ser artificiales o naturales. Las artificiales son aquellas que se realizan en las piezas con el exclusivo objetivo de posibilitar su soldadura. Fig. 2.7. A lo largo del tiempo se han ido recomendando diferentes formas de protuberancias con diferentes radios y medidas y las recomendadas por la RWMA se han aplicado durante muchas décadas y se siguen aplicando con éxito. Con todas se puede soldar y un buen ejemplo de ello es que con las naturales que no siguen norma alguna se obtiene resultados excelentes. No obstante creemos que es mejor adaptarse siempre que sea posible a una norma concreta y creemos que la ISO 8167 cubre un buen campo de necesidades. Fig. 2.7

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Esta norma ISO 8167 para protuberancias semiesféricas de hasta 10mm de diámetro de la base, aplicables hasta chapas de acero de 3mm y mas gruesas, define las dimensiones de las protuberancias para espesor de chapas e incluso del fixture a emplear para realizar estas protuberancias. Fig.2.8

Fig. 2.8

En principio la corriente y la presión que se necesita para una protuberancia es la que se necesitara para una lenteja equivalente realizada con soldadura por puntos. Para chapas mas gruesas se puede emplear diversas formas de protuberancias y aunque cada usuario puede crear la mejor se le adapte a la pieza o, a, los medios de fabricación de que dispone es aconsejable adaptarse a recomendaciones tan acreditadas como las de la RWMA.

Fig.2.9

Puntas o espigas redondeadas, tornillos, pernos, son igualmente adecuados para ser soldados por protuberancias sin necesitas de ser preparados anteriormente.

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Cuando no se trata de chapas, también puede necesitarse producir unas protuberancias que permitan la soldadura. Fig. 2.8., y en el caso de tuercas y tornillos se encuentra actualmente una buena variedad de formas con resultados similares Fig. 2.9 Las protuberancias naturales son aquellos bordes, cantos, resaltes, etc.…, que pueden ser utilizados para la soldadura. Fig. 2.10

Fig.210 También pueden considerarse protuberancias las aristas o generatrices de perfiles laminados o extrusionados. Fig. 2.11

Fig. 2.11

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3.4 Materiales que suelda Muy apto para chapas con recubrimiento, emplomadas, galvanizadas, aluminizados, etc. Auque requiere especial atención el posible problema de encolado por derrame de las protuberancias. Fig.2.12

Fig.2.12 Suelda piezas de distintas composición, acero con latón, o bronce, piezas de material sinterizado, etc.… No se consigue soldar cobre y raramente se aplica en el aluminio donde solo suelda aluminio de elevada aleación y resistencia mecánica. El soldar chapas de acero de poco espesor y protuberancias débiles es posible con el empleo de técnicas y medios adecuados; pero, cuando además de ser de poco espesor, igual o menor de 0,6mm tiene recubrimiento de Zn, Pb. O Al aconsejamos se suelde por puntos pues, por protuberancias es muy difícil aunque no imposible.

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3.5 Preparación de un proceso de soldeo Aunque parezca una afirmación innecesaria tenemos que hacer hincapié en que lo primero que se necesita par este tipo de soldadura es una buena prensa de soldadura., Fig.2.13., pues con este tipo de soldadura no ocurre como en la de puntos donde con una maquina regular donde también se suelda aceptablemente.

Fig.2.13

Unos cuantos conceptos sencillos y claros ayudan mucho a obtener buenos resultados. Las normas y tablas, basadas en la experiencia, nos indican el tamaño y forma y dimensiones de las protuberancias aconsejadas para cada espesor de chapa y en función de la forma de las piezas y resistencia mecánica exigida, determinaremos la cantidad y situación de las protuberancias. El diseñar y fabricar el fixture o dispositivo necesario para soldar las piezas es una parte muy importante del proceso de soldar por protuberancias y de su costo y condiciona el posterior rendimiento de la producción de la pieza. Con el número de protuberancia a soldar y sus dimensiones ya podemos determinar el esfuerzo que precisamos y los amperios necesarios para la soldadura, para lo cual volvemos a acudir a las tablas correspondientes. En el caso de las protuberancias naturales tenemos que calcular la sección de material una vez fundido y aplicarse a esa sección la densidad de corriente y la presión necesarias y obtendremos una aproximación de los valores totales que precisaremos. Con todos esos datos y teniendo en cuenta las dimensiones de la pieza y el tamaño del fixture, ya podemos determinar en que maquina, llamada prensa de soldadura podemos realizar el trabajo.

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Fig.2.14 Par obtener un equilibrio térmico cuando se sueldan laminas de diferentes espesor las protuberancias deben estar situadas en laminas mas gruesas, (Fig.2.14) y sus dimensiones pueden ser las que correspondan a esa lamina gruesa, salvo en su altura, que no debe ser superior al espesor de la lamina delgada. También es común aplicar las dimensiones que corresponda a las protuberancias para la chapa delgada; pero, siempre en la chapa de mayor espesor. En el caso de materiales de distinta conductibilidad eléctrica las protuberancias tienen que estar en la mayor conductibilidad. Habremos observado que en el la soldadura por protuberancias todas la importancia y la atención se le da a la pieza y al fixture mientra que la soldadura por puntos se le da al electrodo. Es especialmente importante en este tipo de soldadura que acostumbra a exigir intensidades y esfuerzos importantes, el comprobar que la prensa esta conectada a unas redes de aire, agua y electricidad que puedan suministrar lo que la prensa necesita en el momento de soldadura. También debe comprobarse la limpieza del dispositivo de soldadura y el buen contacto de sus cobres con la pieza en la zona donde esta situada las protuberancias, así como la buena circulación del agua de refrigeración. Un utillaje o dispositivo bien diseñado y fabricado y bien montado en la prensa de soldadura., Fig.2.15., es indispensable antes de iniciar los ajustes de parámetros necesarios, pues los defectos de alineación difícilmente se pueden corregir mediante los mandos de control.

Fig.2.15 Con las dos partes del fixture ya montadas y fijadas en ambas plataformas y sin piezas, se tiene que hacer descender la plataforma superior a muy baja presión (y con el control de soldadura apagado) hasta que toque y comprobar entonces que las superficies de las partes del fixture que están en contacto correspondiente a las zonas con protuberancias, estén perfectamente paralelas. La falta de paralelismo no se puede corregir mediante el añadido de lainas en las bases aunque sean conductores, pues causaríamos disimetrías térmicas y eléctricas importantes. Las bases de los fixture deben de estar en contacto con las plataformas en toda su superficie de contacto eléctrico y térmico diseñada.

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Una vez completa la operación anterior se coloca las piezas y se comprueba que quedan en su posición univoca y fija. Se hace descender la parte superior a baja presión y procederemos a comprobar si todas las protuberancias se marcan o deforman en igual medida primero con poca presión y posteriormente con la presión de trabajo. Es importante que el descenso sea muy lento pues un impacto fuerte entre las dos partes falsearía las observaciones. Si la prensa lo dispone de los medios necesarios hemos de reducir la distancia entre las plataformas a lo mínimo necesario para que la carga y descarga de las piezas sea cómoda pues si reducimos la carrera de descenso. Con el fixture instalado en perfectas condiciones mecánicas ya iniciamos la introducción de parámetros en el control. El acercamiento tiene que ser lo suficiente largo para asegurar que tenemos la presión deseada en el inicio del paso de corriente. El procedimiento práctico recomendado en el caso de soldadura por puntos para determinar el tiempo de acercamiento necesario, no es generalmente aplicable en la soldadura por protuberancia por lo que en principio conviene aplicar un tiempo generoso dado su muy escasa influencia sobre el tiempo total del ciclo de soldadura que incluye la carga y descarga de las piezas. Si el circuito neumático de la prensa lo permite es importante realizar el movimiento de descenso a baja presión para evitar deformar la protuberancia con el impacto dinámico elevándolo seguidamente hasta la presión de soldeo y establecer el paso de corriente una vez alcanzada esta. Los amperios y los daN necesarios para el soldeo viene determinados por el numero de protuberancias, su tamaño y los espesores de las laminas, teniendo que acudir a las tablas o a la experiencia propia para fijar los valores iniciales de ajuste. Leves variaciones en las dimensiones de las protuberancias respecto a las indicadas en las tablas o especial distribución de ellas en la pieza o el diseño del fixture puede significar variaciones apreciables entre que se determina necesario y lo que se preveía inicialmente según las tablas. En el caso de soldaduras múltiples y próximas la presión y corriente son inferiores al total del producto del número de protuberancias por la necesidad de una sola. Aconsejamos inicia el ajuste soldando con 80% del valor de intensidad previsto e ir aumentando paulatinamente y en cuanto al tiempo, fijarlo en el valor mas corto aconsejable e irlo aumentando después. Transcurrido el paso de corriente debe continuar la presión durante al menos seis u ocho periodos para garantizar el enfriamiento bajo presión y si la prensa y su control lo dispone de la posibilidad de variar la presión durante el ciclo de soldadura, es conveniente aplicar una sobre presión durante o al finalizar la soldadura. En este tipo de soldadura no se aplica el sistema de corriente constante aunque el control disponga de esa posibilidad, pero, si el control permite usarla por energía puede ser conveniente usarla en vez de la clásica regulación por amperios. La extracción de la pieza soldada tiene que poder efectuarse fácilmente, sin utilizar palancas o medios que puedan dañar los cobres y la precisión del fixture. En el caso de una pieza con extracción dificultosa tiene que corregirse el diseño del fixture, o, aplicarle un sistema de desclavado mecánico o neumático. Las prensas de soldadura están comandadas por un mando a dos mandos para evitar accidentes y esta seguridad no debe eliminarse bajo ningún concepto durante el proceso de puesta a punto y ajuste.

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3.6 Detalles prácticos para este tipo de soldadura Preste atención a que las protuberancias sean regulares, de la misma altura y que tengan las dimensiones correctas y que no vayan degenerando con el tiempo por desgaste de las matrices. En el caso de soldar tuercas con protuberancias adquiridas en el mercado prestar especialmente atención para utilizar solo las que tengan medidas homogéneas. El paralelismo de las plataformas debe conservarse cuando se aplica toda la presión. En algunos casos en que es difícil conseguir una perfecta regularidad en el contacto inicial protuberancia-pieza puede aparecer un chispeo al iniciar la soldadura. En este caso es aconsejable que la corriente este programada con una corta pendiente de subida de uno a tres periodos. En algunos casos cuando las protuberancias son muy débiles, de muy poca sección, las pendientes de subida slope, de la corriente de soldadura, es un grave inconveniente. Pudiendo llegar a no ser tan aconsejable el uso de corriente trifásica de la red rectificada por su slope mínimo inevitable. El impacto que se produce al finalizar el descenso y entrar en contacto con la pieza no debe de deformar ni a estas ni alas protuberancias. Para corrientes de mas 50.000 amperios esa actualmente muy ventajoso utilizar maquinas alimentadas con la corriente trifásica de la red y soldando con corriente continua, que permita un mejor ajuste y mejor calidad con una menor demandad de amperios de la red. Debe prestase atención especialmente en el caso de chapas galvanizadas o emplomas aunque también puede ocurrir soldando acero normal de baja aleación, al posible encolado de las piezas. Fig.2.12. En el cual ocurre cuando se llega al aplastamiento en caliente de las protuberancias sin que se haya iniciado la lenteja de la soldadura, pues entonces se desparrama el material fundido de la protuberancia y ya no se produce la fusión del material de la pieza fría, quedando las piezas unidas por la capa intermedia de zinc fundido y solidificando. Para evitarlo se tiene que usar al mínimo indispensable la pendiente de subida de la corriente o no usarla y soldar en la gama alta de la corriente y presión recomendadas e incluso elevarlas. Es importante evitar significativamente variaciones en las distancias de las distintas protuberancias hasta el transformador, especialmente en las maquinas que sueldan con corriente alterna. Las más cercanas recibirán más corriente que las alejadas si no se estudian el mixture para que esto no ocurra. Fig.2.16 no obstante, en algunos casos al proyectar el dispositivo o utillaje puede corregirse la diferencia de resistencia o impedancias en algunos puntos.

Fig.2.16 Es prudente considerar que a partir de un número de protuberancias de 4, un 20% de ellas son de una resistencia inferior a las otras.

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3.7 Soldadura Tope Cuando en la unión de dos piezas toda la superficie en contacto entre ellas forma parte de la soldadura le llamamos soldadura a tope. Este tipo de soldadura tiene que cumplir el objetivo común de todos los procesos a soldar por resistencia. Llevar a las superficies a soldar hasta la temperatura de fusión y forja y aplicarles la presión de forja necesaria entre ellas según la sección a soldar. Se emplea principalmente para unir en prolongación o en Angulo perfiles laminados. Chapas, tubos y piezas especiales con secciones soldadas de hasta 12000 mm2 y compite con ventajas con otros procedimientos alternativos son mas económicos y su presencia en el mercado esta disminuyendo salvo para aplicaciones especificas. 3.8 Procedimiento para soldar a tope Un concepto que se tiene que tener muy claro y que es el que obliga a tener que utilizar maquinas complejas y a usarlas debidamente es que la soldadura solo es correcta si las superficies que se ponen en contacto para ser soldadas reciben la presión de forja o recalcado estando toda la superficie de ambas piezas a la misma temperatura, y si durante el recalcado se expulsa el material oxidado o requemado de esas superficies hacia el exterior y solo se unen superficies ya limpias por defecto de la presión. Fig.3.1

Fig.3.1

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3.9 A Tope simple Las piezas se ponen en contacto bajo presión y al conectar la corriente se produce un aumento de temperatura en la zona de contacto que al alcanzar la temperatura de forja suelda las piezas al aplastarse de material pastoso. Fig.3.2

Fig.3.2 En principio basta con sujetar los extremos a ser soldados con unas mordazas conectadas al secundario de un transformador que es quien suministra la energía necesaria, poner esos extremos en contacto bajo presión para que cuando se produzca el paso de amperios a través de la resistencia eléctrica de la zona de contacto de las dos piezas se calienten, y se suelde bajo esa presión cuando alcancen la temperatura de forja. Esta correcta explicación es sencilla pero no solo funciona en caso de soldar secciones de pocos milímetros cuadrados, gama en la que se emplea. Obliga a que la superficie de contacto entre piezas sea regular o limpia y no admite la soldadura de materiales de diferentes composiciones o secciones. Es muy frecuente que este tipo de maquinas sea de accionamiento manual. 3.10 Por centello directo Las piezas se acercan a una velocidad variable mediante levas mecánicas o sistemas eléctricos, neumáticos o hidráulicos e inicia una sucesión interrumpida de mini-cortocircuitos entre las piezas el centello Cuando se alcanza una temperatura uniforme de fusión en ambas superficies se aplica la presión de forja entre las piezas. (Fig.3.4 y 3.5 sin los pasos 2 y 3) Muy apta para producciones seriadas pero obliga a una presentación de piezas muy regular y produce gran cantidad de chipas por ser difícil el ajuste de los parámetros necesarios, permite soldar materiales diferentes y secciones algo distintas en las piezas.

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Fig.3.4 Para este tipo de soldadura se fabricaron y aun se fabrican unas maquinas con funcionamiento manual donde el mantenimiento del centello depende de la habilidad del operario.

Se acercan las piezas Las piezas en contacto bajo presión se calientan en sus puntos

Se separan las piezas para que se uniforme la temperatura y no se queden soldadas

Se repite 1,2 3 varias veces y se inicia el centello a pequeña velocidad y se va acelerando progresivamente pero las piezas no deben entrar en contacto

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Fig.3.5

Al llegar a un punto predeterminado se dispara la alta velocidad y alta presión y se empezara a soldar la pieza expulsando las impurezas de su superficie

Después de un periodo de tiempo se interrumpe la corriente y el material sigue deformándose

El avance se para por haber enfriado el material o por haber llegado a un tope. La soldadura esta completada.

3.11 Por centello con precalentamiento Las piezas se acercan hasta tocarse con una presión reducida y después de producirse un calentamiento local en ese punto se separa las piezas y se vuelven juntar, o sea se produce una serie de contactos sucesivos con pocas chipas, que van calentando las superficies hasta que se puede iniciar un periodo de centello con una velocidad que va aumentando hasta que una vez alcanzado la temperatura optima se aplica la presión de recalcado. Fig.3.5 Este procedimiento permite la soldadura de grandes secciones y presentaciones de superficies irregulares, la soldadura de materiales de composición distinta y la soldadura de piezas de diferentes secciones. Tiene mas posibilidades de regulación y permite la obtención de muy buena calidad de soldadura, gracias a que es posible realizar el centello a tensiones mas bajas y hay menos peligro de que queden oquedades por corto circuitos violentos Precisa menos potencia de conexión de la red que las de centello directo. 3.12 Fijación de parámetros Con las piezas en la mano o con el plano de ellas debemos decidir las mandíbulas de contacto, con las que se sujetan las piezas, que tenemos que montar en las mordazas. La primera decisión es si las dos mandíbulas, la superior móvil y la inferior fija tienen que conducir corriente de soldadura o basta con que lo haga la inferior. Si es conductora solo la inferior la superior puede hacerse de acero estriado u otro material que garantice el no deslizamiento de la pieza durante el fuerte impacto del recalcado. El criterio a emplear, aparte de la experiencia propia que es el mas importante es el de la relación

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entre la superficie en contacto con la mandíbula inferior y la sección total a soldar. Si soldamos perfiles conformados con plancha o soldamos tubos o laminados de hasta 30mm de diámetro es muy probable que sea suficiente una sola mordaza conductora. Para medidas superiores tenemos que hacer que las piezas reciban la corriente por al menos el 50% de su perímetro y estudiar y suponer lo que ocurrirá debido a la mayor resistencia y por tanto menos corriente que pasara por el camino mas largo entre cobres de las mordazas opuestas. Fig.3.6 Antes de diseñar las mandíbulas tiene que comprobarse el sistema de movimientos que tiene la maquina para encarar las piezas por si carece de movimientos de ajuste y es preciso prever la regulación del encaramiento de estas usando espesores de laminas de cobre bajo las mandíbulas. Cunado se trata de soldadura de ángulos e incluso en prolongaciones debe asegurarse, al hacer el proyecto, que sea posible y cómoda la extracción de las piezas una sola vez soldada. El material de las mandíbulas conductoras debe ser cobre o una aleación cúprica mas dura, y, antes de dar por acabado el montaje y alineación de las pastillas debe comprobarse que hacen contacto con las piezas según lo provisto.

