Entre los procesos de soldadura automática más utilizados y eficientes en la industria pesada moderna y en la fabricación de tubos de acero, uno essoldadura por arco sumergido(SIERRA). Como tecnología madura, SAW presenta características tales como arco sumergido, protección contra flujo, penetración profunda, calidad de soldadura estable y menos salpicaduras. A diferencia de los métodos de soldadura MIG y TIG (arco abierto), todo el arco y el baño fundido de la soldadura por arco sumergido están completamente cubiertos y protegidos por fundente, aislando así el área de soldadura del aire y evitando defectos de oxidación. Desde que comenzó la producción industrial, la soldadura por arco sumergido se ha convertido en el proceso de soldadura central para tuberías soldadas en espiral, estructuras de acero de paredes gruesas-, recipientes a presión, fabricación de calderas, construcción naval y fabricación de equipos grandes. Debido a su idoneidad para la soldadura de placas gruesas, su gran capacidad de corriente y su facilidad de automatización, la soldadura por arco sumergido ha ocupado una posición insustituible en la fabricación de la industria pesada.
Definición básica y principio de funcionamiento
La soldadura por arco sumergido es un proceso de soldadura por arco automático o semi-automático que utiliza alambre sólido como material de relleno yflujocomo medio protector. La característica clave de este proceso es que durante el proceso de soldadura, el arco queda cubierto por la capa de fundente y no se puede ver ninguna llama abierta. Toda la reacción metalúrgica de la soldadura se completa en un ambiente sellado de protección de escoria.
Su principio de funcionamiento se puede dividir en cuatro etapas: encendido del arco, fusión por calor, reacción metalúrgica y protección de la formación de escoria. Cuando la máquina de soldar arranca, el cortocircuito entre el alambre de soldadura y la pieza de trabajo genera una corriente transitoria, encendiendo así el arco. Al mismo tiempo, el calor del arco de alta-temperatura derrite el fundente circundante, el alambre de soldadura y el material base. El fundente derretido forma una capa de escoria líquida densa y viscosa que puede cubrir completamente el charco fundido de alta-temperatura. Esta capa de escoria puede aislar el oxígeno, el nitrógeno y el vapor de agua del aire, evitando que entren gases nocivos en la costura de soldadura. Al mismo tiempo, se producen una serie de reacciones metalúrgicas complejas entre la escoria fundida y el acero fundido, como desoxidación, desulfuración y desfosforización, purificando así la microestructura de la costura de soldadura y mejorando las propiedades mecánicas de la junta de soldadura. Después de enfriar, la escoria líquida se solidifica formando una capa dura en la superficie de la soldadura, que es fácil de eliminar y forma una soldadura suave y uniforme.
Los principales equipos y materiales del sistema SAW.
Un sistema completo de soldadura por arco sumergido consta de equipo de soldadura profesional, alambre de soldadura y fundente especial.
1. Equipos de soldadura
El equipo principal consiste principalmente en una fuente de alimentación de soldadura automática, un alimentador de alambre, un carro de soldadura o un sistema de pórtico móvil, un dispositivo de suministro y recuperación de flujo. La fuente de alimentación de soldadura proporciona corriente y voltaje estables para garantizar la combustión continua y estable del arco. El alimentador de alambre automático puede controlar con precisión la velocidad de alimentación del alambre y combinarla con la velocidad del movimiento de soldadura para evitar la interrupción del arco y el charco de fusión inestable. El carro móvil impulsa la pistola de soldar para que se mueva a una velocidad uniforme, asegurando la consistencia del ancho de la soldadura y la profundidad de penetración. Además, el sistema de circulación automática de fundente puede lograr la distribución y recuperación automática del fundente, no solo garantizando una protección continua durante el proceso de soldadura, sino también mejorando la utilización del material y reduciendo así los costos de producción.
2. Alambre y fundente para soldar
La soldadura por arco sumergido se basa en el efecto combinado del alambre de soldadura y el fundente para lograr la optimización metalúrgica. El alambre de soldadura proporciona metal de aportación y elementos de aleación, mientras que el fundente sirve como agente protector, desoxidante y eliminador de impurezas. Los diferentes tipos de acero, como el acero al carbono, el acero de baja-aleación y alta-resistencia y el acero para tuberías, requieren los correspondientes fundentes neutros, ácidos o alcalinos. Entre ellos, los fundentes alcalinos tienen una capacidad de eliminación de impurezas relativamente fuerte, lo que puede mejorar significativamente la tenacidad a baja-temperatura y la resistencia al agrietamiento de la soldadura, y son adecuados para soldadura de tuberías y recipientes a presión de alto-estándar; Los fundentes ácidos tienen un buen rendimiento del proceso, un arco estable y una hermosa formación de soldadura, y se utilizan principalmente para soldar acero estructural ordinario.
