Manual de Soldadura Por Resistencia

MANUAL DE SOLDADU DADUR RA POR RESISTENCIA

MANUAL DE SOLDADU DUR RA POR RESISTENCIA

Segunda edición

Edita:

Junta de Castilla y León. Consejería de Industría, Comercio y Turismo

Realización: CETESOL AUTORES: Sr. Francisco ABAD Sr. José Maria BISBE Colaboración especial: Sr Sr.. Antonio RODRIGUEZ Fotocomposición e impresión: GRAFIC GRAFICAS AS TUC TUCAN, AN, S.A. C/ Pirita, 14 Poligono San Cristobal 47012 Valladolid Depósito Legal: B-2009-02 Printed in Spain - Impreso en España

Manual de soldadura por resistencia

PREÁMBULO Con este MANUAL se pretende cubrir un vacío existente en la bibliografía de este tipo de soldadura, y que será útil y necesario para quienes estén profesionalmente relacionados con ella. La protagonista de este manual es la soldadura y lo que está en contacto con ella, no lo serán las máquinas, aunque necesariamente también las tratamos. Al escribir el Manual hemos pensado en y está dirigido a: a: Quienes al pie de máquina deben conseguir con regularidad soldaduras de buena calidad. Los que tienen que instalar estas máquinas de soldadura por resistencia cuyas peculiaridades deben conocer para su instalación correcta. Los compradores, quienes encontrarán un útil recordatorio de muchos puntos a tener en cuenta en estas máquinas. Los expertos de los departamentos de procesos y producción, quienes encontrarán mas de un detalle interesante a aplicar en su trabajo. Los ingenieros y proyectistas de máquinas y útiles para la soldadura por resistencia, a quienes mas de una observación del Manual les será útil. Y también a quienes ya conocen lo que aquí encontrarán escrito y desean reconfirmar su experiencia. Asimismo creemos que puede ser un buen inicio para los que no conocen este tipo de soldadura. Empleamos y hacemos referencia a leyes físicas y tecnologías solo lo indispensable para poder comprender lo que estemos tratando. Esperamos será de interés para las escuelas técnicas y de formación profesional, y, para los ingenieros en general, que encontraran en el MANUAL algunos detalles prácticos que no acostumbran a estudiarse en las universidades y son importantes cuando deban enfrentarse con alguna aplicación de esta soldadura. Confiamos sea muy útil para las industrias que emplean este tipo de soldadura, tanto para las oficinas de métodos, como a las de compras o fabricación. El MANUAL no tiene otra pretensión que la de ayudar a conocer este tipo de soldadura y la de facilitar una recopilación de tablas y datos que junto a unos cuantos consejos prácticos, permitan una Preámbulo Página I


elección apropiada de los elementos necesarios para la realización de un proceso de soldadura y la puesta a punto de este. No pretendemos sustituir a tratados más extensos y profundos de ámbitos mas reducidos a quienes se debe acudir cuando no sea suficiente la información de nuestro n uestro MANUAL. A pesar de los años de dedicación a nuestra especialidad, el dinamismo y constante evolución de la técnica produce "lagunas" en su conocimiento. Nuestros lectores pueden encontrar a faltar contenidos e incluso descubrir errores en este Manual. Rogamos nos lo informen por si fuese conveniente y posible incluirlos o corregirlos en sucesivas ediciones si la aceptación del MANUAL las permite.

Preámbulo Página II


INTRODUCCIÓN Soldar piezas de hierro, acero, sin aportación de material alguno, se viene realizando desde hace muchos siglos con el mismo proceso: Calentando las zonas a unir hasta la temperatura de forja y aplicando una fuerte presión entre ellas. Solo han variado desde entonces las técnicas empleadas para ello; antes se daba el calor mediante el fuego de una fragua y la presión a golpes de mazo y los resultados eran lo suficientemente buenos para que, por ejemplo, millones de carros con llantas de hierro soldadas así, hayan circulado por pésimos caminos durante siglos. Ahora empleamos el procedimiento de SOLDADURA POR RESISTENCIA donde el calentamiento se produce por el paso de una corriente eléctrica y la presión mediante dispositivos eléctricos, mecánicos, neumáticos o hidráulicos. Los avances técnicos en estos campos han permitido conseguir que el calor y la presión requeridos para una soldadura se puedan dosificar y programar para obtener soldaduras excelentes y con regularidad gracias a la calidad de los procesos usados. El bajo coste y los excelentes resultados que se obtienen con la SOLDADURA POR RESISTENCIA la convierten en el, hasta ahora, mejor y más económico procedimiento para la unión de piezas metálicas, y es importante conocer bien esta tecnología, proyectar y diseñar las piezas a unir para una aplicación correcta en los procesos. Para facilitar la comprensión de las técnicas actualmente empleadas y para un uso práctico del MANUAL lo hemos dividido en varios capítulos que esperamos permitan al usuario un uso cómodo del mismo.

Introducción Página III


Introducción Página IV


INDICE I

Fundamentos y modalidades de la soldadura por resistencia.................. resistencia......... .................. ................... ................... .................. .................. ............ ...11 a 70 En este capítulo se relacionan los diversos tipos de soldadura por resistencia y sus fundamentos, con datos para su uso práctico.

II

Soldabilidad de los materiales mas empleados ..... .....11 a 34 Este capítulo está dedicado al estudio del como soldar los materiales mas normalmente usados y sus particularidades.

III

Diferentes tipos de aplicaciones que se presentan en los procesos de producción................................1 a 48 Los materiales en sus diversas formas necesitan unirse con soldadura con presentaciones muy diversas y en este capítulo se relacionan y detallan sus especificidades.

IV

Tipos de corriente eléctrica .......... .................... ..................... .................. .......11 a 24 En una soldadura cuyo nombre es soldadura eléctrica por resistencia el tipo de corriente que se emplea y como se usa en cada caso es de gran importancia y de necesaria comprensión.

V

Control electrónico para el soldeo soldeo......... .................... .................. .......11 a 38 Se describen los variados tipos de controles y se enumeran y justifican la gran variedad de distintas funciones que realizan.

VI

Características constructivas específicas de las máquinas de soldar por resistencia y sus componentes......... componentes .................. .................. .................. ................... ................... .............. .....11 a 104 En este capítulo se estudian y se dan datos sobre transformadores, cilindros neumáticos, bastidores, equilibradores, guías, etc. y sobre el otro gran protagonista en la soldadura y de manejo muy frecuente: los electrodos.

Indice Página V Página V


VII

Tipos y uso de las máquinas empleadas en los diversos procesos de soldar por resistencia..........1 a 62 La gran variedad de máquinas empleadas en este proceso de soldadura obliga la inclusión en este capítulo, previendo sea de gran utilidad para determinar cual usar para un proceso determinado.

VIII

Consideraciones y ayudas para la compra, instalación y mantenimiento de las máquinas y su costo en producción producción.......... ................... ................... .................... ................... .............11 a 76 Es de estudio muy recomendado para quienes tienen que intervenir en los procesos que anuncia su titulo.

IX

Control de calidad y detección de defectos en los resultados obtenidos y en los medios empleados.1 a 18 Este capítulo esta dedicado al difícil tema del control de la calidad de las soldaduras producidas.

X

Datos y tablas con valores aconsejados para el soldeo......... soldeo .................. .................. .................. .................. .................. .................. ................. ........... ...11 a 48 En este capítulo se encuentran rápidamente los parámetros a aplicar para los distintos gruesos y materiales en los diversos procesos de soldeo.

XI

Informaciones auxiliares .......... .................... .................... .................... ............. ...11 a 34 En este capítulo incluimos una información muy variada como tablas de datos mencionadas en el Manual, información sobre las normas ISO, un mini diccionario de términos de soldadura, tablas de conversión de unidades de medida y galgas, unas relaciones de organismos y revistas dedicados a la soldadura en diferentes países, cuyo contenido principal es la soldadura.

Indice Página VI


CAPITULO I SUMARIO 1.

FUNDAMENTOS Y MODALIDADES MODALIDADES DE DE LA SOLDADURA POR RESISTENCIA RESISTENCIA ......... ................. ................. .................. ........... 4 1.1. SOLDAR A PUNTOS POR RESISTENCIA ......... .................. ........... 5 1.1.1. QUE ES UN PUNTO DE SOLDADURA Y PORQUÉ SE EMPLEA ................. .......................... .................. .................. .............55 1.1.2. ¿ COMO SE PRODUCE UN PUNTO DE SOLDADURA ? ................. ......................... ................. .................. ................. ............... .......66 1.2. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FORMACIÓN DE UN PUNTO DE SOLDADURA........11 1.2.1. LA ENERGÍA ELÉCTRICA ELÉCTRICA .................. ........................... .................. .............11 11 1.2.2. LA PRESIÓN EN LA SOLDADURA .................. ........................ ......12 12 1.2.3. EL “SEGUIMIENTO” DE LA FUSIÓN.......... FUSIÓN ................... ............ ...13 13 1.2.4. LOS ELECTRODOS .................. ........................... .................. .................. ............ ...14 14 1.2.5. AGUA DE REFRIGERACIÓN............. REFRIGERACIÓN...................... .................. ............ ...16 16 1.2.6. LAS PIEZAS A SOLDAR SOLDAR .................. ............................ ................... ............. ....17 17 1.3. ¿CÓMO TIENE QUE SER Y COMO SE HACE UN PUNTO DE SOLDADURA? .................. ........................... ................. .............. ......18 18 1.3.1. ASPECTO Y CARACTERÍSTICAS............... CARACTERÍSTICAS........................ .............18 18 1.3.2. PREPARACIÓN DE LA MÁQUINA Y DETALLES PRÁCTICOS PARA OBTENER SOLDADURAS ACEPTABLES............. ACEPTABLES...................... .................. ................. ................. .................. ........... 21

Capítulo I

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1.4. RECOMENDACIONES PARA OBTENER BUENOS PUNTOS ........ ................. ................. ................. ................. ................. .................. ................. ........... ...26 26 1.4.1. ESFUERZO............... ESFUERZO........................ ................. ................. .................. .................. ............ ...26 26 1.4.2. AGUA ................. .......................... ................. ................. .................. .................. ................. ............26 26 1.4.3. CORRIENTE......... CORRIENTE .................. .................. .................. .................. ................. ............... .......26 26 1.4.4. SITUACIÓN DE LOS PUNTOS .................. ........................... ............. ....27 27 1.4.5. PIEZAS ................. .......................... ................. ................. .................. .................. ................ .......29 29 1.4.6. ELECTRODOS ................. .......................... .................. .................. .................. ............ ...30 30 1.5. SOLDADURAS POR PROTUBERANCIAS.............. PROTUBERANCIAS................. ...31 31 1.5.1. FUNDAMENTOS DE ESTE TIPO DE SOLDADURA...................... SOLDADURA............................... ................. ................. .................. .............32 32 1.5.2. VENTAJAS Y PARTICULARIDADES DE ESTE TIPO DE SOLDADURA .................. ........................... .................. ................ .......35 35 1.5.2.1. Consumo de cobre .................. ........................... .................. .........35 35 1.5.2.2. Realización simultánea de soldaduras...... soldaduras ......36 36 1.5.2.3. Calidad.......................................................36 1.5.2.4. Aplicabilidad...............................................37 1.5.2.5. Precisión....................................................37 1.5.2.6. Materiales que suelda ................... ............................ ............ ...38 38 1.5.2.7. Costes........................................................39 1.5.3. FORMAS DE PROTUBERANCIAS ................... ......................... ......39 39 1.5.4. PREPARACIÓN PREPARACIÓN DE DE UN PROCESO PROCESO DE SOLDEO SOLDEO . 42 1.5.5. DETALLES PRÁCTICOS PARA OBTENER BUENAS SOLDADURAS .................. .......................... ................. .............. .....46 46 1.6. SOLDADURAS POR ROLDANAS. FORMAS Y MODALIDADES ......... ................. ................. .................. ................. ................. ................ .......48 48 1.6.1. DETALLES PRÁCTICOS PARA EL SOLDEO SOLDEO ........52 ........ 52 1.7. SOLDADURAS A TOPE Y SUS USOS ......... ................... .............. ....56 56 1.7.1. PROCEDIMIENTOS PARA SOLDAR A TOPE .......57 ....... 57 1.7.1.1. A tope simple......... simple .................. ................... ................... ................. ........57 57 1.7.1.2. Por centelleo directo.......... directo .................... .................... .............. ....58 58 1.7.1.3. Por centelleo con precalentamiento ..........60 .......... 60 1.7.1.4. Por descarga de condensadores............... condensadores...............60 60 1.7.1.5. Por arco giratorio, Haz electrónico, electrónico, Láser, Láser, Fricción ................. .......................... .................. ................. ................. .............60 60 1.7.2. ¿CÓMO SE SE SUELDA? .................. ........................... .................. ................. ........60 60 1.7.3. FIJACIÓN DE PARÁMETROS PARA UNA SOLDADURA...................... SOLDADURA............................... ................. ................. .................. .............62 62 1.7.4. COMO OBTENER BUENAS SOLDADURAS.......... SOLDADURAS..........64 64 Capítulo I

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1.8. OTROS PROCEDIMIENTOS RELACIONADOS .........66 1.8.1. SOLDADURA FUERTE ( BRAZING )......................66 1.8.2. RECALCADO...........................................................66 1.8.3. LÁSER .....................................................................68 1.8.4. ROBLONADO ..........................................................69

Capítulo I

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1.

FUNDAMENTOS Y MODALIDADES DE LA SOLDADURA POR RESISTENCIA.

La Soldadura por RESISTENCIA es llamada así porque emplea la resistencia propia de los materiales al paso de una corriente eléctrica para generar el calor necesario. Es una soldadura de tipo autógeno, o sea, en la unión entre las piezas no intervienen materiales ajenos a ellas. Tienen en común todos los procesos y sistemas de Soldeo por Resistencia que a través de la zona a soldar hacemos pasar una corriente eléctrica, la cual produce un calentamiento localizado hasta la temperatura de forja o de fusión y que a esa zona se le aplica el esfuerzo necesario entre las piezas para que queden soldadas. Cualquiera que sea el proceso usado, la dosificación de la corriente aplicada y el tiempo empleado en la soldadura así como la presión utilizada, se necesitan máquinas equipadas adecuadamente para obtener una fabricación de calidad. Las normas ISO, y otras como DIN, AFNOR, etc. tienen clasificaciones muy complejas y exhaustivas con todas las variantes posibles en este tipo de máquinas para soldar; pero, para facilitar el manejo y comprensión de esta técnica solo vamos a clasificarlas en cuatro grupos principales según como se realizan ( ver 1-1 ) :

1-1

1. Por puntos Cap. 1.1. 2. Mediante protuberancias o resaltes Cap. 1.5. 3. Con roldanas Cap. 1.6. 4. A Tope Cap. 1.7. También se emplean OTROS procedimientos para unir piezas en que el calentamiento puede producirse por el paso de una corriente eléctrica como la soldadura fuerte, “brazing” Capítulo I

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( cap.1º.8.1 ), o por un rayo de luz polarizada, “láser” ( cap.1º.8.3. ) . El calentamiento eléctrico puede usarse para conformar piezas, “recalcar”, ( cap.1º.8.2. ) y también se pueden unir las piezas sin calentamiento eléctrico, “roblonado” ( cap.1º.8.4. ) .

1.1.

SOLDAR A PUNTOS POR RESISTENCIA.

El Soldeo por Puntos es el proceso de Soldadura por Resistencia mas usado para la unión de piezas formadas con chapas y láminas de acero de espesores pequeños o medianos y por ello será el estudiado con mas detalle en este capitulo y en el resto del manual

1.1.1.

QUE ES UN PUNTO DE SOLDADURA Y PORQUÉ SE EMPLEA

Es un núcleo formado con material de las dos piezas en contacto, generalmente con la forma de una “lenteja”, nombre que le aplicaremos en este manual, el cual las une de forma similar a como lo haría un remache o un tornillo ( ver 2-1 ). Ha sido formado al fundirse los materiales de ambas piezas por el paso de una elevada corriente concentrada en ese “punto”, esa “lenteja”, mediante unos electrodos de cobre, quienes además de conducir la corriente le han aplicado la presión necesaria. ( ver 3-1 ).

2-1

3-1

Se emplea para unir piezas de metales que sean soldables conformando un conjunto que no deba volver a subdividirse, y es Capítulo I

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una solución muy barata, eficaz y rápida de realizar. Hasta ahora no se ha encontrado ninguna solución industrial más ventajosa.

1.1.2.

COMO SE PRODUCE UN PUNTO DE SOLDADURA

Una corriente eléctrica (que medimos en Amperios) circula desde un electrodo al otro atravesando las láminas 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 aumenta con el cuadrado de los valores de la intensidad, o sea, con doble resistencia doble calor y con doble intensidad, cuatro veces más calor. Este cálculo es la aplicación de la Ley de Joule que se expresa con la siguiente fórmula: E= R I2 t Observemos que al iniciarse el proceso de soldadura los Amperios pasan a través de cinco diferentes resistencias generadoras de calor ( ver 4-1 ).

4-1 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 ( ver 5-1 ).

Variación de la resistencia Rp al aumentar la presión aplicada. 5-1 Capítulo I

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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 pequeño ( ver 6-1 ) que se multiplica por aprox. 10 al aumentar la temperatura generando un calor inevitable y necesario que poco después de iniciarse el proceso será el principal componente del calor total aplicado a la soldadura.

6-1 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 estas resistencias 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 ( ver 7-1 ) en mayor proporción que el de la Rp.

Variación de la resistencia Rc al aumentar la presión aplicada.

Estas curvas son orientativas, pues, variaciones en el material de la pieza, de los electrodos o variaciones en los estados superficiales de ambos producen resultados diferentes. 7-1 Capítulo I

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Comportamiento dinámico de las resistencias durante la soldadura.

Resistencia contacto electrodo.

Resistencia contacto entre piezas Rp.

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

Resistencia total. 8-1 Capítulo I

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Las magnitudes de todas estas resistencias eléctricas varían en un proceso dinámico y continúo ( ver 8-1 ) 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 formación de la lenteja ( ver 9-1 ) produciéndose el calor todavía necesario para la soldadura por la acción de las resistencias Rm 1 y Rm 2 ya convertidas en una sola, y el resto, inevitablemente, en las Rc 1 y Rc2 cuyo valor ha afortunadamente disminuido significativamente al mejorar el contacto electrodo pieza.

9-1

Una curva real ( ver 10-1 ) de las variaciones de la resistencia durante la soldadura tomada mediante ordenador confirma la realidad de estos procesos.

10-1

Hasta ahora todo lo explicado ha partido de la premisa de que el valor de las resistencias en juego es simétrico respecto al plano de soldadura; pero, para obtener una buena soldadura es preciso que Capítulo I

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el centro de 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 de gruesos diferentes, materiales de diferente conductibilidad eléctrica o cuando nos vemos en la necesidad de usar electrodos con caras activas diferentes aunque las chapas sean iguales ( ver 11-1 y 12-1 ).

11-1

12-1

Capítulo I

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Este “equilibrio térmico“ lo hemos de conseguir variando las resistencias que intervienen para mantener la simetría y el equilibrio necesarios y para ello podemos actuar sobre el diámetro de la cara activa de los electrodos, y, en algunos casos especiales, con la conductibilidad de los cobres empleados en los electrodos. Una vez presentadas estas sencillas, pero muy importantes, premisas estudiaremos lo que interviene en la consecución de una soldadura.

1.2.

FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FORMACIÓN DE UN PUNTO DE SOLDADURA

1.2.1.

LA ENERGÍA ELÉCTRICA

Debe tenerse claro que lo que suelda, lo que genera calor, lo que se aconseja en las tablas para cada tipo de soldadura son los Amperios y el tiempo y el como se aplican y no los kVA. Si el control de la máquina 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 recomiendan en las diferentes tablas y publicaciones para cada tipo de soldadura siempre van acompañados 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/mm 2 que circulan por la cara activa del electrodo para formar la lenteja. d = densidad eléctrica Dca = Diámetro cara activa A = Intensidad de soldadura. Como orientación rápida antes de acudir a las tablas y curvas de soldabilidades, esta densidad eléctrica puede ser del orden de 220 A./mm2 a 320 A./ mm2. En otros lugares del MANUAL ( capítulos 4º y 5º ) están explicadas las numerosas y complejas variantes, algunas de las cuales tendremos que mencionar ahora, que pueden aplicarse al suministro de la corriente para la soldadura en cuanto a tipo, dosificación, aumento y disminución progresivos, impulsos, etc... etc... El objetivo del paso de la corriente es fundir y alcanzar la temperatura de forja tan solo en la zona donde se debe crear la lenteja de soldadura por lo que sí se aplica un exceso de corriente Capítulo I

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y, o, de tiempo se produce una fusión de material superior a la necesaria, se producen proyecciones de chispas, “vaciado” de la soldadura ( ver 13-1 ) y destrucción de la cara activa del electrodo, por haberse producido mayor aportación de calor de la necesaria.

13-1

Conviene tener claro 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.

1.2.2.

LA PRESIÓN EN LA SOLDADURA

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 electrodos, que suelde y forje la lenteja. Este parámetro también es muy importante ( llamamos parámetros a magnitudes variables que se fijan para un proceso repetitivo ) y nos lo indican las tablas de valores aconsejados para cada tipo de soldadura. Como en el caso de la corriente, es la fuerza por mm2 de superficie activa del electrodo lo realmente importante y tiene que estar entre 4 y 12 daN / mm 2 en el caso del soldeo de aceros de baja aleación. Afortunadamente la presión a aplicar admite importantes variaciones ( capítulos 2º y 10º ) , lo cual permite que el aumento de la superficie activa del electrodo por desgaste de éste no provoque soldaduras defectuosas al poco de cambiar el electrodo. En esos capítulos también observaremos que los otros parámetros que intervienen en la soldadura admiten variaciones dentro de una mas o menos extensa área de soldabilidad. Capítulo I

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Para evitar proyecciones y soldaduras de mala calidad tenemos que estar seguros de que los electrodos, no solo ha llegado a apretar las láminas, sino que están aplicando la magnitud del esfuerzo correcta.

14-1 En principio, las soldaduras de mayor calidad se consiguen con presiones elevadas, con lo cual reducimos las resistencias Rc 1 y Rc2, produciéndose huellas menores y mayor duración de los electrodos. Al mismo tiempo también disminuye, aunque en menor proporción ( ver 14-1 ) la Rp por lo que precisamos aplicar mas Amperios. Deben elegirse, siempre que las características de la máquina lo permitan, valores altos de corriente y presión con tiempos cortos.

1.2.3.

EL “SEGUIMIENTO” DE LA FUSIÓN

Durante el proceso de soldadura, al iniciarse el paso de la corriente, se inicia un ligero aplastamiento por hermanamiento de superficies de contacto, que el electrodo debe seguir sin que se pierda la presión en la soldadura ( ver 15-1 ), y a continuación, al Capítulo I

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dilatarse el material por efecto del calor, aumenta el grueso del material el cual desplaza al electrodo y, al iniciarse la fusión, que formará la lenteja, vuelve a disminuir el grueso. El conjunto de esos movimientos es lo que se llama “seguimiento”.

15-1

En las máquinas con brazos, la elasticidad de éstos es en general suficiente para seguir estos movimientos; pero, en las máquinas de descenso rectilíneo debe tenerse en cuenta esta premisa y usar aquellas que empleen cilindros u otros medios de presionar de calidad o tengan algún medio elástico en el circuito del esfuerzo, debido a la importancia que estos ligeros desplazamientos tienen para la soldadura. En la soldadura de Aluminio es de vital importancia esta observación.

1.2.4.

LOS ELECTRODOS.

Son los protagonistas de la función de soldar y se les debe prestar una atención superior a la que generalmente se le presta, quizá debido a su menor costo en comparación con brazos, máquinas, controles, etc…, aunque en la realidad tienen una importante incidencia en los costes de explotación y en la calidad obtenida. El material ideal para electrodos debe compaginar una elevada conductibilidad eléctrica y térmica con una elevada resistencia mecánica al aplastamiento a temperaturas elevadas, de más de 500º ( ver 16-1 ). Actualmente los mas usados, por su relación calidad / precio, son los fabricados con cobre aleado con cromo y circonio. Capítulo I

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El material de que se componen los electrodos, sus características, su uso, etc. esta estudiado mas ampliamente en ( cap. 6º.8.2. )

16-1

Si observamos el dibujo ( ver 17-1 ) podemos observar que durante la ejecución de la soldadura en la superficie activa que esta en contacto con la pieza, el cobre llega a alcanzar temperaturas superiores a los 600º u 800º y si no dispone de una refrigeración adecuada ya con una sola soldadura resultará muy dañada la cara activa del electrodo.

17-1

Es recomendable usar los electrodos de punta esférica tan solo para el soldeo de chapas gruesas y del aluminio, y, en defecto de mejor información en las tablas, el diámetro de la cara activa Dca del electrodo tiene que ser igual a 2e+3, siendo “ e” el espesor de Capítulo I

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la chapa con la que esta en contacto el electrodo. Esta fórmula da resultados muy similares a otras de uso mas complicado.

1.2.5.

AGUA DE REFRIGERACIÓN

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 inmediatamente posterior al de soldadura.

El agua ( ver 18-1 ) debe llegar al electrodo, siempre, por el conducto central del portaelectrodo y tiene que circular un caudal 4 a 8 litros por minuto. No basta que la máquina este conectada a la red de agua, tenemos que estar seguros de que circula el caudal suficiente por los electrodos, que llega a estos de forma correcta y que la superficie activa, diámetro de la punta del electrodo que contacta con la pieza, se corresponde con los amperios y esfuerzo que vamos a usar en el soldeo. Una circuito del agua del agua defectuoso, aun cuando 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 las máquinas de soldar la misión del agua no es solamente la de enfriar la máquina, 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 sobrepasar los 25ºC y normalmente la presión en la entrada con el agua circulando tiene que ser de 250 Kilopascales, salvo dato diferente del fabricante ( cap. 6º.4.1. ) y ( cap. 8º.6.1. ) .

Capítulo I

Página 16


1.2.6.

LAS PIEZAS A SOLDAR

Para unir las piezas con unos puntos de buena calidad también deben exigírseles a éstas ciertos condicionamientos en cuanto a formas, dimensiones y situación 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 deben cumplir unas determinadas condiciones que en las tablas de valores aconsejados ( caps. 3º.1.5. y 1-10 ) para el soldeo ya vienen indicados. A falta de ese dato prever que el centro de la lenteja esté, 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 ( ver 19-1 ).

19-1

Tienen que venir debidamente conformadas en operaciones anteriores pues las máquinas de soldadura, salvo excepciones en alguna máquina especial, no están previstas para reconformar las piezas que sueldan. Antes de diseñar las piezas que luego deban ser soldadas debe tenerse en cuenta ( ver 20-1 ) 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. El fuerte campo electromagnético que produce la corriente durante el soldeo puede mover la pieza si ésta no está 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 pinturas, arenillas, aceites no conductores, etc... Capítulo I

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20-1

1.3.

¿CÓMO TIENE QUE SER Y COMO SE HACE UN PUNTO DE SOLDADURA?

1.3.1.