Tipos de paso de corriente en las mordazas en maquinas de soldadura a

tope

La solución B no obstantemente su aparente ventaja en la distribución de corriente no es muy

empleada

Fig.3.6 Las mandíbulas tienen que estar refrigeradas por agua, la cual además de enfriarlas, quita calor a la zona de soldadura antes de su extracción. En el caso de soldar aceros especiales hay que tener en cuenta ese enfriamiento, en el cual puede aumentarse o disminuirse variando la distancia entre la zona de soldadura y la pastilla refrigerada. Con las mandíbulas y mordazas perfectamente alineadas y ajustadas debemos establecer las distancias iniciales entre mandíbulas y regular el tope que fija la distancia inicial a la cual el carro volverá después de cada soldadura.

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A continuación se tiene que ir introduciendo los valores de los parámetros necesarios, los cuales son muy dependientes del tipo de maquina usada. 3.13 Como obtener buena soldadura Las presiones y corrientes para el recalcado tiene un valor inferior al que se emplea en otros tipos de soldadura, y ello es debido a que cuando se inicia el recalcado ya tenemos las superficies de las dos piezas en temperatura. Unos valores orientados para iniciar pruebas pueden ser entre 4 y 6 da N/mm 2 para aceros de baja aleación y entre 5 y 10 daN/mm 2 para los de alta aleación las intensidades también oscilan entre 10 y 4 A/mm2 Las velocidades son del orden del 0.8 a 3 mm/s para el centello y para el recalcado una minima de 30 mm/s y no hay limite máximo, cuanto mayor velocidad mejor. Hemos de recordar que en esta soldaduras también es necesario pensar en el equilibrio térmico, para que el centro de calor coincida con el centro de la soldadura y por ello la soldadura de materiales de diferentes conductibilidad eléctrica o de diferentes secciones deben cargarse en la maquina con precauciones especiales. Fig.3.7 Tienen siempre mucha importancia el parámetro que fija la longitud que sobresalen las piezas de las mandíbulas, por su posible deformación si son delgadas y por el efecto de enfriamiento que la vecindad de las mandíbulas produce sobre la zona soldada- Al principio del centello leves variaciones de este no son importantes pero, una vez pasada la etapa de corto circuitos precalentadores he iniciado el centello continuo este no debe interrumpirse hasta que se inicie el recalcado. Es muy importante el uso apropiado de velocidad que se vaya acelerando a medida que avanza el proceso de centello. El correcto manejo y regulación del parámetro de velocidad es probablemente los mas importante para el ajuste de la maquina. El tiempo de circulación de la corriente de recalcado se lo hemos de fijar en el suficiente para que el reborde de la soldadura sea de material totalmente sano. Normalmente se interrumpe la corriente de recalcado cuando se ha recorrido de un 20 a un 35% de la carrera total de recalcado y el material sigue recalcándose. Esta distancia es algo irregular en función de variables como la tensión de la red, la temperatura de las mordazas, la velocidad con la que empezó, la bondad del proceso de centello, el estado de las superficies iniciales y el precalentamiento. etc.… Cuando es muy importante conseguir que el consumo de material y por tanto la cota final sea muy precisa tenemos que ponerle un tope final de carrera para el recalcado y prever el volumen de reborde sano de soldadura algo mas elevado para mantener margen, y ajustar bien los parámetros y presentar mejor la superficie de las piezas

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Fig. En el caso de secciones uniformes en las dos piezas y del mismo material ambas deben sobresalir de la misma longitud de las mordazas

Fig.3.7 Cuando es posible colocar un tope posterior a las piezas es conveniente hacerlo y con ello se evita el posible deslizamiento de las piezas respecto a sus mordazas y podemos trabajar con una fuerza de apriete de estas equivalente a la de recalcado y no del doble como se aconseja cuando se carece e tope. El tratamiento térmico de la soldadura en la misma maquina con impulsos recalentamiento posteriores solo es eficaz en raros casos y cuando se suelda aceros de alta aleaciones es mejor aun tratamiento posterior en horno. Como en toda soldadura por resistencia contenidos de S y P superiores al 0.045% fragilizan o imposibilitan la soldadura.

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Capitulo IV.

Características de

construcción especifica de

las maquinas de soldar y

células robóticas

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4.1 Definición Es un dispositivo electrónico encargado de controlar los órganos de la maquina de soldar y especialmente las funciones básicas de regular la corriente de soldadura, dosificar el tiempo de paso de esa corriente de soldadura y ordenar el ciclo de presión. A estas dosificaciones o regulación de tiempos se llama también temporizadores de aquí viene el nombre de temporizador o timer con el que se conocen distintos controles. Los trabajos simples e indivisibles que componen el total del cometido del control son las funciones Además de las funciones básicas el control también realiza otras funciones operativas e informativas. La sucesión de distintas funciones forman un secuencia de aquí viene el nombre de secuenciador con lo que también se conoce a los controles de soldadura. Para un determinado tipo de trabajo se le debe aplicar a cada función sus valores correspondientes y a estos valores variables se es llama parámetros, los cuales permanece constantes en esa determinada secuencia que conforma un ciclo de trabajo al que comúnmente se llama programa que en los equipos multiprograma esta identificado con un número de orden 4.2 Generalidades Hay muchos tipos y modelos de controles de soldadura, con más o menos funciones y con modalidades distintas para la regulación de la corriente de soldadura. Hay controles muy sencillos y los hay más complejos que utilizan para obtener mayor calidad y fiabilidad en las soldaduras. Salvo en los controles para las maquinas mas simples los controles son multiprogramas y tiene las posibilidades de ser cargados con datos distintos e independientes una cantidad de programas cuyo numero oscila entre los 16 y los 200. Esta gran cantidad de programas permiten que cada punto que se suelde en una pieza o en una maquina automática, aunque sea muy similar a los otros puntos, tengan su programa único que se adapte a sus particulares y que sea fácilmente controlable de forma independientes. En determinadas maquinas especiales y principalmente en maquinas transfers, con varias estaciones de soldadura equipadas con robots o pinzas mecanizadas se emplean controles muy sofisticados que permiten controlar varios SCR simultáneamente y, o, están interconectados en redes a las que transmiten toda la información del trabajo que ejecutan y desde las cuales se le pueden modificar sus parámetros de funcionamiento.

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4.3 Control básico Es un control que dispone de una regulación de corriente y de una secuencia de 4 funciones. Fig.4.1

Fig.4.1 Las 5 funciones son: (02) Tiempo de acercamiento (Squeeze time)

Es el tiempo que se necesita para establecer la fuerza entre las dos piezas a soldar. Permite acercar las piezas apretando con las fuerzas necesarias antes de que circulen la corriente de soldadura.

(07) Tiempo de soldadura (Weld time)

Es el tiempo en que esta circulando la corriente de soldadura. Este tiempo siempre es regulable

(08) Regulación de corriente

Con estas funciones se programa la corriente que circula y formara el punto de soldadura.

(15) Tiempo mantenimiento (hold time)

Correspondiente al mantenimiento que se mantiene la fuerza sobre los electrodos una vez ha terminado el tiempo de soldadura. Este tiempo es esencial para terminar la forja las chapas deben enfriarse bajo la presión de los electrodos

(16) Tiempo de pausa (off time)

Corresponde al tiempo que transcurre entre un ciclo y el siguiente. Este tiempo de pausa actúa solamente si se ha seleccionado la función del ciclo repetido en el selector de ciclo único o ciclo repetido. El ciclo repetido se emplea para realizar una sucesión de puntos mientras el operario mantenga pisado el pedal de inicio o start. En el momento que el operario suelta el pedal se interrumpe la realización de puntos. Cuando se hace sucesión de puntos el operario se limita a desplazar la pieza a soldar

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4.4 Ciclo único simple Existen en el mercado maquinas simples de accionamiento neumáticos en donde los tiempos de acercamiento y mantenimiento son fijos. En maquinas de accionamiento mecánico humano (pinzas portátiles manuales y maquinas de columna a pedal mecánico) la secuencia básica queda reducida al tiempo y a la corriente de soldadura, por lo que los controles con que están dotadas estas maquinas solo regulan el tiempo y la corriente de soldadura, o solamente el tiempo. 4.5 Funciones y secuencias Observamos que en el control básico aparece una secuencia con 5 funciones en total los 4 tiempos acercamiento soldadura, mantenimiento y pausa y además otro de regulación de la corriente de soldadura. En Fig.4.2.3 y 4 se indican otras tres secuencias bastantes usadas pero en secuencias con mas funciones las cuales determinan ciclos de trabajo mas complejas que son empleadas en controles donde se busca una mayor calida y fiabilidad del punto de soldadura.

Fig.4.2

Fig.4.3

Fig.4.4

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4.6 Secuencia muestra A continuación exponemos un ciclo de trabajo con una secuencia muestra. Fig.4.4., que en relación las funciones comúnmente mas empleadas. Hacemos notar que esta secuencia muestra todas las funciones y difícilmente podría que precise todas ellas. El ciclo de trabajo lo ejecutan la maquina según el programa en el cual un operador ha asignado previamente los valores apropiados a las funciones necesarias La unidad de tiempo que generalmente se emplean es el periodo o ciclo de la corriente alterna 1 periodo = 20ms corresponde a 0.02 s (20 milisegundos) para la frecuencia de red de 50 Hz 1 periodo = 16.6 corresponde a 0.0166s (16.6 milisegundos cuando la red es de 60 Hz (01) 1º Acercamiento (Squeeze 1)

El tiempo del primer acercamiento representa el intervalo de tiempo entre la señal del ciclo y por lo tanto del inicio del descenso del electrodo y la señal para el acercamiento (02). El valor introducido debe ser lo suficiente largo para permitir que los electrodos alcancen la pieza a soldar.

(02). Acercamiento ( Squeeze)

Este tipo de acercamiento representa el tiempo que transcurre entre el apriete de los electrodos y el inicio de la soldadura. Este tiempo que asegurar que la circulación de la corriente de soldadura se realice bajo la presión deseada. Un reglaje insuficiente de este tiempo se produce un chispeo y deterioro de los Electrodos

Fig.4.4

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Hacemos notar que estos dos acercamiento se reduce a uno solo en muchas maquinas, pues para disponer de los dos acercamiento se precisa un ciclo de presión mas complejo incluyendo otra electroválvulas Generalmente si se interrumpe la señal de inicio de ciclo durante el tiempo del 1 acercamiento se interrumpe la secuencia y el electrodo sube sin realizar la soldadura. (03) Tiempo de precalentamiento (PRE-heat time)

Esta función sirve para regular el tiempo durante el cual circula una corriente de precalentamiento cuyo valor este seleccionando en la función 04

(04) Corriente de precalentamiento (PRE-heat current)

Esta función regula la corriente con la que se ejecuta el precalentamiento. El precalentamiento se usa principalmente para hermanar las piezas que inicialmente no hace entre si un buen contacto.

(05) Tiempo frío (cold 1)

Es un tiempo sin corriente. Correspondiendo al tiempo que transcurre entre el precalentamiento y la soldadura.

(06) Pendiente de subida (slope up)

Regula el tiempo tras el cual se alcanza el valor programado de corriente de soldadura. Es un tiempo con corriente donde su valor inicial corresponde a la potencia minima de la maquina mientras que el valor final corresponde a la potencia programada en el parámetro 08. Se utiliza para mejorar el contacto electrodo pieza al iniciarse la soldadura.

(07) Tiempo de soldadura (Weld time)

Corresponde al tiempo de paso de la corriente de soldadura, la cual será ejecutada con el valor programado en la función 08 cuando se ha activa el funcionamiento a pulsaciones, este parámetro indica la duración del tiempo caliente de cada pulsación. En algunos controles este tiempo es expresado con tres cifras cuando es posible regularlo con la presión de medio periodo.

(08) Corriente de soldadura (current)

Esta función programa la intensidad de la corriente con que se ejecutara la soldadura

(09) Numero de impulsos (N. impulse)

Esta función permite fijar el numero de impulsos (calientes + fríos) con los que se ejecutaran una soldadura por impulsos.

(10) Tiempo frío 2

Esta función regula tiempo frío de cada impulso. Solo se emplea si se ha programado un número de impulsos

(11) Pendiente de bajada (slope down)

Es un tiempo que se añade al finalizar el tiempo de soldadura (07) durante la cual la corriente disminuye desde el valor inicial hasta el valor final de corriente.

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El valor inicial de esta pendiente es siempre igual a la corriente programada en la función 08 mientra que el valor final es igual al valor mínimo de la corriente. De esta forma se consigue un enfriamiento gradual del punto de soldadura.

(12) Tiempo frío 3 (cold 3)

Regula el tiempo que transcurre entre el final de la soldadura y el inicio del post calentamiento. Cuando no se activa la post soldadura este tiempo no se ejecuta.

(13) Tiempo de post calentamiento (post- heat)

Regula la duración de un paso de la corriente que puede ejecutarse después de la soldadura para conseguir un ciclo térmico apropiado a las características del metal soldado.

(14) Corriente de post calentamiento (post power)

Esta función regula el valor de la corriente durante el tiempo de post-calentamiento (13)

(15) Tiempo de mantenimiento (hold time)

También llamado enfriamiento o forja regula el tiempo entre el final del paso de corriente y la apertura de los electrodos. Favorece un rápido enfriamiento de la soldadura y evita que esta sea solicitada por tensiones mecánicas latentes en las piezas antes de adquirir resistencia al enfriarse. Durante este tiempo se termina de realizar la forja por lo que es muy importante que se enfríe el punto bajo presión.

(16) Intervalo (off)

También llamado tiempo de pausa regula el intervalo de tiempo entre una soldadura y la siguiente cuando se trabaja en ciclos repetitivo o automático.

(17) Encadenamiento

Esta función permite efectuar un ciclo de soldadura único formado por dos o mas programas que unen logrando un solo programa que puede ser de composición y complejidad extraordinaria

Gama de valores de las distintas funciones

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4.7 Otras funciones operativas Hay controles que disponen de unas funciones complementarias a algunas de las funciones que permitan asegurar o mejorar la regularidad en sus prestaciones. 21. Incremento de corriente

Esta función permite programar unos incrementos de corriente cada determinado número de soldadura efectuada (por escalones) o siguiendo unas curvas predeterminadas, lo cual sirve para compensar el desgaste de los electrodos. Al incrementar gradualmente la corriente a medida que va aumentando la sección de la cara activa de los electrodos se puede mantener constante la relación diámetro /intensidad. Fig.4.5

Fig.4.5

La utilización de estas funciones esta particularmente indicada cuando se utiliza el control en la modalidad de corriente constante pero también es aconsejable emplearla en la modalidad de porcentajes de potencia 22. Compensación de caídas de tensión en la red de alimentación

Las variables de la tensión de red provoca una alteración proporcional de la corriente e soldadura y por lo tanto una inconstancia en la calidad de las soldaduras. Hay controles que pueden compensar esas caídas de tensión variando automáticamente la regulación de la corriente de soldadura para que no quede afectada por la irregularidad de la red. Esta compensación suele ser efectiva para variaciones entre +10 y un -20 % de la tensión nominal de alimentación

23. Garantía del paso de la corriente de secundario

Las función de garantía de corriente secundaria se utiliza para facilitar la soldadura de chapas y varillas con trazas de oxido o suciedad. La oxidación de las piezas puede dificultar el paso de corriente durante la primera fase de la soldadura y reducir de forma variable el tiempo real de paso de corriente en distintas soldaduras. Con esta función hasta tanto la corriente no supere un umbral preestablecido de 2000 A, no empieza a contar el tiempo de soldadura y se uniformiza el tiempo real de paso de corriente. Si alcanzo el limite de los 99 periodos de soldadura no se ha logrado superar el umbral de los 2000 A, el control señala que la soldadura no ha sido conseguida y aparece un mensaje de error

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24. Doble carrera de acercamiento Estas funciones se usa cuando el circuito neumático de la maquina lo permite al abrir los brazos con la carrera con la carrera larga se salvan obstáculos en la pieza para llegar a la zona de soldadura donde se puede emplear una carrera mas corta que permite una mayor cadencia. Esta función es especialmente interesante para las pinzas de soldadura.