Proceso Tecnológico Completo de Soldadura por Arco Sumergido
1. Preparación previa-a la soldadura
El tratamiento previo-a la soldadura es un paso crucial para garantizar la calidad de la soldadura. En primer lugar, se debe limpiar a fondo la superficie del producto y el área de soldadura, eliminando óxido, incrustaciones de óxido, manchas de aceite, humedad y otras impurezas para evitar defectos como poros, inclusiones de escoria y grietas causadas por impurezas. En segundo lugar, el fundente debe secarse a una temperatura alta específica para eliminar el vapor de agua interno, reduciendo así el contenido de hidrógeno en la costura de soldadura y evitando el agrietamiento en frío inducido por el hidrógeno-. Además, el operador necesita ajustar la separación del conjunto de soldadura y el ángulo de soldadura de acuerdo con el espesor de la lámina y los estándares de soldadura para garantizar una capa de penetración uniforme y una buena fusión.
2. Configuración de parámetros y soldadura de prueba
Antes del proceso de soldadura formal, el personal debe establecer los parámetros centrales del proceso, incluida la corriente de soldadura, el voltaje, la velocidad de movimiento del arco y la longitud del cable, etc. La corriente determina la entrada de calor y la profundidad de penetración de la soldadura; el voltaje controla el ancho de la costura de soldadura y la apariencia del cordón de soldadura; la velocidad del movimiento del arco afecta la eficiencia de la soldadura y la calidad de la fusión. Si los parámetros no coinciden correctamente, puede resultar en una profundidad de penetración insuficiente, quemado-, fusión incompleta o formación de soldadura desigual. Para garantizar la estabilidad de los parámetros y el rendimiento calificado de la soldadura en la producción a gran-escala, se debe realizar una soldadura de prueba.
3. Soldadura formal y protección fundente.
Durante el proceso de soldadura formal, el dispositivo de suministro de fundente distribuye uniformemente el fundente sobre la costura de soldadura, formando un espesor suficiente de la capa de fundente. El alambre de soldadura se alimenta continuamente y el arco eléctrico arde de manera estable debajo de la capa de fundente. El arco eléctrico de alta-temperatura funde el material base y el alambre de soldadura, formando un charco fundido. Al mismo tiempo, después de que el fundente se derrite, se forma una capa protectora de escoria, que aísla el aire y completa la purificación metalúrgica. El carro de soldadura avanza a una velocidad constante para lograr una soldadura continua y a larga-distancia. Para tuberías soldadas en espiral y estructuras de acero-de paredes gruesas, generalmente se utiliza soldadura por arco sumergido de doble-cara. Primero se realiza la soldadura interior, seguida de la soldadura exterior, para garantizar una penetración completa y una estructura de soldadura densa.
4. Inspección y tratamiento post-soldadura
Una vez completada la soldadura, espere el enfriamiento natural y retire la capa de escoria de la superficie. La superficie de soldadura es lisa y plana, con buena calidad de conformado. Para productos de alta-calidad, como acero para tuberías y recipientes a presión, se requieren pruebas no-destructivas posteriores a la soldadura, como pruebas ultrasónicas y detección de fallas por rayos X-, para detectar grietas internas, inclusiones de escoria y defectos de fusión incompleta. Al mismo tiempo, es necesario realizar pruebas de propiedades mecánicas, como pruebas de tracción y pruebas de impacto, para verificar si la resistencia y tenacidad de la soldadura cumplen con los estándares industriales.
Principales ventajas tecnológicas
En el proceso de producción industrial, la soldadura por arco sumergido tiene ventajas técnicas irreemplazables en la soldadura de placas gruesas y en la soldadura de cordones de soldadura largos. En primer lugar, el sistema de protección contra el flujo puede aislar completamente el aire, lo que da como resultado un contenido de gas muy bajo dentro de la costura de soldadura y una estructura interna densa con excelentes propiedades mecánicas. En segundo lugar, la soldadura por arco sumergido puede soportar altas corrientes y lograr un gran aporte de calor, tiene una buena capacidad de penetración y es particularmente adecuada para la soldadura de placas gruesas que no pueden completarse mediante procesos de soldadura ordinarios. Además, este método de soldadura automática tiene una alta eficiencia de producción, un proceso de soldadura estable, una baja tasa de defectos y muy poca dependencia del trabajo humano. En cuarto lugar, la contaminación procedente del humo de soldadura se reduce significativamente, lo que mejora la seguridad y el entorno de trabajo en el sitio. En quinto lugar, la costura de soldadura es suave y uniforme, casi sin salpicaduras, lo que reduce significativamente la carga de trabajo del posterior rectificado y procesamiento fino, y mejora la eficiencia de la producción.