ASPECTO Y CARACTERÍSTICAS

El resultado óptimo a conseguir es una lenteja entre las dos piezas a unir formada por material fundido de ambas ( ver 21-1 ). 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 de los gruesos soldados. Donde se ha aplicado el electrodo queda una huella circular formado por un reborde liso, de material no poroso y sin grietas que ha sido desplazado hacia los bordes por la presión de los electrodos. Capítulo I

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21-1

La zona central de la huella tiene que tener un color mas claro que la periferia pues el electrodo la enfría y por tanto se oxida menos que esa periferia que no está en contacto con el electrodo. En chapas y laminas delgadas <2,5 mm. un punto bien realizado y roto por tracción ( ver 22-1 y cap. 9º ) rompe dejando un botón y un agujero en las piezas.

22-1

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. En gruesos más elevados que no dejan botón, la rotura debe ser homogénea y regular, sin cavidades ni defectos. Estamos ante un punto defectuoso si la huella tiene rebordes irregulares, cortantes, que indican que la fusión del material ha alcanzado al electrodo y a 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 material y mala calidad ( ver 231 y cap. 1º.2.1. ). Capítulo I

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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 ( ver 24-1 ), junto a la lenteja y para grueso superiores a 1,5mm. queda una pequeña separación debido a que el empuje que produce el material al dilatarse por el calor solo puede actuar lateralmente.

23-1

24-1

Este efecto es mas acusado cuanto menos conductividad térmica tengan los materiales, como es el caso del acero inoxidable o cuando son de baja resistencia mecánica como es el caso del aluminio. Es difícil de eliminar pero se reducen empleando programas de soldadura que proporcionan un calentamiento postsoldadura 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 conocer la resistencia mecánica de un punto de soldadura la prueba destructiva es la más eficaz ( cap. 9º ). Para el ¿cómo se hace? el punto de soldadura nos remitimos a la secuencia ( ver 25-1 ) que debe estudiarse con atención y ser comprendida por ser básica para el conocimiento de este tipo de soldadura.

Capítulo I

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25-1 1.3.2.

PREPARACIÓN DE LA MÁQUINA Y DETALLES PRÁCTICOS PARA OBTENER SOLDADURAS ACEPTABLES

Básicamente tenemos que conocer las regulaciones de tiempos, corriente y presión que nos pide la hoja de procesos 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 ( cap. 10º ) y determinar aquellos que creamos mas adecuados dentro de los que pueda suministrar la máquina a utilizar. Capítulo I

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No obstante la existencia de máquinas que no emplean aire comprimido ( cap. 6.5.4. ) como fuente de energía para generar los esfuerzos necesarios, nos referiremos siempre a máquinas 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, portabrazos, portaelectrodos, electrodos etc. tienen 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 mínima área posible ( ver 26-1 ).

26-1

Debe evitarse la mala costumbre de utilizar siempre la máquina para cualquier tipo de trabajo con la conformación del 1º día de uso. En las máquinas con brazos, y de éstas especialmente en las pinzas, 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 electrodos, distinguiendo entre la posible gran apertura para 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 no lleguemos al fin de la carrera utilizable ( ver 27-1 ). Otro gráfico del que se debe disponer es la deformación debida al esfuerzo que en estas máquinas no es despreciable ( ver 28-1 ). Es importante tener en cuenta que durante el montaje y la preparación de la máquina, el contacto y sujeción de los componentes no debe responder tan solo a características mecánicas, pues por buena parte de ese circuito mecánico de esfuerzo y por esas uniones tienen 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 esas corrientes. Capítulo I

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1 7 2

28-1 Capítulo I

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Se comprueba el circuito de agua de refrigeración, con especial atención con los tubos que enfrían los electrodos ( ver 29-1 ), y se hace circular el agua comprobando que circule correctamente.

29-1

Se pone al control en la posición “no suelda”, o “solo presión”, o sea, sin paso de corriente entre electrodos. Se programan todos los tiempos del ciclo de soldadura previsto y se programa que las soldaduras sean de ciclo único, punto a punto ( cap. 5º ) Todavía sin conectar el aire se comprueba que el programa “corra bien“. Se conecta el aire y se regula la presión del manorreductor para disponer de la fuerza que deseamos en la soldadura. Para conocer la fuerza aplicada a la soldadura, las máquinas solo tienen la indicación de la presión de entrada de aire, la cual para cada máquina tiene una relación constante con la fuerza que puede aplicar ( ver 35-6 ). No obstante, como un manómetro puede averiarse y también las juntas o guías de un cilindro neumático, es muy conveniente disponer de un medidor 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 suelda” se colocan piezas en la misma forma y posición que queremos utilizar durante la producción y se comprueba si al aplicar la presión se provocan movimientos que perjudiquen la maniobra o sean peligrosos para el operador o para el útil 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 láminas o chapas del mismo grosor y acabado superficial que el de las piezas a soldar para realizar con ellas las pruebas de puesta a punto de la soldadura. Ponemos el control en posición “suelda” 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 Capítulo I

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corriente de soldadura no debe empezar a circular cuando con su carrera el electrodo alcanza la pieza, sino cuando ésta 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 la 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 un tiempo prudencial a ese valor, 3 o 4 ciclos, y se comprueba varias veces que no chispea y a ese valor 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 soldaduras satisfactorias lo cual comprobaremos con pruebas destructivas ( cap. 9º ) El “tiempo de mantenimiento” debe garantizar que la soldadura se enfríe bajo presión a través del electrodo refrigerado y es suficiente cuando la huella de la soldadura es menos oscura en el centro que en la periferia. Como valor orientativo puede regularse en 5 periodos para chapas de 0,8 mm., 10 periodos para las de 1,6 mm. y unos 30 para las de 3,2 mm. Y ya podemos probar con las piezas a soldar, lo cual puede exigir un ligero ajuste posterior. El ciclo repetitivo o automático, si es necesario, se empleará después de una corta serie de soldeos realizados punto a punto satisfactoriamente y cuando el operador tenga la práctica necesaria. Cuando se trata de utilizar ciclos más 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, pendientes, incrementos escalonados de corriente, recocidos, forjas, etc... etc...

Capítulo I

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1.4.

RECOMENDACIONES PARA OBTENER BUENOS PUNTOS

1.4.1.

ESFUERZO

Cuando una soldadura “marca mucho”, generalmente no se le debe quitar presión a los electrodos, sino 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 éstos no llegan 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 ( cap. 9º ) que han llevado la fusión de la lenteja interior hasta la superficie externa. Para la obtención de buenas soldaduras los daN/mm2 aplicados son tan importantes como la corriente y el tiempo de paso de ésta.

1.4.2.

AGUA

Es muy importante revisar periódicamente el correcto funcionamiento del circuito del agua, el cual tiene mucha importancia en la calidad de la soldadura y en el consumo de electrodos ( caps. 1º.2.5. y 6º.4 ) . El tubo que llega hasta el 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 ( ver 29-1 ). Una irregularidad en la salida del agua o el salir a borbotones mientras se suelda es signo inequívoco de una mala circulación.

1.4.3.

CORRIENTE

Cuando la máquina 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 ( cap. 4º.2.1. ) . Capítulo I

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Cuando dentro del área que abarcan los brazos queda situada por necesidades del trabajo una apreciable cantidad de hierro de las piezas o útiles, los amperios con que se efectuará esa soldadura serán menores que los de soldaduras en que no concurra esa circunstancia, por lo que puede tenerse que utilizar un programa distinto, con otros parámetros, para soldaduras iguales ( ver 11-4 ). Es importante estudiar y saber aprovechar las posibilidades que ofrezca el control electrónico de la máquina para dosificar de forma apropiada la forma de paso de la corriente.

1.4.4.

SITUACIÓN DE LOS PUNTOS

El punto de soldadura debe darse a una distancia del borde de la pieza ( ver 30-1 y 19-1 ) que evite el vaciado de la lenteja.

30-1

Si no se pueden respetar las distancias aconsejadas ( cap. 10º ) prueben el soldeo con un calentamiento previo (solo como orientación, con un 50 % del tiempo y de la corriente previstos) 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.

31-1 Capítulo I

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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 ( ver 31-1 ) y ( cap. 10º ) es necesario que el punto dado posteriormente se realice con unos parámetros distintos de corriente y tiempo, para lo cual llamaremos a otro programa del control electrónico. En bastantes casos es muy importante el orden en que se dan los puntos ( ver 32-1 ) pues pueden quedar mal presentadas las piezas.

32-1

Se tiene que asegurar que la posición de trabajo 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 al principio de la soldadura ( ver 33-1 ), 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 33-1 subida. ( cap. 5º.4.1. ) Capítulo I

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1.4.5.

PIEZAS

Las superficies de contacto electrodo pieza, y entre piezas, tienen que estar limpias de pinturas, aceites, tierra, etc. y, de no estarlo puede necesitarse un precalentamiento, o una pendiente de subida de la corriente que asegure un posterior pleno contacto.

34-1

Si las láminas o chapas a soldar no se están tocando bien, parte del esfuerzo se emplea en deformarlas y, cuando se llegan a tocar al iniciarse la soldadura, hay menos presión entre las planchas, es mas elevado Rp, se desarrolla mucha energía por la baja presión en ese punto y la soldadura se vacía de material fundido provocando muchas proyecciones. En ocasiones las piezas a soldar no llegan ni tan siquiera a tener contacto en la zona del punto de soldadura, ( ver 34-1 ) y en otras ese contacto es muy deficiente, generalmente por problemas de Capítulo I

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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 bajo presión que hermane las superficies y permita una buena soldadura posterior. Recomendamos como orientación, unos parámetros de alrededor de tres periodos de tiempo caliente con una corriente de un aprox. el 50% de la de soldadura, otros dos periodos de tiempo frío e iniciar ya la soldadura con sus valores correctos. Algunos controles ( cap. 5º.4.2. ) disponen de una opción en la que el tiempo de soldadura empieza a contar cuando la corriente de soldadura ha sobrepasado un determinado umbral y por tanto ya hay seguridad de contacto aceptable entre las piezas. Esta opción es muy útil en determinados 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, tienen que aislarse esos posibles puntos de contacto con una cinta aislante especial para ello o por cualquier otro medio, pues la corriente que se deriva por esos contactos se resta de la de soldadura pudiendo resultar puntos defectuosos por esta causa. Normalmente los tiempos o corrientes de precalentamientos para acondicionar las superficies o las piezas no las tienen que sustraer de las cantidades aconsejadas en las tablas para la soldadura.

1.4.6.

ELECTRODOS

A medida que se van efectuando soldaduras el diámetro de la punta del electrodo en contacto con la pieza, la cara activa, va aumentando y a su vez se ensucia con óxidos e incrustaciones metálicas. Este inevitable deterioro debe corregirse antes de que produzca soldaduras de calidad no aceptable. Parece correcta la teoría que sostiene que no es conveniente rebajar el material de la punta del electrodo hasta llegar al cobre limpio, sino 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 fresadora ( cap. 6º.9.5. ) portátil especial o automáticamente (en pinzas de robot), o, cambiando el electrodo por otro y rehacer las caras activas de los electrodos usados, generalmente por lotes, en una máquina herramienta adecuada. El reavivar los electrodos a mano con una lima sobre la máquina es una mala práctica a evitar. Conviene usar, siempre que sea posible, electrodos normalizados, ( cap. 6º.8. ) y evitar los especiales. Capítulo I

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Si las características dimensionales de la pieza 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 10 mm., 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 las partículas de hierro en forma de chispas, somete a esfuerzos mecánicos importantes el circuito de brazos, portaelectrodos y electrodos. Tiene mucha importancia en la vida de un electrodo la solidez y rigidez del sistema mecánico que lo soporta. Una máquina de poca calidad o mal diseñada 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 soldaduras que puede llegar a realizar depende mucho de “del tipo de corriente y de como se le da”. El empleo de corrientes continuas procedentes de alternas con frecuencia de la red o de medias frecuencias rectificadas, así como trabajar con tensiones bajas y poco recortadas ( cap. 4º ) prolonga bastante los periodos entre reavivados de los electrodos y la vida útil de estos. Es importante saber que trabajar para obtener mayor vida de los electrodos, también es estar haciéndolo para mejorar la calidad de la soldadura.

1.5.

SOLDADURAS POR PROTUBERANCIAS

Este procedimiento de soldar por resistencia, aunque no sea tan empleado como el de la soldadura a puntos, tiene unas innegables ventajas sobre ésta y se emplea siempre que la forma de las piezas lo permite. El mas elevado gasto inicial en útiles y máquina y de preparación de piezas que generalmente precisa es fácilmente amortizable en producciones medias o elevadas.

Capítulo I

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1.5.1.

FUNDAMENTOS DE ESTE TIPO DE SOLDADURA

Las piezas se unen, se sueldan, mediante unas “lentejas” como las que se obtienen en la soldadura por puntos, formadas por material fundido y forjado de ambas. El lugar donde se produce esa lenteja esta determinado por una protuberancia creada artificialmente en la pieza en un proceso previo, o por un borde o resalte natural de la pieza ( ver 35-1 ), o sea, ahora no es el electrodo el que determina donde se suelda ni quien obliga a pasar la corriente a través de las láminas en determinado lugar, sino que la corriente y la presión mecánica las reciben las piezas en toda su superficie posible y se concentran en los únicos lugares donde se establece contacto entre estas dos chapas o piezas a soldar, que son esas protuberancias o resaltes situados en una de las dos piezas.

35-1

La Rp es mucho mas elevada que en el proceso por puntos, las Rc son despreciables y la energía y el calor se crean en la Rp y las Rm de la protuberancia y de su zona de contacto. En cuanto se produce el aplastamiento de la protuberancia ya desaparecen prácticamente todas las resistencias concentradas y de continuar la máquina en tensión, aumenta algo la lenteja y se calentaría toda la pieza ( ver 36-1 ).

Capítulo I

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36-1

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 ella no ha llegado a alcanzar la temperatura de fusión ( ver 37-1 ).

37-1 Este problema se evita empleando altas intensidades en la corriente para que sea una soldadura rápida, y, en algunos casos, aportando 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 ( cap. 1º.1.2. y ver 11-1 ). 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 en los puntos de contacto y se formen Capítulo I

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las lentejas de tamaño correcto, y, naturalmente, precisaremos poder dosificar y modular esas corrientes y presiones con unos tiempos y valores predeterminados para obtener los resultados deseados. Una orientación sobre todos esos valores los encontrarán en ( cap.10º.6. ). Para que las piezas de chapa queden en íntimo contacto sin regruesos de material fundido entre ellas ( ver 38-1 ), el volumen de material de la protuberancia tiene que “rellenar” el hueco posterior que se produjo al formar la protuberancia, pues en conjunto no ha habido variación de volumen; pero, cuando las chapas son de un espesor superior a los 3 mm. el calor producido al fundirse la protuberancia no tiene tiempo suficiente para que todo el grueso de la chapa adquiera la fluidez necesaria para “rellenar” ese hueco y necesitamos un hueco suplementario que se le da al conformar la protuberancia ( ver 38-1 ).

38-1 En chapas de 6 mm. 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 deberá tenerse en cuenta que el material fundido no desaparece y aunque en algunos casos no importe en otros deberá preverse su reubicación ( ver 39-1 ).

37-1 Capítulo I

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Debe evitarse situar protuberancias cerca de los bordes o en lugares en que el material fundido se vacíe o sobresalga por el exterior ( ver 40-1 ) y por ello deben respetarse las distancias aconsejadas.

38-1

Las protuberancias que deban hacerse en chapas de grueso 0,8 mm. o inferior resultan “débiles” y a veces es conveniente sustituir varias protuberancias por una anular, que no precisa un ajuste de parámetros de soldadura tan rígidos como las otras.

1.5.2.

VENTAJAS Y PARTICULARIDADES DE ESTE TIPO DE SOLDADURA

1.5.2.1.

Consumo de cobre

En la soldadura por puntos el actor y principal causante de los costos de mantenimiento y de las irregularidades en la calidad es el electrodo, por cuya cara activa pasan corrientes de alrededor de 300 A. / mm2 y se aplasta, se contamina, deja huellas, etc... Con la soldadura por protuberancias se consigue que las “lentejas” se produzcan con intensidades del mismo orden pero como la pieza recibe la corriente por una gran superficie, los cobres que se emplean, de la misma calidad, o mas duros, que los de los electrodos y también refrigerados, la trasmiten sin sufrir deformaciones o desgastes por trabajar “fríos”. El peso de una pieza-electrodo y su mecanización especial hacen que su costo sea bastante mas elevado que el de un electrodo para soldar a puntos, pero el gasto por soldadura en “electrodos” es muy inferior, y el de mantenimiento de estos es irrelevante comparado con el de los electrodos de soldar a puntos. Capítulo I

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1.5.2.2.

Realización simultánea de soldaduras

Pueden soldarse varios puntos a la vez u obtener soldaduras de gran sección teniendo como límite la capacidad de la máquina para suministrar los Amperios y decaNewtons necesarios para el trabajo que queremos realizar. Todos los puntos, las “lentejas” de una pieza se hacen, teóricamente, con la misma presión y densidad de corriente y, la distancia entre lentejas puede ser inferior a la necesaria en la soldadura por puntos por no haber derivaciones de corriente por puntos próximos debido a la simultaneidad en la ejecución de todas la soldaduras de la misma pieza ( ver 41-1 )

41-1

Esto permite obtener uniones soldadas con resistencias no alcanzables con la soldadura por puntos al poder situar en menos espacio mas lentejas correctas. 1.5.2.3.

Calidad

Con este tipo de soldadura el aspecto exterior de las piezas soldadas es mejor por la ausencia de huellas irregulares y por no haberse producido puntos calientes en el exterior no se producen las consiguientes zonas sobre-oxidadas. El problema de derivaciones de corriente entre piezas es fácilmente evitable y toda la corriente pasa por donde se ha previsto que lo haga. Si las protuberancias o resaltes son de dimensiones uniformes y regulares y el útil esta bien diseñado se consigue una muy buena calidad en cuanto a resistencia y a características dimensionales, dependiendo muy poco de la responsabilidad del operador.

Capítulo I

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1.5.2.4.

Aplicabilidad

Su campo principal esta en piezas de dimensiones no muy grandes, salvo aplicaciones localizadas en algún punto de una máquina especial que suelde grandes piezas. Con piezas debidamente diseñadas para poder ser soldadas con este procedimiento se obtienen apreciables ventajas sobre la soldadura a puntos, especialmente cuando se usa en piezas pequeñas de difícil presentación y con mal acceso para los electrodos. Permite soldar piezas macizas y de superficies rugosas y sucias si están dotadas de protuberancias o resaltes que consigan establecer contacto con la otra pieza a través de esa mala superficie. Se pueden soldar simultáneamente protuberancia en superficies situadas hasta con un ángulo de 90º entre ellas ( ver 42-1 ); pero debe evitarse si es posible.

42-1 1.5.2.5.

Precisión

Se consigue una gran precisión dimensional del conjunto soldado. Las piezas tienen que colocarse y sujetarse en unos dispositivos o útiles ( ver 43-1 ) que a su vez están sujetos a las plataformas soldantes, con lo que mecánicamente quedan muy bien referenciadas, y la soldadura finaliza cuando las piezas están en contacto, sin regruesos ni irregularidades debidas a la soldadura.

Capítulo I

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43-1 1.5.2.6.

Materiales que suelda

Muy apto para chapas con recubrimiento, emplomadas, galvanizadas, aluminizadas, etc. aunque requiere especial atención el posible problema de “encolado” por “desparrame” de las protuberancias ( ver 44-1 ).

44-1 Capítulo I

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Suelda piezas de distinta 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 0,6 mm., tienen recubrimiento de Zn, Pb. o Al aconsejamos se suelden por puntos pues, por protuberancias es muy difícil, aunque no imposible. 1.5.2.7.

Costes

El dispositivo o utillaje se construye con cobres aleados, latones y acero inoxidable, materiales costosos y, según la forma de las piezas requiere un proyecto y ejecución caros a su vez; pero es un gasto de primera instalación, es de mucha duración y su función no es la de un simple electrodo pues garantiza la dimensionalidad de la pieza y permite hacer todas las soldaduras en una sola operación. Las prensas de soldadura que se necesitan generalmente son de mayor costo que las máquinas de soldar a puntos por la elevada potencia y el mayor esfuerzo mecánico necesarios para poder efectuar varias soldaduras simultáneamente. Este tipo de soldadura es muy conveniente y rentable para producciones importantes y a veces indispensable según las exigencias de las piezas a soldar.

1.5.3.

FORMAS DE PROTUBERANCIAS

Las protuberancias pueden ser artificiales o naturales. Las artificiales son aquellas que se realizan en la pieza con el exclusivo objetivo de posibilitar su soldadura ( ver 45-1 ). A lo largo del tiempo se han ido recomendando diferentes formas de protuberancia 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 obtienen 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.

Capítulo I

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45-1 Esta norma ISO 8167 para protuberancias semiesféricas de hasta 10 mm. de diámetro de la base, aplicables hasta chapas de acero de 3 mm. y mas gruesas, define las dimensiones de las protuberancias para cada espesor de chapa e incluso del útil a emplear para realizar estas protuberancias ( ver 38-1 ). A éstas protuberancias se refieren los valores de los parámetros de soldadura que aconsejamos en el ( cap.10º.6. )

46-1

Capítulo I

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En principio la corriente y la presión que se necesita para una protuberancia es la que se necesitaría para una lenteja equivalente realizada con soldadura por puntos. Para chapas mas gruesas se pueden emplear diversas formas de protuberancias y aunque cada usuario puede crearse la que 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.

47-1

Cuando no se trata de chapas también puede necesitarse producir unas protuberancias que permitan la soldadura ( ver 46-1 ) y en el caso de tuercas y tornillos se encuentra actualmente una buena variedad de formas con resultados similares ( ver 47-1 ). Las protuberancias naturales son aquellos bordes, cantos, resaltes, etc..., que pueden ser utilizados para la soldadura ( ver 48-1 ).

48-1

También pueden considerarse protuberancias las aristas o generatrices de perfiles laminados o extrusionados ( ver 49-1 ).

Capítulo I

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49-1

1.5.4.

PREPARACIÓN DE UN PROCESO DE SOLDEO

Aunque parezca una afirmación innecesaria tenemos que hacer hincapié en que lo primero que se necesita para este tipo de soldadura es una buena Prensa de Soldadura ( ver 50-1 ) pues con este tipo de soldadura no ocurre como en la de puntos, donde con una maquina “regular” también se suelda “aceptablemente”. Unos cuantos conceptos sencillos y claros ayudan mucho a obtener buenos resultados. Las normas y tablas, basadas en la experiencia, nos indican el tamaño, 50-1 forma, y dimensiones de las protuberancias aconsejadas para cada espesor de chapa ( cap. 10º.6.1. ) 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 útil o dispositivo necesario para soldar las piezas es una parte muy importante del proceso de soldar por protuberancias y de su coste y condiciona el posterior rendimiento de la producción de la piezas. Este diseño debe realizarlo un especialista en el tema o un proyectista mecánico con buenos conocimientos de electricidad y soldadura. Con el número de protuberancias 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 ( cap.10º.6. ). En el caso de protuberancias naturales tenemos que calcular la sección de material una vez fundido y aplicarle a esa sección la densidad de corriente y la presión necesarias ( cap. 10º.6.3. ) y obtendremos una aproximación de los valores totales que precisaremos. Capítulo I

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Con todos esos datos y teniendo en cuenta las dimensiones de la pieza y el tamaño del útil, ya podemos determinar en que máquina, llamada prensa de soldadura, podemos realizar el trabajo.

51-1

Para obtener un buen equilibrio térmico cuando se sueldan laminas de diferente espesor las protuberancias deben estar situadas en la lamina mas gruesa ( ver 51-1 ) y sus dimensiones pueden ser las que corresponden a esa lamina mas gruesa, salvo en su altura, que no debe ser superior al grueso de la lamina delgada. También es común aplicar las dimensiones que corresponden a las protuberancias para la chapa delgada; pero, siempre en la chapa gruesa. En el caso de materiales de distinta conductibilidad eléctrica las protuberancias tienen que estar en el de mayor conductibilidad. Habremos observado que en la soldadura por protuberancias toda la importancia y la atención se le da a la pieza y al útil mientras que en 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 está conectada a unas redes de aire, agua y electricidad que puedan suministrar lo que la prensa necesita en el momento de la soldadura. También debe comprobarse la limpieza del dispositivo de soldadura y el buen contacto de sus cobres con la pieza en la zona donde están situadas las protuberancias, así como la buena circulación del agua de refrigeración. En primer lugar hemos de montar el útil sobre las plataformas conductoras porta-útiles, ambas acanaladas a 90º cada una respecto a la otra, con ranuras en T de medidas normalizadas ( ver 52-1 ), y normativa ISO, y proceder a su alineación. Un utillaje o dispositivo bien diseñado y fabricado, ( ver 53-1 ), y bien montado en la prensa de soldadura es indispensable antes de iniciar los ajustes de parámetros necesarios, pues los defectos de útil o de alineación difícilmente se pueden corregir mediante los mandos de control.

Capítulo I

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52-1

53-1 Capítulo I

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Con las dos partes del útil 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 en posición “no suelda”, o sea, sin corriente eléctrica) hasta que se toquen y comprobar entonces que las superficies de las partes del útil que están en contacto correspondientes a las zonas con protuberancias, estén perfectamente paralelas. La falta de paralelismo no se puede corregir mediante el añadido de regruesos en las bases aunque estos sean conductores, pues causaríamos disimetrías térmicas y eléctricas importantes. Las bases de los útiles deben estar en contacto con las plataformas en toda su superficie de contacto eléctrico y térmico diseñada. Una vez completada la operación anterior se colocan las piezas, (seguimos sin corriente), y se comprueba que quedan en su posición unívoca 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 dispone de los medios necesarios hemos de reducir la distancia entre plataformas a lo mínimo necesario para que la carga y descarga de las piezas sea cómoda pues así reducimos la carrera de descenso. Con el útil instalado en perfectas condiciones mecánicas ya iniciamos la introducción de parámetros en el control. El acercamiento tiene que ser lo suficientemente 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 protuberancias por lo que en principio conviene aplicar un tiempo “generoso” dada 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 ( ver 6.5.3. ) lo permite es importante realizar el movimiento de descenso a baja presión, para evitar deformar las protuberancias con el impacto dinámico, elevándola seguidamente hasta la presión de soldeo y establecer el paso de corriente una vez alcanzada ésta. Los amperios y los daN necesarios para el soldeo vienen determinados por el número de protuberancias, su tamaño y los gruesos de las láminas, teniendo que acudir a las tablas ( cap. 10º.6.4. ) o a la experiencia propia para fijar los valores iniciales del 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 útil, pueden significar variaciones Capítulo I

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apreciables entre lo que se determinará necesario y lo que se preveía inicialmente según las tablas. En el caso de soldaduras múltiples y próximas la presión y corriente necesarias son inferiores al total del producto del numero de protuberancias por las necesidades de una sola ( cap. 10º.6.2. ). Aconsejamos iniciar 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 aconsejado 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 disponen de la posibilidad de variar la presión durante el ciclo de soldadura, es conveniente aplicar una sobrepresión 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 la regulación por energía ( cap. 5º.6.3.2. ) puede ser muy 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 útil. En el caso de una pieza con extracción dificultosa tiene que corregirse el diseño del útil, o, aplicarle un sistema de “desclavado” mecánico o neumático. Las prensas de soldadura están comandadas por un mando a dos manos para evitar accidentes, y esta seguridad no debe eliminarse bajo ningún concepto durante el proceso de puesta a punto y ajuste.