4.8 Corriente de soldeo Salvo casos muy especiales como por transistores para maquinas de micro soldadura, la soldadura por descarga de condensadores, algunas maquinas de soldar a tope y pequeñas maquinas de soldar de accionamiento a mano o por pedal, la corriente principal se regula mediante el recorte de conducción de los periodos de corriente alterna mediante un scr. Fig.4.6

Fig.4.6 Los tiristores que conectan en antiparalelo conforman el scr inician el paso de corriente cuando recibe una señal eléctrica de características determinadas provenientes de la unidad de encendido del control y una vez empieza a conducir solo dejan de hacerlo cuando desaparece, pasa por cero, la corriente a través de ello y por lo tanto se les tiene que ordenar que conduzcan en cada semiperiodo. El control a, través del modulo de encendido, envía unas señales perfectamente simétricas que regula el punto de la senoide de tensión en la cual se inicia la conducción con lo que se puede regular muy finamente la tensión e intensidad de la soldadura. Fig. 4.7 El conseguir las pendientes de subida o bajada de la intensidad (slope up o down) se obtiene por la variación semiperiodo a semiperiodo de los ángulos de encendido. Fig.4.8 Así pues podemos considerar que interviene tres elementos principales en la regulación de la corriente.

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A.- el control que forma independiente de las secuencias de tiempo, aunque luego se interrelacionen, envía una señal sincronía con la frecuencia de la red de alimentación y regula el punto exacto de la onda se iniciara el paso de corriente.

Fig.4.7 b.- la unidad de encendido que transforma esa señal en los impulsos que precisa el buen

funcionamiento del SCR y que suele estar más cerca del SCR que del control.

Fig.4.8 c.- un SCR que en otro lugar de la maquina y equipado con sus seguros de temperatura y su refrigeración se limita a dejar pasar la corriente justo cuando se lo ordenan. Este proceso se realiza también con frecuencias de 1000 o más periodos con la misma precisión y eficacia permitiendo la solución invertir. En el mismo croquis se detecta la imposibilidad de hacer conducir durante los 180º de un semionda debido a que la reactancia de los circuitos origina un retraso de la corriente respecto a la tensión e impide conectar un tiristor cuando el otro todavía conduce máximo de la senoide de tensión esta alrededor de los 130º . 4.9 Tiristores SCR Los SCR son simplemente un contacto o interruptor en la máquina que da y quita el paso de la corriente por el transformador y que permite, gobernando por un control electrónico hacerlo de forma muy precisa y medida. Todavía existe en la industria

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maquinas en las cuales esa labor se efectúa con contactares electromagnéticos, sistemas no autorizados por las normas CE pero que puede perdura todavía para maquinas de la gama mas baja o con ignitrones, los cuales casi han desaparecido para este uso muy rápidamente desplazados por las muchos mejores prestaciones técnicas y precios de los SCR. Los SCR (acrónimo de solid contact relee) están compuestos por dos tiristores. Un tiristor es un diodo sólido controlado que en su estado natural no es conductor pero que al recibir una señal de encendido se convierte en conductores y ya no se puede interrumpir ese paso de corriente hasta que pasa por cero lo cual ocurre en cada semiperiodo conductor, por lo que debe recibir señales de encendido en todos los semiperiodos que queremos que conduzca. En podemos ver que el cese de la conducción no tiene porque coincidir con una tensión cero entre ánodo y cátodo, debido al coseno de fi que produce un retraso de la corriente respecto a la tensión. Esta particularidad hemos visto que tenemos que conocerla para comprender algunas funciones o ajuste de las maquinas y sus controles. La muy elevada precisión en el encendido permite regula el punto de la onda en que queremos que se produzca con lo que pasa en cada semiperiodo de la corriente alterna incluso a la frecuencia elevadas como calcula el SCR necesario para una maquina de soldar es muy complejo por existir tensiones inversa, calentamiento con trabajo intermitentemente, ondas recortadas y otra variables en un elemento con cortos tiempos de integración térmicos. Para conocer el tipo y capacidad de un scr adecuadamente una maquina, en principio debe consultarse con el fabricante de la misma para que nos indique sus características, la tensión inversa del SCR tiene que ser de al menos 1200v cuando la red es de 380v y de 1600v. Si la red es de 440 0 500v. Debe elegirse a ser posible un modelo intercambiable con el averiado o fácil de instalar si no es una simple sustitución. Las maquinas de soldar por resistencia tiene una serie de características constructivas que les son especificas y que aun dentro de la diversidad entre ellas, las diferencias notablemente de otras familias de maquinas. 4.10 Bastidor Las bastidores, carcasas o estructuras metálicas donde van montados los componentes de una maquina de soldar por resistencia, son tan diversos como los muy numerosos tipos y modelos que componen esta familia de maquinas. A pesar de esas grandes diferencias hay siempre unos principios comunes en tan diferentes como lo son una pistola portátil de soldadura y una gran prensa. El circuito mecánico del esfuerzo tiene que ser lo mas corto e indeformable posible y esta generalmente situado en la parte de las maquinas que se encargan del trabajar a realizar. Todo el resto de bastidor es simplemente el soporte de los elementos que componen la maquina. Fig.5.1 El peso y la cantidad de acero empleado no son indicación segura de repitencia y rigidez de ninguna estructura y en el caso de las maquinas de soldar por resistencia es fácil caer en este defecto.

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Fig.5.1 Las chipas y particulares incandescentes que pueden originarse en la soldadura fuerzan a que estos bastidores deban carecer de abertura y espacios por donde puedan penetrar. Los lugares donde pueden incidir las chipas deben ser un textil ignifugo o del lamina de cobre para que no se enganche o pegue y se acumule. La mayor parte del calor que genera el funcionamiento de la maquina se disipa a través del agua de refrigeración y eso simplifica la evacuación por ventilación natural del resto. Otra condición a cumplir es que dentro del área que abarca la corriente de soldadura no tiene que haber ningún material magnético como el acero y muy especialmente, no tiene que existir ningún anillo de acero mas o menos largo, que rodee cualquier conductor de corriente del circulo de la corriente de soldadura. Fig. 5.2

Fig.5.2 A un cuando no sea frecuencias las averías que obligue a acceder al interior de la maquina, es necesario que sea fácil cualquier servicio que deba hacerse en el interior, especialmente el acceso a las conexiones flexibles a las zonas de contacto en los circuitos de la corriente de soldadura y las scr.

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Por tratarse de las maquinas que se ensucian con facilidad es importante tenerlas siempre bien pintada y limpias y cuidadas 4.11 Soldadura por puntos En estas maquinas generalmente necesitamos unos escotes amplios que faciliten el acceso a los lugares donde se deban soldar en las piezas y por lo tanto es largo el circuito mecánico que permitan aplicar el esfuerzo en la soldadura. Una muy leve flexión solo en sentido vertical no es muy perjudicial. Las maquinas de soldar por puntos de pedestal incluyen en su circuito mecánico uno o dos brazos los cuales cumplen simultáneamente la condición s ser conductores de la corriente y el esfuerzo mecánico. Fig.5.3

Fig.5.3 Al exigírsele estas dos misiones y por la importancia que tiene la resistencia eléctrica al paso de la corriente de soldadura, el material de los brazos tiene que ser de algún tipo de aleación cúprica, empleándose aleaciones de cobre al berilio o al cromo en las maquinas de mayor calidad y en las maquinas de poca potencia latones, aleaciones de cobre con zinc. En las maquinas de pedestal con los brazos oscilaciones sean pedal o neumáticas, las articulaciones con cojinetes sin huelgos y ajustables a ser posible, y el bastidor tiene que ser sólido pues cualquier deformación durante el soldeo se amplia notablemente y perjudica al electrodo y a la calidad de la soldadura. 4.12 De las prensas En las prensas de soldadura se requiere esfuerzos elevados y unos escotes cortos para evitar las caídas de tensión que se producen las muy elevadas intensiones que se emplea.

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Casi todo el circuito mecánico, carcasa, pluma superior y mensula inferior, es de acero y no presenta dificultades el diseñar prensas suficientemente rígidas. La necesidad de aislar el circuito mecánico del eléctrico, obliga a usar unos aislantes intermedios que pueden ser la principal causa de deformación del circuito. Una buena selección del aislante y del sistema de aislar las sujeciones con tornillos es indispensable. Colocando un taco de acero de altura perfectamente conocida en cualquier entre los platos de una prensa de soldadura y aplicándole la máxima presión de trabajo tiene que mantenerse el mismo paralelismo que sin aplicar esfuerzo. La calidad de la soldadura y la vida de los �ixture que se emplea en esa prensa se benefician mucho del buen resultado de esa comprobación 4.13 De soldar a tope Las maquinas de soldar a tope requieren esfuerzos recalcado elevados y es valido todo lo expresado para las prensas con la complicación añadida de lo importante que son las mordazas en el circuito mecánico y que difícilmente se puede coincidir el eje de aplicación de los esfuerzos con el eje de la superficie a soldar produciendo elevados pares y esfuerzos en las guías y deformaciones en el circuito de esfuerzo. Fig. 5.4

Fig.5.4 Las expulsiones de chipas que pueden producirse aleatoriamente en los otros tipos de soldadura en estas maquinas su funcionamiento obliga a que se produzcan en gran cantidad por lo que la estanqueidad y el proteger de ellas al resto de componentes es una necesidad primordial añadida al bastidor de estas maquinas. 4.14 De las pinzas y pistolas Las pistolas de soldadura donde una característica fundamental es la reducción al máximo del peso a ser manejado por el operador o por un robot, no tiene bastidor, todo el circuito mecanizado de esfuerzo se monta sobre el transformador y su protección delantera. Se emplea siempre que es posible aleación de aluminio que aúnan una buena conductibilidad y una buena resistencia mecánica, en cilindros neumáticos porta brazo etc... Y cobre aleado en el resto del circuito mecánico. Fig. 5.5

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Fig. 5.5 4.15 Transformadores La corriente de la red que alimenta la maquina de soldar esta generalmente dentro de la gama de los 220 a los 500 voltios y para soldar se necesita tensiones del orden de 3 a 24 voltios y por ello es totalmente indispensable el empleo de un transformador al que podemos califica como el corazón de la maquina. Una característica especifica de la soldadura por resistencia son la muy duras condiciones de trabajo a que están sometidas los transformadores, los cuales tiene que soportar el pasar de un funcionamiento en vacío, sin paso de corriente, a soportar durante unas décimas de segundo unas intensidades que pueden ser 5 veces mayor que la nominal o térmica, sufriendo este proceso miles de veces al día durante toda su vida útil. Estos casi cortocircuito, generar en los conductores por donde circula la corriente y en las bobinas del transformador unos esfuerzos electromagnéticos muy importantes y que aumenta en proporción al cuadrado de la intensidad, y en consecuencia se produce vibraciones y movimiento bruscos repetitivos que especialmente cuando los aislantes y fijaciones envejecen y se resecan, conllevan la avería y destrucción del transformador. Este grave problema ya ha sido prácticamente eliminado co el empleo de transformadores moldeados y encapsulado al vacío con resina epoxi, con lo cual las bobinas forman un conjunto único, un bloque, sin posibles vibraciones. El elevado poder aislante y la buena conductibilidad térmica de esas resinas ha permitido reducir mucho el volumen de los transformadores y obtener altas intensidades de cortocircuito al reducir la impedancia interna Estos transformadores son difícilmente reparables y exigen una muy cuidadosa atención al refrigeración interna, pues un fallo de agua los inutiliza rápidamente. Comprar maquinas nuevas o usadas que no utilicen este tipo de transformadores pueden ser menos interesantes económicamente de lo que puedan aparentar. La fabricación de estos transformadores, incluso los de más reciente desarrollados como los aplicados para las pinzas robot se adaptan en cuanto a sus características dimensiones y eléctricas a la normas ISO pero no dejan de coexistir con los fabricantes según normas propias de

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algunos grandes consumidores y las de los propios fabricantes de transformadores. Por Fig. 5.6. Ejemplo en un transformador de 100kva con salidas preparadas para multipuntos y debe observarse la particularidad de que las salidas secundarias están cruzadas con la polaridad adecuada tiene bovinas internas para la medición de intensidad independiente para cada secundario. En Fig.5.6 se ve un transformador de características similares con los secundarios dispuestos sin cruzar y con una única bobina para la medición de intensidad.

Fig.5.6

Fig.5.7

Transformador 100kA al 50% -7,1 a 10v Observen que las salidas de un secundario están invertidas para obtener las

polaridades marcadas en los terminales secundarios

Transformador 100KA al 50% -7,1 a 10v Este modelo solo tiene un transductor de corriente para

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En Fig. 5.7 tenemos un transformador para prensa de soldadura de 315 Kva. Con salidas secundarias propias para las elevadas intensidades que suministra.

Fig.5.8 En Fig.5.8 puede ver un transformador de 63 Kva. Para aplicaciones especiales que se caracteriza por sus solo 92mm de anchura. En Fig.5.9 esta un clásico transformador para trabajar con cables bipolares para soldar con pinza. Su potencia es de 180 Kva. Y se fabrica entre 125 y 240 Kva. A sus salidas secundarias normalizadas se le puede conectar cables de cualquier procedencia fabricados según normas ISO. Y por últimos incluidos un transformador de 53 Kva. Para pinza robot en los cuales aun cuando ya haya normas igualadoras es donde mayor variedad se puede encontrar. Hacemos notar en la particularidad de que la puesta a tierra del secundario es desconectable. Los fabricantes del transformador la entrega siempre conectada y es

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Fig.5.9 Responsabilidad del usuario o del integrador el desconectarlas si es preciso para tener algún otro tipo de seguridad de tierra.

Fig.5.10

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Fig.5.11 4.16 Terminales secundarios Son bastante variados dentro de una normalización de dimensiones y formas y puede agruparse, Fig.5.11 y 12 en salidas preparadas para su uso en maquinas fijas, en multipuntos en instalaciones con pinzas colgantes, en piezas colgantes con transformador incorporado, en pinzas para robots, etc... El material con el que están construidos estos terminales es el cobre y en algunos casos de transformadores para pinzas robot o inverters, donde se dispone de muy poca superficie para la zona de contacto, estas superficies se platean o se doran con oro y deben extremarse los cuidados con ellas.

Fig.5.11

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Fig.5.12 4.17 Racores para entrada y salida del agua El transformador tiene generalmente un solo circuito para el agua de refrigeración por lo que solo tiene un racor para la entrada y otro para la salida y uno de los aspectos normalizados es la perdida de carga de este circuito con el cual el caudal de agua aconsejado cuyo dato es preciso conocer para futuras y probablemente necesarias comprobaciones del estado de los sistemas de refrigeración 4.18 Entradas primarias Esta situación en el lado opuesto a las salida del secundario protegidas con una etapa y puede presentarse en muy diversas formas y posiciones. Si el transformador lleva conmutador para seleccionar distintas tensiones secundarias puede llevarlo montando sobre cualquier de las 5 cara de la protección. Fig.5.13

Fig.5.13 4.19 Salidas auxiliares El transformador tiene instalado en su interior la bobina o bobinas auxiliares para la medición de la corriente montadas sobre el secundario. Sus salidas a dos o cuatro bornes dan un valor normalizado de 150 mili volts por cada mil amperios con un circuito de carga de una impedancia de 1000 ohmios. En su interior tiene instalados dos termostatos de protección cuyos valores también normalizados son de 140ºc para el instalado en contacto con la bobina primario y de 80c el instalado en el secundario cuyas salidas están conectadas a otros cuatro bornes.

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4.20 Potencia de los trasformadores El tipo de trabajo tan especial de estos transformadores ha hecho necesario establecer unas normas que permitan su comparación. Se establece que la potencia nominal de un transformador es aquella que trabajando 50% de factor de marcha cumple los condicionamientos de elevación de temperatura fijados como admisible. No obstante los datos que mejor define al transformador son su, o sus, tensiones en vacío U20 y la intensidad de trabajo permanente, intensidad térmica it2. La normas para su verificación fija los tiempos de conexión y desconexión, circuitos secundarios, caudales y presión de agua etc.…, y demás condiciones de la prueba para que los resultados obtenidos sean perfectamente comparables. Los empleados en la soldadura por resistencias nunca alcanzan ese factor de marcha del 50%. Cuando se trata de eligir e instalar una maquina, se observa que la potencia esta en funciones del trabajo que queremos realizar, no obstante tenemos que tener claro el concepto de que lo que suelda, lo que se genera el calor en la soldadura, lo que se ajusta para soldar, son los amperios, y no los Kva. Y que conocer los Kva. Del transformador no significa conocer las prestaciones de la maquina. Es vicio muy extendido hablar sobre los Kva. Que se necesitan para este u otro proceso de soldadura. Dos maquinas o pinzas para soldar puede, a igualdad de Kva. En su placa de características o folletos técnicos, conseguir intensidad, amperios bastantes diferentes según sea su diseño los materiales y el tipo de transformador empleados en su construcción, el tipo de corriente con la que sueldan o, si en su uso se emplea diferentes longitudes o calidades en brazos o fixture. Conseguir los mismos amperios con menos Kva. De la red es mejor los costos de explotación, 4.21 Formas de los transformadores El uso se quiere asignar un transformador condiciona mucho la forma y disposición de sus salidas y la distribución de su volumen total. Una pinza suspendida que lleva su transformador incorporado o una que lo lleve separado, una pinza para robot, una prensa o una multipunto, etc.…, requiere unas características diferentes y aunque sea transformadores de la misma potencia nominal, Pn puede ser muy diferentes entre si, lo que origina esa gran cantidad de variantes disponibles entre los transformadores ya normalizados. Fig. En Fig.5.13 podemos ver las variantes que tan solo la caja de conexiones o el conmutador pueden introducir en muchos modelos. En Fig.5.14 puede verse una relación de unos cuantos transformadores con su potencia uso peso etc. Indicadora de esas amplia oferta de tipo normalizados existente.