Limitaciones
Aunque la soldadura por arco sumergido tiene importantes ventajas, también presenta ciertas limitaciones técnicas. Debido a la necesidad de cobertura de fundente durante el proceso de soldadura, la soldadura por arco sumergido solo es adecuada para soldadura plana y soldadura horizontal, y no puede lograr soldadura de posición completa-como soldadura vertical y soldadura aérea. Por tanto, existen limitaciones posicionales. Además, la soldadura por arco sumergido no es adecuada para la soldadura de placas delgadas porque la entrada de calor de la soldadura por arco sumergido es demasiado grande, lo que tiende a causar deformación o quemaduras en la placa. Al mismo tiempo, debido al gran tamaño del equipo de soldadura, no es adecuado para piezas de trabajo pequeñas complejas y de forma irregular, ni tampoco para escenarios de construcción móviles. En la producción real, se debe llevar a cabo un estricto control del proceso clave: controlar estrictamente la temperatura de secado del fundente para evitar grietas inducidas por hidrógeno-; haga coincidir con precisión la corriente y el voltaje para evitar que el electrodo no penetre o se sobrecaliente; asegurar una cobertura uniforme del fundente para evitar la intrusión de aire; Controle razonablemente la velocidad de soldadura para estabilizar la formación de soldadura.
Principales aplicaciones industriales
La soldadura por arco se utiliza ampliamente en los campos de fabricación de la industria pesada donde se requieren altos estándares de calidad y eficiencia.
1. En la industria de tubos de acero, es un proceso de soldadura especializado para tubos soldados en espiral y tubos soldados con costura longitudinal de gran-diámetro, y se usa ampliamente en oleoductos y gasoductos de larga-distancia, tuberías de suministro de agua municipal y tuberías de ingeniería de energía eólica.
2. En la industria de estructuras de acero pesado, la tecnología de soldadura por arco sumergido se utiliza para placas de acero de puentes, estructuras de soporte de carga-y fabricación de maquinaria portuaria.
3. En la fabricación de calderas y recipientes a presión, esta tecnología se utiliza para soldar cilindros-de paredes gruesas para garantizar una alta-tolerancia a la presión y estanqueidad al aire.
4. En el campo de la construcción naval y la ingeniería marina, la soldadura por arco sumergido puede garantizar la estabilidad estructural y la resistencia a la corrosión de las placas de acero de la carrocería de los barcos y los componentes de las plataformas marinas.
Con el desarrollo continuo de la automatización y la fabricación inteligente, la tecnología de soldadura por arco sumergido está evolucionando gradualmente hacia el ajuste inteligente de parámetros, la soldadura colaborativa robótica y la soldadura eficiente, mejorando aún más la eficiencia de la producción industrial.
La soldadura por arco sumergido es un proceso de soldadura eficiente, de alta-calidad y altamente automatizado que logra la soldadura mediante la protección del fundente y la purificación metalúrgica. A diferencia de la soldadura por arco tradicional, la soldadura por arco sumergido utiliza un fundente granular como protección, lo que permite una soldadura cerrada, elimina eficazmente los defectos de porosidad y purifica el metal de soldadura, lo que da como resultado mejores propiedades mecánicas. Tiene importantes ventajas como penetración profunda, proceso estable, apariencia estética de la soldadura y baja tasa de defectos. Es particularmente adecuado para placas gruesas, soldaduras largas y producción industrial a gran-escala.
Aunque tiene ciertas limitaciones en las posiciones de soldadura y en la soldadura de placas delgadas, todavía mantiene una posición dominante en la industria pesada, la fabricación de tuberías, la producción de recipientes a presión y la ingeniería de estructuras de acero. En el futuro, con la innovación continua en tecnología de soldadura y sistemas de control automático, la soldadura por arco sumergido logrará una mayor eficiencia de soldadura, menores tasas de defectos y un rendimiento de soldadura más estable, y seguirá siendo un proceso de soldadura fundamental que respalda la construcción de infraestructura industrial moderna.