1.5.5.

DETALLES PRÁCTICOS BUENAS SOLDADURAS

PARA

OBTENER

Presten 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 especial 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 protuberancias-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. Capítulo I

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En algún caso, cuando las protuberancias son muy “débiles”, de muy poca sección, la pendiente de subida, slope, de la corriente de soldadura, es un grave inconveniente. pudiendo llegar a no ser aconsejable el uso de corriente trifásica de la red rectificada por su slope mínimo inevitable ( ver 16-4 ). El impacto que se produce al finalizar el descenso y entrar en contacto las piezas no debe deformar ni a éstas ni a las protuberancias. Para corrientes de mas de 50.000 Amperios es actualmente muy ventajoso utilizar máquinas alimentadas con la corriente trifásica de la red (cap. 4º.2.4.) y soldando con corriente continua, que permiten un mejor ajuste y mejor calidad con una menor demanda de Amperios de la red. Debe prestarse atención, especialmente en el caso de chapas galvanizadas o emplomadas aunque también puede ocurrir soldando acero normal de baja aleación, al posible “encolado” de las piezas ( ver 44-1 ) 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 solidificado. 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 significativas variaciones en las distancias de las distintas protuberancias hasta el transformador, especialmente en las máquinas que sueldan con corriente alterna Las más cercanas recibirían mas corriente que las alejadas si no se estudia el útil para que esto no ocurra ( ver 54-1 ); no obstante, en algunos casos, al proyectar el dispositivo o utillaje, pueden corregirse las diferencias de resistencia o impedancia en algunos puntos.

54-1

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

Capítulo I

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1.6.

SOLDADURAS POR MODALIDADES

ROLDANAS.

FORMAS

Y

Una máquina de soldar por roldanas ( cap. 6º y 7º ) puede asimilarse a una máquina de soldadura por puntos en la cual los electrodos superior e inferior han sido sustituidos por unos discos del mismo material que los electrodos ( ver 55-1 ), cuyos discos giran, ambos a la misma velocidad periférica, desplazándose presionadas entre ellos las dos láminas o chapas a soldar.

55-1

56-1

Capítulo I

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Mediante un control electrónico se modulan unos tiempos “calientes” (paso de corriente) y “fríos” (sin paso de corriente) con lo cual se van realizando unos puntos de soldadura que según estén regulados los controles de la máquina pueden producir soldaduras estancas si cada punto se solapa con el anterior o bien una sucesión de puntos espaciados regularmente entre si que permiten rigidificar determinadas piezas o perfiles conformados en frío ( ver 56-1 ). Los 50 o 60 periodos de la red son una sucesión natural de tiempos fríos y calientes, 100 o 120 por segundo, lo que permite soldar chapas inferiores a 1mm. de espesor sin emplear modulación de tiempos fríos y calientes ( ver 57-1 ), ajustando tan solo la velocidad que para soldaduras estancas ( cap. 10º.12. ).

57-1

Aunque teóricamente es posible no se emplea este sistema de soldeo por soldadura para chapas por encima de los 2mm., de grueso, siendo su campo de aplicación mas normal con gruesos de hasta los 1,2mm. Son usadas para determinados trabajos como la soldadura de depósitos con chapa emplomada, radiadores, etc... pero este tipo de soldadura y por lo tanto el uso de las máquinas que lo realizan esta en regresión.

58-1 Una variante en la soldadura por roldanas, también con su uso en regresión, es la soldadura por aplastamiento. En este tipo de soldadura las chapas se solapan solamente una anchura entre 1 y Capítulo I

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1,5 veces su espesor, muy sólidamente sujetas o preapuntadas a intervalos y las roldanas al soldar “aplastan” las dos chapas quedando el grueso final en la zona soldada del espesor de una sola chapa ( ver 58-1 ). También se puede emplear la soldadura a tope con roldanas con aportación y laminación de una cinta auxiliar ( ver 59-1 ), que permite empalmes sin huella visible después de un esmerilado debido a que el volumen de la lámina que se incorpora al cordón cubre la depresión que en una soldadura normal se produce.

59-1

60-1 Capítulo I

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Otra variante es soldar entre roldana y mandril o electrodo fijo, en la cual el cabezal con su roldana se desplaza a lo largo de un mandril de cobre refrigerado sobre el que esta sujeta la pieza. Una aplicación importante es la soldadura de tubos en continuo que fue realizada durante muchos años con transformadores rotativos ( ver 60-1 ) a frecuencia de la red o superiores (hasta 250 periodos) y que ahora esta siendo desplazada en diámetros superiores a los 12 mm. por equipos de alta frecuencia ( ver 61-1 ).

61-1 Es interesante la aplicación de una tira plana o un alambre de cobre, delgados, entre roldana y pieza, muy indicada para soldar material galvanizado ( ver 62-1 ) que en algunos casos puede también ser útil, también, para la soldadura por aplastamiento.

62-1 Capítulo I

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En la soldadura de chapas revestidas muy delgadas, hojalata, y para depósitos pequeños como son los vaporizadores manuales ( sprays ) se emplea con mucho éxito el sistema de alimentación de alambre de cobre sobre unos pequeños rodillos tractores. Una máquina de soldar a puntos puede producir soldaduras equivalentes a las que se obtienen con una máquina de soldar roldanas si conseguimos ir dando puntos en la pieza con la distancia entre ellos que se necesite para la estanqueidad o para la rigidez mecánica deseada, y esto es bastante difícil de conseguir con máquinas de producción normales. No obstante, para casos en que el seguimiento de la forma de cordón necesario para una pieza sea imposible o muy difícil mediante roldanas existen máquinas de soldar a puntos, llamadas “máquinas de coser” a puntos que mediante unos cilindros y circuitos neumáticos especiales y empleando brazos portaelectrodos para beneficiarse de la elasticidad de estos, consiguen soldar a velocidades de hasta unos 1000 puntos por minuto y como en una clásica máquina de coser ropa se tiene que ir empujando la pieza con la trayectoria que deseemos, consiguiendo soldaduras estancas. Son máquinas que tienen que ser muy robustas y pueden considerarse especiales pues actualmente solo las fabrican bajo pedido en firme.

1.6.1.

DETALLES PRÁCTICOS PARA EL SOLDEO

Si la roldana estuviese parada, todo lo indicado para la soldadura por puntos seria aplicable, tanto al tamaño de la lenteja obtenida como a la presión e intensidad necesarias; pero, al estar en movimiento y hacer los puntos muy próximos ocurre lo siguiente: Soldando con una regulación determinada el primer punto tiene el tamaño correcto para ese ajuste, pero el que se da a continuación es mas pequeño ya que recibe menos corriente debido a que una parte se ha derivado a través del ya realizado y así sucesivamente hasta que se estabiliza la corriente derivada. Este hecho obliga a que el valor de la corriente para la obtención de un cordón de lentejas de un diámetro determinado tenga que ser mas alto que el correspondiente a la soldadura por puntos de esa misma lenteja, y, que a los primeros periodos conductores se le tenga que aplicar un slope, una pendiente de subida que evite la desigualdad con los puntos iniciales ( ver 63-1 ).

Capítulo I

Página 52


63-1

También ocurre que la mayor cantidad de corriente en la zona de contacto produce un mayor calentamiento de la pieza, que aunque inevitable, conviene reducirlo soldando tan solo sobre superficies bien limpias y desoxidadas. En la soldadura por puntos la lenteja se enfriaba bajo presión, gracias al electrodo refrigerado que estaba en contacto con la pieza durante el tiempo de mantenimiento, lo cual no ocurre con la soldadura por roldanas, con lo cual resulta que metalúrgicamente obtenemos un cordón de lentejas todas ellas de inferior calidad, de grano mas grueso y con mayor posibilidades de micro-cavidades internas. Insistimos al recordar que este tipo de soldadura no es adecuado para chapas calaminadas o no limpias y que aporta mucho calor a la zona de soldadura con las consecuencias que ello pueda representar para aceros de alto carbono, recubiertos o inoxidables y el efecto deformante en las piezas. En la soldadura de chapas emplomadas, si por falta de presión o corriente no se inicia la lenteja, se funden las capas intermedias de plomo, se distribuye la corriente por una zona mas amplia gracias a la mayor conductibilidad eléctrica de ese material y quedan las piezas “encoladas”, soldadas con soldadura de plomo de baja temperatura y peor resistencia mecánica. La soldadura de chapas galvanizadas tiene el mismo problema que las emplomadas pero se sueldan muy raramente por este procedimiento por la baja temperatura de ebullición del Zn. que ocasiona su total desaparición por temperatura y la consiguiente desprotección de la zona soldada. Para la anchura de la roldana en su zona de contacto con la pieza se puede aplicar, en defecto de una mejor información en tablas, la misma fórmula que para el diámetro de la cara activa de los electrodos a = 2e + 3; aunque debido al mayor calentamiento es mejor aplicar a = 2e + 2, pudiendo obtener cordones con anchos entre 2e + 1 y 2e + 3 según los parámetros que se apliquen a la soldadura. Capítulo I

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Los valores necesarios en cuanto a tiempo, presión e intensidad que necesitan esos puntos son mayores a los que necesita un único punto independiente y por tanto para determinar las intensidades y presiones, así como las velocidades, con que iniciar las pruebas aconsejamos acudir a las tablas orientativas ( cap. 10º.12. ). También es muy importante un buen diseño de las piezas que tienen que ser soldadas, las cuales deben permitir situar al cordón de soldadura a suficiente distancia del borde ( ver 64-1 ) para evitar expulsiones y vaciamientos con porosidad en el cordón.

64-1

A ser posible ésta distancia debe ser un 50% mas de la que se pide para la soldadura a puntos del mismo grueso, debido al mayor calentamiento ya comentado, y, muy importante, tienen que evitarse en las piezas radios de curvatura que obliguen a emplear roldanas de pequeño diámetro, inferiores a 100 mm ( ver 65-1 ).

65-1

Radios de curvatura pequeños en una trayectoria plana producen también problemas debido a que tanto en avance manual como en automático es difícil evitar variaciones en la velocidad lineal y en la deposición de calor, que son solo parcialmente subsanables cambiando el programa de soldadura en esas zonas. Antes de empezar a soldar piezas, generalmente costosas, deben prepararse una serie de tiras del mismo material a soldar con el que hacer las pruebas. Antes de comenzar a fijar otros valores es conveniente determinar a que velocidad podremos trabajar, lo cual está muy influenciado Capítulo I

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por la forma de la pieza, los útiles de que se dispone o de la práctica y habilidad de los obreros si todo es manual. Determinada la velocidad se averiguan los valores aproximados de esfuerzo e intensidad necesarios ( cap. 10º.12 ), se regula la máquina a un valor de intensidad del orden del 60 a 70% del recomendado y se comprueba que la roldana tenga el perfil de la anchura correcta ( cap. 10º.12 ) . Los tiempos fríos y calientes se fijan según lo aconsejado ( ver 66-1 ).

66-1

El acercamiento se tiene que hacer “largo” regulando la entrada de aire para que el descenso sea lento. Conviene iniciar la soldadura con un slope largo que luego iremos reduciendo si no quedan correctos el inicio o la superposición de la soldadura. Soldamos en una tira para pruebas un cordón de unos 100 mm. y procedemos a probar el resultado ( cap. 9º.2.3. ) y, aumentaremos intensidad para conseguir cordones mas anchos y mas resistentes o reduciremos tiempos fríos para mejorar la estanqueidad e iremos alcanzando el resultado apetecido actuando también sobre la velocidad si vemos exceso o defecto en el calor acumulado por el cordón. Según este conformada la pieza a soldar puede ser necesario aplicar un presión mayor que la utilizada para soldar las muestras, lo cual ocurre, generalmente, por las diferencias en el acoplamiento entre las dos piezas que obliga a emplear un esfuerzo adicional no necesario en las pruebas sobre tiras de chapa planas. Capítulo I

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Es totalmente indispensable mantener permanentemente el perfil de la roldana limpio y a sus medidas. Las roldanas no tractoras, conducidas, de menos de 100 mm. de diámetro deben evitarse, son fuente segura de problemas. Cuando solo es una la roldana tractora tiene que serlo la de menor diámetro. Es frecuente encontrarse con piezas que en las pestañas a ser soldadas tienen “arrugas” o defectos de la estampación que frenan y producen el deslizamiento de las roldanas solo conducidas, muy perjudicial para la soldadura, por lo que siempre es mas conveniente y se debe emplear en lo posible el sistema con las dos roldanas tractoras. Insistimos en que la limpieza y buen estado de la superficie a soldar es mas necesario que en la soldadura por puntos por los problemas que conlleva el que “se peguen“ las roldanas debido a una Rc elevada. Para conseguir soldaduras estancas en depósitos se precisa sobreponer una pendientes de inicio y de final de soldadura que permitan una superposición de unos 20 mm de longitud y efectuar la soldadura con el depósito totalmente destapado y seco. Como ya hemos indicado, en la soldadura no se puede evitar un fuerte calentamiento del material, por lo que para evitar deformaciones, en el caso de materiales recubiertos o inoxidables, es posible dirigir directamente sobre la zona que se esta soldando un chorro de agua por ambos lados de la soldadura, lo que nos obligará a aplicar mas calor; pero, la superficie soldada tendrá mejor aspecto y se deteriorara menos.

1.7.

SOLDADURAS A TOPE Y SUS USOS

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 de soldadura 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 ángulo perfiles laminados, chapas, tubos y piezas especiales con secciones soldadas de hasta unos 12000 mm2 y compite con ventaja con otros procedimientos en cuanto a costes de producción; pero, en costes de primera instalación y en mantenimiento técnico otros procedimientos alternativos son mas económicos y su presencia en el mercado está disminuyendo, salvo para aplicaciones muy especificas. Capítulo I

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1.7.1.

PROCEDIMIENTOS PARA SOLDAR A TOPE

Un concepto que se tiene que tener muy claro y que es el que obliga a tener que utilizar máquinas 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 efectos de la presión ( ver 70-1 ).

70-1 1.7.1.1.

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 la zona de material pastoso ( ver 71-1 ). Capítulo I

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71-1

En principio basta con sujetar los extremos a ser soldados con unas mordazas conectadas al secundario de un transformador que es quien suministrara 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 suelden bajo esa presión cuando alcancen la temperatura de forja. Esta correcta explicación es sencilla pero solo funciona en caso de soldar secciones de pocos milímetros cuadrados, gama en la que se emplean. Obliga a que la superficie de contacto entre piezas sea regular y limpia y no admite la soldadura de materiales de diferente composición o sección. Es muy frecuente que este tipo de máquinas sea de accionamiento manual. 1.7.1.2.

Por centelleo directo

Las piezas se acercan a una velocidad variable mediante levas mecánicas o sistemas eléctricos, neumáticos o hidráulicos e inician una sucesión ininterrumpida de mini-cortocircuitos entre las piezas “el centelleo“. Cuando se alcanza una temperatura uniforme de fusión en ambas superficies se aplica la presión de forja entre las piezas ( 72-1 y la 73-1 sin los pasos 2º, 3º ). Muy apta para producciones seriadas pero obliga a una presentación de piezas muy regular y producen gran cantidad de chispas por ser difícil el ajuste de los parámetros necesarios Permite soldar materiales diferentes y secciones algo distintas en las piezas. Capítulo I

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72-1

Para este tipo de soldadura se fabricaron y aun se fabrican unas máquinas con funcionamiento manual donde el mantenimiento del centelleo depende de la habilidad del operario. Nosotros no las aconsejamos.

73-1 Capítulo I

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1.7.1.3.

Por centelleo con precalentamiento

Las piezas se acercan hasta tocarse con una presión reducida, y después de producirse un calentamiento local en ese punto se separan las piezas y se vuelven a juntar, o sea se produce una serie de contactos sucesivos, con pocas chispas, que van calentando las superficies hasta que se puede iniciar un periodo de centelleo con una velocidad que va aumentando hasta que una vez alcanzada la temperatura óptima se aplica la presión de recalcado ( ver 73-1 ). 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 centelleo a tensión mas baja y hay menos peligro de que queden oquedades por cortocircuitos “violentos” Precisan menos potencia de conexión de la red que las de centelleo directo. 1.7.1.4.

Por descarga de condensadores

Puede asimilarse al trabajo de una prensa de soldadura. 1.7.1.5.

Por arco giratorio, Haz electrónico, Láser, Fricción

Estos procedimientos tienen aplicaciones especificas y son menos universales. No se pueden considerar dentro del campo de la soldadura por resistencia y por tanto no tienen cabida en este manual.

1.7.2.

¿CÓMO SE SUELDA?

El proceso de centelleo entre las piezas, (no son arcos, son pequeños cortocircuitos), además de producir el calentamiento de las superficies tiene el efecto, muy importante, de eliminar el oxigeno próximo a la superficie, el cual desaparece al combinarse, quemarse, con las partículas de hierro o metal incandescente convirtiéndose en óxidos. Esos óxidos metálicos saltan en forma de chispas o permanece flotando en la fina capa fundida de las superficies a soldar. Capítulo I

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El esfuerzo de recalcado tiene que aplicarse en pleno proceso de chispeo, sin interrupción alguna por mínima que sea, con lo cual la presión expulsa la fina capa fundida, con sus posibles restos de oxido, y acaba de quemar el oxigeno que rodea el exterior de la soldadura. Durante la corta carrera de recalcado se expulsa todo el material fundido y oxidado, y, entra en intimo contacto el material sano bajo una elevada presión hasta que la unión de las piezas es total en toda su superficie, sin cavidades ni inclusiones En el exterior de una unión soldada queda un reborde irregular con partículas cortantes de fácil eliminación, que una vez suprimidas tienen que mostrar un reborde sano y regular de aspecto y superficie ( ver 74-1 ).

74-1 El esfuerzo de recalcado, muy superior al necesario para las aproximaciones sucesivas y para el avance del carro portamordazas tiene que ser de aplicación instantánea y mantenerse durante toda la carrera de recalcado. La corriente de soldadura cambia de características a lo largo del proceso, pero no debe interrumpirse hasta que no se haya realizado al menos un tercio de la carrera de recalcado. No tiene cabida en esta manual el dar el sistema operativo para ajustar un proceso de soldadura con datos concretos y definidos pues en esta sistema de soldadura por resistencia cuya implantación en el mercado comparada con la soldadura por puntos y por protuberancias es muy pequeña y en regresión, existe una variedad en cuanto a sistemas de máquinas, de accionamientos, de mordazas, de controles, etc. superior al resto de tipos de soldadura en conjunto. El movimiento de avance tiene la particularidad de necesitar una carrera larga, del orden del 60% como mínimo del diámetro de la pieza a soldar, con un esfuerzo muy bajo y con una velocidad que debe poder controlarse con mucha precisión y, a continuación y sin solución de continuidad, una carrera con la máxima velocidad posible, unas 5 veces mas corta y con una presión 10 veces mas alta. Un ejemplo lo mostrara mejor. Una maquina para soldar un tubo de 120 mm de diámetro exterior y una sección de 6000 mm2 puede necesitar una carrera de aproximación en vacío mas precalentamientos y chispeo del orden de 60 mm. la cual puede necesitar en algún momento 4000 daN y Capítulo I

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a una velocidad media finamente regulable del orden de 0,3 a 1mm por segundo e inmediatamente, sin tiempo de transición, debe dar 40000 daN ( diez veces mas ) a una velocidad al menos de 20 a 30mm./s ( treinta veces mayor ) y para una carrera de aproximadamente 15mm. ( un cuarto de la anterior ). Estas exigencias de presiones, velocidades y carreras tan distintas en una sola operación han dado lugar a una gran cantidad de soluciones aplicadas en estas máquinas y buena prueba del problema que representa es que no haya una solución que se haya impuesto a todas las demás por sus evidentes ventajas.

1.7.3.

FIJACIÓN DE SOLDADURA

PARÁMETROS

PARA

UNA

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 del de la experiencia propia que es el más importante, es el de la relación 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 30 mm de diámetro es muy probable que sea suficiente una sola mordaza conductora. Para medidas superiores tenemos que hacer que la pieza reciba 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 pasará por el camino mas largo entre cobres de las mordazas opuestas ( ver 75-1 ). Antes de diseñar las mandíbulas tiene que comprobarse el sistema de movimientos que tiene la máquina para encarar las piezas por si carece de movimientos de ajuste y es preciso prever la regulación del encaramiento de estas usando gruesos de laminas de cobre bajo las mandíbulas. Cuando se trata de soldaduras en ángulo e incluso en prolongación debe asegurarse, al hacer el proyecto, que sea posible y cómoda la extracción de la pieza una vez soldada. El material de las mandíbulas conductoras debe ser cobre o una aleación cúprica más dura, y, antes de dar por acabado el montaje y alineación de las pastillas debe comprobarse que hacen contacto con la pieza según lo previsto. Capítulo I

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75-1

Las mandíbulas tienen que estar refrigerada 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, 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 la distancia inicial entre mandíbulas y regular el tope que fija la distancia inicial a la cual el carro volverá después de cada soldadura. A continuación se tienen que ir introduciendo los valores de los parámetros necesarios, los cuales son muy dependientes del tipo de máquina usado. El describir todos los tipos de máquinas y procesos con datos sobre los parámetros a aplicar en la soldadura a tope no tiene cabida en este Manual, y además, los autores solo tenemos experiencia en un reducido número de tipos de estas máquinas. La RWMA tiene publicados unas recomendaciones con unos complejos ábacos y tablas sobre el tema y el fabricante de su máquina puede colaborar también con el usuario que lo precise. Capítulo I

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1.7.4.

COMO OBTENER BUENAS SOLDADURAS

Las presiones y corrientes para el recalcado tienen 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 orientativos para iniciar pruebas pueden ser entre 4 y 6 daN/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/mm 2. Las velocidades son del orden del 0,8 a 3 mm /s para el centelleo y para el recalcado una mínima de 30 mm /s. y no hay limite máximo, cuanta mayor velocidad, mejor. Hemos de recordar que en estas 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 diferente conductibilidad eléctrica o de diferente sección deben cargarse en la máquina con precauciones especiales ( ver 76-1 ). Tiene 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 centelleo leves variaciones de éste no son importantes; pero, una vez pasada la etapa de cortocircuitos precalentadores e iniciado el centelleo continuo este no debe interrumpirse hasta que se inicie el recalcado. Es muy conveniente el uso apropiado de una velocidad que se vaya acelerando a medida que avanza el proceso de centelleo. El correcto manejo y regulación del parámetro velocidad es probablemente lo mas importante para el ajuste de la máquina. 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 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 que empezó, la bondad del proceso de centelleo, 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 de final de carrera para el recalcado y prever un volumen del reborde sano de soldadura algo mas elevado para tener margen, Capítulo I

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ajustar bien los parámetros y presentar mejor la superficie de las piezas.

76-1

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 de tope. El tratamiento térmico de la soldadura en la misma máquina con impulsos de calentamiento posteriores solo es eficaz en raros casos y cuando se sueldan aceros de alta aleación es mejor un tratamiento posterior en horno. Como en toda soldadura por resistencia contenidos de S. y P. superiores al 0,045 % fragilizan o imposibilitan la soldadura. Capítulo I

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El Aluminio se suelda muy difícilmente, especialmente si esta aleado con silicio. Es muy importante una perfecta limpieza y mantenimiento de las superficies de contacto de las mandíbulas con las piezas pues leves deformaciones o suciedades producen desequilibrios térmicos perjudiciales. Este tipo de soldadura es especialmente sucia, proyecta muchas partículas de hierro y óxidos incandescentes, y si no se mantiene una limpieza permanente se forman aglomeraciones de esta suciedad que acaban afectando al buen funcionamiento de la producción. La protección de las personas y de todo lo que rodea la máquina contra esas proyecciones es absolutamente indispensable.

1.8.

OTROS PROCEDIMIENTOS RELACIONADOS

No son objeto de estudio o descripción en este Manual pero por tener alguna relación con su objeto incluimos una muy breve descripción de algunos de ellos.

1.8.1.

SOLDADURA FUERTE ( BRAZING )

Este procedimiento es realmente un proceso de soldadura en el que hay paso de corriente a través de la zona a soldar y el calor se produce por el paso de esta corriente. La soldadura no es autógena, no se funden y mezclan los materiales de ambas piezas. Las piezas a soldar se unen intercalando entre ellas un material que generalmente es una aleación eutéctica, de tres o cuatro componentes con una temperatura de fusión de unos 600º a 700º ( inferior a la de sus componentes ) y son llevadas a temperatura sea por el calor producido en ellas mismas por el paso de una corriente eléctrica o por aportación del calor generado en unos electrodos en contacto con ellas que pueden ser tan distintos, según la aplicación, como el Molibdeno, Cobre Tungsteno, o, Grafito. Una vez alcanzada la temperatura la aleación eutéctica, se difunde a través de los limites de grano de los materiales a soldar a los que une sólidamente. Normalmente es necesaria una buena limpieza y el uso de un fundente apropiado.

Capítulo I

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1.8.2.

RECALCADO

No es un proceso de soldadura puesto que no hay piezas que se unan entre si, pero por su tecnología y funcionamiento se acostumbra a agrupar con las máquinas de soldar por resistencia con quienes tiene similitudes que validan el que le prestemos una corta atención. El proceso consiste el calentar una barra, generalmente de acero y redonda, mediante el paso de una elevada corriente eléctrica por ella y al mismo tiempo tener una presión constantemente aplicada que la deforma cuando alcanza la temperatura de plasticidad ( ver 77-1 ).

77-1

La barra recibe la corriente entre dos mordazas que están a una distancia que es posible regular, conectadas a un transformador similar a los de soldadura, pero con un factor de marcha mas elevado. La mordaza” dormidera puede ser fija o desplazable a una velocidad totalmente independiente de la velocidad con que se empuja la barra. Esta mordaza “dormidera” puede estar sujetando la barra entre dos mandíbulas o sin sujetarla, aguantar el empuje de la barra en una mandíbula maciza con una superficie plana o cóncava según la forma final del recalcado deseado. La otra mordaza tiene dos mandíbulas que son en realidad unos contactos deslizantes pues la barra está recibiendo corriente mientras es empujada y se desplaza debido a la deformación y engrosamiento de la barra entre las dos mordazas. El material de éstas mandíbulas es de Cu W, y su mayor o menor refrigeración es un parámetro mas a regular para conseguir las formas deseadas. Los parámetros a regular son la corriente, la fuerza con que se empuja a la barra, la distancia entre mordazas, la velocidad de retroceso de la “dormidera”, y la carrera total a realizar, y con estas variables, y experiencia, se consiguen formas muy diversas que facilitan su estampación con el resultado deseado. Capítulo I

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A pesar de lo económico del proceso y de los medios que se necesitan, esta tecnología está perdiendo mucho campo de aplicación debido al mayor uso que se hace del calentamiento del acero por media frecuencia de 4 a 10 KHz producida por equipos estáticos con SCRs, y que ante los hornos de combustión clásicos tienen las mismas ventajas de limpieza y fácil instalación que las recalcadoras.