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Fig.5.14 4.22 Circuitos de alta intensidad Otra de las características especificas de la soldadura por resistencia es el uso de altas intensidades eléctricas en sus maquinas lo cual no es muy frecuente en la industria metalmecánica. En nuestra especialización podemos considerar que el rango más normal de trabajo oscila entre los 8.000 y 100.000 amperios alcanzando los 150.000 amperios en prensas con corriente continua. Unos circuitos con esa característica no son fácilmente compresibles con mentalidad solamente mecánicas de instalador eléctrico de baja potencia. Las caídas de tensión para vencer las resistencias con el paso de intensidades tan elevadas son muy importantes por lo cual es conveniente intentar reducir en lo posible esas reactancias. La reactancia resistencia del circuito al paso de una corriente alterna depende del área que abarca los conductores por donde circula, y de los materiales magnéticos de su zona de influencia, por lo que no se puede reducir poniendo mas cobre en los conductores. El cálculo de esa reactancia es complejo y los fabricantes la conocen más por experiencia que por cálculo.

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4.23 Empalmes y uniones en general Unas zonas a las que debe prestar especial atención son las de contacto, de unión, entre las diferencias partes del circuito. Los empalmes y zonas de contacto son susceptibles a sufrir averías. Un sobrecalentamiento o mal montaje produce un aumento de resistencia en la zona y una disminución de la corriente de soldadura y generalmente las deteriora muy rápidamente. Los contactos cobre con cobre tiene menos resistencia eléctrica y se calienta menos que los de latón y son mas aconsejables. El cobre el aluminio y el hierro tiene un potencial electroquímico diferente y al estar en contacto en ambientes que contenga humedad y gases, prácticamente todos los industriales, se produce una corrosión que llega a soldar los contactos cobre aluminio y corroer los hierro-aluminio. Tiene que emplearse tortillería inoxidable o cadmiada y evitar la entrada de aire en las zonas de contacto mediante un buen acabado superficial de estas. Para evitar corrosión electroquímicas y engripamientos, en todos los casos se aconsejan untar las zonas de contacto con una grasa especial, lítica, de elevada temperatura de goteo para que no desaparezca al calentarse, y con contenidos de grafito o, mejor, polvo de cobre. Las zonas y de contacto en el aluminio tiene estar previamente cobreadas y después niqueladas y usarse arandelas elásticas para su aprieta, el cual, en todos los casos debe ser muy sólido y fuerte.

Fig.5.15 4.24 Sistemas de enfriamiento y refrigeración Salvo en muy limitados casos de maquinas de muy poca potencia y con trabajo muy intermitente, en las maquinas de soldar por resistencias siempre encontramos unos circuitos de refrigeración por agua de sus elementos. A estas maquinas se les solicita una gran potencia en sus cortos periodos de funcionamiento y esta particularidad mas necesidad de que sus circuitos sean cortos y de poco volumen para tener la impedancia reducida que permita conseguir externa disponible para evacuar el calor producido y, no es posible su enfriamiento por conveccion natural o por aire forzado. Salvo indicación en contra del fabricante, el agua, ya circulando tiene que tener una presión de 250 kpa en la entrada y una temperatura no inferior al 10ºc ni superior a 25ºc. El ph. Tiene que ser igual o superior a 7 para evitar que ataque a los materiales cúpricos o ligeros con los que esta en contacto. El contenido de carbonato de calcio, dureza del agua, tiene que ser inferior a 20TH para evitar la deposición de cal en el interior del circuito que dificulta el intercambio térmico y llega a obturar los circuitos. No es prudente emplear sin tratar aguas que excedan los 30/32th. Un grado TH equivalente a 10mg de carbonato de calcio por litro de agua. Su mineralización conviene que sea lo mas baja posible para evitar que sea demasiado

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conductora lo cual no es conveniente especialmente cuando se emplea scrs en los que el agua esta en contacto con partes en tensión. El agua debe estar limpia sin lodos en suspensión que puede depositarse en los circuitos ni otras impurezas orgánicas o inorgánicas que puedan causar atoramientos parciales o totales. El caudal de agua necesario viene indicado por el fabricante de la maquina. En 8º encontrara una orientación sobre el cual necesario si se carece de ese dato Un circuito simple muy usado. Fig.5.16 en maquinas de pequeña potencia no es muy recomendable como norma general

Fig.5.16 En el esquema. Fig.5.17 se pueden observar un circuito de donde se puede deducir los circuitos básicos en que puede repartirse la refrigeración de una maquina.

Circuito único para maquinas de pedestal. Es el que normalmente equipa las maquinas; pero es mas ventajoso desdoblarlo

Circuito de refrigeración para maquinas simples de pedestal y sobremesa

Fig.5.17

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4.25 La refrigeración de los SCR`s Unos tiristor sin agua puede explotar (acostumbra a ser ruidoso su avería) en la primera soldadura, y la única reparación posible es su sustitución por otro de sus mismas características. Cuando los scrs pertenecen a un tipo que tiene sus partes metálicas con tensión eléctrica en contacto con el agua de refrigeración debe prestarse especial atención de no cambiar la calidad longitud y forma que tiene los tubos de goma que los conecta. Cuando se emplea scrs en los que el circuito de refrigeración esta aislado de la corriente eléctrica no es preciso aplicar esa recomendación. b.- La refrigeración del transformador y de sus terminales secundarias es un verdadero laberinto con pasos de agua de poco diámetro 6 u 8mm debido al escaso espacio de que se dispone por lo importante que es reducir la impedancia. Si se elimina o no funcionan los seguros que lo protegen, un trasformador encapsulado se avería en solo minutos de funcionamiento sin agua y debe ser sustituido por otro debido a su muy difícil reparación. C.- refrigeración de zonas de contacto, brazos, porta electrodos, electrodos y fixture de soldadura. En todas estas zonas es también indispensable una buena refrigeración por elevadas intensidades puesta en juego y también es motivo de problemas y de probable avería un fallo de agua en esos circuitos. Una elevación de la temperatura en esos circuitos disminuye la corriente de soldadura y deteriora las zonas de contacto. Los electrodos y fixture se convierten en un circuito independiente cuando es posible. No se debe hacer o aceptar un circuito en el que el agua de refrigeración circule en contacto con piezas de aluminio pues es muy probable que todo el resto del circuito después de cierto tiempo quede atorado por unos finísimos lodos de muy difícil eliminación. Las piezas de aluminio se deben refrigerar mediante tubos o placas de cobre adosadas, por radiadores a convención natural o forzada o por otos sistemas. Si esta prevista la posibilidad de cortar el agua del circuito de refrigeración de los electrodos para poder cambiarlos con comodidad es indispensable que solo sea el agua de los electrodos la que se interrumpa para evitar daños en los otros circuito y que no se pueda poner la maquina en marcha si no se ha vuelto a producir la circulación de agua por los electrodos. No es aconsejable la instalación de sistemas de ahorro de agua que significa la interrupción de esta en los intervalos entre soldadura dentro de la jornada de trabajo por propiciar averías en tiristores y transformadores. El aumento de la temperatura del agua que circula dentro de la maquina puede provocar la proliferación de órganos vivo, como algas microscópicas, que obturen los circuitos y por ello no es conveniente interrumpir el agua con la maquina todavía caliente. La conexión o desconexión del agua debe hacerse mediante una válvula exterior y no debe manipularse, una vez ajustada las posibles válvulas instaladas para cada circuito. Normalmente hay una sola entrada de agua dentro del bastidor un distribuidor la raparte por los diferentes circuitos cuyos retornos están también conectados a un recolector único que es la salida de agua de la maquina siendo aconsejable si es posible que lo haga a través de un sistema que permita en todo momento ver el caudal y temperatura del agua.

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Los mas idóneos pero que solo se hace en las maquinas de mayor potencia y precio es tener caudalímetro y válvulas en cada uno de los circuitos del agua para poder regular y conocer el caudal de cada unión de esos circuitos. Los circuitos de agua en el interior de las maquinas exigen una gran cantidad en su ejecución y el sistema de bridas, abrazaderas, mangueras de goma y en general todos sus componentes tiene que convertir en muy improbable una avería que en el caso de estas maquinas puede producir periodos de paro importante si se mojan sus circuitos eléctricos y electrónicos. Es muy importante que bajo ningún concepto se puenteen, se supriman, los termostatos de seguridad den los scr, de 70ºc los trasformadores de 140ºc en el primario y de 80ºc en el secundario o cualquier otra seguridad que haya considerada necesario el fabricante de la maquina. Si hay problemas de intermitencia en el trabajo de la maquina por culpa de la actuación de esas seguridades lo que hay que solucionar es problema que causa el que actúen probablemente el agua. El suprimirlas aun cuando sea con la intención de que sea por muy breve periodo de tiempo solo para acabar un trabajo ha causado en numerosas ocasiones daños importantes especialmente en scr y transformadores. 4.26 Cilindro neumático Los cilindros neumáticos tienen como elementos básico y principal un cilindro simple o de doble trabajando. Fig.5.18 en tamdem formando parte del sistema de esfuerzo de la maquina y gobernado por el control electrónico a través de un sistema neumático mas o menos complejo según las prestaciones que permita la maquina.

Fig.5.18 Prácticamente todos los procesos de soldadura por resistencia exigen o se benefician de un buen seguimiento efectivo del os pequeños desplazamientos que ocurre durante la soldadura y por ello es muy importante la calidad del cilindro empleado. El embolo tiene que ser de aluminio con juntas tóricas, no de labio, que ofrezca la minima resistencia al deslizamientos sobre la superficie al deslizamiento sobre la superficie y el interior del cilindro precisa un acabado lapeado. Los ejes y sus acoplamientos externos deben ser muy rígidos pero reducidos al máximo las masas en movimiento y sus rozamientos.

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Todo el interior del cilindro tiene que estar realizado para poder trabajar con aire sin lubricar, sin aceite en suspensión, para poder cumplir las normas de higiene en el trabajo y para evita el engrasado inoportuno de materiales e instalaciones cercanos a las maquinas de soldar y reducir la suciedad y el sobre costo en las operaciones de pintado posteriores. No se tiene que emplear grasa que contengan aditivos sólidos como el bisulfuro de molibdeno. Las entradas y salidas de aire deben estar bien dimensionadas con buenos pasos para el aire para obtener unas velocidades de aprox. 5m/s., lo cual no debe impedir la utilización obligada de silenciadores en los escapes. La tabla. Fig.5.19 nos indica los esfuerzos en daN obtenibles con diferentes diámetros interiores de cilindro a diferente presión y según sea simple o dobles.

Fig.5.19 Para conseguir dos carreras de acercamiento diferenciadas son muy empleados unos cilindros en los que en una sola cámara se alojan dos émbolos, uno de ellos unido al eje que aplica la presión y otro cuyo avance se limita el retroceso del principal, permite una carrera de trabajo mas corta que la inicial que puede haber sido larga para salvar algún obstáculo a la entrada de los electrodos a su posición de soldadura.

Fig.5.20 En las maquinas multipuntos y en montajes especiales se emplean casi exclusivamente unos cilindros especiales diseñados para la soldadura por resistencia

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Las normas ISO dejan perfectamente definidos las dimensiones mecánicas y sus sistemas de fijación tanto del cilindro a la maquina como del porta electrodo al eje del cilindro por lo que son generalmente fácilmente intercambiables cilindros de diferentes fabricantes.

Fig.5.21

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Fig.5.22 En puede observar una sola gama de cilindros con solo sistemas de fijación donde consta las carreras y presiones estándar. Los fabricantes de cilindros puede suministrar catálogos con todas las numerosas versiones y variantes que puede presentar una maquina especial. Una gama de estos cilindros están realizados con sujeción por tirantes externos. Cumple la misma misión y hay quien los prefiere por ser más fácil manutención

Fig.5.23

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Las principales e importantes diferencias de estos cilindros respecto a un cilindro neumático para otras aplicaciones son: Aislamiento eléctrico entre el eje y el resto del cilindro. Sistemas antigiro del eje muy eficaz. Diámetro reducido de una, dos o tres cámaras en serie para obtener esfuerzos elevados con poco diámetro. Garantía de 5 o mas años de maniobras sin averías Facilidad de sustitución y mantenimiento. Entradas y escapes bien dimensionados para maniobra rápidas etc.… 4.27 Regulador de presión Existen varios modelos entre los que eligir y es un componente importante para toda instalación. Su funcionamiento es sencillo y se basa en un muelle cuya presión regulable sobre una válvula fija la presión secundaria. Se abre cuando es inferior para dejar aire de la red cerrándose cuando la cámara de aire de salida alcanzada la presión regulada. Es convenientemente utilizar un modelo con alivio de la cámara de salida secundaria lo cual nos permite rebajar la presión de salida cuando accionamos el regulador, aunque esa cámara haya sido llenada previamente a una presión mayor

Fig.5.24 4.28 Filtro y deshumificador Es un vaso transparente protegido o no con una cubierta metálica perforada, que mediante un filtro recomendado de 5 a 20 micras, recoge las impurezas que el aire pueda llevar en suspensión y el agua de condensación que pueda producir el aire al expandirse en su proximidad se puede elegir entre bastantes modelos pero conviene elegir uno con descarga automática del agua de condensación que aunque no evita que le presente la atención debida el equipo de mantenimiento, lo hace menos indispensable. Cuando la instalación contiene una válvula proporcional o es muy compleja se recomienda emplear filtros para máximo 5 micras.

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Fig.5.25 4.29 Lubricador Es un vaso con aceite que tiene como visión nebulizar una porción regulable de aceite en cada maniobra del cilindro. Actualmente se construyen las maquinas con cilindros que no precisan esa nebulización de aceite, que contamina la atmosfera, engrasa y ensucia lo que rodea las maquinas y con ello se evita las averías que se producían por no rellenar el deposito de aceite cuando se vaciaba. El filtro, regulador y lubricador forma generalmente un conjunto único y es conveniente que se instale en su entrada una válvula para desconexión manual de la presión.

Fig.5.26 4.30 Electroválvulas de tres o de cinco vías. Son como interruptores o conmutadores de un circuito por el que circula aire en vez de electricidad Lo más conveniente es utilizar siempre tipos de la normativa ISO que permite una total intercambiable entre diferentes marcas y utilizar tipos motados sobre placas de conexiones Este criterio de utilizar material de una sola norma es aconsejable aplicarlo al resto de componentes de los circuitos.

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Fig.5.27 4.31 Electroválvulas proporcionales Como se vio en el circuito neumático puede estar equipado con una válvula proporcional cuya presión la regula el propio control de soldadura. Las hay que independientemente de regular la presión según la señal eléctrica que reciba del control, informa sobre la presión que están suministrando. Este tipo de electroválvulas es mas sensibles a las impurezas que pueda contener el aire y por ello se recomienda el empleo de filtros acorde con lo que aconseje el suministra de la electroválvulas. Válvulas diferenciales Se accionan y conmutan el paso de aire en un circuito cuando la diferencia de presión en dos de sus entradas disminuye de un valor determinado. 4.32 Transductores de presión con señal eléctrica Si se instala estos transductores es posible establecer límites máximos de las presiones de trabajo a través del control electrónico. 4.33 Regulador de caudal Intercalados en un conducto de aire comprimido hacia el cilindro reduce el cual unidireccionalmente y permite varia la velocidad de movimiento de ese cilindro. Puede estar incorporando en las electroválvulas o en las placas de conexión. 4.34 Silenciadores El escape de aire a presión produce un ruido apreciable que unido a lo repetitivo que puede ser, molesta y puede trasferir las exigencias de las leyes que regulan las condiciones de un puesto de trabajo. El silenciador es una capsula cerrada colocada en la inmediatez del escape a través de cuyas paredes formadas por un material metálico esferoidal sinterizado, sale el aire con un régimen laminar menos sonoro.

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4.35 Instalación Siempre que es posible el mayor número de componentes neumáticos se montan sobre una placa gruesa en el interior de la cual una serie de agujeros intercomunica los diversos elementos según un esquema previamente determinado. Si no se tiene los esquemas neumáticos y de esa placa es muy difícil sin ser muy experto conocer el esquema neumático solo por observación a la vista. Las conexiones neumáticas entre los diversos elementos o placas de montaje tienen que ser cortas y rígidas y en los empalmes solo debe utilizarse material de calidad. Es útil y conveniente que las maquinas estén equipadas con un pequeño deposito de aire comprimido, un calderón, un pulmón, que evita los problemas que una línea algo deficiente pueda ocasionar. Estos depósitos pueden necesitar estar documentados ante las autoridades industriales por ser un contenedor correspondiente, siendo responsabilidad del usuario realizar las revisiones periódicas posteriores si son exigibles. Las normas ISO 1219,5784 y otra fijan los símbolos a emplear en los esquemas neumáticos, adjuntamos algunos de los símbolos más necesarios para interpretar los esquemas cuyos símbolos son generalmente menos conocidos que los eléctricos.

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Fig.5.28

Fig.5.29

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4.36 Circuitos neumáticos Coexisten una buena variedad de circuitos neumáticos y cada fabricante puede aplicar el suyo, por lo que lo más importante es estar bien documentados sobre el cual es el que tenemos su, sistemas de funcionamiento, sus recambios, etc.… Para no obviar el tema los resumiremos en unos circuitos básicos cada uno de los cuales puede tener algunas variantes. Circuito simple para maquinas con brazo oscilante o descenso rectilíneo El esfuerzo para la soldadura lo genera un cilindro neumático de doble efecto, situado en algún lugar del circuito mecánico de la maquina, Fig.5.30 el circuito que gobierna este cilindro esta formado por los mínimos componentes posibles y con el solo se regula las velocidades mediante los reguladores de flujo y el esfuerzo mediante el manó reductor.