1.8.3.

LÁSER

Aunque no entra en el campo de la soldadura por resistencia por no producirse el calor para la fusión por el paso de una corriente a través de la resistencia que ofrecen los materiales en el punto de la soldadura, creemos necesario mencionar este proceso para hacer “puntos” de soldadura que unen dos piezas en contacto. El rayo de luz mono-frecuencia producido por un generador se puede conducir mediante la reflexión en simples espejos a mucha distancia y con varios quiebros en su trayectoria, lo cual permite llegar a lugares que con cualquier otro procedimiento es mas costoso o imposible. Si a los reflectores se les dota de movimientos de orientación se pueden realizar series de puntos consecutivos y automatizar el proceso. Otra posibilidad para situar el rayo de luz en cualquier lugar es el utilizar la conducción por fibra óptica. El rayo de luz condensa toda su energía en la primera superficie no reflectante que encuentra a su paso y produce un punto caliente muy concentrado. Para cortar o producir agujeros ya es un procedimiento que esta desplazando en muchos casos a los clásicos cortes por gas y por plasma y desde hace años ya se empieza a aplicar en la soldadura. Para formar cordones de soldadura es muy efectivo y consigue grandes velocidades, pero limita principalmente su aplicación la extraordinaria precisión necesaria en la presentación de las piezas y en la conducción del “finísimo” haz de luz, de amplitud de una longitud de onda. Puede competir con nuestra clásica soldadura por resistencia en algunos casos especiales y es una tecnología en expansión que convivirá con ella. Su principal problema es que requiere una muy buena presentación de las piezas y que no basta el calentar o fundir las dos piezas en contacto, sino que es preciso una presión de forja entre ellas que garantice una resistencia mecánica adecuada, o precisa crear un baño de material fundido con mucha aportación de calor. Un rediseño de las piezas y sus útiles de presentación que obligue a las piezas a estar en perfecto contacto de acuerdo con este Capítulo I

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concepto de soldadura, ira ampliando su campo de aplicación que de momento es casi de experimentación industrial y que produce una soldadura mas parecida a una soldadura al arco que a una soldadura por resistencia.

1.8.4.

ROBLONADO

Este sistema para unir piezas metálicas es totalmente diferente a la soldadura por resistencia y mas antiguo que ésta; pero, creemos oportuno mencionarlo debido que existe una tendencia a reintroducirlo en clara competencia con nuestra soldadura por resistencia. Se están fabricando unas pistolas automáticas para el roblonado que actúan unidas a un robot como lo haría una pinza de soldadura por puntos, colocando un roblón en vez de un punto de soldadura y su principal campo de aplicación es el roblonado de construcciones metálicas con chapa de aluminio, para intentar soslayar la dificultad que representa soldar este material. Como soldadores opinamos que nuestras pinzas son mas sencillas y manejables, con menos problemas de manutención, mas fiables y con menos problemas de automatización y que la soldadura del aluminio cada vez se conoce mejor y crea menos problemas. En automoción, donde está el campo mas extenso para esas pistolas de roblonado, desconocemos si las duras exigencias de resistencia a vibraciones e impactos las resistirán sin crear huelgos o ruidos y si las reparaciones debido a accidentes podrán retornar la carrocería a su garantía original.

Capítulo I

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Capítulo I

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CAPITULO II SUMARIO 2.

SOLDABILIDAD DE LOS MATERIALES MAS EMPLEADOS.......................................................................3 2.1. GENERALIDADES.........................................................3 2.1.1. ÁREA DE SOLDABILIDAD ........................................3 2.1.2. PARÁMETROS A APLICAR EN EL SOLDEO ..........6 2.1.3. RESISTENCIA DE UNA SOLDADURA.....................7 2.2. ACEROS CON BAJO CONTENIDO EN CARBONO, DE BAJA ALEACIÓN .................................................... 9 2.3. ACEROS CON ALTO CONTENIDO EN CARBONO ....9 2.4. ACEROS INOXIDABLES .............................................11 2.4.1. INOXIDABILIDAD Y ASPECTO...............................12 2.4.2. DETALLES PRÁCTICOS PARA SU SOLDEO........13 2.5.

ACEROS CON PROTECCIÓN SUPERFICIAL, GALVANIZADOS Y ELECTROCINCADOS ................15 2.5.1. DETALLES PRÁCTICOS PARA SU SOLDEO........16 2.5.2. OTRAS OBSERVACIONES SOBRE EL SOLDEO DEL GALVANIZADO ...............................................19 2.5.3. SOLDEO DEL GALVANIZADO POR PROTUBERANCIAS................................................21 2.5.4. SOLDEO A TOPE DEL GALVANIZADO.................22 2.5.5. PINZAS PARA SOLDEO DEL GALVANIZADO ......22 2.5.6. SOLDEO DEL GALVANIZADO CON ROLDANAS . 22

Capítulo II

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2.6. ALUMINIO Y MAGNESIO ............................................23 2.6.1. COMO CONSEGUIR BUENAS SOLDADURAS EN ALUMINIO................................................................26 2.6.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS MÁQUINAS PARA SOLDAR ALUMINIO................................................27 2.6.2.1. Características mecánicas ........................27 2.6.2.2. Características eléctricas ..........................28 2.6.3. OTRAS OBSERVACIONES PARA EL SOLDEO DEL ALUMINIO........................................................ 30 2.7. ALEACIONES CÚPRICAS...........................................31 2.8. NÍQUEL Y SUS ALEACIONES ....................................33 2.9. OTROS METALES ....................................................... 33

Capítulo II

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2.

SOLDABILIDAD DE LOS MATERIALES MAS EMPLEADOS

2.1.

GENERALIDADES

Conocer las características del material resultante en la unión por fusión de dos materiales, ya aleados, efectuada bajo presión y con un enfriamiento variable requiere unos conocimiento y experiencia en metalurgia que se apartan del objeto de este Manual. No obstante damos una información práctica que puede ayudar a evitar malos resultados. Muchas soldaduras no pueden dejarse tan solo al criterio del especialista en soldeo, es necesaria una íntima colaboración con el metalurgista para conseguir los resultados de resistencia mecánica o a la corrosión necesarios. Para obtener buenas soldaduras es indispensable un buen conocimiento de los materiales a soldar y comprender los principios básicos de la soldadura por resistencia ( cap. 1º.1 ) los cuales son aplicables a cualquier material. Los fabricantes de vehículos son los que mas emplean la soldadura por resistencia y sus exigencias de calidad son las que han conducido a los valores recomendados para el soldeo. Cuando el usuario no precise la elevada calidad exigida en la industria de la automoción, ni disponga de los costosos medios de ésta, la comprensión de esos principios básicos le permitirá apartarse de lo recomendado o aconsejado ajustándose a las posibilidades de sus equipos y a las necesidades de su fabricación. En el capítulo 10º encontrarán una amplia información concreta sobre valores y parámetros aplicables en las diversa formas de soldadura y para los materiales de uso mas normal en la industria.

2.1.1.

ÁREA DE SOLDABILIDAD

En cualquier tipo de soldadura por resistencia y con cualquier tipo de material soldable encontraremos siempre la posibilidad de obtener soldaduras buenas y aceptables utilizando valores distintos de presión, corriente, tiempo, diámetro de la cara activa del electrodo, etc… Esos cuatro parámetros fundamentales mencionados están íntimamente interrelacionados y por ello no existe un área de Capítulo II

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soldabilidad única que se pueda plasmar sobre papel y se tienen que producir una o varias familias de ellas para cada caso. Para facilitar la realización y la futura comprensión en el uso de ellas se pueden dejar dos como fijos ( ver 1-2 ), aunque en el área estudiada se haga intervenir el efecto de una posible variación de uno de esos dos fijos.

1-2

A mediados del pasado siglo se establecieron unas categorías para las soldaduras a puntos en láminas de acero desnudas y de baja aleación que iban desde la A hasta la F a medida que desciende la calidad y fiabilidad del punto obtenido y todavía se distinguía entre soldaduras rápidas y lentas. Esas tablas con los valores recomendados para cada soldadura publicadas por la RWMA han sido prácticamente “el libro de cabecera” de casi todos los soldadores y de hecho siguen siendo válidas; pero, la mejor tecnología aplicada a las máquinas tanto en sus sistemas para aplicar la presión a la soldadura, como en la unidad de potencia eléctrica y su control, y, también muy importante, las mejoras en las redes eléctricas de alimentación, permite disponer de máquinas con las que es posible trabajar en las zonas de soldabilidad de mayor calidad, con soldeos rápidos, y Capítulo II

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a menor costo, dejando prácticamente en desuso las categorías D.E.F. Para prepararse cada usuario unas normas propias que cumplan sus necesidades según el equipo de que dispone y del trabajo a realizar ya se toman mayoritariamente las referencias de las clases A, B, y C, y no se emplean, salvo casos muy especiales, los llamados soldeos lentos pues el hacerlos en el mínimo tiempo con elevadas intensidad y presión permite obtener mejores calidades y se reducen apreciablemente los costos de fabricación por soldadura realizada. En la práctica ocurre que se inician las soldaduras con unos electrodos que tienen el diámetro de cara activa aconsejado y óptimo según experiencias realizadas, pero a medida que se va soldando va aumentando el diámetro y la contaminación de esa cara activa y por tanto descendiendo los valores de la densidad de corriente en Amperios por mm 2 y de presión en daN por mm2 con lo cual va descendiendo el diámetro de la lenteja formada ( cap. 1º ) y la calidad de la soldadura hasta que nos vemos obligados a reavivar el electrodo, operación que se puede retardar si disponemos de la posibilidad de establecer aumentos de intensidad y presión paulatinos o por escalones cada determinado número de puntos ( ver 2-2 ), proceso que se debe haber estudiado mediante pruebas previas a la fabricación en serie.

2-2

Las áreas de soldabilidad son una ayuda y orientación para esos ajustes a pesar de la complicación que representa su interpretación y el elevado numero de variables que intervienen. Cuando se tienen que soldar materiales diferentes al muy utilizado SAE 1010, los parámetros que se aplican en su soldeo acostumbran a tener áreas de soldabilidad mas restringidas y también son mas estrictas las necesidades de preparación de las superficies y piezas a soldar. No conocemos la existencia en el mercado de publicaciones, de ningún trabajo sistemático que relacione las variantes principales cuya relación queda también afectada por los electrodos empleados, materiales y su estado superficial, etc… Es conveniente realizar un estudio del área de soldabilidad de aquellas soldaduras, generalmente muy pocas, que se emplean Capítulo II

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en la mayor parte de la producción propia, y el resto quedará beneficiado por la experiencia extraída de ese trabajo. Quienes han realizado estudios aplicados a algunos de sus casos particulares han podido extraer de ellos una buena rentabilidad por mejoras en su producción.

2.1.2.

PARÁMETROS A APLICAR EN EL SOLDEO

El soldador necesita unos datos concretos para preparar la máquina y su control y los encontrará en el capitulo.10º. En el caso de la soldadura por puntos son los aplicables con una cara activa del electrodo nueva o recién reavivada. A medida que se van realizando soldaduras sin corregir los electrodos, pronto estaremos soldando con unos valores vecinos a los inicialmente regulados que deben estar englobados dentro del área de soldabilidad, y cuando nos apartemos de esa área de soldabilidad, la cual según el tipo de material, espesor o recubrimiento será mas o menos amplia, los electrodos deben ser reavivados. Si como es probable se carece de una representación gráfica de esa área de soldabilidad, consideraremos que nos salimos de ella cuando la prueba destructiva ( cap. 9º.2.3. ) no sea satisfactoria. Se puede aumentar el número de soldaduras realizadas entre reavivados si disponemos de un control con el que podamos establecer un programa de aumento de la intensidad aplicada a la soldadura en función de los puntos que vayan realizando. Si la máquina y el control permiten también aumentos progresivos del esfuerzo de soldadura es obvio que será mayor el numero máximo de puntos alcanzable entre reavivados. Aunque es aplicable a cualquier material y tipo de trabajo a efectuar, el uso de estos incrementos se produce mayoritariamente en la soldadura de los aceros de baja aleación y poco espesor, con o sin recubrimiento, empleados en la industria del automóvil y del electrodoméstico. El incremento de la potencia o intensidad efectuado por escalones sigue empleándose y es perfectamente válido su uso pero esta siendo sustituido en algunos controles por unas curvas de incrementos preestudiadas y seleccionables dentro del mismo control ( cap. 5º ) que permiten evitar un laborioso trabajo de programación de esos escalones ( ver 2-2 ). La tendencia actual es efectuar reavivados muy frecuentes de los electrodos con lo cual se asegura una buena regularidad en la calidad, especialmente en las chapas galvanizadas; pero, sigue siendo interesante utilizar los medios de incremento automático de energía del control, para compensar la contaminación de la cara activa del electrodo. Capítulo II

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En las tablas de ( 10º.1. y 10º. 2. ) encontramos los valores iniciales que podemos aplicar y podemos observar como incluso en esos valores iniciales son posibles importantes variaciones ( ver 10º.1.2. ). Merece mencionarse que el uso de pendientes de subida de la corriente y la soldadura mediante impulsos no son una panacea a emplear en cualquier circunstancia. Si la ubicación de los puntos, la presentación de las piezas y el contacto inicial de los electrodos con ellas son correctos no acostumbra a ser necesario su uso. En los valores aconsejados, no se prevé su empleo para chapas delgadas. Cuando se trata del soldeo de chapas gruesas y en circunstancias ya comentadas en otros lugares del manual, si que son necesarios y, en todo caso, es importante comprender bien esas funciones y sus utilidades para utilizar sus innegables cualidades.

2.1.3.

RESISTENCIA DE UNA SOLDADURA

La resistencia a la rotura de una soldadura sea por arrancamiento, cizalladura, por tracción pura o por torsión depende evidentemente de la sección de la lenteja obtenida y de la resistencia del material que hemos soldado. El tema de la resistencia mecánica a la rotura de un punto de soldadura ha sido muy estudiado y hay mucho escrito sobre el tema dada su complejidad. La normativa en cuanto a como efectuar las pruebas y lo que se exige como aceptable tiene amplias variaciones según sean para aplicaciones militares, de automoción, aeronáutica, etc... con extensos protocolos para su interpretación y aplicación. En publicaciones de la RWMA se pueden ampliar estos conocimientos. Nosotros daremos unos conceptos simples que bien interpretados son suficientes para nuestros objetivos. La resistencia por arrancamiento será la del perímetro del botón resultante multiplicado por el grueso del material y por la resistencia de éste y por un coeficiente que puede ser del orden de 0,5 a 0,7 por no aplicarse el esfuerzo simultáneamente a toda la sección, sino con “efecto cremallera”.

Capítulo II

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Ra = Dl x 3,14 x Ech x Rm x ( 0.5 a 0,7 );

donde

Ra es la resistencia al arrancamiento Dl es el diámetro medio de la lenteja Ech es el espesor de la chapa mas delgada Rm es la resistencia a la rotura del material y el 0,5 a 0,7 corresponde al efecto cremallera según se efectúe el arrancamiento, y la de tracción pura será la que corresponda a la sección media de ese mismo botón ( ver 3-2 ). Rt = Dl2 x π/4 x Rm;

donde

Rt es la resistencia a la tracción.

Debido a que hay variaciones de la estructura del material en la zona soldada y en su contorno, así como a la posible existencia de indeseadas oclusiones, grietas o imperfecciones en la lenteja producida se debe tomar como resistencia normal de la soldadura un valor no superior al 70% del resultado de esos cálculos.

3-2

Las orientaciones y valores aconsejados en el capítulo 10º para el soldeo de cada material no responden a todas las preguntas que se pueden presentar ni pretenden ser indubitables, pero, servirán de base para obtener unos buenos resultados aplicando la atención debida por parte del experto responsable.

Capítulo II

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2.2.

ACEROS CON BAJO CONTENIDO EN CARBONO, DE BAJA ALEACIÓN

Ver valores aconsejados para su soldeo en 10º.1.2. Incluimos en este apartado los aceros que no son susceptibles de adquirir dureza, temple, al aire sea cual sea el ritmo de enfriamiento. Generalmente tienen un contenido de Carbono inferior al 0,25% y sus otros componentes, sumados, no llegan al 1%. Probablemente mas del 80% de las soldaduras por resistencia se realizan en estos materiales. Pueden soldarse con buenos resultados con cualquiera de los métodos utilizados en la soldadura por resistencia. Salvo indicación en contrario cuando se estudian los diversos tipos de soldadura siempre se refieren al soldeo de este tipo de aceros. Estos aceros con bajo contenido en carbono tienen áreas de soldabilidad amplias y admiten unas considerables variaciones en los valores de esfuerzo de soldadura y forja, corriente y tiempo de soldeo. En el caso de la soldadura por puntos, ( 2º.1.1. ) la presión puede variar entre 4 y 10 daN por mm2, la corriente entre 130 y 400 A. por mm2 y siempre que le demos el tiempo apropiado para obtener la fusión correcta que necesitamos, los limites de la resistencia mecánica obtenida solo varían entre un 10% y un 25%. Para el trabajo con herramientas de corte, en máquinas de decoletaje que producen bulones, tuercas, pernos, etc... y para otros usos, se emplean aceros que contienen Azufre, S, para facilitar el corte y el trabajo con ellos, y también hay aceros de esta gama que contienen Fósforo, P. Cuando alguno de esos materiales se encuentra en una proporción superior al 0,045 % no es posible soldarlos por resistencia pues produce soldaduras sumamente frágiles, y por tanto las tuercas, bulones, espárragos, etc… etc... destinados a ser soldados por resistencia tienen que fabricarse con materiales con el mínimo de azufre y fósforo posible.

2.3.

ACEROS CON ALTO CONTENIDO EN CARBONO

En este apartado, que contiene una gran variedad de aceros para usos muy diferentes, incluimos los que tienen un contenido de carbono superior al 0,25% y otros componentes ( Molibdeno, Manganeso, Cromo, Vanadio, Nickel, etc... etc…), que conjuntamente sobrepasan el 1% sin alcanzar el 5% en total y Capítulo II

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cuya dureza y estructura final depende de los ciclos de calentamiento y enfriamiento. Estos aceros son soldables por resistencia con buenos resultados pero requieren que su ciclo de soldadura sea cuidadosamente estudiado, y en especial el proceso de enfriamiento posterior a lo que es estrictamente soldadura. Tanto los ciclos de soldadura como el tratamiento térmico posterior, en la misma máquina durante el mismo ciclo de soldadura o en un equipo exterior, pueden ser muy distintos en los diferentes aceros. Una característica común es la de tener mayor resistencia eléctrica que el SAE 1010 por lo que para obtener la misma cantidad de calor necesaria para producir la soldadura necesitaremos aplicar valores de corriente hasta un 10% inferiores. Necesitamos aplicar durante y después del soldeo unos esfuerzos de compresión superiores, como mínimo en un 10%. Para este tipo de aceros la máquina debe estar equipada con un control electrónico que permita impulsos de precalentamiento ,regulación de la pendiente de incremento de la corriente, variaciones de intensidad y de presión durante el paso de corriente de soldadura y posibilidad de disminución progresiva de la corriente, así como la aplicación de impulsos de corriente posteriores a la soldadura ( cap. 5º.4.1. ) . Regulando debidamente los parámetros de ese control podemos conseguir en algunos tipos de acero la velocidad de calentamiento y el ciclo de enfriamiento necesario para obtener las características mecánicas deseadas. En ( ver 4-2 ) pueden observar .un ciclo complejo real aplicado a un acero de esta gama.

4-2 Capítulo II

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Resumiremos recomendando que, en comparación con lo necesario para soldar un acero bajo de carbono, estos aceros necesitan: a.- Al contrario de lo aconsejado para los aceros de bajo carbono elegir en las tablas parámetros de soldadura largos para el tiempo y bajos para la corriente. b.- Menos amperios (<90%) de lo que aplicaríamos para el acero de bajo carbono. c.- Mas esfuerzo (>110%). d.- Mejor limpieza y buena adaptación de la cara activa del electrodo para evitar la contaminación química reciproca, mala para el electrodo y para la soldadura. e.- Al ser una soldadura mas lenta y tener el acero mas resistencia eléctrica se produce mas huella y para evitarla pueden aplicarse electrodos con un mayor diámetro de la cara activa y presiones mucho mas elevadas, hasta un 60% a un 80% mas y corrientes también un 40% a un 60 superiores y tiempos muy cortos para la soldadura. Esto contradice lo anteriormente escrito; pero, según sea el acero que soldamos y si se puede realizar después un tratamiento térmico adecuado, también es una opción válida a probar. El azufre y el fósforo, tampoco pueden rebasar los limites que para aquellos aceros se indican. Cuanto menos espesor tenga la lámina a soldar mas difícil es conseguir soldaduras de calidad, no frágiles, y para valores de un espesor igual o inferior a 1mm. es difícil producir soldaduras con fiabilidad regular y constante. El buen uso del control para obtener programas de calentamiento post-soldadura es indispensable en la mayoría de casos para evitar la fragilidad. Repetimos, esta familia de aceros contiene aleaciones para usos muy distintos y de características muy diferenciadas y cada caso debe estudiarse particularmente, incluso cuando se trata del mismo acero pero con gruesos diferentes; pero es una familia de aceros soldables por resistencia en todas sus modalidades, salvo en la de soldadura por roldanas y, según de que material y trabajo se trate será necesario un tratamiento térmico posterior a su paso por la máquina de soldar.

2.4.

ACEROS INOXIDABLES

Detrás de este nombre de uso vulgar hay una gran familia de aceros que podrían llamarse de alta aleación pues los componentes aleados superan el 10%.

Capítulo II

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Como ya hicimos notar para otros aceros la gama de estos también es muy amplia y con características y usos muy diferenciados. Podemos distinguir tres importantes grupos. Los aceros martensíticos, llamados también refractarios por su alta resistencia mecánica a elevadas temperaturas los cuales tienen como uno de sus principales componentes el Cromo en porcentajes elevados, sin prácticamente níquel en su composición. Al ser de estructura martensítica adquieren dureza por tratamiento térmico y son magnéticos. Los aceros ferríticos, con contenidos de Cromo elevados ,carencia de níquel y muy bajos contenidos de carbono. Son magnéticos y no adquieren dureza sea cual sea el ritmo de su enfriamiento. Los aceros austeníticos con contenidos de níquel superiores al 8%, y también elevados contenidos de Cromo. El acero austenítico mas usado y conocido es el 18-8 (AISIs del 304 al 316) y representan ellos sólos, quizá, el 90% de la soldadura que se realiza en estos materiales por lo que nos referiremos a como soldar este material haciendo mención de aquello que deba modificarse para otros materiales.

2.4.1.

INOXIDABILIDAD Y ASPECTO

En estos aceros la soldadura debe cumplir el conseguir una buena resistencia mecánica de las uniones como se pretende en todas las soldaduras y es mas frecuente la exigencia de obtener mínimas huellas o marcas de la soldadura, y, muy importante, después de ser soldado el material debe seguir siendo inoxidable. Para comprender como debemos realizar el soldeo para conseguir esta última condición nos es indispensable repasar un poco unos conocimientos de metalurgia. Observamos que el factor común de todos los aceros inoxidables es su elevado contenido de Cromo, Cr, el cual gracias a su gran capacidad para combinarse con el oxigeno formando unos óxidos duros y compactos evitan que se oxide el hierro, Fe, y siempre por lo tanto, lo que estamos viendo o tocando es una mayor o menor capa de óxido de Cromo. Si disminuye por cualquier causa el contenido de Cr perderemos la inoxidabilidad y desgraciadamente esto puede ocurrir debido a que en una determinada gama de temperatura la avidez del Cr para combinarse con el Carbono, C, contenido en el mismo acero, es muy elevada, formándose unos carburos de cromo que se precipitan y concentran en una zona, en la cual y como consecuencia, el Cr que debía cumplir la misión de hacerla Capítulo II

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inoxidable habrá disminuido y habrá una oxidación del hierro, llamada intergranular. Mediante un tratamiento térmico posterior es posible diluir esos carburos y recuperar la inoxidabilidad lo cual es importante en el caso de soldaduras a tope o por roldanas donde no se puede evitar ese problema. La gama de temperatura donde se produce este problema va desde los 500ºC a los 850ºC ,o sea, el peligro de oxidación no lo tenemos en la soldadura, donde al sobrepasarse en mucho esas temperaturas se diluyen los carburos que se puedan haber formado, sino en las zonas colindantes con la soldadura que hayan alcanzado esas temperaturas. Una solución para reducir esos problemas seria el producir aleaciones sin carbono lo cual es prácticamente imposible o con muy bajo carbono lo cual es muy caro. También es una solución el emplear aleaciones que contienen elementos que tienen mas avidez por el carbono que el cromo como el titanio o el niobio; pero, también son de mayor precio y solo solucionan parcialmente el problema. La formación y cantidad de esos carburos depende mucho del tiempo en que el material ha estado a esas temperaturas y es por ello que el empleo de las soldaduras por puntos o protuberancias son mucho mas convenientes que las soldaduras con arco eléctrico y lo que ya nos orienta sobre como deben efectuarse las soldaduras.

2.4.2.