Fig.5.30 4.37 Circuito con doble carrera La maquina va equipada con un cilindro de doble cámara. Fig. Toda la carrera del embolo de la cámara superior sirve para variar la altura de la cámara principal, disminuyéndolo y, permitiendo al electrodo una abertura inicial grande para la introducción de una pieza con aletas o formas que lo exijan, y efectuar después de todo la soldadura con una carrera corta y una mayor cadencia.

Fig.5.31

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El accionamiento del embolo de la cámara superior que reduce la carrera de trabajo se efectúa a voluntad con mando o mediante electroválvulas gobernada por llave o por un pedal o pulsador mecánico que gobiernes una electroválvulas y con aire con toda la presión de la red sin pasar por el manómetro regulador. Circuito para maquinas con acercamiento con bajo esfuerzo Especialmente en las prensas para soldar por protuberancias y en la soldadura de aleaciones ligeras es necesario disponer de un acercamiento del electrodo a la pieza con un bajo esfuerzo y que produzcan un reducido impacto dinámico que no deforme las protuberancias ni las piezas. El descenso con bajo esfuerzo se consigue alimentado simultáneamente las dos cámaras del cilindro con la misma presión, las cuales tienen un área diferente ya que la inferior es mas reducida debido al eje del embolo.

Fig.5.32

Fig.5.33

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En el circuito también se puede ver una válvula de accionamiento manual para poder gobernar el descenso sin corriente durante el ajuste mecánico de los fixture o electrodos. Circuito con doble carrera para pinzas robot Puede ser circuito de doble carrera normal puesto que generalmente el cilindro es, como el de las maquinas de pedestal o pinzas manuales, un cilindro único con doble; pero, en estas pinzas hay dos hechos que las diferencia de forma importante. A.- la velocidad. Es muy importante conseguir vaciados y llenados de cilindros con el mínimo tiempo posible para conseguir un tiempo del ciclo de soldeo más corto posible el cual afecta mucho a la productividad de la instalación robotizada. B.- el auto-centrado. Ya muy raramente se admite que sea el robot el que, con una maniobra mas, acerque el electrodo del brazo fijo a la pieza asoldar, no solo por el mayor tiempo necesario si no por la variación de cota que significa el desgaste del electrodo y por ello estas pinzas son autocentrantes y es indispensable que la abertura de los electrodos tenga una posición univoca y fija para evita que puedan chocar con la piezas al entrar en posición. Conseguir mayores velocidades pide añadir al circuito unas electroválvulas o unas válvulas diferenciales para escapes rápidos y que aplique la presión máxima cuando los electrodos para evitar deformaciones. El auto centrado precisa de la adición al circuito mecánico, y al neumático, de un pequeño cilindro de doble efecto con una cámara que alimentada con aire lo lleva a la posición univoca de reposo y que cuando se conecta a escape deja que la presión inferior permanente en la otra cámara acerque el electrodo a la pieza

Fig.5.34 Los circuitos indicados son reales y en uso pero no son las únicas soluciones y puede realizarse otros que se adapten mas exactamente a lo que precise o que cumplan el mismo cometido de forma distinta. Conociendo los mencionados no representan dificultad alguna interpretar loas otras soluciones posibles incluso con variantes para añadir los elementos necesario que se

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precisen para determinar movimientos de los mixture que pueden integrarse en el control de la soldadura. 4.38 Material Las diferentes necesidades requiere materiales distintos y por tanto los hay de alta conductibilidad eléctrica y térmica pero cuya temperatura de reblandecimiento es baja y otro que tiene una temperatura de reblandecimiento superior con una conductibilidad mas reducida y, según el tipo de maquinas a emplear los metales a soldar se tiene que emplear unos u otros. Los materiales mas usados son aleaciones de base cobre con cromo, cadmio, circonio, cobalto, níquel, berilio, wolframio, plata, etc.… y hay otros, de menor consumo pero de indispensable uso para determinados problemas que son con base de tungsteno o molibdeno, puros o aleados. Se esta permanentemente investigado y con resultados prometedores el uso para electrodos de otras aleaciones y de mezclas producidas por sinterización, técnicas de pulvimetalurgia que permite mezclas de metales, de óxidos o sales de estos, e incluso de materiales no metálicos que son imposibles de obtener por fusión. Algunas de ellas ya son operativas aunque por su costo todavía no se ha extendido su uso. Tanto la RWMA como la ISO 5182-1991 detallan y relaciona los actuales materiales. Los suministros de materiales y los electrodos y piezas ya listas para usar acostumbran a disponer una buena y útil documentación para el usuario. Grupo A Este grupo comprende los materiales cuyo componente principal es el cobre y generalmente son materiales que se mecanizan bien y que se puede suministra forjados, fundidos y en muy numeroso formas y dimensiones de productos laminados o extrudidos. Clase 1 RWMA En esta clase encontramos materiales que se emplean para soldar aleaciones ligeras. El que tiene una mejor relación precio resultados en esta clase es el A 1/3 A 1/1 cobre comercial electrolítico (E-Cu), (conductibilidad IACS 99%) laminados o forjados que se emplea solamente para soldadura de aluminio muy poco aleado. Temperatura de reblandecimiento, TR=300ºC A 1/3 cobre aleado con cadmio (CuCd1), de mayor dureza que el E-Cu y buena conductibilidad (80% IACS) empleado para las soldaduras de las aleaciones de aluminio, magnesio, bronces, latones y en general materiales de elevada conductibilidad. No admite tratamiento térmico TR=300ºC Los vapores de Cd son tóxicos y puede producir problemas respiratorios. A ¼ cobre aleado con plata (CuAg0) tan buen conductor como el E-Cu pero con mejor resistencia mecánica a temperatura elevada aunque inferior a la del CuCd1, empleándose para lo mismo que ese TR= 350. En esta misma clase se encuentran otras aleaciones que aunque poco usadas es interesantes conocerlas como el CuZr y el CuS aptas para la soldadura de aleaciones ligeras. Clase 2 esta clase el laque tiene menos variantes y solo explicitamos la A 2/2 por su universalidad.

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A 2/2 cobre aleado con cromo y circonio (CuCrZr). Esta aleación es la mas empleada, la mayor consumo y la que tiene mas posibilidad de suministrar por su cualidad de una elevada dureza a latas temperaturas (TR= 525ºc), y una buena conductibilidad eléctrica (80%IACS) obtenidos mediante tratamiento térmico. Se puede emplear para prácticamente todos los materiales y recubrimientos, salvo las aleaciones ligeras o cúpricas, y, en piezas o componentes de útiles o mordazas en la soldadura por protuberancias o a tope, comparte su uso con aleaciones de mayor dureza. Esta clase 2 incluye un material sinterizado, el CuAl2O3ZrO2, de precio elevado y consumo poco extendido pero con buenos resultados comprobados en la soldadura galvanizada. Clase 3 Esta clase comprende materiales con elevada resistencia mecánica y es empleada en piezas para mixture y mordazas que en electrodos. A 3/1 cobre aleado con cobalto y berilio (CuCoBe). Es una gran aleación que admite tratamiento térmico obtenido una gran dureza y una conductibilidad regular (45% IACS) y TR= 475ºc. Usada en electrodos para soldar materiales de alta resistencia como el acero inoxidables, aceros de lata aleación, termorresistente y para piezas de mixture para soldar por protuberancia, mandíbulas y mordazas para soldar a tope o recalcado y en general donde se precise elevada resistencia mecánica. A 3/2 Cobre aleado con níquel y silicio (CuNI2si). Esta aleación se emplea para lo mismo que la (Cucote) cuando por motivos de precio o imposibilidad de uso o suministro no es posible emplear esta. Su conductibilidad es mas baja (30% IACS) y también su resistencia mecánica la temperatura de reblandecimiento TR= 450ºc es parecida. Clase 4 A 4/2 cobre aleado con berilio (CuBe2). Muy aptas para brazos y piezas que precisen gran cantidad resistencia mecánica. Tiene una conductibilidad baja (20% IACS) y una temperatura de reblandecimiento también baja TR= 300ºC Grupo B En este grupo los materiales sinterizados son el tungsteno (W) y el molibdeno (Mo) y se caracterizan por unas temperaturas de reblandecimiento TR DEL orden de los 1000ºc, una elevada dureza y una baja conductibilidad. Su mecanización es difícil o imposible y su gama de suministro es reducida. Se emplea generalmente como insertos en piezas o electrodos de cobre para obtener en determinados puntos una elevada concentración de calor. Fig.5.33

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Fig.5.35 Clase 10,11 y 12, B11 y B12, tungsteno con cobre (WCu) son productos sinterizado que tiene unas elevadas durezas y resistencia a lata temperatura y con una conductibilidad (35% al 20% IACS) que permite su uso en electrodos para soldar aceros inoxidables de alta resistencia y en mandíbulas para soldar a tope o en recalcadotas. Clase 13, B14 tungsteno. Muy duro y no mecanizable. Se usa para soldar cobre y sus aleaciones.

Fig.5.36 Clase 14, B13 molibdeno. Es mecanisable y menos duro que el tungsteno y tiene prácticamente los mismos usos. Es importante para comprender el comportamiento de estas aleaciones el prestar atención a unas de sus curvas características. Fig.5.35 y observar que la dureza en frío de un A1/1, Cu es de unos 53Rockwell “B” (85 HB) y la de un A 2/2 CuCrZr, es 80 Rockwell “B” O sea tiene una dureza tan solo un 50%, pero, la gran diferencia es que a 200ºc el A 1/1 ya empieza a reblandecerse y a los 300º ya es pastoso y su resistencia al desgaste y mecánica son casi nulas y el A 2/2 mantiene sus características hasta los 525ºc temperatura a la que empieza a reblandecer. Dadas las temperaturas que se alcanzan en la zona de contacto con la pieza. Fig. Son obvias las ventajas de uno sobre el otro y vuelve a recordarnos lo importante que es una buena refrigeración del electrodo

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Fig.5.37 4.39 Dimensiones En los electrodos para soldar por puntos tenemos tres dimensiones importantes a determinar: Diámetro de la cara activa del electrodo: este diámetro nos viene indicando en las tablas de parámetros para aplicar en la soldadura o aplicando la formula ya indicada de Dca= 2e + 3 Siendo e el espesor de la chapa con la cual el electrodo esta contacto, en principio, no debe alterarse el valor de la resistencia. Diámetro exterior del electrodo: este dato vienen indicado en el grafico en función del esfuerzo con que suelda; pero, es prudente que el usuario compruebe si empleando un diámetro superior al recomendado obtiene mejoras en la calidad y en la productividad que justifiquen emplearlo a pesar de su mayor costo. Un diámetro mayor, si no hay problemas de limitación de espacio para su uso, permite un mejor enfriamiento y mayor vida útil del electrodo en determinados trabajos, lo que con lleva un menor costo en electrodos. Cuando debemos soldar con la cara activa descentrada respecto al eje de la aplicación del esfuerzo es conveniente elegir un diámetro mayor y también en las soldaduras de acero de alta aleación donde se tiene que aplicar presión muy elevadas a un con corrientes bajas.

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Fig.5.38 4.40 Formas Siempre es conveniente utilizar electrodos de tipo estándar de los que se encuentra en oferta y plazos de entrega cortos. Fig.5.39, y dentro de esas formas estándar el mas usado, con mucha diferencia sobre los demás, es el troncocónico. Fig. 5.39

Fig.5.39

Los electrodos con cuerpos de d 13 tiene a emplearse solo donde hay problemas dimensionales imposibilitando el uso de d 16. Emplear una medida superior es recomendable en algunos casos (ver ISO 1089-91)

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Fig.5.40 Son muy empleadas unas puntas de electrodos capsulas, caps. Las capsulas se conforman por estampación en frío con un aprovechamiento integro del material y la obtención de una mayor dureza con un costo bajo que hace muy interesante su uso. Las hay de varias formas, unas que siguen la norma ISO 1089. Fig.5.41, y otras también muy usadas según en que aplicaciones

Fig.5.41

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Fig.5.42 Hay empresas especializadas que ofrecen reciclar varias veces un porcentaje de las puntas ISO usadas y puede realizar después de cada reciclaje una cantidad de soldadura equivalente a las conseguidas con una punta nueva

Fig.5.43 Estas capsulas pueden ser de refrigeración directa, cuando el agua que las enfría entre en contacto con ellas, o de refrigeración indirecta, cuando se enfría por su contacto con el adaptador en el que van montadas que es el que esta en contacto directo con el agua

Fig.5.44 Obviamente la cadencia admitida es superior en las de refrigeración directa, pero las de refrigeración indirectas son muy usadas cuando la cadencia del trabajo lo permite, por la facilidad y rapidez de su sustitución e intercambio sin perdidas ni manejos con el agua. Cuando no es posible emplear electrodos estándar se tiene que acudir a los de forma especial muchas de cuyas formas ya se emplean normalmente y se encuentra en los catálogos de los suministradores

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Fig.5.45 Hay algunos electrodos que aunque considerados especiales son estándar para determinados trabajos como los que se emplea en la soldadura de tubos, de alambres o los oscilantes planos para soldaduras sin huellas

Fig.5.46

Fig.5.46

No podemos encontrar con problemas de accesibilidad a la zona donde debemos situar los puntos, y en los casos que no sea posible modificar la pieza para facilitar el proceso de soldadura, es necesario modificar la posición de los brazos, cambiarlos o emplear piezas o porta electrodos auxiliares que permite la realización del trabajo

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Fig. 5.47

Fig. 5.48

Fig. 5.49

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Fig. 5.50

Fig. 5.51 El criterio a emplear es el de buscar la combinación de piezas mas simple posible y siempre empleando materiales estándar que se puedan encontrar en el mercado, y, no solo por la posible ventaja de poder obtener precios mas competitivos o un buen plazo de entrega sino que la piezas de catalogo normalmente ya están probadas y el fabricante puede informar sobre la idoneidad de su uso para ese caso particular. Es prudente intentar adaptarse siempre a unas mismas piezas que pueden tenerse almacenadas y no adaptar cada vez soluciones que precisen nuevas piezas especiales. Cuando se trata de mordazas, bajo cobres o electrodos para soldar por protuberancias es difícil hacer coincidir nuestras necesidades con lo disponible en el mercado y lo mas importante es haber recibido del fabricante de la maquina el mixture o los planos exactos de los propios talleres partiendo de perfiles laminados de cobre aleado de medidas normalizadas,

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Fig. 5.52

Fig. 5.53

4.41 Ciclos de vida de un electrodo Una de las primeras preguntas que se hace el usuario es el porque se deja tan poco espesor de material entre el agua y la cara activa, pues piezas con toda razón que si dejamos mas material se podría realizar mas soldadura con un electrodo. Una curva orientada nos permite ver que a mayor distancia peor enfriamiento, mayor aplastamiento de la cara activa y más rápido desgaste de esta. La adopción de la distancia de 10mm. Entre el agua y la cara activa con el electrodo nuevo es un compromiso económico que en su día pareció el más adecuado para tener el gasto en electrodo por punto realizado más económico

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No obstante creemos que esta convención o normas que se viene aplicando hasta ahora tendrá que ser objeto de nuevos ensayos dados los importantes cambios que esta ocurriendo en cuanto al uso de los reavivados automáticos, al precio de los materiales cúpricos, a los nuevos electrodos, a la aplicación de potencias y parámetros en la soldadura apreciablemente distintos, etc.…etc.… Estos nuevos ensayos pueden reconfirmar o determinar que según sea el modo se suelda sea conveniente desde un punto de vista económico La que mas afecta a la vida de un electrodo es la contaminación de su cara activa, los posibles pegados del electrodo con la pieza, la soldadura lenta, la mala elección de la forma o el material del electrodo, etc.. Vamos a concretar en primer lugar con unos ejemplos reales que corresponde a unos valores que podemos considerar máximos por cuanto ha sido conseguidos en una planta de carrocerías depuse de investigación, realizada Aumentar un diámetro exterior del electrodo, De de 20mm superior a los 16mm que se considera normal y diseñar y emplear unas capsulas no normalizada en el mercado Corrigiendo el diseño de las piezas para permitir una accesibilidad correcta en todos los puntos. Ajustaron los programas de robot para que la incidencia de la cara activa de los electrodos sobre la pieza fuese correcta en todas las características.

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4.42 Instalaciones robotizadas Se les llama así a los procesos donde en los movimientos para el desplazamiento de las piezas o de las piezas de soldadura se emplea uno o más robots de cinco grados de libertad o ejes. En pequeñas producciones se usan para evitar trabajos pesados o peligrosos o es de difícil ejecución para un hombre y también cuando un estudio económico demuestra que es rentable su uso, el cual se esta incrementando porque los robots cada vez son mas buenos y mas baratos y la mano de obra, afortunadamente, mas cara. Su versatilidad y capacidad para poder adaptarse a cambios de diseño de situación de puntos en las piezas, así como su facilidad para adaptares a otra maquina o fabricación cuando deja de fabricarse lo que esta haciendo han extendido su empleo los automóviles Fig. 6.1. Para muy grandes producciones en algunos casos sigue siendo mas ventajoso el uso de maquinas especiales multipunto.

Fig.6.1 4.43 El robot Un robot ver Fig.6.2 nombre por el que mundialmente se le conoce y que parece proviene del de un criado de un comedia teatral checa, es una maquina que con unos brazos articulados puede colocar un objeto en cualquier punto de coordenadas X, Y, Z, que estén dentro del área volumétrica que cubre, y en ese punto concreto otros ejes x, y, z pueden hacer que ese objeto adopte la posición mas conveniente.

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Fig.6.2 Los seis ejes necesarios también son llamados libertades y en algunos casos no es necesaria la sexta y en otro precisa de una séptima que generalmente es un desplazamiento longitudinal del robot accionando por un eje eléctrico con el mismo control. En la soldadura por resistencia, que es la que nos ocupa, han sido empleado robots con una capacidad de carga sobre el 6º eje cada vez mayor y actualmente es normal que se de 160 a 200kg. Desplazando a la gama de los 60 a los 125kg. El accionamiento puede ser hidráulico o eléctrico y son estos últimos los que están siendo más empleados, desplazando a los hidráulicos incluso en las gamas de gran capacidad de carga. Los controles electrónicos que los gobiernan permiten la regulación simultánea de todos los movimientos y por lo tanto es posible obtener cualquier tipo de movimiento y trayectoria del objeto a posicionar. Los robots industriales han podido ser una realidad no solamente por los avances de la electrónica si no por la ejecución de unos reductores mecánicos epicicloidales con corona deformable de una gran relación de reducción con muy poco volumen, elevado rendimiento y gran fiabilidad y unos motores especiales si escobillas de baja inercia y con resolver muy precisos- En el mercado, mundial, coexisten varias marcas de buena calidad y fiabilidad y el usuario puede exigir o recomendar al proveedor de la instalación la marca que desea en función de su experiencia sobre los que ya posea o de la proximidad y calidad de los servicios de asistencia técnica de marcas con prestigio. Unos programas de software especiales permiten unas programaciones rápidas si se le dan los datos de la pinza de soldadura o garra y de la pieza a soldar, pero el empleo de robots en una instalación precisa de personal propio, o próximo y asequible, capaz de programar inicialmente y de ir afinado posteriormente los programas de movimiento. El lugar de trabajar de un robot tiene que estar protegidito por vallas o rejas que impida el paso a cualquier

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persona por la máxima área de cobertura de sus posibles movimientos, cuando este conectado o pueda conectarse sin intervenciones de quien estén en esa área. El robot es un elemento pasado y de no fácil manejo por lo que deben preverse el espacio y sistemas de manutención precisos para su montaje o sustitución. 4.44 Pinzas al suelo Cuando es la pinza la que va al elemento soldante se utiliza soldadura a puntos de pedestal o las llamadas pinzas al suelo las cuales sueldan la pieza presentada por el robot en las posiciones necesarias para cada punto y el mismo robot la descarga donde lo hayan programado. Otra posibilidad es que la pieza sea depositada por el robot en el mixture de una prensa de soldadura y una vez soldada puede ser extraída por el mismo u otro robot o por algún tipo de descarga automática que se realiza mientras el primer robot ha tomado y esta acercando una nueva pieza. Las pinzas al suelo pueden ser o parecer pinzas normales sujetas a baja altura o maquinas de puntos de cualquier tipo fabricadas para una altura del puesto de trabajo que no necesita ser la norma para el trabajo de un hombre y que ello ganan en solidez. Normalmente la vida de una pinza al suelo llega a ser el triple de la que se obtiene con una pinza manejada por un robot por la ausencia de esfuerzos dinámicos t ser los accidentes por malas manipulaciones. 4.45 Pinzas de soldadura especiales para robots Cuando la piezas están fijas y es el elemento soldante el que acude a ella se emplean pinzas de soldadura especialmente estudiadas para robots instaladas en las muñecas de estos. Son muy compactas y de una relación peso potencia muy baja para responder a las elevadas exigencias en cuanto a maniobralidad y sobrecarga al mínimo la muñeca de 6º eje del robot. Se las conoce como pinzas robot. Es actualmente la maquina o componente con mayor índice de crecimiento en cuanto a cantidades que se fabrican y la que tiene mayor expectativas en el mercado. Su diseño y fabricación ha sufrido importantes variaciones en los aproximadamente 20 años de vida industrial que tiene este producto desde su fabricación ya era significativa para unos muy pocos fabricantes. 4.46 Particularidades en su trabajo El robot conduce la pinza hasta la pieza a soldar donde los brazos y electrodos tienen que llegar sin colisionar con parte alguna a una posición determinada para cada soldadura. El programador del robot no pone a ninguno de los electrodos en contacto con las piezas pues, aunque teóricamente es posible tiene problemas debido a que la altura del electrodo varía a lo largo de su vida en unos 13 a 15mm. Por desgaste y clavado en su alojamiento, y que ese electrodo, fijo a una pinza y conducido por un brazo de robot, conforme una masa en movimiento que por poco que golpee sobre la pieza puede producir importantes deformaciones. Las pinzas son por estos motivos auto centrantes o sea en su maniobra, ya con el robot inmóvil, primero llega un electrodo a hacer contacto con la chapa y espera a que llegue el otro y se aplique la presión de soldeo. Fig. 6.3

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Las masas de las partes en movimiento de las pinzas tampoco son despreciable, especialmente si se emplea brazos de gran longitud y sigue existiendo, aunque mas reducido, el problema de las deformaciones y golpeteo que provoca y recibe la pinza. Para minimizar esos problemas, modelos de estas pinzas se diseñan y fabrican con sus dos brazos articulados y mediante un pequeño cilindro auxiliar uno de los brazos alcanza la pieza y el otro se acerca casi simultáneamente. Hay circuitos neumáticos que permiten llegar al otro electrodo con poco esfuerzo y con movimientos rápidos.

Fig. 6.3 4.47 Detalles constructivos En los intentos de normalización un elemento de tanto consumo como estas pinzas ya algunos usuarios han creado un euro pinza en cuyo diseño han intervenido los responsables de mantenimiento y de procesos de unas fábricas de automóviles. Ya funcionan varios cientos de estas pinzas y comparadas con las pinzas de modelo propio de fabricantes. Siempre que es posible emplean un transformador según norma ISO y con el centro del devanado secundario conectado a tierra, por seguridad y para evitar que el contacto fortuito de cualquier de los brazos con la pieza pudiera originar un paso de corriente por los cojinetes de las articulaciones del robot, que producirá su destrucción por agarrotamiento. Cuando son necesario brazos largos de mas de 500mm. Los brazos de cobre clásicos se hacen muy pesados y tienen mucha masa. Se utilizan en estos casos brazos de aluminio con secciones estructurales para obtener elevada resistencia mecánica utilizando el aluminio como conductor con un tratamiento de los contactos apropiados y una refrigeración mediante placas o tubos de cobre adosados o en su interior. Se emplean también brazos estructurados de acero inoxidables y en este caso unos conductos de cobre conducen la corriente y el agua de refrigeración. Con cualquier clase de brazo la corriente de las conexiones flexibles es mejor que se empalme directamente al brazo de forma independiente a la sujeción mecánica, pues ambos importantes empalmes necesitan tratamiento diferente. Fig. 6.4

Fig.6.4

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Una parte muy importante, ya mencionada anterior mente, de estas pinzas son sus conexiones para el aire, agua, energía eléctrica y circuitos de control las cuales se agrupan en un mazo integrado en el cual las calidades, secciones y sujeciones están estudiadas para reducir al mínimo las averías que se producen por la gran cantidad de movimiento en todas direcciones que comportan un programa de robot. Fig. 6.5

Fig.6.5

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Capitulo V

Conceptos para la

adquisición de equipo

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5.1 Compra La compra de un medio de producción es una operación en que mayor o menor medida afecta siempre al futuro de la empresa , no es solamente un proceso económico, si no que también lo es de ingeniería de producción y los responsables de ambas áreas. No queremos iniciar en las condiciones económicas, formas de pago, organización de sistemas de compra, etc... Las cuales son comunes con otras compras y dependen más de las costumbres o posibilidades de cada mercado que la específica de estas maquinas y se aparten totalmente de nuestros objetivos 5.1.1 Recopilación de datos para propósito de compra En primer lugar debemos conocer las piezas o trabajos que queremos realizar y descartar todo lo que deba ser soldado por arco. Nos permitimos apuntar que dondequiera que sea posible debe usarse con preferencia la soldadura por resistencia, la cual permite mejor automatización, de forma menos las piezas soldadas, exige menos personal calificado a pie de maquina, el consumo de energía tiene un costo, el deterioro de las características metalúrgicas o de protección de las piezas soldadas es muy inferior, etc.. Lo determinante para una buena elección es conocer bien las piezas a ser soldadas y las prestaciones que se le exigen así cómo las producciones deseadas, en resumen, saber bien lo que se quiere y para ello sugerimos a continuación una serie de cuestiones, para las cuales deberían ser conocidas previamente. 5.1.2Información sobre el trabajo Descripción del trabajo a realizar Producción diaria Horas diarias de trabajo efectivo Producción máxima horaria trabajando a un hipotético 100% de eficiencia Producción anual prevista y números de años para cálculo de la amortización Nº de plano de la pieza Prueba adimensional y de resistencia a que serán sometidos los resultados obtenidos Cantidad de muestras que podemos suministrar al proveedor y fechas en que se podrían a su disposición 5.1.3 Datos sobre la instalación Voltaje entre fases de la red Potencia disponible para la maquina Potencia total de que se dispone, contratada, en la red Potencia del transformador que alimenta la red donde será conectada la maquina y distancia aproximada Posibilidades de contratar mas potencia. Presión de la red de aire comprimido Presión, temperatura y disponibilidad de agua para la refrigeración

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Quine es el responsable de efectuar la implantación de la maquina en su lugar de trabajo y a cargo de quien Medios de descarga y manutención que estará disponible para el montaje Espacio disponible para la maquina Nivel técnico del personal que tiene que asegurar la manutención de la maquina en producción Documentación que se desea recibir con la maquina. 5.2 Estudio del equipo necesario Estudiando los datos conjuntamente con los servicios técnicos propios, se tiene que poner en contacto con los servicios técnicos comerciales de fabricación de reconocidos prestigio, y escucharlos, o contratar los servicios de un experimentado especialista en la materia para asesorase. Ahorrar dinero en el estudio previo a la compra de unas maquinas que no se conozca bien, acostumbra a salir caro. Los medios de producción empleados para la soldadura por resistencia, al igual que la mayoría de medios en casi todas las ramas de la industria están en permanente evolución, y aunque los principios básicos no haya variado sustancialmente ahora se conoce mejor los procesos, se aplica nuevos materiales y componentes que aumenta extraordinariamente la fiabilidad, se hace uso de desarrollos habidos en otras tecnologías y en conjunto se dispone de medios donde elegir que eran impensables no hace demasiados años. Podemos poner como ejemplo de la necesidad de estudiar bien el tipo de maquinas necesarias para hacer un trabajo y de lo importante que se asesoren bien sobre el tema, que para soldar a puntos dos laminas de 1mm. De espesor puede emplearse, con resultados satisfactorios, un maquina portátil manual que pesa 12kg. Y que suelda con 60 daN y 4500ª. O, una maquina de pedestal que pesa 500Kg. Y suelda con 250daN y 10000ª. Con una relación entre precios de ambas, de 1 a 40. Ejemplos de posibilidades tan dispares también se encuentra cuando se trata de automatizar, robots, etc. Cualquier proceso de soldadura. 5.2.1 Tamaño de la maquina Para determinar la potencia de la maquina debemos predeterminar con la ayuda de las tablas y en función de la calidad deseada los amperios, los daN y el tiempo que se necesitan para los puntos que mayores prestaciones necesiten, y con ello estos datos ya podemos empezar a seleccionar las posibles maquinas necesarias. El dato que dan, o que deben dar, los fabricantes en sus folletos es el de los amperios en cortocircuito ICC., o sea los amperios que pasan poniendo entre los electrodos una platina de cobre no aleado en vez de pieza. Es importante tener en cuenta que los amperios soldando son del orden del 80% de los cortocircuitos, y que los que indican los fabricantes son con una red sin caída de tensión. Normalmente en el momento de soldar se tiene una caída de tensión que no debería ser superior al 10% pero que en la realidad puede alcanzar un 15%. Por tanto, los amperios máximos que puede dar la maquina al soldar son el producto de los amperios en cortocircuito por 0.8 y por 0.85 por la probable caída de tensión, o sea por 0.68 Con electrodos desgastados y con diámetros de la cara del orden de un 15% mayor que el inicial se necesitan mas amperios y para disponer de un margen prudencial de un 25%, en vez de multiplicar por .068 deberá hacerse por 0.54.

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El esfuerzo entre electrodos en daN es otra características que indican el fabricante y también en este caso. Hemos de pensar que nuestra red de aire comprimido puede no estar a su presión nominal o no coincidir con la que exige el fabricante y también deberemos tomar un margen de garantía. El trabajo soldando es muy intermitente y la corriente circula un tiempo muy corto en comparación con el total empleado en realizar una operación completa de soldadura que incluya los tiempos de maniobrar y para cargar y descargar de la pieza, y lo que tenemos que hacer es determinar cuales son los amperios que circulando permanentemente produce el mismo calentamiento en el transformador y otros elementos de la maquina que los que empleemos soldando con los valores que queremos aplicar. La corriente térmica, Its, la que la maquina puede suministra trabajando permanentemente conectada al 100%, es un valor que viene especificando en el folleto o debe de estar incluido en su oferta. No es suficiente el dato de los Kva. De potencia aunque sabiéndolo también se puede calcular esa corriente. La Its que corresponde a nuestro trabajo se calcula con la siguiente formula:

Its = √ ((Nºsh x t x Is)/ (0.18(50p) o 0.216(60p))) = ampere’s Donde Nºsh es el numero de soldaduras por hora T. el tiempo en periodos Is. La corriente de soldadura Si los Its. Resultantes son superiores a los Its. Con que puede trabajar la maquina debe reducirse el ritmo de trabajo o elegir una mayor. Cuando se asignen los valores a esa formula debe tenerse en cuenta que a los valores correctos predeterminados siempre les puede ocurrir que, justificadamente o no, sean aumentando por alguien, para asegurarse de que suelde bien o porque todavía cree que se tiene que ver la fusión por fuera y verse muchas chispas para que este bien soldado o simplemente por que se decida en un futuro próximo obtenerse lentejas de mayor producción y por el es conveniente prever un margen de seguridad apreciable de al menos un 25%. Ejemplo Necesitamos soldar unas 180 piezas por hora de un tamaño para el que un escote de 300mm. Será suficiente. Se dan 4 puntos por pieza y se sueldan 2 chapas galvanizadas de 1mm. Con la mejor calidad posible. Se observa que se necesita 12 ka 300daN y 10 periodos Aplicando la formula:

Its = √ ((180 x 4 x 12 x 12 x 10) / 0.18) = 2400 A Aplicando el 25% a A Its necesarios = 2400 x 1.25 = 3000 A DaN necesarios = 300 x 1.25 = 375 daN Icc necesarios =12000 / 0.54 = 22000ª Entrando con estos datos en los catálogos veremos que necesitamos una maquina de unos 350 a 400mm de escote neumático y de unos 50kva de potencia nominal, después de comprobar que las aproximaciones. 30kva cumplen la condición de dar los daN

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necesario y admite los lts., pero que su ICC x 0.54 es inferior a los 12000ª. Que necesitamos. Si la soldadura fuese de espesor sin galvanizar al repetirse los cálculos con los valores necesarios para ello nos pedirá una maquina mas pequeña En el ejemplo anterior hemos visto como al elegir una maquina debe cumplirse las tres condiciones. A.- que se puedan obtener los amperios soldando. b.- que se dispongan de los N necesarios c.- que admita a efectos de calentamiento la producción deseada d.- que esos valores se obtengan con el escote necesario y para cada uno de esos puntos debemos adoptar unos márgenes de seguridad a nuestra conveniencia. 5.3 Factores de marcha (FM) Es la relación expresada en porcentajes de tiempo de paso de corriente respecto al tiempo que entre dos soldaduras consecutivas. Soldando a puntos, por protuberancia o a tope, los factores de marcha oscilan entre 3% y 15% como máximo. Debido a que la producción de calor es proporcional a cuadrado de las intensidades, la relación entre potencias según el factor de marcha obedece a la siguiente formula:

Potencia al 100% = Pot. Al 50% x √ (50/100) = pot. Al 50%/ √2 O

Potencia al 50% = pot. Al 50% x √2 = pot. Al 100% x 1.41 5.3.1 Red de alimentación eléctrica En el caso de no estar obligados a soldar con un tipo de corriente determinado por exigencias del proceso, una vez conocida la potencia de la maquina que necesitamos es importante conocer los datos de la red que tiene que alimentarla para decir con que tipo de corriente nos conviene soldar. Si nuestra red no es suficiente para instalar una maquina monofásica soldando con corriente alterna y necesitamos solicitar una nueva conexión de la compañía suministradora, hemos de calcular que empleo de maquinas con corriente continua procedente de corriente trifásica o media frecuencia rectificadas se evita el tener que ampliar nuestra potencia contratada con un ahorro de costo que permita, con el mismo costo utilizar esas maquinas que sueldan con mayor calidad solicitando menos potencia a la red. Cuando se trata del orden de 300 a 400Kva en el momento de soldar, que ya puede corresponder a una maquina de 100Kva nominales, Pn., ya tiene importancia la distancia de la maquina hasta el transformador de distribución pues la caída de tensión son muy importante e inevitables conduciendo a un mal uso de la maquina, y a crear problemas posibles para el resto de consumos conectados a esa red.