DETALLES PRÁCTICOS PARA SU SOLDEO

A.- El oxido que se forma instantáneamente, se va haciendo mas grueso con el tiempo o puede venir de fabrica ya muy oxidado, ”achocolatado” con una resistencia eléctrica elevada. Antes de soldar es conveniente eliminarlo; pero, de hacerlo a mano o mecánicamente no se debe utilizar esponja de hierro o cualquier otro medio que pueda contaminar la superficie. Utilizar bien procedimientos químicos es mas seguro. Las soldaduras deben realizarse antes de que transcurran unas 24 horas. Una irregular o excesiva capa de óxido introduce unas elevadas e irregulares Rc. con elevada aportación de calor donde éste es menos útil y mas perjudicial ( cap. 1º.1.2. ). La regularidad exigida a la calidad del trabajo producido y el estado del material a usar es lo que determina si es preciso eliminar o regularizar la capa de óxido. B.- La superficie tiene que estar exenta de aceites o grasas que al quemarse producirían carbono que contaminaría la zona de la soldadura, ávida de carbono, y perjudicaría la inoxidabilidad y aunque parezca demasiado obvio debemos recordar que las Capítulo II

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planchas suelen estar protegidas por una película de plástico transparente o ligeramente coloreada que hay que suprimir totalmente en las zonas donde se suelda. C.- Elegir un soldeo con el mínimo de tiempo dentro de los valores recomendados. D.- El electrodo tiene que estar bien refrigerado para evacuar el calor de la huella lo mas rápido posible. E.- El mantenimiento conviene “largo” para seguir enfriando rápidamente la zona de soldadura y sus partes colindantes hasta que estén por debajo de los 500ºC. F.- Se han conseguido buenos resultados soldando con una aportación de agua directa sobre la pieza y el electrodo mientras se suelda. G.- Como se puede observar en las tablas de valores recomendados (cap. 10º.3.2 ) el acero inoxidable requiere menos corriente y mas presión para sus soldaduras de las necesarias para soldar acero con bajo carbono pues su resistividad es mas elevada (cap.11º.4.) y las resistencia Rp (cap. 1º.1.2.) son mas elevadas. También son mayores las resistencias Rc y Rm. Si no se dispone de tablas de valores aconsejados, la corriente y el tiempo tienen que programarse inicialmente con un valor de al menos un 20 % inferiores y la fuerza un 60 % superior a la que usaríamos para soldaduras con acero de bajo contenido de carbono. H.- Su mala conductividad térmica y su mayor coeficiente de dilatación lo hace mas deformable y es importante prever esas deformaciones y las tensiones mecánicas que se crean, especialmente si se utiliza un enfriamiento rápido de la pieza. En el caso de piezas donde se deban realizar muchos puntos de soldadura es importante estudiar el orden en que se dan intentando compensar los esfuerzos deformatorios, y, siempre se debe tener en cuenta esta importante diferencia respecto al soldeo de un acero normal. I.- El mas fácilmente soldable es el austenítico (la familia del 18/8) y mejor si es estabilizado, a continuación están los martensíticos que ya pueden requerir programas especiales y con tratamiento térmico y en último lugar los ferríticos que aunque “se sueldan” producen soldaduras más frágiles, con grano más grueso y pueden no ser admisibles los resultados. En resumen puede decirse que es un material que se suelda con todos los procedimientos de soldadura por resistencia si se tienen en cuenta las particularidades indicadas y que las técnicas y principios son iguales a los demás casos. Como en cualquier soldadura los valores y prácticas aconsejados son solo orientativos, y más en el caso de estos aceros dada su gran variación de características entre las diversas aleaciones. El soldar por roldanas o a tope con centelleo solo tiene el problema, muy importante, de la cantidad de material que Capítulo II

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permanece durante largo tiempo dentro de la gama de temperaturas donde se precipitan los carburos de cromo, por lo que, si no es posible un tratamiento térmico posterior a la operación de soldadura, las piezas resultantes resultaran atacables por agentes corrosivos en zonas próximas a la soldadura. En el caso del soldeo con roldanas puede ser efectivo realizarlo dirigiendo un chorro de agua a ambas superficies de la soldadura durante su realización. La soldadura por protuberancias no presenta ningún problema adicional y permite evitar temperaturas peligrosas para la oxidación en el exterior de las piezas. Normalmente no se presentan demasiadas aplicaciones para este tipo de soldadura. Tanto para el soldeo con roldanas, como a tope o protuberancias se deben emplear también, como en el soldeo por puntos, esfuerzos notablemente mas elevados lo que afecta al dimensionamiento de los cabezales de soldadura, de las mordazas y mandíbulas y de los útiles para las prensas. En ( cap.10º.3.2. ) aconsejamos unos valores que creemos son los apropiados para iniciar la puesta a punto de una operación de soldeo, los cuales no pueden ser los óptimos para cualquier calidad de acero, con sus diferentes estados superficiales y capas de óxido en ellas y también para los diferentes medios de producción de que se disponga.

2.5.

ACEROS CON PROTECCIÓN SUPERFICIAL, GALVANIZADOS Y ELECTROCINCADOS

Se han empleado y se emplean cada vez mas recubrimientos cuya misión principal es proteger al acero de la corrosión, para lo que se recubre su superficie estañándola, cadmiándola, aluminizándola, zincándola, aplicándole pinturas conductoras, etc..., etc… Cada uno de estos procedimientos tiene sus ventajas e inconvenientes en cuanto a: Coste del recubrimiento. Incidencia sobre la velocidad de desgaste de moldes y matrices empleadas para la conformación de las piezas. Calidad como soporte de pintura. Soldabilidad. Posibilidad de obtener un suministro suficiente y regular en el mercado, etc… Limitándonos a los posibles problemas que se puedan presentar para soldarlos por resistencia encontramos como característico que hemos interpuesto en las zonas de contacto un material diferente al hierro, con características de punto de fusión y Capítulo II

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resistencia eléctrica distintos ( cap.11º.4. ) por lo que los comentados fenómenos y comportamientos en esas zonas ( cap. 1º.1.2. ) quedan afectados, y generalmente para hacer mas delicado el proceso de soldadura. Vamos a limitarnos a los fenómenos que se presentan y a las consejos necesarios para soldar por puntos los materiales galvanizados, cincados, en los que es preciso distinguir los producidos por inmersión y los electrocincados o galvanizados de débil espesor de cinc. Actualmente, y especialmente en la industria del automóvil son mas usados los producidos por inmersión que tienen una capa de Zn de unas 20 micras, por la dificultad de conseguir en grandes cantidades los electrocincados, y casi todo lo que se comente para ellos es de aplicación para los demás recubrimientos corrigiendo lo que pueda afectar la diferencia de sus características. El electrocincado solo tiene unas 4 micras de espesor de Zn aplicadas muy regularmente. El Cinc tiene una temperatura de vaporización baja ( cap.11º.4. ) y desaparece en las zonas donde se alcanza esa temperatura, sin volver a protegerlas cuando ésta desciende. Las chapas emplomadas o estañadas se emplean con ventaja sobre las galvanizadas en casos especiales como la soldadura por roldanas de depósitos de combustible por tener estos metales una temperatura de vaporización mas alta aunque la de fusión sea mas baja con lo que el recubrimiento fundido no desaparece y vuelve a cubrir el metal base.

2.5.1.

DETALLES PRÁCTICOS PARA SU SOLDEO

El objetivo a conseguir es obtener buenas y resistentes soldaduras con bajo costo de producción y que los materiales pierdan lo menos posible su protección anticorrosiva en la zona soldada y para acercarnos a ese objetivo vamos a comentar como actuar y el porqué. El objetivo de obtener una lenteja fundida compuesta por el acero de las dos chapas a soldar, puede no haberse producido a pesar de que el aspecto exterior parezca correcto, en el caso de las chapas galvanizadas. Si no se han empleado los parámetros de fuerza, corriente y tiempo adecuados existe el peligro de fundir solo las capas de cinc y producir una encoladura ,una soldadura blanda, pues los 418 ºC, de fusión del Cinc se alcanzan rápidamente y si la presión aplicada no ha sido capaz de “romper” esa “piel” fundida, varias veces mejor conductora de la electricidad que el acero, la corriente circulará a través de toda la capa de cinc por no haberse puesto Capítulo II

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en contacto el acero de las piezas a soldar ( ver 5-2 ) y no se concentrará el paso de corriente en una pequeña superficie que es lo que produce la lenteja deseada. Esta mayor conductibilidad eléctrica del cinc también tiene como consecuencia que cuando se realizan soldaduras próximas entre sí el desvío de corriente es importante, y debe tenerse en cuenta al decidir la situación de los puntos y al programar el control para efectuarlos. En soldaduras efectuadas desde una sola cara la conductibilidad eléctrica de las capas de cinc “efecto piel” ( ver 6-2 ) aconseja el uso de soluciones push-pull.

5-2

Los efectos comentados de la capa de cinc tienen una importancia relativa mayor cuando se trata de chapas delgadas ya que en una chapa de 0,6 mm el cinc puede representar un 10% del grueso total en los galvanizados por inmersión.

6-2

Analizando como se forma la lenteja vemos que en la resistencia Rc. de contacto entre la lámina de acero y el electrodo de cobre ahora hemos añadido una capa de zinc. Capítulo II

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El zinc tiene una resistencia al paso de la corriente eléctrica, en frío, cerca de dos veces y media mas alta que el cobre pero a su vez otro tanto más baja que el acero por lo tanto, con el cobre del electrodo limpio se puede efectuar una primera soldadura sin problemas y con los mismos valores que para el acero sin recubrir. Si observamos ( ver 17-1 ) veremos que en las zonas de contacto se alcanzan temperaturas de mas de 500ºC. y como el Zinc funde a 418º C. y se vaporiza a 980ºC ya en esa primera soldadura iniciamos en la superficie de la cara activa del electrodo la fabricación de un mal latón, aleación de cobre+zinc, peor conductora del calor y la electricidad que sus dos componentes y de poca resistencia al aplastamiento en caliente. Ya ha empezado a contaminarse y a deteriorarse el electrodo en esta primera soldadura y lo hará cada vez mas rápidamente. Para reducir el deterioro de los electrodos deben aplicarse los siguientes consejos: a1.- Presión elevada para reducir la resistencia de contacto y reducir la energía depositada en esa zona. a2.- Emplear tiempos cortos para limitar el tiempo de difusión del zinc en el cobre que solo se produce con temperatura elevada y tiempo. a3.- Muy buen enfriamiento del electrodo para rebajar al máximo la temperatura en el contacto con el zinc. ¿Qué ocurre en la zona de contacto entre láminas, Rp. ? En esa zona, al fundirse el zinc y ser éste mucho mejor conductor que el acero, tiende a repartir el paso de corriente ( ver 5-2 ) por un área mayor, con lo que perjudica la creación de la lenteja. También por este motivo conviene emplear una fuerte presión que expulse el cinc hacia los bordes de la lenteja, con lo cual se concentra mejor la corriente que forma la lenteja y puede formarse un anillo protector de cinc a su alrededor ( ver 7-2 ).

7-2 Es evidente que en la soldadura de láminas de acero galvanizadas no se puede evitar un deterioro, contaminación, de la superficie de contacto de los electrodos y un aplastamiento de éstos superior al que sufren cuando se suelda el mismo acero sin revestir. No existe hasta el momento ninguna fórmula mágica que evite los problemas mencionados y permita evitar el frecuente reavivado de los electrodos. Capítulo II

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Resumiendo, para conseguir una producción con calidad regular y constante al mínimo costo se debe prestar atención permanente a TODOS los puntos siguientes: a.- Refrigeración muy eficaz de los electrodos. b.- Emplear valores de presión y densidad de corriente que oscilen entre los recomendados para la soldadura de acero normal en calidad óptima y un 25% superiores ( cap. 10º.2. ). c.- Estudiar detalladamente cada punto de soldadura y ajustarle los parámetros iniciales para que al irse deteriorando y contaminando el electrodo siga dentro de la gama de valores con los que se consigue una calidad correcta por estar dentro del área de soldabilidad ( 2º.1.1. ) Esta área de valores es más estrecha que la que permite el acero sin recubrir. d.- Reavivar los electrodos. Aconsejamos no rebajar la punta del electrodo, solo rehacer el diámetro y limpiar las incrustaciones. e.- En cada puesto de trabajo tener bien estudiados y programados las frecuencias de cambio de electrodos y su reavivado, así como los sistemas para hacerlo, sin dejarlo a criterio del operador. f.- Tener una buena presentación de las piezas que evite la necesidad de precalentamientos o pendientes “slops” cuando se sueldan chapas delgadas, y usar doble calor para malas presentaciones o gruesos más fuertes. g.- Si es posible, sobre todo en los puntos de responsabilidad especial, aplicar corriente continua de un sistema de media frecuencia rectificada (inverter) aun cuando sea necesario un ligero slope, lo que además de aumentar el numero de soldaduras realizadas sin reavivar electrodos mejora la regularidad de la calidad. h.- Utilizar los valores recomendados ( cap. 10º.2. ) solamente para iniciar el estudio de cada puesto de trabajo y emplear los más convenientes en función de las características de ese puesto (máquina, agua, pieza, categoría pedida a la soldadura, problemática del cambio de electrodo, posibilidad de reavivado automático del electrodo, etc...) y del material a soldar. i.- Los mejores resultados se obtienen aplicando “método, método, disciplina y método”.

2.5.2.

OTRAS OBSERVACIONES SOBRE EL SOLDEO DEL GALVANIZADO

En una misma pieza, el grueso de Zn puede tener variaciones debido a que al curvar o doblar una chapa con un grueso de recubrimiento uniforme y regular, la capa de Zn. se estira en la parte convexa y se comprime en la cóncava, por lo que las Capítulo II

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soldaduras realizadas cercanas a la arista del doblado, cosa frecuente, sufren de un grueso de Zn diferente que en algún caso especial se tiene que tener en cuenta. Lo indicado anteriormente adquiere mayor importancia en la soldadura de piezas galvanizadas por inmersión con cargas de cinc superiores a los 250 gramos por m 2, y con gruesos irregulares. Ese mayor espesor y debido a la mucha mayor conductibilidad eléctrica del zinc, obliga también a que la distancia entre puntos tenga que ser mayor para evitar el problema de desvío de corriente por las soldaduras próximas y hace muy dificultosa o imposibilita las soldaduras con acceso por una sola cara ( ver 6-2 ) para las cuales debemos emplear el sistema por polos opuestos, ”push-pull” ( cap 3º.1.6. ). Aunque actualmente se siguen empleando electrodos con aleaciones de cobre al cromo circonio, clase 2, se están ensayando y ya utilizando con buenas perspectivas cobres aleados con otros metales como la plata y el aluminio, y sinterizados, con difusión superficial de otros materiales, como alúmina, etc..., aunque, no obstante precisan también de todo lo anteriormente indicado. La forma de los electrodos influye en la cantidad de puntos que se pueden realizar sin reavivarlos. Una forma que creemos muy aconsejable para el electrodo es la indicada en la figura ( ver 8-2 ) y, con un diámetro exterior del electrodo de 20 mm.

8-2 La forma de electrodo que aconsejamos mantiene prácticamente constante a lo largo de su vida útil el diámetro de su cara activa; pero, son igualmente indispensables los reavivados para leves retoques de ese diámetro, el cual también aumenta ligeramente por aplastamiento, y para suprimir la contaminación debida al cinc. El electrodo troncocónico con la cara activa plana ( cap. 6º.8. ), es el mayormente usado, pero debido a dificultades para conseguir desde la primera soldadura una buena superficie de contacto de las caras activas de los electrodos con la pieza, hay usuarios que los emplean con una cara activa esférica de gran radio, que a las muy pocas soldaduras ya se ha convertido en plana adaptada a la pieza. Esta solución aparentemente buena tiene sus limitaciones debido a que los primeros soldeos tienen que hacerse con una parametrización distinta pues la pequeña zona de contacto inicial provoca el que se “suelden”, se “peguen”, los electrodos a la pieza en numerosas ocasiones. Capítulo II

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Lo ideal es utilizar un programa diferente en los primeros 5 a 25 soldeos hasta que la cara activa del electrodo esté adaptada y tenga una contaminación estable y no rebajarla en los reactivados, solamente limpiarla. La tendencia actual de hacer reavivados muy frecuentes soldando prácticamente siempre con el mismo diámetro no la aplican, o no les es posible aplicarla en muchos casos, un buen número de usuarios. Para aumentar el numero de soldaduras realizadas entre reavivados de los electrodos cuya cara activa va deteriorando se utilizan unos programas de aumento de intensidades que van compensando la contaminación y el aumento de diámetro del electrodo y manteniendo una densidad eléctrica en la cara activa dentro de uno limites correctos ( ver 9-2 y 102-6 ) .

9-2 El uso de programas a intensidad constante a frecuencia de la red produce durante los dos o tres primeros ciclos del paso de corriente unas puntas de corriente que producen unos microcráteres en la superficie de la cara activa que en el caso de chapas galvanizadas pueden afectar apreciablemente a la vida del electrodo, por lo que es conveniente ensayar para cada caso el no emplearlo o usar programas a potencia constante en vez de a intensidad constante. En el caso de chapas galvanizadas se obtienen evidentes ventajas con el uso de corrientes rectificadas para el soldeo, especialmente las rectificadas de inverter.

2.5.3.

SOLDEO DEL PROTUBERANCIAS

GALVANIZADO

POR

La soldadura por protuberancias, en prensa de soldadura, tiene que utilizarse siempre que sea posible pues por su propio principio de funcionamiento no tiene prácticamente ninguno de los problemas que el galvanizado presenta en la soldadura por puntos en sus zonas de contacto con los electrodos. En la zona de contacto entre piezas existe el peligro de encoladura por fusión del Zinc sin llegar a formarse las lentejas ( Capítulo II

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ver 44-1 ) defecto que por no detectarse a simple vista debe tenerse muy en cuenta al elegir los parámetros para el soldeo. Debe evitarse el uso de pendientes de subida en la corriente, las protuberancias débiles y las bajas presiones e intensidades.

2.5.4.

SOLDEO A TOPE DEL GALVANIZADO

La soldadura a tope se realiza perfectamente y el contacto piezasmordazas es mejor. La zona soldada pierde el recubrimiento por evaporación del cinc.

2.5.5.

PINZAS PARA SOLDEO DEL GALVANIZADO

La muy usada soldadura con pinzas exige a éstas que puedan suministrar los amperios y el esfuerzo necesarios que como hemos visto son superiores a los solicitados para los aceros sin recubrimiento; y es indispensable establecer una diferenciación entre el uso de pinzas con transformador suspendido y pinzas con su transformador incorporado. Las pinzas con transformador independiente, suspendido, debido a la elevada impedancia de los cables que la conectan a su transformador necesitan tensiones secundarias en este transformador del orden de 18 a 23 Voltios, mucho más elevadas que las que necesitan los transformadores directamente incorporados a sus pinzas, que es de unos 4 a 7 Voltios, para conseguir la misma corriente de soldadura. Con las tensiones elevadas se forman unos “micro-arcos “entre el electrodo y la pieza al iniciarse la soldadura que deterioran la superficie activa de los electrodos. Se considera que la vida de un electrodo, o él numero de puntos que se pueden realizar entre reavivados de su cara activa disminuye según una relación próxima a la raíz cuadrada de las tensiones en vacío que recibe, o sea con 5 Voltios dura el doble que con 20 Voltios, y estos valores son usuales en ambas pinzas.

2.5.6.

SOLDEO DEL GALVANIZADO CON ROLDANAS

La soldadura con roldanas es perfectamente realizable con estos materiales recubiertos aplicando también valores de corriente y esfuerzo superiores a la soldadura del acero sin revestir.

Capítulo II

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Es conveniente emplear máquinas con la tracción por la periferia de las roldanas mediante rodillos de acero moleteados que cumplen además la misión de romper la superficie de cobre contaminada y efectúan un reavivado permanente de estas superficies. La elevada concentración de calor en la zona del cordón de soldadura evapora la capa de protección de cinc contra la oxidación y obliga a aplicar algún medio de protección después de soldar. Por la particularidad indicada anteriormente, la mayor temperatura de vaporización del plomo hace que éste sea mas usado en el caso de soldadura de depósitos para combustibles líquidos mediante roldanas por poderse conseguir una mucho mejor protección con ese tipo de recubrimiento. Una solución bastante empleada es una variedad de la soldadura por roldanas que consiste en interponer, entre las roldanas y la pieza, un alambre de cobre, desechable, alimentado automáticamente y que permite tener un contacto y una sección de apriete constantes y sin problemas de contaminación de la roldana por el cinc o el plomo del recubrimiento ( ver 10-2 ).

10-2

2.6.

ALUMINIO Y MAGNESIO

Ver valores aconsejados para su soldeo en ( 10º.4.2. ) . La soldadura por resistencia del aluminio tiene importantes particularidades y necesidades que la diferencian de la soldadura de los aceros mas o menos aleados. Como ocurre con los aceros, el nombre genérico de aluminio incluye una gran cantidad de aleaciones que pueden contener cobre, silicio, magnesio, manganeso, cromo, níquel, etc... en porcentajes muy variables creadas para cumplimentar exigencias muy diversas. Casi todas sus aleaciones son soldables pero con una pérdida de resistencia mecánica y de su capacidad de resistencia a la oxidación en la zona donde se ha realizado la soldadura que Capítulo II

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obliga a un estudio cuidadoso de la soldadura cuando se realiza sobre aluminio aleado. En principio el aluminio es más susceptible de corrosión cuando más aleado esté, y tiene menor resistencia mecánica cuando más puro es. Estas características se complementaron al crear laminas de aluminio formadas por laminación con dos aleaciones distintas, aluminio puro en sus superficies externas y aleación de aluminio de elevada resistencia mecánica en su interior ocupando alrededor del 90% del grueso total. Buen número de aleaciones adquieren mayor resistencia mediante tratamiento térmico, pero, este tratamiento térmico no elimina los problemas de pérdida de resistencia mecánica en la zona de la soldadura, especialmente sino esta bien realizada. Vamos a señalar las principales diferencias del aluminio respecto al acero para mejor comprender las exigencias del aluminio en cuanto a su soldeo. Igual que cuando tratamos de acero tomamos siempre como referencia el AISI 1010 en todo lo que trataremos sobre el aluminio cuando no se especifique otra cosa se referirá al aluminio comercial con un porcentaje de pureza superior al 99%. La resistencia eléctrica del aluminio ( cap.11º.4 ) es muy inferior a la del acero y por tanto precisamos intensidades de corriente mucho mas elevadas para aportar calor a la soldadura. La superficie del aluminio siempre está formada por una capa de óxido de aluminio de elevada resistencia eléctrica por lo que se deposita en ese punto una elevada cantidad de calor muy localizada ( cap.1º.1.2. ) que puede causar contaminación por alúmina en el interior de la lenteja y una contaminación recíproca por aleación del aluminio con el cobre del electrodo y del cobre con aluminio, perjudicial para ambos. En el acero la resistencia es mucho más reducida y el acero no se alea fácilmente con el cobre. El aluminio tiene una resistencia mecánica muy inferior a la del acero y esto motiva que aplicar elevadas presiones durante el paso de la corriente de soldadura, lo cual es generalmente ventajoso para el acero, no lo sea para el aluminio pues se aumenta la huella y produce deformación y separación entre las laminas que se están soldando ( ver 11-2 ).

11-2

El intervalo de temperatura durante el cual el material esta en estado pastoso y forjable antes de fundirse que en el acero es del Capítulo II

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orden de los 600°C, en el aluminio, variable según la aleación, es de tan solo unos 100 a 160 °C ( ver 12-2 ) y esto obliga a una muy precisa regulación de las intensidades, tiempos y presiones aplicadas. El aluminio tiene una conductibilidad térmica mucho más elevada que el acero por lo que el proceso de formación de la lenteja y su enfriamiento con sus correspondientes variaciones de volumen y espesor en la zona de la soldadura son muy rápidos y precisan de cabezales de soldadura con muy poco rozamiento e inercia para un seguimiento sin perder presión en la soldadura. El aluminio pasa de la fase líquida a sólido en un muy breve intervalo ( ver 12-2 ) por lo que se producen grietas que se pueden evitar aplicando una sobre-presión durante el soldeo antes de interrumpirse el paso de la corriente y para ello requiere un control electrónico que permita esa función, la cual no está prevista en los controles mas comunes ( cap.5º ).

12-2

En el soldeo del aluminio debemos diferenciar dos campos de aplicación, muy importantes ambos, pero de muy diferenciadas exigencias como son el que podemos llamar de aplicaciones comerciales y el aeronáutico o de vehículos de transporte y al tratar de lo necesario para realizar una buena soldadura siempre es indispensable aplicarlo en las soldaduras aeronáuticas pero se puede ser menos exigente, en algunos casos, en las soldaduras comerciales. Lo indicado para el aluminio es aplicable prácticamente en su totalidad para el magnesio y sus aleaciones, quizás con la sola salvedad de tener que aplicar un mayor rigor y esmero en la limpieza y eliminación del oxido en las laminas a soldar y una mas frecuente limpieza y refacción de la cara activa de los electrodos.

Capítulo II

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2.6.1.

COMO CONSEGUIR BUENAS SOLDADURAS EN ALUMINIO

Para conseguir soldaduras de buena calidad con regularidad es indispensable cuidar la presentación y el estado de las superficies a soldar. La suciedad y grasas tienen que ser totalmente eliminadas por lo que afectan a la contaminación de la soldadura y de la cara activa del electrodo, siendo este proceso de limpieza más necesario que en los aceros por influir mas a la calidad de la soldadura y para no reducir la inoxidabilidad. Si la capa de óxido es gruesa tiene que ser eliminada y soldar las piezas con tan solo él oxido que se haya formado en menos de 24 horas. Para ello pueden emplearse medios mecánicos, generalmente de resultados irregulares y costosos en mano de obra (en la limpieza o desoxidación no se debe emplear ningún abrasivo que contenga hierro para evitar la contaminación por este material), o medios químicos, más efectivos y de resultados más regulares pero de implantación más costosa. Este proceso de eliminación de la capa de óxido para soldar con una capa de óxido más ligera y constante puede considerarse indispensable en la aeronáutica o el transporte pero cuando se trata de soldaduras comerciales solo lo emplean cuando no se consiguen resultados suficientes a causa de la irregularidad del material usado a pesar de que con el material decapado químicamente se obtiene una mayor duración de los electrodos, los cuales pueden llegar a decuplicar su vida. En ( cap. 10º.4. ) pueden verse unas áreas de soldabilidad para varios espesores de chapa y unas tables de valores aplicables para cada grueso de chapa. Ambas cosas son solo orientativas debido a la gran diferencia entre diversas aleaciones y a lo que influye el grado de preparación de las superficies de estas chapas. No obstante son una buena partida para iniciar el ajuste de los valores que mejor se adapten a las piezas que queremos soldar y a la máquina disponible para hacerlo. Antes de adoptar unos valores determinados para la producción deben realizarse unas series de muestras y verificarlas por destrucción, pues soldando aluminio puede ocurrir que valores que produzcan unas buenas soldaduras no las produzcan con regularidad y debamos ensayar con otros.

Capítulo II

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2.6.2.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MÁQUINAS PARA SOLDAR ALUMINIO

En la soldadura de las aleaciones de aluminio y magnesio es muy importante la máquina a usar pues aun cuando las máquinas que sirven para el aluminio sirven también para el acero no ocurre lo mismo en sentido inverso y una gran mayoría de máquinas que sueldan perfectamente el acero no sueldan aluminio o lo sueldan mal. 2.6.2.1.

Características mecánicas

La característica mecánica indispensable para soldar bien el aluminio es que el electrodo móvil siga las variaciones de espesor que se producen en la zona de la soldadura, durante la realización de esta, sin que en ningún instante se pierda la presión necesaria para el soldeo. En el accionamiento neumático, los rozamientos de guías y émbolos, de rodadura, teflón o similares tienen que ser mínimos y el conjunto de empuje tiene que tener la menor masa, la menor inercia, posible. Es muy útil el que exista algún medio elástico en el circuito de esfuerzo que ayude a seguir la pérdida de grueso debida a la fluencia del material que durante la soldadura adquiere el estado pastoso, se funde y tiene que ser presionado antes de que se enfríe para evitar agrietamientos. En las máquinas o pinzas con brazos oscilantes la deformación de los brazos es un medio elástico, un muelle natural, que ayuda a evitar el problema de mal seguimiento de la fusión, pero es muy importante que sea cual sea el procedimiento empleado no se produzca un desplazamiento entre las superficies de los electrodos ( ver 13-2 ) que dañe la soldadura y los electrodos.