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Fig.7.1 Por su menor solicitud a la red son aconsejables las maquinas de consumo sobre las tres fases, trifásicas, y con corriente rectificada cuando la potencia que nos va a exigir la maquina de soldadura es muy elevado respecto a la que ya disponemos o de la red que nos la tiene que suministra. Potencia de la maquina Los datos básicos de los que derivan todos los demás son: El voltaje secundario (Es.) máximo en vacío en las maquinas de alterna. El voltaje simple, entre centros de la estrella y el otro extremo de los devanados, (Esat) en las maquinas de corriente continua por rectificación que suelda con corriente continua. La intensidad térmica secundaria (lts.) La intensidad máxima en cortocircuito (lcc.) Después de definir la diferencias potencias estableceremos unos ejemplos sobre maquinas reales. 5.3.2 Potencia nominal al 50% Pn. Una norma internacional ISO establece que se debe indicar obligatoriamente en la placa de características de estas maquinas la potencia al 50% de FM. Factor de marcha. Sin estar a un normalizado se esta dando la potencias nominales al 20 % de Fm en las maquinas con tecnología invertir. Es a efectos comparativos pues nunca trabaja con esos factores de marcha. Si solo se tiene el valor de la Pn. No se conocen las características de las maquina, puesto que dos maquinas de aspecto exterior parecido y con la misma Pn puede dar intensidad de corto

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circuito, Icc, muy diferentes como por ejemplo 40000 amperios en una calidad y tan solo 32000 A. otra construida con criterios ahorrativos. La Pn. De la maquina esta relacionada con la potencia térmica Pt por la siguiente formula: Pn = Pt/ √Fm Pn = Pt / √0.5 , potencia nominal a 50% de Fm o Pt x 1.414 = Pn Pn = Pl / √ 0.2. Potencia nominal al 20% de Fm o Pt x 2.24 = Pn Potencia térmica Pt Los productos Es. X lts = Pt., para monofásicas de alterna Esdc x lts / cos Ø = Pt., par alas de continua con �nvertir Esat x lts x 1.34 = Pt. En las de continua trifásicas es la potencia térmica, o sea, la potencia que la maquina soporta conectada permanentemente sin que su temperatura exceda los valores normalizados. Estas maquinas nunca trabaja en estas condiciones. Potencia máxima de soldadura Pm Esta potencia resulta de la siguiente formula. Pm = Icc. X Es. X 0.8 para monofásica de alterna Pm = Icc. X Esat x 1.34 x 0.8 en maquinas con rectificación trifásica Pm = Icc x Esdc / cos Ø en maquinas alimentadas con invertir. Para maquinas de la misma potencia nominal e incluso para la misma maquina con diferentes longitudes de brazo tiene valores distintos, por lo que se tiene que saber a que longitud de brazos corresponde el valor Icc. El factor 0.8 es la relación que aproximadamente tiene la lcc (soldando aluminio este facto es 0.9) esta es una potencia con la cual puede normalmente trabajarse. 5.3.3 Potencia de conexión Pc Esta potencia es la relacionada con la instalación a hacer para la maquina. Esta potencia de conexión Pc responde a la formula: Pc = Pm x √ Fm El factor de marcha Fm de esta maquina es muy variable, puesto que el tiempo de paso de corriente en una soldadura puede ser orden de 0.2 segundos lo que para un ritmo de trabajo de una soldadura cada dos segundos de forma interrumpida significa un factor de marcha del 10%. Para su cálculo deben considerarse las soldaduras que se realicen en un tiempo total de 30 min. Aunque en procesos automatizados puede alcanzar como máximo un factor de marcha del 20 % un facto 8% es un valor prudencial para el

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cálculo de las redes de alimentación a utilizar cuando no se pueda calcular ese factor o su cálculo da un valor inferior. Selección de fusibles, disyuntor magnético y relee térmico y relee diferencial Estos componentes de la instalación tiene como misión separa eléctricamente la maquina de la red y su protección ante cualquier anomalía que se presente, sea en forma de:

A. exceso de potencia solicitada respecto a lo que permite la maquina a la cual protege.

B. Un corto circuito que puede dañar la línea de alimentación C. Una fuerte sobrecarga en la maquina D. Una derivación a tierra

Para dimensiones estos elementos hemos de establecer previamente Corriente primaria térmica Itp. Itp = Pt / Ep o Pt / E p x 1.73 para la trifásica Y la de conexión Ic Ic = Pc/ Ep o Pc / Ep x 1.73 Y la Imp. Intensidad primaria máxima soldando, Imp = Pm / Ep o Pm/ Ep x 1.73 5.3.4 Fusible Los fusibles protegen de una sobrecarga en la maquina por ejemplo varios segundos con los electrodos enganchados y pasando la corriente de soldadura, o de alguna anomalía en el control o en periodo de pruebas, y lo hace antes de que pueda actuar el térmico del disyuntor, pero no protege la maquina contra sobrecargas producidas en un trabajo normal. Los fusibles tienen que ser del valor correspondiente igual o el normalizado más próximo al valor correspondiente a la intensidad térmica primaria Itp o sea. I fusible igual aItp Con la elección de este valor tenemos la maquina, no obstante, pudiera darse el caso de que fuera necesario un fusible de una intensada superior a la correspondiente a la potencia de conexión Pc cuando por cortos periodos a la maquina se le solicite trabajar con un factor de marcha que supere sus capacidad térmica y la Ic se sea superior a la Itp. El fusible se tiene que eligir del tipo lento o retardado pues en sus curvas de actuación podemos observar. Fig. Que el tiempo de actuación con una intensidad determinada es muy diferentes para ambos tipos de fusibles y el fusible rápido podría actuar indebidamente, puesto que soldando se puede alcanzar intensidades primarias del orden

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del cuádruple de la Itp., la gama normalizada de valores en amperios de los fusibles es: 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 240, 315, 400, 500, 630, y 800 A.

Fig. 7.2

Fig.7.3

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Fig.7.4 5.4 Potencia del transformador de distribución Su potencia minima disponible libre para la maquina debe ser igual a la potencia térmica de la maquina, pt., para consumos trifásicos o 1.73. Pt si son trifásicos; pero, para dimensionamiento no basta este criterio, es indispensable tener en cuenta el parpadeo. 5.4.1 Parpadeo Las redes de iluminación llegan a sufrir variaciones de tensión de hasta un 10% durante las 24 horas del día; pero al producirse de forma paulatina no produce molestias visuales, las cuales se producen cuando estas variaciones son de un solo 3% si non de un tiempo del orden de décimas de segundo y se repiten mucho de forma periódica o no. Ese umbral del 3% es relativo pues según sea el tiempo de los aparatos de iluminación utilizados de si es una iluminación general p puntual la afectada. etc.… Puede variar ligeramente. Un transformador de distribución normal con su carga nominal a un con Ø de 0.85 tiene una caída de tensión del orden del 3% y hasta un 4% con un cos Ø de 0.5. Fig.7.5., y nuestro transformador no debe tener una caída interna superior al 3% cuando se le presenta las puntas de consumo de la intensidad máxima de soldadura Im si el mismo trasformador de distribución alimenta una red de alumbrado

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K = P consumido / P nominal

Fig.7.5 Este problema del parpadeo obliga a que su potencia tiene que ser en el caso de consumos trifásicos de al menos la potencia máxima, Pm y basta con que tenga libre para la maquina la potencia térmica Pt. Cuando la maquina es de consumo monofásico, alimentada con dos cables, la potencia del trasformador de distribución al que se conecta la maquina tiene que se Pm x 1.73. Igualmente basta y es el resto emplearse en otros consumos. Una precaución elemental, cuando se trata de maquinas de consumo monofásico es la de conectar las redes de distribución para iluminación en fases distintas a las soldadura. Una precaución elemental, cuando se trata de máquinas de consumo monofásico es la de conectar las redes de distribución para iluminaciones en fases distintas a las soldadura. Debe tenerse la precaución de conectar a fases diferentes los consumos monofásicos de las maquinas de soldar aun cuando se instalen en redes con mucha potencia instalada. Cuando dos o tres maquinas deben ser instaladas en una red con potencia limitada es posible, según el control electrónico de que disponga, el utilizar un discriminador que evita la coincidencia de las puntas de consumo.

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Utilizar transformadores de distribución dedicados únicamente a las redes de soldadura y alimentados directamente con la red de alta tensión es una solución idónea y evita generalmente estos problemas del parpadeo y es muy conveniente instalarlos cerca de las maquinas de gran consumo. 5.5 Red y cables de alimentación Debe tenerse en cuenta dos condicionamientos

a. el de la capacidad térmica de los conductores, los cuales deben poder transmitir la intensidad correspondiente a la potencia térmica de la maquina con la intensidad admisible de la temperatura en ellos.

b. La caída de tensión en bornes de la maquina con el consumo de la salida máxima Im de soldadura

Se tiene que instalar los cables de mayor sección resaltante de aplicar esos dos criterios para dimensionarlos. Es importante evitar caídas de tensión por reactancia de la red y para ello es muy indicado el empleo de cables compactos de do o tres conductores, cuando se tenga que emplear conductores separados, cables o barras, debe reducirse al máxima el espacio entre ellos y de ser vario en paralelos intercalar lo de diferente polaridad. Fig.7.6 Cada soldadura que se realiza produce un esfuerzo electromagnético que tiende a separar los conductores y a moverlos, lo cual es muy importante en grandes potencias exigiendo una muy buena sujeción para evitar roturas por fatiga.

Fig.7.6 En la línea de alimentación de las maquinas de soldar no es conveniente conectar otros aparatos o consumo a los que puedan afectar caídas de tensión instantáneamente que producen. 5.5.1 Sección de los conductores En primer lugar debemos conocer las intensidades térmicas Ito y máxima de soldadura, Imp. Que debe suministrar la red, y las podemos calcula conociendo las potencias térmicas Pt, la máxima soldando Pm. Y si el consumo es trifásico o monofásico y la tensión de la red de alimentación. Los valore Itp. E Imp se multiplican por 1.04 por pérdida en línea. Calculo por calentamiento El instalador puede disponer de información técnica del fabricante de los cables que vaya a hacer la instalación por bandejas, canales, tubos, al aire, etc.… conocerá bien la corriente en amperios que permitan las secciones de cable, pudiendo variar

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apreciablemente sobre las que indicamos por si no pueden disponer de mejor información Suponemos que el cabe instalado sobre la bandeja abierta y perforados o, enterrados directamente en un suelo que no sobrepase los 25ºc. Aire a temperatura normal 40ºc. Conductores unipolares, tocándose. Con aislamientos de policloruro de vinilo (PVC) con temperatura admisible de 70ºc en trabajo normal, 95ºc. En caso de emergencia y 160ºc en los cortocircuitos. La sección de conductores necesarios para la intensidad ltp. La podemos deducir, de forma orientada, de la tabla Intensidades admisibles.

Fig. 7.8 Si el aire ambiental no sobrepasa los 25ºc. Admiten un 10% más. Si los conductores forman un solo cable admiten un 10% menos. Hay cables con un aislamiento que permite unas temperaturas de 90º de trabajo, 130ºc en emergencias y 250ºc. En cortocircuitos y admite un 30% mas carga. Si están agrupados con otros cables y la bandeja no esta perforada, deben disminuirse algo los valores. Los valores de sección normalizada no son solamente los de los valores inferiores recomendados la instalación será correctamente con practica todos los tipos de cable y aislamiento que se usan Calculo por caída de tensión en la línea

Fig.7.9

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La sección de conductores necesarios según la caída de tensión en la línea que queremos aceptar se obtiene entrando en la tabla por la columna de los voltios de caída de tensión hasta en contra la cifra inmediatamente superior al producto de la longitud en metros del trayecto de los cables entre el transformador y la maquina por la intensidad lmp. Es recomendable no exceder de una caída de 12 voltios para una línea de 220v. Y de 20v para una de 380v. Cuando soldamos al máximo de potencia. En el transformador de distribución donde se conecta la línea de caída será de aproximadamente un 3% que se añadirá a la que calculemos para la línea en la tabla. 5.6 Instalación neumática Las maquinas accionadas por aire comprimido precisan estar conectadas a una red de aire con una presión acorde con sus características. Normalmente las instalaciones son de 600kp y en naves con grandes instalaciones puede haber una de 1200kp. Muy útil para maquinas multipuntos y pinzas y coexistiendo con la red a 600kp. Todo sistema de compresión produce un calentamiento del aire y una condensación de agua liquida procedente del vapor que contiene la atmosfera y cuya cantidad depende de la temperatura del aire y su punto de rocío. Es conveniente que el aire de la red que suministra a la maquina ya este enfriando y se haya reducido su contenido de agua para evitar condensaciones que pueden perjudicar a tos los elementos de maniobra y a las instalaciones en general. El contenido del agua no debe exceder de 1 g/Nm3. La capacidad en la instalación de aire comprimido libre para la maquina es de fácil calculado conociendo el consumo de N l/m por maniobra y las maniobra horarias de la maquina o el volumen horario necesario. 5.7 Características Debido al trabajo intermitente de los cilindros neumáticos de las maquinas de soldar por resistencia el calculo de las instalaciones de tuberías de distribución necesarias no depende de la capacidad de producción de aire del compresor ni de su potencia. El paso de corriente de soldadura, con un ciclo de trabajo bien estudiado, no se inicia hasta que el cilindro neumático se ha llenado con aire a la presión determinada por el regulador instalado a la entrada de la maquina, por lo que con una instalación de aire mal dimensionada en cuando a caudales y diámetros de aire mal dimensionada en cuando a caudales y diámetros de conducto se puede obtener tan buenas soldaduras como si tenemos una buena instalación. A lo que afecta una mala instalación es a la producción obtenible y a la regularidad en la calidad. Un ejemplo ayudara a comprender esta diferencia entre compresor necesario e instalaciones que necesitamos. Una maquina de pedestal estándar de 100kva, preparada para red de 600kp. Dando 1000 puntos por hora necesitamos unos 10 Nm3 /h., y un compresor con esa capacidad de compresión con esa capacidad de compresión horaria parece ser suficiente. La mitad de esos 10 l. por cada punto los necesitamos, todos, durante el tiempo de acercamiento y este tiempo lo vamos a suponer de 0.25s., el cual que debe suministrar la instalaciones de 5 / 0.25 = 20 l/s o sea 3600 x 20 = 72 N m3/h., siete veces mayor que la

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capacidad del compresor. Es obvio que son diferentes los conceptos para dimensionar el compresor y la instalación. Para evitar sobredimensionamiento de la red es posible instalar en la misma maquinas de deposito auxiliar de aire comprimido, un pulmón de 30 a 100litros de capacidad antirretorno. Determinados fabricantes ya equipan algunos de sus maquinas con estos pulmones auxiliares los cuales disponen de todo el tiempo del ciclo de soldadura para acumular la cantidad de aire que precisamos durante las pocas décimas de segundo del acercamiento y retorno en cada soldadura. Normalmente a estos depósitos auxiliares o aprobaciones por parte de las autoridades industriales y deben estar debidamente documentados. Dentro de lo complejo que es un buen proyecto de instalación neumática lo cual es trabajo de especialistas damos una serie de datos concretos y de principio básicos suficiente para una instalación correcta. La dimensión del aire en las tuberías puede oscilar entre los 8 m/s en las principales y los 16 m/s. en las conducciones derivadas para los equipos. Se recomienda que la caída de presión entre el depósito principal de la instalación y un punto de consumo no exceda del 6%. Los diámetros de tubería aconsejable para la instalación dependen de la pérdida de carga, bajada de la presión en la línea desde la salida del compresor, circulando el caudal necesario para cada maniobra, no el promedio. La perdida de carga se mide en pázcales. Por metro de tubería con un ábaco. Fig. Relacionamos los valores de presión caudal, diámetro de tubería y pérdida de carga. Para calcular la perdida de carga de los codos, Tes., mangos, válvulas, etc... Transformaremos cada uno de estos elementos en metros de tubería equivalente que producirla una misma perdida de carga. Válvulas de bola o compuertas 2m Curvas abiertas de 45º 0.25 m Curvas abiertas de 90º 0.50 m Curvas de 180º 2.0 m T 3 m Reductores 1 m Estas estimaciones es suficiente a falta de mejorar datos del suministro del material para nuestro objetivo de instalar correctamente una maquina de soldar con conducciones dentro de la gama de tuberías entre ½ y 2” aunque según sea el modelo el diseño. Las pérdidas en rota metros, filtros reductores et... Son superiores y muy variables y las indican podrían ser distintos. Siguiendo con la misma maquina y datos para el ejemplo de la tubería necesaria vemos que entrando en el tabla por la horizontal correspondiente a los 20 l/ s se cruzan con la vertical correspondiente a los 600kp. De la red en un punto determinado. Desde ese punto se traza una paralela a las rayas inclinadas del ábaco y esta línea se va cruzando con las líneas horizontales correspondiente a los diversos diámetros de tubería. Desde este otro punto de cruces hacemos descender una vertical, la cual nos indica en el eje de las absisas la perdida de carga correspondiente a ese diámetro de tubería. En nuestro ejemplo observamos que con tuberías de 1 caen 140 p por m., con ¾ caen 420 p. por m y con ½ caen 1600 p/m. si queremos respetar el que la caída de presión en la red no exceda del 6% el limite de caída admisible es de 36kp o sea 36000p. Y vemos que con tubería de 1 podemos tener una instalación de 257 m con ¾ puede ser de 86m y con ½ es de tan solo 22m. Como los m indicados son la suma de todas las tuberías mas

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el equivalente en metros de codos, t, empalmes, aparatos, etc..., es obvio que no se pueden emplear una instalación con tubo de ½ y que la elección entre ¾ y 1 dependen de lo alejado que este del compresor y de si queremos de acercamiento más cortó.