13-2

Cuando el sistema mecánico de una máquina no permite con garantía ese seguimiento exigido por la fluencia de los materiales que se están soldando se producen vaciamientos de los puntos, Capítulo II

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explosiones con proyecciones de material y malas soldaduras difíciles de evitar aun cuando se disponga de un circuito eléctrico de potencia y de un control idóneos para soldar aluminio. Las máquinas tienen que tener un circuito neumomecánico y un control que permitan descender al electrodo superior prácticamente sin presión ( cap. 6º.5.3. ) , aplicar el esfuerzo necesario para soldar y permitir un cambio de esfuerzo durante la realización de la soldadura. Este esfuerzo alcanza a ser un 250% superior del empleado para iniciar la soldadura y permite evitar las grietas que un rápido enfriamiento produce. Ya en gruesos de mas de 1,6 mm. es conveniente el poder establecer una intensidad de recocido durante ese periodo de sobre-presión. 2.6.2.2.

Características eléctricas

Tenemos que distinguir entre la unidad de potencia y el control. Ambos vienen condicionados por la necesidad de soldar con tiempos muy cortos y corrientes muy altas perfectamente dosificadas. No hace demasiados años se distinguía entre soldaduras con tiempos largos y con tiempos cortos pero nosotros solo trataremos las de tiempos cortos por ser las que proporcionan mayor garantía de regularidad en la calidad. Los tiempos de paso de la corriente de soldadura alcanzan a ser de solo 0,2 segundos para soldar chapas de aleaciones de aluminio comúnmente usadas de 4 mm. de espesor y de 0.02 segundos para laminas de 0,5 mm. con intensidades de 70.000 a 22.000 Amperios. Esa conjunción de grandes intensidades en tiempos muy cortos unida a la elevada conductibilidad térmica del aluminio convierte en muy importante la forma de la corriente de soldadura ( cap. 4º ). En el cuadro comparativo ( ver 14-2 ) adjunto puede verse gráficamente la gran diferencia existente entre las distintas fuentes de potencia empleadas y es obvio que en una soldadura con tiempo corto empleando la (A) las variaciones de temperatura durante la soldadura serán fuertes y perjudiciales y que este problema prácticamente desaparece con la (C). El tipo de máquina más aconsejable actualmente para soldar aluminio es la que suelda con corriente continua procedente de la rectificación de una tensión trifásica a frecuencia de la red cuando se trata de máquinas de pedestal o de una tensión alterna monofásica de una frecuencia de 1000 a 1200 periodos ( cap.4º.2.5. ) cuando la soldadura deba realizarse con una pinza móvil de soldadura. De no existir limitaciones de precio siempre es más conveniente el uso de la corriente rectificada de una tensión para la soldadura a 1000 periodos incluso en las maquinas de pedestal. Capítulo II

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14-2 No obstante las innegables ventajas que tiene la corriente continua para conseguir las elevadas intensidades necesarias, la lenteja producida tiene una penetración asimétrica, algo mas débil y el desgaste de los electrodos no es simétrico ( ver 15-2 ); pero, a pesar de ello las máquinas que usan este tipo de corriente están desplazando a las descritas en 4º.2.2., únicas que hasta ahora respondían a criterios de calidad suficientes con simetría en la lenteja y en el comportamiento de los electrodos.

15-2 Capítulo II

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En el caso de soldaduras que deban realizarse con pinzas portátiles o móviles que deban acudir a la pieza el empleo de pinzas alimentadas a 1000 periodos y con su salida rectificada es prácticamente el único que permite obtener las elevadas intensidades necesarias para soldar aluminio con una longitud de brazos y una masa y peso manejables a mano o con robot u otros mecanismos. El control, independientemente del tipo de corriente utilizada, tiene que permitir el trabajar con slope up y slope down, y forge delay para permitir el ordenar el cambio de presión con el paso de la corriente de soldadura no finalizado. Obviamente la regulación de los tiempos y la corriente tiene que ser muy precisa para permitir ajustar los valores necesarios, variables en tiempos muy cortos.

2.6.3.

OTRAS OBSERVACIONES PARA EL SOLDEO DEL ALUMINIO

Su conductibilidad eléctrica convierte en muy importante la corriente derivada por soldaduras próximas y su poca resistencia mecánica obliga a aumentar la distancia mínima a un borde de las soldaduras por puntos ( cap. 10º.4.2. ) . Lógicamente son solo valores orientativos pues según la dureza, la aleación, la presentación de las piezas, o el emplear los tiempos mas cortos o mas largos dentro de los aconsejados para una soldadura obliga a que la distancia que se indica sea una media aceptable pero, modificable según experiencias del usuario. Soldar gruesos distintos es posible siempre que se respete el que la cara activa del electrodo tenga el diámetro aconsejado para la lámina con la que esta en contacto ( cap. 3º.2.2. ). Los electrodos empleados par soldar por puntos conviene tengan el máximo de conductibilidad y se usa generalmente cobre electrolítico o una aleación de cobre cadmio que tiene mayor resistencia mecánica con una buena conductibilidad. La cara activa es conveniente que sea convexa, esferoidal de radio elevado y uno de los dos electrodos la puede tener plana; pero, debe comprobarse el balance térmico resultante ( ver 12-1 ) y la penetración de la lenteja en ambas chapas si interviene algo no simétrico en el proceso. El diámetro de la lenteja, a diferencia de lo que ocurre soldando acero, no está directamente relacionado con el diámetro de la cara activa del electrodo, sino con los parámetros de tiempo y corriente empleados. La refrigeración tiene que ser muy eficaz y deben emplearse electrodos con un diámetro exterior superior al aconsejado para el acero, y, la distancia del agua a la cara activa recomendamos sea inferior a la medida normal de 10 mm. Capítulo II

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El reavivado frecuente de la cara activa de los electrodos es muy conveniente para evitar inclusiones de la alúmina, óxido refractario y aislante. Soldar varios gruesos a la vez es difícil y solo se alcanza a soldar bien tres cuando el central es más grueso que los exteriores. Soldar sin posibilidad de acceso por las dos caras solo es posible por el sistema de polos opuestos ( cap. 3º.1.6. ) y prestando mucha atención al problema de las corrientes derivadas. La soldadura por protuberancias es teóricamente posible, pero la escasa resistencia mecánica de estas protuberancias y lo extraordinariamente corto del tiempo y la gran magnitud de las corrientes necesarias hacen que sea poco usada. Las aleaciones de alta resistencia mecánica son las más aptas para este tipo de soldadura que precisa máquinas de corriente continua de unos 150000 A. en cortocircuito, y cuando las protuberancias son “débiles”, pequeñas o en chapa muy delgada tan solo es posible soldarlas por descarga de condensadores, con la corriente rectificada de un inverter o con alterna monofásica por el problema de la mínima pendiente de subida de la intensidad necesaria. La soldadura a tope es posible y es usada en algunos casos. El centelleo tiene que ser muy rápido y la corriente y velocidad de recalcado muy altas. Las máquinas requieren un control y ajustes muy precisos y delicados. La soldadura por roldanas es posible y se emplea como solución para efectuar sucesiones de puntos formando una costura que no exija estanqueidad e incluso para soldaduras estancas. En la realidad se usa muy poco por los problemas que las muy elevadas intensidades producen en los contactos rotatorios de los cabezales y el cuidado especial que requieren las caras activas de las roldanas, así como su exigencia de presentación muy cuidada del material y de un ajuste muy preciso del control. En ( cap.10º.4.2. ) se aconsejan valores concretos para el soldeo y se encuentran complementados algunos detalles aquí expresados.

2.7.

ALEACIONES CÚPRICAS

Además del cobre comercialmente puro encontramos al cobre aleado con otros metales, zinc, estaño, plata, aluminio, berilio, cadmio, plomo, cromo, silicio, etc... y con cada uno de esos elementos en muy variadas proporciones. En principio no se puede decir que no sean soldables pues las aleaciones con silicio, cadmio, níquel, berilio, plomo y también algunos latones lo son aunque con serias dificultades y con intensidades de al menos el doble de las que precisa una lamina Capítulo II

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de acero del mismo espesor y con tiempos lo mas cortos posible; pero, el muy poco uso de la soldadura por resistencia y la gran variedad de las aleaciones que precisan tratamiento distinto nos obliga a recomendar algún tratado especializado. No obstante, el usuario que domine los principios de la soldadura por resistencia y conozca las características físicas del material a soldar, resistencia eléctrica, gama de temperatura con material fluido, conductibilidad térmica, etc. puede ensayar el soldar casi todas esas aleaciones pues aunque no se le pueda llamar propiamente soldadura en algunos casos se consiguen “soldaduras“ suficientes para determinadas aplicaciones, empleando electrodos con punta de tungsteno para concentrar el calor en la zona de soldadura o algún “truco” similar ( ver 16-2 ) que en espesores de cobre inferiores a 1 mm. da buenos resultados.

16-2

A tope, sin centelleo, se sueldan satisfactoriamente el cobre y algunas de sus aleaciones. Espesores superiores a 2 mm. pueden soldarse por protuberancias con al menos 25kA por cada una y con prensas o útiles que permitan seguir la gran velocidad de fusión. Un caso especial de la soldadura por protuberancias del cobre es el soldar cables o trenzas a terminales sólidos en lo que se consiguen buenos resultados, especialmente si los finos alambres que la componen han sido previamente compactados en la punta a soldar sea por fusión o introduciéndolos en un tubo ajustado. Electrodos de tungsteno o molibdeno son los aconsejados para estas soldaduras en las que tiene que evitarse que el electrodo también quede soldado a la pieza. Hay un gran campo de aplicación de la soldadura por resistencia en la fabricación de componentes para pequeño material eléctrico y electrónica que se realiza con las llamadas máquinas para micro-soldadura. Esta tecnología, a pesar de sus muchos puntos comunes se aparta del objetivo de este manual.

Capítulo II

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2.8.

NÍQUEL Y SUS ALEACIONES

Se emplean estas aleaciones, muy conocidas por sus nombres de Monel, Hastelloy e Inconel entre otras por su muy buena resistencia mecánica y a la oxidación a muy altas temperaturas. Su comportamiento en los procesos de soldadura por resistencia es prácticamente igual que el de los aceros de baja aleación. Conviene emplear presiones altas y tiempos cortos con las corrientes que con esta elección se precisen. Los que adquieren dureza, templan al enfriarse, requieren de un proceso controlado de enfriamiento en la misma máquina también similar al de los aceros y quizás la principal diferencia a efectos de la práctica de la soldadura es la necesidad de eliminar la capa de óxido cuando esta es gruesa, de color gris oscuro amarronado, que es mala conductora y el exigir mas limpieza de grasas o aceites que puedan contaminar con carbono o azufre la soldadura. En resumen puede decirse que es un material fácilmente soldable por resistencia pero por el especial uso a que es destinado requiere también junto al soldador un especialista que conozca la metalurgia de esas aleaciones.

2.9.

OTROS METALES

Con la soldadura por resistencia en alguna de sus variantes se puede afirmar que casi todos los metales y sus aleaciones ( Tungsteno, Titanio, Cinc, Cobalto, Molibdeno, etc... etc... ) son soldables e incluso pueden realizarse uniones de materiales distintos y que para ello son necesarias varias condiciones. A.- Conocer profundamente el cómo y él porque se produce una soldadura y como la afectan las variables de presión, tiempo, corriente y electrodos usados. B. - Disponer de una máquina que permita conseguir los valores necesarios y equipada con un control que permita realizar las complejas secuencias que pueden ser necesarias para determinados ciclos de soldadura. C.- Conocer las características físico-químicas de los materiales a soldar y su comportamiento metalúrgico y estructural a las temperaturas de fusión y forja. Algunas estructuras cristalinas de determinados materiales no son soldables. D.- Saber y poder verificar los resultados obtenidos antes de iniciar su uso en producción normal También es posible la unión de piezas de metales diferentes que aunque no se le pueda llamar soldadura autógena, por no producirse una lenteja fundida con material de las dos piezas a unir, produce una unión tipo

Capítulo II

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soldadura fuerte, ”brazing”, suficiente para determinadas aplicaciones. A grandes rasgos se puede indicar que cuando algunas condiciones como que los puntos de fusión de los materiales a unir sean muy diferente, o que se oxiden inmediatamente, o que su intervalo de temperaturas en estado pastoso sea muy corto, imposibilitan o hacen muy difícil la soldadura.

Capítulo II

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CAPITULO III SUMARIO 3.

DIFERENTES TIPOS DE APLICACIONES QUE SE PRESENTAN EN LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN ...4 3.1. TIPOS DE PUNTOS ....................................................... 4 3.1.1. PUNTOS DIRECTOS ................................................4 3.1.2. PUNTOS INDIRECTOS.............................................5 3.1.3. SOLDADURA DE DOS PUNTOS EN PARALELO ...5 3.1.4. PUNTOS EN SERIE ..................................................6 3.1.5. PUNTOS PRÓXIMOS................................................7 3.1.6. PUNTOS EN ANTIPARALELO, POR POLOS OPUESTOS, EN PUSH-PULL...................................8 3.2. PROCESOS DE FABRICACIÓN SEGÚN SEAN LAS CHAPAS A SOLDAR ..................................................... 9 3.2.1. SOLDEO DE LÁMINAS GRUESAS ..........................9 3.2.1.1. Por puntos ...................................................9 3.2.1.2. Por protuberancias ....................................11 3.2.1.3. Por roldanas ..............................................12 3.2.1.4. A tope ........................................................12 3.2.2. SOLDEO DE LÁMINAS DE DISTINTO ESPESOR.13 3.2.2.1. Por puntos .................................................13 3.2.2.2. Por protuberancias ....................................14 3.2.2.3. Con roldanas .............................................14 3.2.2.4. A tope ........................................................14

Capítulo III

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3.2.3. SOLDEO DE MAS DE DOS LÁMINAS ...................15 3.2.3.1. A puntos.....................................................15 3.2.3.2. Por protuberancias ....................................17 3.2.4. SOLDEO DE MATERIALES CON DIFERENTE COMPOSICIÓN .......................................................17 3.3. APLICACIONES SEGÚN LO QUE EXIGEN LOS PUNTOS .......................................................................18 3.3.1. SOLDADURAS CON MUY POCA HUELLA EN UNA DE LAS CARAS ..............................................18 3.3.2. SOLDADURAS EFECTUADAS DESDE UNA SOLA CARA DE LAS PIEZAS.................................20 3.3.3. SOLDADURAS A GRAN DISTANCIA DEL BORDE DE LAS PIEZAS.......................................................23 3.3.3.1. Con puntos directos...................................23 3.3.3.2. Con puntos directos con máquinas fijas ...23 3.3.3.3. Puntos directos con pinzas colgantes.......24 3.3.3.4. Puntos directos con transformadores en push-pull ....................................................24 3.3.3.5. Con puntos indirectos................................25 3.4. SOLDEO EN MÁQUINAS MULTIPUNTO ...................25 3.4.1. SOLDEO EN CASCADA ELÉCTRICA .................... 25 3.4.2. SOLDEO EN CASCADA NEUMÁTICA ...................27 3.4.3. SOLDADURAS SIMULTÁNEAS..............................28 3.5. SOLDEO DE ALAMBRES Y VARILLAS.....................28 3.5.1. ALAMBRES SOBRE ALAMBRES, EN CRUZ.........28 3.5.2. ALAMBRES SOBRE CHAPAS................................32 3.5.3. A TOPE....................................................................32 3.6. SOLDEO DE TUBOS ...................................................33 3.6.1. GENERALIDADES ..................................................33 3.6.2. SOLDADURA DE TESTA SOBRE UNA CHAPA PLANA .....................................................................34 3.6.3. SOLDADURA DE UNA PLANCHA PARALELA A UN TUBO.................................................................35 3.6.4. SOLDADURA DE TUBOS EN CRUZ......................36

Capítulo III

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3.6.5. SOLDADURA DE TUBOS EN T.............................. 38 3.6.6. A TOPE....................................................................39 3.7. SOLDEO DE TUERCAS, TORNILLOS Y BULONES . 39 3.7.1. TUERCAS................................................................40 3.7.1.1. ¿Cómo se sueldan las tuercas?................ 40 3.7.2. TORNILLOS Y BULONES .......................................43 3.7.2.1. ¿Cómo se sueldan los tornillos? ...............44 3.7.3. PARTICULARIDADES EN ESTAS SOLDADURAS 46

Capítulo III

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3.

DIFERENTES TIPOS DE APLICACIONES QUE SE PRESENTAN EN LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN

3.1.

TIPOS DE PUNTOS

A los puntos los clasificamos según como los producimos en :

3.1.1.

PUNTOS DIRECTOS

Llamamos puntos directos aquellos en que el paso de la corriente de soldadura entre los electrodos es tan solo a través del espesor de las chapas a soldar ( ver 1-3 ).

1-3

Siempre que lo permitan las piezas y el proceso de fabricación tienen que usarse este tipo de puntos, con los cuales es mas fácil obtener buenas calidades con regularidad.

Capítulo III

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3.1.2.

PUNTOS INDIRECTOS

Llamamos indirectos a aquellos puntos en que la corriente de soldadura tiene un recorrido a través de una o de las dos piezas antes de circular por donde se tiene que formar la “lenteja” que unirá las piezas ( ver 2-3 ).

2-3

La soldadura de determinadas piezas y formas obliga en muchos casos a emplear este tipo de soldadura, que con una bien estudiada aplicación consigue puntos correctos.

3.1.3.

SOLDADURA DE DOS PUNTOS EN PARALELO

Se llama así a aquellos puntos que se ejecutan simultáneamente utilizando una sola fuente de corriente cuya intensidad se divide entre los puntos que se realizan ( ver 3-3 ). 3-3 Capítulo III

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En algunas circunstancias puede ser necesario o conveniente el realizar estos puntos. Solo es posible realizarlo aceptablemente mediante el uso de un útil que contenga los dos electrodos “compensados” y garantice que las dos soldaduras se efectúan con la misma presión y corriente durante todo el proceso simultáneo del soldeo de los dos puntos. La diferencia de desgaste no tiene que afectar a las soldaduras sucesivas, por lo que debemos tener siempre ambos electrodos con igual superficie activa, tanto en dimensión como en estado superficial. Existen actualmente en el mercado unos dispositivos que empleando resortes, grasa, y mas modernamente Nitrógeno a presión permiten obtener buenos resultados cuando es indispensable emplear este procedimiento, el cual debe evitarse. 3.1.4.

PUNTOS EN SERIE

Cuando con la misma corriente de soldadura se efectúan simultáneamente dos puntos la llamamos soldadura en serie. Estas soldaduras pueden ser directas ( ver 4-3 ) o indirectas. Las indirectas son las llamadas también “de doble punto” ( ver 53• ). Son muy numerosa las aplicaciones de este tipo de soldadura; pero cuando la chapa mas delgada es de mas de 1,2 mm. o como máximo 1,5 mm. el doble punto indirecto no es aconsejable y conviene acudir a la soldadura directa con la solución push-pull, por polos opuestos.

4-3

5-3

Capítulo III

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3.1.5.

PUNTOS PRÓXIMOS

Cuando la corriente de soldadura que debe atravesar las chapas bajo los electrodos y formar la “lenteja” fundida, encuentra otro camino cercano por un punto ya soldado se desvía en parte, y por tanto la nueva lenteja será mas pequeña y el punto tendrá menos resistencia ( ver 6-3 ).

6-3

La primera consecuencia de esto es que una unión con mas puntos y muy próximos puede tener menos resistencia que la misma con unos puntos correctamente espaciados, y que los puntos “dados de más” esperando refuercen la unión no son útiles ( ver 7-3 ).

7-3

Capítulo III

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3.1.6.

PUNTOS EN ANTIPARALELO, POR OPUESTOS, EN PUSH-PULL.

POLOS

De los tres nombres del enunciado el que creemos mas correcto en español es “por polos opuestos”; pero, se está usando mas “push-pull”. Estos nombres no corresponden a un tipo de puntos, sino a una forma de ejecutarlos que debemos conocer bien cuando se estudian determinadas aplicaciones de la soldadura por puntos. Se usan dos transformadores de igual impedancia interna, uno a cada lado de la pieza a soldar, y la totalidad de la corriente de soldadura circula por los dos secundarios de los transformadores. Es indispensable conectarlos a la red teniendo en cuenta las polaridades ( ver 8-3 ) y eliminar, si la llevan, la conexión a masa, tierra, de los secundarios.

8-3

Con este sistema se puede trabajar con tensiones de soldadura mas bajas, y solicitando menos intensidad de la red, debido a lo mucho que se reduce la gran impedancia del circuito de alta intensidad que seria inevitable empleando un solo transformador ( ver 9-3 ). Cuando no hay posibilidad de comunicación de un transformador con uno de los lados de la soldadura y las chapas son de mas de 1,5 mm. es indispensable el uso del procedimiento Push-Pull para conseguir una calidad correcta.

Capítulo III

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9-3

3.2.

PROCESOS DE FABRICACIÓN SEAN LAS CHAPAS A SOLDAR

3.2.1.

SEGÚN

SOLDEO DE LÁMINAS GRUESAS

No podemos fijar una frontera entre lo que es grueso y lo que es delgado o fino. Se ha empleado el criterio de considerar “gruesas” las chapas de 3 o mas mm., pero la tendencia actual de soldar con mayores intensidades, menos tiempos y el uso de chapas galvanizadas ha hecho necesario el empleo de soldeos con impulsos de corriente, que es lo mas característico en la soldadura de chapas gruesas, a partir de 2 mm. Esa será la frontera ficticia donde en algunos casos ya podemos empezar a considerar gruesa una chapa. El usuario decidirá según sus propios criterios según el estado superficial, presentación, máquina de que dispone, etc... a que gruesos aplicará los principios que indicamos a continuación. 3.2.1.1.

Por puntos

En la soldadura por puntos el proceso para el soldeo es igual y se basa en los mismos principios que el del soldeo en láminas delgadas; pero, soldando láminas gruesas, la conductividad térmica del acero no es suficiente para evacuar a través del electrodo la mayor cantidad de calor que se produce al ritmo en que se crea y ,de aplicarse la energía de forma continuada, sin interrupciones, se fundiría el acero de la zona de contacto con el Capítulo III

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electrodo antes de empezar a formarse la lenteja, pues, además, generalmente las chapas gruesas tienen una superficie mas rugosa por lo que la Rc ( ver 10-3 ) es mas elevada.

10-3

Dar la energía mediante “impulsos” de corriente permite homogeneizar las temperaturas y evitar que se produzcan indeseadas fusiones en el exterior antes de la interior que forma la lenteja. El proceso de ajuste de la máquina con los parámetros necesarios para realizar la soldadura es similar al que puede emplearse para chapas finas ( 1º.3.2. ). En las tablas ( 10º.8.2. ) se dan valores para soldar con impulsos calientes separados por tiempos fríos. Esos valores son susceptibles de variaciones importantes que pueden aconsejar el estudio del caso concreto. Para el caso muy frecuente de malos acoplamientos o contactos entre las piezas a soldar recomendamos dar un precalentamiento mediante un impulso previo de corriente, mas o menos largo, de un valor inferior a la corriente de soldeo hasta que la zona del punto de soldadura entre las piezas esté en intimo contacto y a continuación iniciar el ciclo de soldeo. Es conveniente dar el primer impulso de corriente de soldadura con una pendiente de subida de varios periodos para establecer una buena zona de contacto electrodo pieza. La refrigeración de los electrodos es muy importante y debe vigilarse que no se formen bolsas de vapor en el circuito del agua durante la soldadura. El tamaño del electrodo, su diámetro exterior máximo, Dce debe ser igual o superior a lo recomendado para facilitar la evacuación de calor durante el proceso y aumentar la cantidad de puntos producidos entre reavivados. La cara activa debe tener como mínimo el diámetro recomendado ( ver 10º.8.2. ). El tiempo de mantenimiento, o sea ,el mantener la presión entre electrodos una vez acabada la soldadura, tiene que ser “largo” para que se solidifique la lenteja bajo presión, evitar movimiento en la zona fundida y permitir que el calor de la lenteja se disipe a través del electrodo y no se caliente en exceso la superficie. Si es Capítulo III

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posible aplicar una presión mas elevada durante ese periodo de mantenimiento se evita un crecimiento del “grano” consiguiendo mejorar la estructura metalográfica incluso en los aceros de baja aleación. El posible desvío de corriente por soldaduras vecinas ya realizadas es especialmente importante y deben aplicarse programas con valores distintos en las soldaduras próximas entre si y establecer el orden en que deben ejecutarse. En el uso de chapas gruesas también coincide con frecuencia que se trate de materiales aleados, lo cual exige unas prestaciones especiales en cuanto al control y al circuito neumático que permitan tiempos de recocido o post-temple con variaciones de presión durante el proceso de soldeo ( cap. 5º.4.1 y 5º.6.4 ) . Durante el proceso de realización de un punto de soldadura en chapas gruesas el electrodo debe seguir el movimiento de hundimiento del material sin perder la presión que aplica cuando se forma la huella en su superficie. 3.2.1.2.

Por protuberancias

La soldadura por protuberancias es muy aconsejable, especialmente para piezas con puntos próximos que exijan precisión dimensional y gran regularidad en la obtención de buena calidad, pero exige prensas de gran potencia. Los útiles empleados tienen que establecer buen contacto eléctrico y térmico en las zonas donde se ubican las protuberancias, estar bien refrigerados y soportar sin deformarse los elevados esfuerzos que se aplican. La superficie de las piezas que contactan con el útil tiene que estar limpias, sin óxidos, calaminas, grasas, pintura, etc... Es conveniente que la prensa suelde con corriente continua, y no solamente para evitar problemas en la red por las elevadas intensidades necesarias sino también para facilitar el mejor equilibrio en el reparto de corrientes entre las protuberancias ( ver 11-3 ).

11-3 Capítulo III

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No aconsejamos el uso de la modalidad de corriente constante en los controles de soldadura ni el de variación de resistencia. El control a energía constante, si se dispone de él, es muy apropiado; pero, en la mayoría de los casos es suficiente un buen control convencional preparado para variaciones de esfuerzo durante el proceso de soldadura. El sistema neumático de la prensa es conveniente que permita esos cambios en la presión durante el proceso de soldadura ( ver 6º.5.3. ). Los valores a aplicar deben ajustarse inicialmente a lo indicado en las tablas ( ver 10º.6. ) pero es indispensable efectuar pruebas de rotura para reajustar o confirmar esos valores debido a que pequeñas variaciones en las dimensiones de las protuberancias respecto a los valores recomendados pueden exigir notables variaciones en los parámetros necesarios. Como norma general debe iniciarse el paso de corriente con una pendiente de subida de al menos 3 periodos para evitar deterioros en las zonas de contacto útil-pieza y la igualación de las protuberancias y, si el control lo permite, al final de la soldadura o un par de periodos antes del final debe aumentarse sustancialmente la presión. No se puede pretender que todas las protuberancias queden soldadas con igual calidad, lo cual, aunque sea teóricamente posible quizás solo ocurra en trabajos de laboratorio o en casos muy especiales en que los útiles, las piezas y la distribución de puntos lo permitan. Cuando se sobrepasa el numero de 4 protuberancias ya debe calcularse que un 20% de ellas no son fiables y la resistencia exigida a la pieza tiene que tener en cuenta ese hecho. 3.2.1.3.

Por roldanas

Aunque sea teóricamente posible la soldadura por roldanas de espesores de hasta 3 mm., desaconsejamos la utilización de este procedimiento cuando los espesores son superiores a los 2 mm. 3.2.1.4.