Fig. 7.10 5.8 Costos del proceso de soldadura Una de las primeras preguntas cuando se estudia realizar cualquier tipo de trabajo o producción en el que interviene un proceso de soldadura: ¿Cual es el costo por piezas del proceso de soldadura? Aunque como cualquier cálculo de costos haya muchos factores aleatorios no se puede dejar esa pregunta sin responder y para ello vamos a relacionar los diversos componentes del costo cuya valoración quedara de la exclusiva responsabilidad del departamento de procesos responsables. A cada uno de los componentes le añadiremos datos o comentarios que ayuden a este valor. Incluso empresas con fabricaciones similares tiene costos o sistemas para calcularlos muy diferentes y lógicamente los conceptos que relacionamos son para si lo creen preciso integrarlos en su sistemas de calculo. Los costos que utilizamos para nuestro ejemplo de cálculo no deben tomarse con base y deben utilizar suyos propios.

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5.8.1Costos directos Energía eléctrica Este costo es el más exactamente calculable. Tiene poca importancia respecto al costo total. La formula que damos es aproximadamente pero muy suficiente para el destino que se le da al resultado. Los Kwh. consumidos por soldadura corresponde a la siguiente formula: Kwh. por cada soldadura = (Es x ls x cos Ø x Tp) / (50 x 1000 x 3600) Donde: Es. La tensión secundaria del transformador en el punto de regulación en que se esta soldando. Is. Es la intensidad de soldadura en amperios. Tp. El tiempo de soldadura en periodos y cos Ø el factor de potencia, relacionada entre la potencia aparente y la real, el cuala lo estimaremos en 0.8 como limite alto, para que compensemos la pérdida de las líneas de alimentación. Estas maquinas tiene un consumo de energía totalmente desestimable cuando no esta realizando la soldadura. 5.8.2 Agua El consumo de agua puede tener costos muy variables según el sistema que se emplea y la procedencia del agua, si se emplea agua potable de la red pública su costo puede ser importante. El consumo de agua por hora necesario para una maquina lo indican las instrucciones del fabricante; pero en el caso de no disponer de ese dato lo haremos aquí. Un factor importante en las conducciones es la velocidad a que circula el agua por ellas, pues un exceso ruido, mayor cuanta mas velocidad, y golpes de ariete si se cierra bruscamente, y, una velocidad excesivamente baja permite la deposición de lodos o impurezas según sea la procedencia del agua. Esta posibilidad de deposición es lo que aconseja como muy necesario que el servicio de mantenimiento vacíe el agua de las maquinas ante paradas de larga duración de días. La velocidad máxima en tubos de hasta 1 ½ puede alcanzar los 1,5 a 2 m/s y la minima no debería se inferior a los 0.5 a 0.8m/s. El diámetro mínimo del tubo a emplear recomendamos no sea inferior a al ½ y con este diámetro se cubre la mayor parte de las necesidades en maquinas unitarias, precisando se mas diámetro cuando se alimenta maquinas de continua, especiales, grupos de maquinas o partimos de redes de muy escasa presión dinámica. Si no existe peligro de sobrecalentamiento de mas 70º y la instalación no esta expuesta a concentraciones de calor fortuitas, como incendio, el material actualmente mas aconsejable es el plástico, el cual no tiene problemas de perdidas por oxidación, es inacatable por los ácidos o bases y no le afecta la corrosión galvanica. Por la diferencia de potencial electroquímico entre los materiales se forma una pila galvanica en la que el acero es el electrolito. Las corrientes parasitas que crean dicha pila producen una electrolisis con desplazamiento de materiales entre sus polos que como la experiencia ha

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demostrado acabado destruyendo los tubos de hierro o cobre cuando se junta o estos próximos en algún punto de la instalación. Si se presume la existencia de roedores con acceso a las instalaciones es conveniente no emplear las conducciones de cloruro de polivinilo por estar expuestas hacer atacadas por estos y deben emplearse las de polietileno. Las tuberías de agua no deben estar situadas sobre circuitos o aparatos eléctricos pues siempre existe la posibilidad de que se produzcan goteos causados por condensación sobre ellas caso de circulación agua fría y tener un punto de rocío alto en el ambiente. En las instalaciones con tubo plásticos debe preverse una libertad de dilatación de los tubos mayor que en las de hierro. En las de hierro los soportes deben estar distanciados unos metros de distancias que deben ser menor y consultare para cada calidad de plásticos. En la tabla Fig.7.11. Puede calcularse las perdidas de carga en las tuberías lista usadas, en función de su diámetro, longitud y caudal

Fig.7.11

Esta tabla es un compromiso que funciona y nos sirve para nuestros objetivos y no se aparta demasiado de lo que resulta de la aplicación de las muy numerosas y complicadas formulas que existen para el cálculo de las conducciones de fluidos. El estado superficial interno de las tuberías así como el material de que se componen influyen en estas pérdidas de carga por lo que las pérdidas de carga reales varían según los materiales. A la longitud total de la tubería se le debe sumar para el cálculo de la perdida de carga, la longitud equivalente en metros de los codos, válvulas, T, caudalímetro, etc.…

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Una regla muy poco teórica pero muy práctica y valida es suponer 1m. Por cada codo a 90º y 3m. Para cada válvula, T, llave, etc.… Los datos que hemos dado son aptos y dan resultados satisfactorios para instalar una maquina de soldadura pero no son suficiente en absoluto para calcular redes de agua mas complejas. Como el agua no debe de interrumpirse en ningún momento el consumo de agua por soldadura es igual al consumo horario multiplicando por las horas de la jornada de trabajo y dividido por la cantidad de soldadura realizada en una jornada. El costo dependerá de ese consumo y del precio a que nos salga el agua según el sistema que empleemos. 5.8.3 Aire Conocida la presión de trabajo y la carrera de los movimientos se puede calcular el volumen de aire normalmente por soldadura. La maquina del aire depende de la instalación de que se disponga y de si se emplea ya para otros usos, en cuyo caso este costo del aire y de la parte de costo que le corresponda por el mantenimiento de la red. Puede ser marginal y poco importante 5.8.4 Consumo de electrodos o útiles para soldar Es un costo al que hay que dedicarle atención. El consumo de electrodos debe siempre tenerse presente cuando se calcula costos, y este consumo es muy variables según se suelde chapa limpia de acero de baja aleación, chapa galvanizada, aluminio, etc.…, con electrodos estándar o especiales, o, se trate de una soldadura por protuberancia. Son parte de ese costo el tiempo y los medios que se utilicen para el reavivado de la cara activa y los medios que se utilicen para esa operación. Cuando se trata de soldada dura por protuberancia la vida de un fixture llega a los 4 o 5 años o unas 800000 piezas, sustituyendo las pastillas de cobre, electrodos, cada 200000 piezas, con rectificación intermedia. Lógicamente estos valores son muy grosso modo y puede sufrir grandes variaciones según el trabajo, el como se realice y, principalmente la complejidad y buen o mal diseño del mixture. 5.8.5 Mano de obra empleada en la soldadura Los tiempos quedan muy afectados por una mala aportación o presentación de las piezas al operador o por irregularidades en ellas. La efectividad de una maquina de soldar depende de su complejidad, pero, aun en maquinas Standard poco complejas debe preverse tan solo de un 80% pues los tiempos para cambios de electrodos , limpieza interrupciones para control de calidad etc.… hacen que sea muy difícil alcanzar el posible 85/88%. En soldadura por protuberancias el diseño del útil en cuanto a su factor importante. El tiempo empleado en aporta los materiales a pie de maquina es un costo a tener en cuenta.

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5.8.6 Costos indirectos Los costos indirectos son importancia en cualquier industria pero al calcular el costo real que incide en la fabricación de una pieza debe evitarse que reciba los costos indirectos por mas de una vía, o sea, que se le aplique los suyos particularmente y luego los vuelva a recibir a través de un precio hora o de algún coeficiente general. 5.8.7 Amortización de la instalación eléctrica, neumática de refrigeración y de la maquina. Estos costos puede ser muy importante si tenemos que realizar todo el gasto de la instalación, incluido el que haya afectado a la estación transformador de la compañía suministradora de energía o ser menos gravosos si utilizamos gran parte de la instalación existente. Estas instalaciones son permanentes y totalmente utilizable para piezas a soldar ene le futuro o incluso para otros trabajos por lo que esta amortización debe calcularse con criterios mas empresariales que técnicos. Amortización del costo de la maquina En el costo de una maquina interviene dos componentes distintos, uno que forma el conjunto básico de la maquina que será útil con otros criterios empresariales y otro que es el conjunto de elementos que son estudiados. Este componentes especifico es muy elevado en las maquinas y útiles especiales y poco importante en las maquinas estándar El costo de estos elementos, mas el de volver a dejar la maquina con su conformación básica, debe amortizarse totalmente con la producción de pieza prevista. Con ejemplos podemos compara el alimentador automático de tuercas o tornillo cuyo automatismo solo requiere el cambio de ciertos componentes poco costosos para cada medida, con la producción de soldadura por protuberancia con un útil con muy poco valor residual cuando cesa de producir aquello para lo que estaba diseñado y con una maquina especialmente diseñada para una maquina especialmente diseñada para una producción especifica determinada cuya readaptación para otra tarea a un cuando pueda tener un valor residual apreciable siempre es costoso. 5.8.7 Amortización de los fixtur de fijación de las piezas Estos mixture, aun cuando formen parte de la maquina o instalaciones de soldadura deben considerarse una parte de ellas y su amortización tiene que ser total con la producción de piezas previstas. Parte de sus aprietes o referencias puede ser reutilizados en otro mixture; pero, es prudente amortizar la totalidad de su valor Amortización del sistema de aporta y retirada de las piezas ante y después de soldarse En algunos caso carece de importancia y en algunos otros puede llegar a ser un costo importante al obligar a modificar espacios existentes a adquirir i instalar nuevos medios de movimiento

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5.8.8 Contribución al gasto de los equipos de mantenimiento Según el sistema de costo empleado puede ser este un componente del costo a tener en cuenta. Ejemplo de cálculo del costo de soldar Datos de partida para el cálculo. Chapas de acero limpias de 0.8 + 0.8mm 18 puntos de soldadura por piezas. Producción de piezas previsto: 500 000 piezas Jornada partida de 4 + 1 + 4 horas Producción diaria calculada 400 piezas Agua procedente de la red de agua potable. Aire comprimido tomado de una red ya existente. La maquina no ha requerido ninguna instalación especial Maquina de 63 Kva., 700 daN con 7.1 v de Es y un cos Ø de 0.8 Soldamos los puntos con 900ª. De promedio y 8 periodos Consumo de agua 81 l/m Con control que permite aumentos escalonadas de intensidad Precio de la maquina: 144000 pesos Precio de la energía eléctrica 0.77 pesos Kwh. Costo del agua 1 peso/m3 Costo de la mano de obra 108 pesos por día Costo de 1 electrodo 200 pesos Energía eléctrica (7.1 x 9000 x 8 x 0.8 x 18 x 1000) / (50 x 1000 x 3600) = 40.9 Kwh. por 1000 piezas Costo por 1000 piezas = 40.9 x .77 = 31.49 pesos Agua 9 h. 60m x 81 = 4320l / día = 4.32m3 / día (4.32m3 / día x 1000 p)/ (400 p/ día) = 11m3 / por 1000 piezas 11m3 x 1 = 11 peso / 1000 piezas Aire Suponemos un gasto testimonial de 10 pesos al día 10 x 1000 / 400 = 25 pesos / por 1000p

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Electrodos Suponemos que con 8 escalonados de intensidad podemos hacer 3600 soldeos sin reavivar y que podremos reavivar los puntos 5 veces. Nos ocupara 10min. Realizar fuera de la maquina y por lotes. El tiempo de paro para cambio de electrodos ya esta incluido en el tiempo de mano de obra necesaria 2 electrodos x 200 p = 400 pesos / 1000 p Costo del tiempo de reavivado 10min / 60 x 108 = 0.0015 pesos Mano de obra Para el cálculo del precio sobre la pieza y la eficiencia posible determina que se producirá 400 piezas diarias 8 h x 1000 / 400 = 20 h /1000 20 h x 108 = 2160 pesos / 1000 piezas Amortización de la maquina Suponemos que la maquina tiene un valor residual a los 5 años de 25% de su valor y que solo hará estas piezas 144000 p x .75 x 1000 / 500000 = 216 pesos / 1000 piezas Electricidad 31.49 pesos Agua 11.00 pesos Aire 25.00 pesos Electrodos 400.0 pesos Mano de obra 2160.00 pesos Amortización de la maquina 216.00 pesos Total 2843.49 pesos por cada mil piezas En estos costos orientativos es fácil observar las preferencias en cuanto a actuaciones para disminuirlos.

a. estudiar bien el puesto de trabajo y el movimiento de las piezas. b. Emplear la maquina mas horas al día c. Emplear otra solución para el agua de refrigeración d. Prestar atención al tipo de electrodos empleados y a su buen uso e. Estudiar la pieza y el proceso de fabricación

Conclusiones: A manera de conclusión se puede decir que dentro de las aplicaciones de la soldadura, este trabajo esta orientado a la satisfacción de una buena practica, en el desarrollo y aplicación de la soldadura, ajustándose a las normas establecidas para asegurar la calidad del producto a realizar. También como se puede leer en este trabajo existe una gran variedad de procesos donde las aplicaciones en el área automotriz son muy extensas, y por eso debe existir una orientación y compresión del proceso de soldadura para facilitar su inmediata aplicación en el campo de trabajo. Dentro de mi vida laboral he encontrado gran satisfacción y logros profesionales, desarrollando algunos de estos procesos que son muy delicados y exigentes en su aplicación, ya que cualquier variante en la secuencia de soldadura puede ocasionar un gran desperdicio de piezas, debido a que una vez aplicada la soldadura, no hay forma de poder recuperar las piezas soldadas, y por eso requieren de un control preciso, además en algunos procesos son de parte vital y sobretodo de mucha seguridad dentro del área automotriz.

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Bibliografía Henry Horwits, soldadura aplicaciones y practica. Editorial. Alfa omega Entron controls, Inc. Soldadura por resistencia. Miembro de RWMA AWS. Welding Journal. Centerline wilsor. Revista Resistance welding products Llog, s. a. de c.v. Departamento de aplicaciones soldadura por punteo Robotica Industrial. Mikell P Grover, Mitchell Wes, Roger Nagel y Nicholas G Odrey Editorial Mc Graw Hill Tecnología de los procesos de soldadura. PT Houldcroft, editorial CEAC Procesos de Manufactura. Myron L. Begeman. Editorial Continental.

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ANEXOS Significado de algunas abreviaturas Its: intensidad térmica secundaria Pn: Potencia nominal Fm: factores de marcha Icc: intensidad máxima en corto circuito Pc : potencia de conexión Itp corriente térmica primaria Imp: intensidad máxima primaria Es: tensión secundaria máxima Esdc. Tensión secundaria máxima en corriente continúa Esat: tensión en alterna máxima de un brazo de la conexión de estrella secundaria Q agua: caudal de agua necesario P agua: presión necesaria a la entrada del agua Ep: tensión de la red eléctrica Tp: tiempo de soldadura. Dca: diámetro de la cara activa Dce: diámetro del cuerpo Ech: espesor de la chapa DaN: decanewton RWMA: resistance welding manufacturers association ISO: international organization for standardization AWS: American welding society. Algunas normas utilizadas en la soldadura General ISO 7286-1986 Símbolos grafico para equipó. Sold. Resistencia. ISO 669-2000 Especificaciones mecánicas y eléctricas. ISO 4063-1998 Nomenclatura de procedimientos. ISO 14454-1 y 2 Calidad requerida a lo materiales. Transformadores ISO 7284-1993 transformadores con dos secundarios para multipuntos ISO 10656-1996 transformador integrados para pinzas ISO 12166-1997 Transformadores con un secundario para multipuntos ISO 5826-1999 Especificación generales para transformadores sold. Cilindros ISO 7285-1995 Cilindros neumáticos para multipuntos Prensas ISO 865-1981 Ranuras para plataformas de prensa ISO 8167-1989 Medidas de protuberancias ISO 7931-1985 Aislantes para mixture

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Control de calidad ISO 10447-1991 Pruebas por arranque manual. ISO 14554,1º Y 2º, 2000 Especificaciones sobre calidad ISO 14270 al 14273-2000 métodos operativos y elementos para comprobación de calidad Cables ISO 8205, 1º,2º Y 3º- 1993 Cables refrigerados con agua ISO 5828-2001 Cables sin refrigeración Electrodos ISO 5184-1979 Electrodos rectos ISO 5821-1979 Caps. ISO 1089-1980 Alojamientos cónicos ISO 5827-1984 bajo cobres y bridas Tablas

Características físicas de algunos metales

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XV

II

I

tesis: proceso de soldadura por el método de resistencia ... · generalidades de la soldadura por...

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