A tope

Para empalmar chapas gruesas se emplea con éxito y con un costo por soldadura muy inferior a su soldadura por arco eléctrico hasta secciones de 6000 a 8000 mm2. Limita su uso el elevado costo de la instalación inicial y la elevada potencia de conexión necesaria.

Capítulo III

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3.2.2.

SOLDEO DE LÁMINAS DE DISTINTO ESPESOR

3.2.2.1.

Por puntos

Es una situación que se repite frecuentemente y se obtienen buenas soldaduras aplicando los parámetros de soldadura que se aconsejan en las tablas para la lámina mas delgada. Para que no afecte a las soldaduras la corriente que se desvía por el punto ya realizado, la distancia recomendada entre puntos vecinos tiene que ser la que corresponde a la chapa mas gruesa. Las zonas de contacto, cada cara activa de los electrodos, tienen que tener el diámetro que corresponda al grueso de la lámina con la cual está en contacto, o sea, mayor en la gruesa y menor en la delgada ( ver 12-3 y cap. 1º.1.2. ) .

12-3

El no cumplir esta condición provoca un alejamiento del centro de calor de la superficie de contacto entre las piezas y por tanto un descentramiento de la lenteja con disminución de la carga de rotura por inferior diámetro en la zona de unión de las dos piezas ( ver 13-3 y 14-3 ) y ( ver 11-1 y 12-1 ) .

13-3 Capítulo III

14-3 Página 13


3.2.2.2.

Por protuberancias

Es un caso que se presenta normalmente y no causa problemas siempre que se cumpla las siguientes condiciones: a.- Las protuberancias tienen que tener las medidas correspondientes a la chapa mas gruesa. b.- La altura de la protuberancia no debe ser superior al grueso de la chapa delgada. c.- Las protuberancias tienen que estar situadas en la pieza mas gruesa. d.- Los parámetros a programar en el control tienen que corresponder a los de la chapa mas gruesa. También es posible realizar protuberancias del tamaño conveniente para la chapa mas delgada, situadas en la chapa mas gruesa, pero se obtendrá una soldadura de menor resistencia mecánica. 3.2.2.3.

Con roldanas

La sección del perfil de las roldanas tiene que ser el apropiado para el espesor de la chapa con la que están en contacto. Se suelda con el valor de los parámetros correspondientes a la chapa mas delgada; pero, debido al desequilibrio entre las masas de acero que se calientan se pueden producir variaciones o deformaciones, por lo que es indispensable hacer unas pruebas previas.

3.2.2.4.

A tope

Empleando la soldadura por centelleo se pueden soldar piezas de secciones diferentes e incluso de diferente composición pero para ello es preciso igualar las secciones en la zona de soldadura y que las piezas según su sección y su conductibilidad eléctrica y térmica sobresalgan de las mordazas longitudes diferentes para conseguir un equilibrio térmico en la zona de unión de ambas piezas. ( ver 76-1 )

Capítulo III

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3.2.3.

SOLDEO DE MAS DE DOS LÁMINAS

3.2.3.1.

A puntos

Normalmente existen problemas de adaptación entre las superficies de las piezas a soldar que obligan a emplear un precalentamiento o una pendiente en la subida de la corriente de unos 3 a 4 periodos, y a regular un tiempo de mantenimiento mas largo. En el caso mas normal, soldar tres chapas, los parámetros a aplicar dependen de los gruesos de las chapas y también de las posiciones relativas que ocupan y no es válido aplicar en todos los casos los parámetros necesarios para la chapa mas delgada ( ver 15-3 ).

15-3

La distancia entre puntos para evitar problemas por desvíos de corriente, debe ser la correspondiente a la chapa mas gruesa. Debe tenerse en cuenta que para obtener la misma corriente de soldadura que con dos láminas se necesita una diferente regulación del mando de intensidad, por lo que cuando en un proceso donde se dan varios puntos hay alguno en el que se deben soldar mas láminas, siempre debe “reclamarse” otro programa del control regulado para él.

Capítulo III

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Cuando intervienen mas láminas o los espesores de éstas son muy distintos tienen que realizarse ensayos de soldadura y rotura para determinar los parámetros a emplear. En ( ver 16-3 ) se indica parte de la problemática existente con la penetración de las lentejas en estos casos.

16-3

Es importante conocer que cuando los gruesos son diferentes, según estén situados ( ver 17-3 ) no es posible realizar soldaduras con garantía e incluso ser imposible su soldeo, y que se ha de respetar que los diámetros de las caras activas de los electrodos sean los adecuados para el grueso de chapa con el que está en contacto.

17-3

En ( ver 15-3 ) se indican para diversos casos los valores recomendados aplicables correspondientes a una chapa “virtual” equivalente. El conseguir soldaduras “sin huella”, de buen aspecto, es raramente posible en estas soldaduras.

Capítulo III

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3.2.3.2.

Por protuberancias

Es un caso posible pero no frecuente tener que soldar tres gruesos. Las dos soldaduras están en serie y la corriente y esfuerzos son los necesarios para una sola; pero, requieren una regulación del mando diferente por la mayor resistencia eléctrica que encuentra la corriente y por la mayor carrera del seguimiento durante el soldeo. Tiene que respetarse que las protuberancias estén situadas en las piezas mas gruesas ( ver 18-3 ).

18-3

Las dimensiones de la protuberancia son las que corresponden a la pieza que las lleva.

3.2.4.

SOLDEO DE MATERIALES CON DIFERENTE COMPOSICIÓN

En este caso nos encontramos con dos problemas distintos. El primero a considerar es si los dos materiales, una vez fundidos y unidos en su zona de contacto bajo una presión, forman una aleación que al solidificarse obtiene la resistencia y ductilidad necesarias. Si es o no es una soldadura, y si requiere, o no, un tratamiento térmico especial postsoldadura son problemas metalúrgicos en los que el soldador necesita ayuda. Con los procedimientos de soldadura por resistencia es posible “soldar” en esas condiciones casi todos los metales y sus aleaciones ”jugando” con las secciones de las caras activas y con el material de los electrodos. Podemos incluir en este grupo los refuerzos en las puertas y plataformas de los automóviles realizados con aceros de alta resistencia y elasticidad para ahorrar peso, cuya soldadura tiene que realizarse con conceptos diferentes a los mayormente empleados en el resto de la carrocería. Es muy importante en estos casos estudiar el balance de resistencias y térmico ( ver 1º.1.2. y 12-1 ) para conseguir que lo que se funda sea la zona en la que los dos materiales estén en Capítulo III

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contacto. En principio al material mejor conductor de la electricidad se le tiene que aplicar la cara activa de menor diámetro o el electrodo peor conductor.

3.3.

APLICACIONES SEGÚN LO QUE EXIGEN LOS PUNTOS

3.3.1.

SOLDADURAS CON MUY POCA HUELLA EN UNA DE LAS CARAS

La soldadura por puntos deja, inevitablemente, una huella donde se ha aplicado el electrodo en forma de una pequeña depresión y una zona algo mas oxidada que el resto de la pieza. En algunos casos es muy importante que dichas huellas no existan o sean muy poco visibles y esto sólo es posible para una de las dos caras de la soldadura y cuando esa superficie pertenece a una lámina o chapa de grueso igual o superior a la que va soldada. Hemos de conseguir que el material en esa cara se caliente lo mínimo posible, reduciendo la Rc ( ver 5-1 ) para que no se deposite energía en esa zona y se nos “ablande” y para ello se necesita un electrodo que tenga mayor superficie en su cara activa y que desde el inicio del paso de la corriente de soldadura haga contacto en toda su superficie con la pieza a soldar. Para espesores hasta 1,2 mm. pueden usarse electrodos oscilantes, con rótula ( ver 19-3 ); pero estos electrodos en sus varias modalidades dan buenos resultados solamente cuando su mantenimiento y uso se hacen con esmero y no hay que pensar que invirtiendo en esos caros electrodos ya nos podemos olvidar del problema.

19-3 Capítulo III

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Con esta mayor superficie habremos conseguido una menor resistencia Rc., y haber aumentado mucho el área por donde pasan los amperios de soldadura y por tanto una superficie más fría y menos deformable pues también soporta menos presión por mm2. Es necesario realizar una soldadura muy rápida y con la corriente necesaria, superior a la normal. Para conseguir y mantener esa reducida Rc son necesarias la limpieza de la cara activa de ese electrodo y de la pieza, y, una buena refrigeración del electrodo que ayudan a que el material que se esta soldando no se reblandezca ni cambie de color en esa zona. En ese electrodo o bajocobre de gran superficie, a medida que se van produciendo soldaduras, se va formando una ligera depresión en la zona opuesta a donde incide el electrodo normal y es necesario recuperar su planitud para evitar que empiece a producir ligeras deformaciones o huellas. En el otro lado de la soldadura el electrodo tiene que tener su cara activa con el diámetro correspondiente al espesor de la chapa con la que está en contacto para que se concentre el esfuerzo y la corriente y se forme la lenteja fundida. Quedará una marca algo mayor de lo normal debido a que la lenteja se forma descentrada pues el centro de calor se aleja de la superficie fría donde no queremos huella ( ver 20-3 ).

20-3

Los parámetros que se tienen que aplicar a la soldadura deben ser recomprobados pues al quedar distribuida asimétricamente la lenteja fundida entre las dos piezas puede quedar un botón de unión de menos diámetro ( cap. 1º.1.2 y ver 12-1 ) . Tenemos que constatar que cuando se suelda a puntos exigiendo que una de las piezas quede sin marca alguna queda disminuida la calidad de la soldadura respecto a la que se puede obtener cuando se admiten ambas huellas. Cuando se trata de una unión por protuberancias pueden diseñarse útil y protuberancias para que, sin merma de la calidad Capítulo III

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obtenida, no quede señal alguna en la pieza que no soporte las protuberancias.

3.3.2.

SOLDADURAS EFECTUADAS DESDE UNA SOLA CARA DE LAS PIEZAS.

Aunque en lo posible conviene evitarlo nos podemos ver obligados a aplicar la corriente de soldadura tan solo por una de las caras de las piezas a ser soldadas ( ver 21-3 ) a lo cual se le llama soldar por una sola cara o soldadura de doble punto y es una soldadura indirecta.

21-3

Como en toda soldadura el grueso de los materiales y la calidad determinan el esfuerzo a aplicar y la corriente que tiene que pasar para que se produzca la “lenteja” deseada. En este caso, la corriente de soldadura es diferente, inferior, a la que mide y regula el control, pues una parte se desvía antes de atravesar las piezas ( ver 22-3 ). La corriente desviada I2 solo interviene en el proceso de soldadura para perjudicarlo provocando una aportación de calor suplementaria en la zona de contacto electrodo-pieza que produce unos mayores desgastes y huellas. Necesitamos regular el control para obtener de la máquina los amperios que se necesitan en el soldeo mas los que se desvían Capítulo III

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inútilmente por la lámina superior y emplear parámetros de intensidad y esfuerzo altos y tiempos cortos cuando las características de la máquina lo permitan.

22-3 A mayor separación entre puntos menos corriente desviada ( ver 23-3 ).

23-3 Los electrodos siempre tienen que incidir sobre la lámina mas delgada. En la superficie inferior no accesible es indispensable el disponer de unos electrodos unidos eléctricamente por donde circule la corriente de soldadura que tiene que formar las lentejas y que además soporten el esfuerzo necesario para que se realicen las soldaduras ( ver 24-3 ). Capítulo III

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24-3

En la figura A podemos observar que el soporte de la presión inferior son dos electrodos de soldadura los cuales tienen que ser regulables en altura y también refrigerados. Hay diversas modalidades para este tipo de electrodos. En la figura B observamos que los electrodos han sido sustituidos por una regla de cobre, un contraelectrodo llamado también “bajocobre”, también refrigerado, el cual soporta el esfuerzo y también permite el paso de la corriente. Compararemos ambas soluciones. La A concentra mejor la corriente y por tanto la lenteja queda mas centrada pero mantener en posición correcta la regulación en altura y la superficie de la cara activa requiere un buen mantenimiento. La solución B, que emplea lo que se llama “bajo cobre” produce una lenteja mas descentrada y por tanto de menor diámetro pero da menos problemas de mantenimiento. Si la chapa más delgada es de un espesor superior a 1,5 mm. desaconsejamos el soldeo por doble punto indirecto por sus malos resultados y es necesario emplear la solución por polos opuestos,”push-pull”, que es una soldadura doble directa que asegura una buena calidad con regularidad. El procedimiento de doble punto indirecto no es aconsejable para aleaciones ligeras de mas de 0,6 mm. de espesor. Con los aceros de baja aleación y los inoxidables es donde mejor se comporta esta aplicación. Si es posible debe evitarse este tipo de aplicación para las chapas galvanizadas que requieren unos cuidados y un reglaje especiales para evitar el peligro de “encolado” por el efecto piel ( ver 25-3 ) y por la mayor importancia de la derivación de corriente que causa Capítulo III

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elevado daño a la cara activa de los electrodos por soportar una intensidad real superior a la que necesita la lenteja.

25-3

Aunque existan folletos y máquinas en el mercado que parecen preparadas para soldar a mano por una sola cara con puntos indirectos, sus resultados no los consideramos aceptables, pues la presión que se puede aplicar a mano es irregular e insuficiente.

3.3.3.

SOLDADURAS A GRAN DISTANCIA DEL BORDE DE LAS PIEZAS

Es un problema que se presenta con cierta frecuencia y que los proyectistas de piezas y estructuras de plancha deben conocerlo y evitarlo en lo posible porque generalmente requiere soluciones costosas. 3.3.3.1.

Con puntos directos

En muchos casos este tipo de soldadura requiere indispensablemente el uso de puntos directos cuando son uniones con gruesos de plancha que no admiten la soldadura indirecta, chapas galvanizadas con fuerte recubrimiento o aleaciones ligeras. 3.3.3.2.

Con puntos directos con maquinas fijas

Cuando es posible manejar la pieza y llevarla hasta la máquina, se consiguen puntos con muy buena calidad ya que este tipo de maquinas, generalmente de pedestal permiten unas estructuras Capítulo III

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mecánicas muy sólidas con las cuales es posible aplicar esfuerzos elevados con grandes escotes si no tienen limitaciones de peso o volumen. La gran distancia hasta el transformador y el material magnético de la pieza en el interior del circuito de alta intensidad ( cap. 4º2.1. ) crean una elevada impedancia al paso de las corrientes alternas y no es conveniente usarlas en estos casos. Conviene usar corriente continua, ( cap.4º.2.4. ) que también tiene que usarse con materiales no magnéticos como el aluminio por las elevadas intensidades que precisa. Las estructuras de estas máquinas generalmente permiten un “seguimiento” en la soldadura muy bueno incluso para la soldadura del aluminio por cierto grado de deformación inevitable a pesar de su rigidez. En resumen el problema se reduce a tener una máquina standard que se pueda adaptar al trabajo a realizar y que suministre los amperios y los daN. necesarios en el lugar que se necesite situar el punto de soldadura y poder preparar un sistema de manejo práctico para la alimentación de las piezas, o, para sin mover la pieza trasladar la máquina. Ambas cosas son productos especiales que deben estudiarse bien y compararlos con otras soluciones. 3.3.3.3.

Puntos directos con pinzas colgantes

Para soldar con brazos muy largos tienen que emplearse corriente continua procedente de inverter ( caps. 4º.2.5. y 7º.1.2.2 ) y aun así, los problemas del peso para que sea una pinza manejable limita el tamaño máximo de las que se fabrican. Solo podremos usar esta solución dentro de los limites técnicos de las prestaciones de las máquinas que podamos conseguir en el mercado 3.3.3.4.

Puntos directos push-pull

con

transformadores

en

Esta solución requiere una máquina especial para su aplicación. Existen en el mercado elementos estándar que permiten hacerse montajes relativamente simples para el caso de pocos puntos y piezas sin grandes complicaciones que sin dejar de ser una máquina especial tiene costos muy alejados de lo que se entiende normalmente por “máquina especial”. Su principio de funcionamiento ( ver 26-3 ) permite poder soldar a cualquier distancia del borde, con gran calidad y con bajas potencias de conexión. Capítulo III

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26-3 3.3.3.5.

Con puntos indirectos

El problema se convierte en una soldaduras con acceso por una sola cara ( ver 3º.3.2. ). Tienen que efectuarse con una máquina especial y una limitación importante es que la pieza con la cara no accesible tiene que ser la de mayor espesor y que no se puede evitar la marca en la cara accesible.

3.4.

SOLDEO EN MÁQUINAS MULTIPUNTO

En una misma máquina multipunto podemos encontrar soldaduras directas, indirectas, push-pull, etc... o un solo tipo de ellas. Todo lo que se ha visto sobre como tratar esas soldaduras es válido puesto que cada punto puede estudiarse independientemente ( ver 27-3 ). En todas estas máquinas es importante que estén bien estudiados los circuitos de alta intensidad para reducir lo máximo posible su impedancia ( cap. 6º.3.5. ) y poder soldar con una baja tensión entre electrodos, para alargar su vida y para solicitar menos amperios de la red. Hay determinadas peculiaridades a las que debemos prestar atención.

3.4.1.

SOLDEO EN CASCADA ELÉCTRICA

Son soldaduras que se realizan sucesivamente, una detrás de otra, manteniendo la presión en todos los electrodos que habrán sido actuados simultáneamente. Capítulo III

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27-3

En la mayoría de máquinas se emplean transformadores con dos secundarios ( cap. 6º.2. ) que permiten realizar dos o cuatro puntos simultáneamente. Al conectar los portaelectrodos de los cilindros es importante estudiar las polaridades de estas salidas secundarias ( ver 28-3 ) para evitar pasos de corriente no deseados a través de las piezas y soldaduras incorrectas.

28-3 Los transformadores correspondientes a soldaduras a las que no les ha llegado su turno de ejecución y están ya en contacto con las chapas a soldar pueden recibir tensión en su secundario ( ver 29-3 ) y transformarla apareciendo tensión en su circuito primario que teóricamente no tendría que tenerla por estar en espera de ser conectado. En algunos casos esto puede causar problemas.

Capítulo III

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29-3

3.4.2.

SOLDEO EN CASCADA NEUMÁTICA

Son soldaduras cuyos cilindros son actuados sucesivamente y por tanto las soldaduras también son sucesivas. Se pueden hacer con un solo transformador; aunque, en determinados casos, se emplean dos o mas transformadores en paralelo situados en lugares opuestos de la máquina para conseguir una mayor igualación de las impedancias en el circuito de alta intensidad ( ver 30-3 ).

30-3

Capítulo III

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Los porta-electrodos cuyos cilindros no han recibido señal para actuar, aunque estén inactivos reciben tensión al mismo tiempo que los que están soldando, por lo que no deben establecer contacto alguno con la pieza u otras partes metálicas. Con los transformadores con dos secundarios para realizar dos o cuatro puntos simultáneamente pueden establecerse pasos de corriente entre electrodos vecinos sino se conectan debidamente sus polaridades ( ver 31-3 ).

31-3

3.4.3.

SOLDADURAS SIMULTÁNEAS

Son las que reciben el esfuerzo y la corriente simultáneamente. Debe prestarse atención a las polaridades, especialmente si los secundarios de los transformadores están conectados a tierra y eliminar las tomas de tierra en el secundario de los que trabajen en push-pull.

3.5.

SOLDEO DE ALAMBRES Y VARILLAS

3.5.1.

ALAMBRES SOBRE ALAMBRES, EN CRUZ

Es una de las soldaduras donde menos problemas se presentan y que permite unos mayores márgenes de regulación respetando unos simples principios básicos. Un dato necesario es saber que penetración entre alambres necesitamos y una vez conocida podemos acudir a las tablas ( cap. 10º.7. ) donde nos dan los amperios y daN que necesitamos por cruce, y con esos datos podemos conocer los cruces que

Capítulo III

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podemos soldar con una máquina determinada o que máquina necesitamos para los cruces que deseamos soldar. Para elegir la penetración observaremos ( ver 32-3 ) que cuando se trata de alambres iguales la sección soldada es un cuadrado que tiene por lado dos veces la dimensión b.

32-3

En la figura observamos que a. es el coseno del ángulo alfa y que b es 2 veces el seno de dicho ángulo. Mediante una operación matemática no muy complicada que no incluimos se demuestra que con una penetración del 26,84% la sección soldada es igual a la del alambre y que con una penetración del 15% es el 65% de la del alambre. Por motivos estéticos o constructivos llegan a utilizarse penetraciones de hasta un 100%, que consideramos deben evitarse. En la práctica se vienen usando penetraciones del 30%, y, según lo que se le exija al conjunto soldado, de un 15%. Leves variaciones en la penetración hacen variar bastante los valores de los parámetros de regulación necesarios. Podremos observar que se trata de valores que nos permiten soldar simultáneamente varios cruces incluso con máquinas de poca potencia. En realidad no se puede considerar una soldadura con puntos en paralelo sino una soldadura por protuberancias siendo los puntos de cruce de las varillas unas protuberancias naturales donde se Capítulo III

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concentra el paso de la corriente de soldadura y por ello se suelda entre electrodos planos, aunque en caso de querer evitar huellas en la varilla tiene que utilizarse un electrodo acanalado en v o con el diámetro de la varilla. El punto de contacto entre varillas antes de pasar la corriente de soldadura es muy pequeño y al iniciarse la fusión disminuye rápidamente la suma de diámetros de las dos varillas, y de no seguir los electrodos ese desplazamiento se produce una elevada pérdida de presión en la soldadura que provoca la expulsión del material fundido y el probable corte de la varilla o una mala soldadura. Esto obliga a emplear cabezales de soldadura con muy poca inercia o que sigan la fusión por elasticidad del sistema mecánico que aplica la presión. Máquinas con brazos que se deforman con la presión y que se pueden considerar de mala calidad para una soldadura a puntos normal sueldan cruces de varillas excelentemente. Cuando se trata de soldar varios cruces simultáneamente las varillas tienen que situarse en un útil que las posicione y que en soldadura manual acostumbra a ser de madera, ligero, con el cual se llevan a la prensa de soldar o máquina de puntos, a las que se habrá equipado con unas platinas de cobre o reglas como electrodos ( ver 33-3 ).

33-3

Una muy corta pendiente de subida de la corriente que permita igualar los contactos entre varillas antes de soldarse es a veces muy conveniente, y, cuando se trate de varillas aleadas puede ser necesario un recocido o post-temple todavía bajo presión. La calidad del material, su estado superficial y el tratamiento térmico previo que haya recibido también hacen variar las necesidades de la soldadura. Tiene que emplearse un tiempo lo mas corto posible y con estos tiempos los valores recomendados Capítulo III

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solo son una orientación para facilitar la puesta a punto del proceso. La fabricación de rejas, parrillas y artículos con alambres y varillas tiene muchas aplicaciones y tanto los procesos manuales como los automáticos emplean frecuentemente el doble punto indirecto, con bajocobre, soldando en cada “punto” uno o varios cruces a la vez ( ver 34-3 ).

34-3

En el caso de varillas de mucho diámetro pueden emplearse puntos directos con el sistema push-pull ( ver 35-3 ).

35-3

Existen en el mercado unidades modulares que se pueden equipar con electrodos de regla, planos ( cap. 7º ) con las cuales se pueden montar máquinas semi-especiales de estructura sencilla. En la soldadura de piezas de alambre es importante la fijación de éstas en el útil debido a que al recibir la presión en el soldeo antes del paso de corriente se mueven y cambian de posición fácilmente y, con el calentamiento que produce la soldadura, especialmente si son varillas extrusionadas en frío sin recocer o procedentes de rollos de alambre con dureza irregular, cambia sus tensiones internas y se deforman irregularmente. Las deformaciones comentadas son las que complican el diseño de los útiles para soldar piezas complejas como las armaduras para asientos de automóvil. Se puede resumir la problemática de la soldadura de alambres y varillas diciendo que lo que se precisa es ser un experto en el trabajo del alambre, pues obtener buenas soldaduras es sencillo y sin complicaciones. La fabricación en proceso continuo de mallas metálicas o de mallazos para la construcción se realiza con unas máquinas Capítulo III

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especiales, generalmente de gran producción, con alimentación automática de las varillas transversales y con soldadura de cada punto con electrodo independiente. La complejidad mecánica de estas máquinas y la importante instalación necesaria para la aportación en continuo de los alambres a ser soldados y para la evacuación de el producto soldado obliga a tratar el tema mas como una fabricación de un producto que como una máquina de soldar.

3.5.2.

ALAMBRES SOBRE CHAPAS.

Cuando el alambre o varilla tiene un diámetro superior al grueso de la chapa, se obtienen buenos resultados soldando a puntos porque el centro de calor está muy próximo a las chapa y ésta se calienta lo suficiente para formar una lenteja en el punto de unión ( ver 12-1 ). Si el alambre es igual o mas delgado que el grueso de la chapa ese centro de calor se forma en el alambre y éste se funde, se corta o se deforma demasiado antes de que la plancha se haya calentado lo suficiente para formar una “lenteja”. ( ver 36-3 ).

36-3

En este caso es necesario crear unas protuberancias longitudinales en la plancha con las que se cruza la varilla o alambre y aplicando los datos de un soldeo de varillas que se cruzan ortogonalmente, ya visto.

3.5.3.

A TOPE

Este procedimiento de soldadura se aplica sin problemas a la soldadura de alambres y varillas con excelentes resultados y para materiales tanto férricos como no férricos. Capítulo III

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3.6.

SOLDEO DE TUBOS

3.6.1.

GENERALIDADES

Podemos encontrarnos con el problema de soldar tubos de sección redonda o de sección poligonal y según la forma de las piezas a obtener podemos establecer la siguiente clasificación ( ver 37-3 ).

37-3 1º) Soldadura de testa del tubo con una chapa plana. 2º) Soldadura de una generatriz del tubo con una chapa plana. 3º) Soldadura de tubos en T. 4º) Soldadura de tubos en cruz.

En ( cap.10º.10. ) se encuentran valores aplicables en estas soldaduras aunque tendrán que experimentar los que mas convienen a su fabricación debido a las importantes variaciones que pueden sufrir según sea la preparación del material, la máquina y sus necesidades. Estas soldaduras son prácticamente en su mayoría asimilables a una soldadura por resaltes o protuberancias. En ( cap. 1º ) quedó bien establecida la indispensable necesidad de aplicar en el soldeo una fuerza de forja simultánea con la corriente y con el tiempo de mantenimiento, de enfriamiento. En el soldeo de tubos es difícil o imposible cumplir totalmente esa condición en algunas zonas que se pretenden soldar. Capítulo III

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Otra particularidad que también afecta negativamente en muchos casos es el mayor recorrido que tiene que efectuar la corriente por la pieza antes de alcanzar el lugar donde se tiene que formar la lenteja, la soldadura, cuya corriente produce fuertes calentamientos en las zonas deformables próximas a la soldadura. Se tienen que soldar con máquinas que tengan un buen seguimiento por encontrarnos con desplazamientos muy superiores a los normales en los soldeos por puntos o por protuberancias. Se tienen que emplear electrodos acanalados. Los acanalados en V que aparentemente tienen mejor contacto por garantizar el de dos generatrices solo deben emplearse en el caso de tubos muy rígidos que la presión de soldadura no les produzca deformación alguna ( ver 38-3 ). Tubos con espesores inferiores a 1,2 mm. conviene evitarlos por los problemas que causa su soldadura.

38-3

3.6.2.

SOLDADURA DE TESTA SOBRE UNA CHAPA PLANA

Cuando el espesor del tubo es superior al grueso de la chapa el grueso del tubo en su sección a soldar tiene que estar “afilado” en una longitud igual al 25% del grueso del tubo ( ver 39-3 ) para formar una protuberancia anular, circular o poliédrica.

39-3 Capítulo III

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Cuando el grueso del tubo es inferior al grueso de la plancha no se debe “afilar” el tubo; pero, deben realizarse tres o mas protuberancias longitudinales en la plancha ( ver 39-3 ) que se crucen con la sección del tubo y que al soldar unirán al tubo con la chapa mediante unas lentejas que proporcionaran a la soldadura resistencia mecánica pero no estanqueidad. La corriente se le tiene que dar al tubo mediante una mordaza de cobre lo mas próxima posible a la zona a soldar la cual debe apretar en todo su perímetro al tubo con un esfuerzo igual al doble del aplicado a la soldadura, salvo que el tubo tenga un tope mecánico posterior, en cuyo caso basta que sea igual.

3.6.3.

SOLDADURA DE UNA PLANCHA PARALELA A UN TUBO

Cuando el grueso de la pared del tubo redondo es superior al de la plancha puede considerarse como una soldadura a puntos, la cual debe realizarse con tiempo muy corto para evitar la deformación del tubo y este debe estar apoyado sobre un electrodo acanalado en 180º con su diámetro. Si la pared del tubo es mas delgada que la plancha tienen que hacérsele a la plancha unas protuberancias longitudinales que al cruzarse con la generatriz del tubo pueden soldarse aplicando los principios de esa soldadura ( ver 40-3 ). El tubo tiene que estar sobre electrodos como los del caso anterior. En el caso de tubos con caras planas, cuadrados o rectangulares esta soldadura no es posible, salvo que, precariamente, se suelde en un canto del tubo donde se pueda tener aplicada toda la presión durante la soldadura.

40-3

Capítulo III

Página 35


3.6.4.

SOLDADURA DE TUBOS EN CRUZ

Con tubos cuadrados o rectangulares solo es posible cuando se sueldan entre aristas ( ver 49-1 ) y es un caso particular poco recomendable por lo complicado de los electrodos y la dificultad de que sea regular el paso de corriente por los contactos con la pieza. Con tubos redondos se sueldan usando electrodos acanalados con el diámetro del tubo y que abarquen una zona lo mas próxima posible a los 180º. La presión de soldadura que se aplica con un generoso tiempo de acercamiento deforma los tubos obligándolos a un buen contacto con la superficie de los electrodos y asimismo conforma entre los dos tubos una zona de contacto del orden de unos tres mm. de diámetro bajo presión tangencial que permite la aplicación de una elevada corriente y un tiempo corto que produce una lenteja soldada, ( ver 41-3 ) con la diferencia respecto a una soldadura por puntos sobre chapas de que esta lenteja recibe la presión de forma diferente y no tenemos electrodos enfriando el contacto con la superficie externa mas próxima a la lenteja, por lo que si la fusión llega a la superficie de las paredes del tubo en la zona donde se está formando la lenteja, ésta se vacía produciendo un fuerte chispeo que por ser en el interior del tubo puede no detectarse a simple vista. Esta particularidad es la que hace que en tubos con pared de menos de 1,2 mm. sea delicado ajustar los parámetros adecuados y sea poco recomendable el uso de este tipo de soldadura con ellos.

41-3 Capítulo III

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Como no se pueden compensar disimetrías en las resistencias que intervienen ( ver 40-3 ) los tubos deben ser del mismo espesor y del mismo material aun cuando sean de diámetro algo diferente. Una vez producida la soldadura y después de un tiempo frío de unos tres periodos puede dársele un par de impulsos de menor intensidad que calienten el resto de material y elevar fuertemente la presión para conseguir un aplastamiento de los tubos a la medida que precisemos para mejorar la resistencia a la torsión y facilitar un posible o indispensable refuerzo por soldadura al arco ( ver 42-3 ).

42-3

Se pueden conseguir soldaduras en las que la lenteja sea una corona que coincide con la zona exterior del cruce de los tubos, sin material soldado en el centro, empleando máquinas de muy veloz seguimiento, y elevada intensidad y presión. No lo aconsejamos por la irregularidad y poca fiabilidad de los resultados debido a la facilidad con que se producen “pegados” y agujeros en vez de soldaduras o soldadura con agujeros. Sea cual sea el procedimiento usado, en una parte importante de las aplicaciones con tubos soldados no es suficiente a efectos de seguridad la resistencia a la torsión de estas soldaduras y se emplea principalmente para conseguir una buena regularidad dimensional, reforzándola posteriormente con soldadura al arco. Para evitar el problema de tener que emplear soldadura al arco con sus graves problemas de su coste, de la destrucción de la protección superficial, dificultad en el pintado y aparición de posibles deformaciones, se pueden obtener unas soldadura de tubos en cruz de gran resistencia a la torsión y garantía mediante la preparación previa de los tubos a soldar ( ver 43-3 ) que permite obtener cuatro buenos puntos con la técnica del soldeo por protuberancias, incluso en tubos cromados sin prácticamente deteriorar esa protección. Capítulo III

Página 37


43-3

3.6.5.

SOLDADURA DE TUBOS EN T

Es un tipo de soldadura muy utilizado y para que se produzca una buena soldadura es indispensable que toda la sección soldada haya recibido el esfuerzo necesario, y de forma uniforme, por tratase de una soldadura por protuberancias de una protuberancia o resalte natural de forma anular. Los tubos tienen que ser del mismo grueso aunque los diámetros sean diferentes. La mordaza de sujeción de un tubo y el electrodo acanalado del otro deben cumplir lo indicado en 3.6.2 y 3.6.3. Lo mas característico de este tipo de soldadura es que no se pueden soldar tubos del mismo diámetro por la obvia imposibilidad de aplicar esfuerzo en las zonas de tangencia y por ello solo se pueden soldar en T tubos en los que uno tenga como máximo la mitad del diámetro del otro. La solución mas aplicada para soldar tubos del mismo diámetro es la de conificar el extremo a soldar hasta que tenga el diámetro apropiado ( ver 44-3 ). La presión a aplicar en la soldadura es la máxima que en frío deforme dentro de la zona elástica al tubo que recibe el empuje y el soldeo debe hacerse con el mínimo tiempo posible.

Capítulo III

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44-3

3.6.6.

A TOPE

Es un procedimiento que presenta muy pocos problemas aplicado a la soldadura de tubos en prolongación. La soldadura en ángulo está limitada por la dificultad de aplicar presión sin que se deforme el vértice exterior de la unión soldada, con el consiguiente peligro de falta de estanqueidad si es necesaria y una menor resistencia mecánica en ese punto. Solo es factible con tubos gruesos. Las máquinas que utilizan el procedimiento del “arco giratorio” tienen en estas soldaduras su mejor campo de aplicación.

3.7.

SOLDEO DE TUERCAS, TORNILLOS Y BULONES

Esta es una muy interesante aplicación de la soldadura por protuberancias y es muy necesario conocer bien sus particularidades y prácticas de ejecución para realizarla con éxito. Si tan solo se tratase de obtener una buena resistencia mecánica no seria necesario dedicarle este apartado en el manual. El problema principal es que la hemos de obtener sin que se deformen ni se ensucien por proyecciones los filetes de la rosca o las superficies de los bulones, y además, por tratarse generalmente de producciones importantes, con una regularidad en la calidad muy alta debido a lo costoso de su verificación postsoldadura y a los problemas que puede significar el que en una línea de montaje de cuando en cuando “no entre un tornillo” o quede mal sujeto, o entre torcido. Capítulo III

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45-3

3.7.1.

TUERCAS

En el mercado se pueden encontrar varios tipos de tuercas ( ver 45-3 ) correspondientes a diferentes normativas que aparte de su dimensión y paso de rosca y de que tengan o no tengan collarín de centraje ( ver 46-3 ) tienen formas cuadradas, redondas, hexagonal, rectangular, etc... Confesamos desconocer porque unas tuercas destinadas a ser soldadas y donde no se va a emplear nunca llave alguna no pueden tener formas mas sencillas y uniformes Los pasos de rosca están entre la M4 y la M16 ( en Europa ya es difícil encontrar roscas no métricas).

46-3

Cada una de estas formas pueden tener un número y unas formas de protuberancias distintos; pero, a pesar de sus diferencias no son excluyentes unas de otras. También existen una apreciable cantidad de piezas auxiliares roscadas que sin que se le llamen tuercas tienen necesidad de tratamientos similares y se pueden agrupar en este apartado ( ver 47-3 ). 3.7.1.1.

¿Cómo se sueldan las tuercas?

( cap.10º.9. ) La particularidad mas importante en la soldaduras de tuercas y a lo que se le debe prestar mas atención es al electrodo. Capítulo III

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La misión de este electrodo es centrar de forma unívoca la tuerca y además fijar su posición en los casos que lo exijan.

47-3

No hay una solución única para el electrodo a emplear y cada usuario emplea su propia solución sin que hasta ahora se haya encontrado una que por su seguridad, costo y calidad desplace a las demás. Pueden establecerse dos familias de electrodos, los que sueldan tuercas con collarín ( ver 48-3 ) las cuales se autocentran y las que por no llevarlo tienen que soldarse con un electrodo que las centre. No obstante todos los electrodos llevan centrador para asegurar su posicionamiento geométrico, perpendicularidad, y para evitar el paso de partículas.

48-3

En los diferentes electrodos ( ver 48-3 y 49-3 ) todos los centradores tiene que estar aislados pues rozan los hilos de la Capítulo III

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rosca y habría un paso de corriente que los dañaría. Estos centradores suelen fabricarse en acero tratado o en acero inoxidable. Actualmente se están empleando con éxito los centradores cerámicos, de gran dureza, superficie pulida, pero, algo frágiles y precio elevado.

49-3

Estos centradores se pueden clasificar en fijos y retráctiles. Los fijos suelen no sobrepasar la altura de la tuerca y los retráctiles la sobrepasan y son empujados por el electrodo superior cuando desciende. Estos retráctiles tienen mas longitud cilíndrica para el centraje y mas longitud cónica para facilitar la carga de la tuerca ( ver 49-3 ).

50-3 Capítulo III

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En los retráctiles se aplica la solución con muelle mecánico, con cilindro neumático o la que emplea un cojín de aire permanentemente alimentado y que permite, si se desea, una pérdida anular de aire por la superficie del centrador que ayuda a quemar o expulsar hacia el exterior las posibles proyecciones de chispas ( ver 50-3 ). La parte superior del electrodo acostumbra a ser una cápsula roscada intercambiable, que puede ser de diferentes aleaciones de cobre. ( ver 51-3 ) En máquinas automáticas o cuando se suelda mas de una tuerca simultáneamente es conveniente usar la solución que usa un centrador con retroceso a una posición inferior mediante un pequeño cilindro neumático, para facilitar la extracción o movimiento de la pieza. El electrodo superior suele ser un electrodo plano con o sin una concavidad en el centro de su superficie. La gran variedad existente en el numero de protuberancias y sus dimensiones convierte en difícil y complejo establecer unos valores óptimos para estas soldaduras. En ( cap.10º.9. ) aconsejamos valores apropiados para tuercas que quizás sean las de mayor uso; pero, es indispensable unas pruebas previas sobre la misma máquina donde se hará el trabajo. 3.7.2.

TORNILLOS Y BULONES

Como ocurre con las tuercas también se emplean una amplia variedad de tornillos que responden a diferentes normas ( ver 52-3 ) y se les puede aplicar todo lo comentado sobre las tuercas.

52-3 Capítulo III

Página 43


3.7.2.1.

¿Cómo se sueldan los tornillos?

También lo mas importante y donde se tiene que concentrar la principal atención es en el electrodo a emplear. A diferencia de la tuerca que suele cargarse siempre por gravedad en el electrodo inferior, los tornillos se cargan según el tornillo y el diseño de la pieza tanto en el electrodo inferior como en el superior ( ver 53-3 y 54-3 ).

53-3

Un factor común de estos electrodos es la necesidad de un alojamiento del vástago roscado en el interior del electrodo. Este alojamiento es necesario que esté aislado para evitar deterioros por chispeos en los hilos de la rosca. Aunque no sea indispensable aconsejamos que el interior del alojamiento en contacto ajustado con el tornillo sea de acero inoxidable no magnético y que sea este fino tubo de acero el que se aísla del electrodo, pues el contacto de la rosca del tornillo directamente con un aislante lo deteriora y crea huelgos con el uso ( ver 53-3 ). Cuando la carga del tornillo es en la parte superior debemos evitar su caída y para ello se pueden emplear varios modelos de retenedores ( ver 54-3 ).

54-3

Capítulo III

Página 44


La cápsula superior del electrodo puede ser recambiable ( ver 51-3 ) y debe ser de la aleación de cobre mas conveniente para el equilibrio térmico, especialmente en el caso de protuberancias anulares donde se precisa mas calentamiento de la chapa. Hay gran variedad en el tamaño y número de las protuberancias, todavía mas que en las tuercas.

51-3

Nos limitaremos a dar valores para un modelo y repetimos la necesidad de las pruebas en la misma máquina que deberá soldarlos. Hay otras soldaduras que utilizan el borde de un orificio como una protuberancia natural ( ver 55-3 ).

55-3 Capítulo III

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3.7.3.

PARTICULARIDADES EN ESTAS SOLDADURAS

Si las piezas a soldar tienen en su composición porcentajes de S, azufre y P, fósforo superiores al 0,045 % no son soldables y si se consigue que queden unidas es una soldadura muy frágil no aceptable. Es importante estudiar el equilibrio térmico chapa-tuerca o tornillo, ( cap.1º.1.2. y ver 11-1 ) especialmente en medidas hasta M8, pues pueden “desparramarse” las protuberancias antes de soldarse con la chapa, si ésta no ha alcanzado la temperatura de forja o fusión. Una posible solución efectiva en muchos casos es emplear en el electrodo en contacto con la chapa un material de cobre al tungsteno, el B11, el cual aporta calor a la chapa debido a su elevada resistencia eléctrica. Para este trabajo desaconsejamos el empleo de un slope de subida e incluso el empleo de máquinas de corriente continua debido al slope natural que ya tienen ( cap.4º.2.4 ), siendo suficiente el uso de máquinas monofásicas o, mejor, el de máquinas de media frecuencia rectificada tipo inverter por su elevada pendiente en el crecimiento de la intensidad de soldadura. Nuestra experiencia es que salvo en laboratorio es difícil que las cuatro protuberancias de una tuerca o tornillo queden soldadas con igual resistencia mecánica pues siempre hay una de calidad inferior. Si el elemento soldado cumple con creces las exigencias de la prueba de rotura debe aceptarse esa irregularidad. Dada la tendencia actual de emplear cada vez intensidades mas elevadas y menos tiempo en estas soldaduras es inoperante el empleo de el control en su modalidad de corriente constante. La utilización de tiempos muy cortos de soldadura, del orden de dos a tres periodos entraña siempre el problema de saber si realmente estamos soldando con la intensidad previamente regulada, pues esta es la que se estabiliza después de dos a cuatro periodos y por tanto muy probablemente habremos soldado con una intensidad inferior que depende de características muy variables. Esto explica las fuertes variaciones en los valores recomendados en distintas fuentes y que sea inevitable el ensayo previo de resultados en la misma máquina donde se vaya a realizar el trabajo. Hay instalaciones trabajando a plena satisfacción soldando dos tuercas simultáneamente en soldadura en serie ( ver 56-3). El proceso de soldar tuercas y tornillos es muy repetitivo y se presenta en muy numerosas piezas y componentes de objetos de gran consumo y por ello no se puede hablar de esta soldadura sin indicar que las prensas de soldadura se pueden equipar con unos alimentadores automáticos ( cap. 6º.9.4. ) , que simplifican el Capítulo III

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proceso de soldadura y mejoran extraordinariamente su productividad. En este caso se precisa una tensión segundaria más elevada en la máquina para asegurar el paso de los amperios necesarios.

56-3

El complejo estudio de estos alimentadores no es objeto de nuestro manual, y solo nos limitamos a aconsejar que se estudie bien por cual de los existentes en el mercado se deciden, pues los hay que van mejor para un tipo de tuercas o tornillos que para otros.

Capítulo III

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Capítulo III

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CAPITULO IV SUMARIO 4.

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA ................................3 4.1. REDES DE DISTRIBUCIÓN...........................................3 4.1.1. DE CORRIENTE ALTERNA ......................................3 4.1.2. DE CORRIENTE CONTINUA .................................... 4 4.2. TIPOS DE CORRIENTE EMPLEADOS EN LA SOLDADURA .................................................................5 4.2.1. CORRIENTE ALTERNA A LA FRECUENCIA DE LA RED ...................................................................... 6 4.2.2. CORRIENTE ALTERNA A UN TERCIO DE LA FRECUENCIA DE LA RED......................................11 4.2.3. CORRIENTE CONTINUA PROCEDENTE DE UNA RECTIFICACIÓN MONOFÁSICA............................12 4.2.4. CORRIENTE CONTINUA PROCEDENTE DE LA RECTIFICACIÓN HEXAFÁSICA.............................13 4.2.5. CORRIENTE CONTINUA PROCEDENTE DE LA RECTIFICACIÓN DE UNA CORRIENTE ALTERNA DE FRECUENCIA DE 20 O MAS VECES MAYOR QUE LA DE LA RED .................... 16 4.2.6. UN IMPULSO ÚNICO DE CORRIENTE PROCEDENTE DE LA DESCARGA SÚBITA DE UNA BATERÍA DE CONDENSADORES.................18 4.2.7. UNA CORRIENTE CONTINUA CONTROLADA DESPUES DE LA RECTIFICACIÓN .......................19 4.2.8. CORRIENTE ALTERNA A FRECUENCIA DE LA RED CON CONSUMO EQUILIBRADO SOBRE ÉSTA........................................................................20

Capítulo IV

Página 1


4.3. COSENO DE FI................................................................20 4.4. TIRISTORES SCR ...........................................................22

Capítulo IV

Página 2


4.

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA

4.1.

REDES DE DISTRIBUCIÓN

4.1.1.

DE CORRIENTE ALTERNA

Lo simple de las máquinas que la producen y especialmente lo económico y fácil que es su distribución gracias al empleo de transformadores que convierten el voltaje de la red al mas apropiado para cada uso, con muy elevado rendimiento, hace que sea este tipo de corriente el empleado por prácticamente todas las redes industriales y domésticas del mundo. En Europa las redes de baja tensión, a nivel de usuario industrial son trifásicas, tres conductores mas neutro, con una tensión entre fases de 380 Voltios y para usos domésticos e iluminación se toman los 220 voltios entre fase y neutro ( ver 1-4 ).

1-4

Nunca confundir el “neutro ”el cual incluso puede no estar instalado en la red trifásica, con el conductor de “tierra“ siempre señalizado con unos llamativos colores amarillo-verde. La frecuencia es de 50 Periodos ( hertzios, ciclos ). Se distribuye desde los centros de producción mediante redes con voltajes que varían desde los 440.000 Voltios hasta los 6.000 Voltios en centros de distribución urbanos. Capítulo IV

Página 3


En América la frecuencia es de 60 Hertzios y las tensión de 440 Voltios entre fases, pero hay otras posibilidades por lo que es mas indispensable al adquirir la máquina especificar bien las características de la red donde debe conectarse. Las máquinas suelen estar preparadas para poder trabajar sin problemas con una tensión de red un 5% superior a la nominal. Todas las máquinas de soldar funcionan sobre redes de corriente alterna.

4.1.2.

DE CORRIENTE CONTINUA

Muchos años atrás se empleó en redes de distribución, pero actualmente ya no se usa y a diferencia de la alterna, su tensión es constante en todos los instantes y la única resistencia que le afecta es la resistencia pura de los materiales por donde circula; pero, para nosotros no es exactamente así debido a como generamos esa corriente continua ( ver 2-4 ).

2-4

Por sus variaciones y ondulación, esas corrientes continuas que producimos procedentes de corrientes alternas rectificadas no se comportan exactamente como una corriente continua perfecta desde el mismo instante de la conexión, variando también el número de milisegundos que necesita para alcanzar su valor eficaz según el sistema empleado para generar y aplicar esa corriente continua.

Capítulo IV

Página 4


4.2.

TIPOS DE CORRIENTES EMPLEADOS EN LA SOLDADURA

Cuando nos refiramos a las diferentes tipos de corriente que se usan para soldar nos referiremos siempre a la corriente que llega a los electrodos de soldadura que habrá sido debidamente modificada por la misma máquina para que se adapte a las prestaciones deseadas. La energía para producir el calentamiento necesario para la soldadura por resistencia hemos visto que se produce al pasar unos amperios durante un tiempo a través de la resistencia que existe en el punto a soldar. En ( ver 3-4 ) se nos muestra un circuito de máquina clásica, y en el podemos ver que para que llegue la corriente al punto de soldadura debe recorrer unos caminos y vencer su resistencia o su impedancia. Las características de esas resistencias dependen de máquinas que se usan y de los trabajos que se realizan y para cubrir bien todas las necesidades puede ser necesario emplear diferentes tipos de corriente, incluso para un mismo trabajo.

3-4

Tiene diferentes necesidades un trabajo de soldadura que precise por ejemplo 30.000 A. si se puede hacer con un escote de maquina de 300 mm. que el mismo trabajo con un escote de 800 mm. y también es muy diferente el ciclo térmico en la realización de un punto cuando necesitamos realizarlo en un tiempo de 0,02 s. que cuando lo podemos hacer en un tiempo de 0,4 s., veinte veces mayor. También pueden ser diferentes las soluciones aplicadas según se disponga de una red de alimentación muy potente o tengamos dificultades en conseguir elevadas potencias de nuestra red. Capítulo IV

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4.2.1.

CORRIENTE ALTERNA A LA FRECUENCIA DE LA RED

Proviene de un transformador con el que esta equipado la máquina y que se conecta sobre dos conductores de la red trifásica de alimentación ( ver 4-4 )

4-4

A pesar de lo obvio que resulta para un técnico queremos recordar que el consumo entre dos conductores de una red trifásica es un consumo monofásico, debiendo desterrarse la palabra bifásico, la cual responde a un sistema que aunque teóricamente existe no tenemos noticias de que se emplee en parte alguna. El estudio teórico de lo que es una corriente alterna no es objeto de este manual y se puede encontrar en muchos libros de física. Adjuntamos un diagrama ( ver 5-4 ) y solo tocaremos aquellos puntos de indispensable entendimiento para comprender determinados aspectos de la soldadura. Pueden observar que todos los valores instantáneos en una corriente alterna están en permanente variación durante un periodo y que eso se repite 50 ó 60 veces por segundo y por ello uno de los valores importantes son la tensión, (Vrms). o intensidad (Irms). eficaces las cuales son las que generan igual cantidad de calor sobre una resistencia pura que una corriente continua del mismo valor. Capítulo IV

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Podemos observar que estos valores eficaces son inferiores en aproximadamente un 30 % a los máximos cuando la onda de tensión e intensidad son perfectamente senoidales; pero, en el caso de la soldadura por resistencia raramente es así, pues el interruptor electrónico con SCRs y el coseno de fi, factor de potencia de la máquina, ya introducen un recorte en el paso de la corriente de cada periodo.

5-4

Además, para regular la potencia recortamos el tiempo de paso de corriente durante el periodo ( ver 6-4 ) por lo que nos encontramos con una diferencia mayor entre la puntas de máxima corriente y tensión y las eficaces.

6-4 Capítulo IV

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Por tanto con una aportación de calor muy irregular a lo largo del tiempo de soldadura ( ver 7-4 ) por lo cual es muy conveniente ( ver 15-4 ) emplear el regulador del control cerca de su máximo y el transformador en un punto de regulación bajo cuando la máquina dispone de esta facilidad.

7-4 En el caso de soldaduras con tiempo muy corto e intensidades elevadas como es el caso del aluminio esta irregularidad adquiere gran importancia y, en todos los casos, esas puntas de corriente “innecesarias” desgastan mas la cara útil del electrodo y afectan a la soldadura provocando expulsiones de material o grietas en el material fundido y solidificado. Otro aspecto importante a conocer es la” impedancia” de los circuitos al paso de una corriente alterna debido a las muy elevadas intensidades y bajos voltajes que se emplean en la soldadura. Es fácil de comprender lo que es una resistencia al paso de una corriente mediante un símil hidráulico ( ver 8-4 ); pero, los circuitos eléctricos, además de tener esa resistencia pura que afecta al paso de cualquier corriente, tienen otra resistencia que solo lo es para corrientes alternas, que se le llama “reactancia” y se simboliza con una X, que no es tan fácil de comprender si no se tienen estudios de electricidad, no de muy alto nivel pero si bien “asentados”, y que no depende de las secciones de cobre de los conductores sino que depende del área interior que abarca el Capítulo IV

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circuito por donde circula la corriente y de las masas de material magnético dentro o próximas a ese circuito.

8-4 Como las características mecánicas de la máquina o el trabajo a realizar exigen unas dimensiones determinadas es difícil disminuir los valores de esa reactancia, aunque le dediquemos la atención que se merece. Esa “reactancia”, que también se mide en ohmios se suma a la resistencia a 90º, y no genera calor alguno. La suma tal como se indica ( ver 9-4 ) de la resistencia ”pura” y la reactancia nos da la “impedancia”, la cual es la resistencia de ese circuito al paso de una corriente alterna.

9-4 Capítulo IV

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La potencia, la energía que absorbe esta resistencia llamada reactancia es llamada energía o potencia reactiva, no produce calor alguno y no hace funcionar un contador normal pero aumenta la demanda de amperios de la red que alimenta la máquina lo que obliga a aumentar la sección de las redes de alimentación, aumenta sus pérdidas y obliga a dimensionar mas los transformadores de distribución y de la máquina. Una idea de la importancia de esa reactancia al paso de un corriente alterna se ve reflejada en las curvas ( ver 10-4 y 11-4 ) en las que se ve la disminución de corriente obtenible por la influencia del área abarcada y que el introducir una sección de hierro la puede hacer disminuir en otro 5%, valor que puede alcanzar hasta un 10 o 15% en casos con especial incidencia de ese problema.

10-4

En ( ver 3-4 ) se observa en una máquina imaginaria que al doblar la superficie abarcada por los brazos y porta-electrodos hasta el frontal de la máquina queda disminuida la intensidad que podemos obtener en aproximadamente un 50%. El uso para soldar de corriente alterna a frecuencia de la red tiene: - Ventajas Económico y simple. - Inconvenientes Problemas con la red para grandes potencias. Muy fuertes variaciones de intensidad y calor en las soldaduras que tengamos que realizar con tiempos muy cortos. - Uso Muy generalizado sobre todo para la soldadura de aleaciones férricas con potencias medianas y pequeñas en la industria en general. Capítulo IV

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11-4 4.2.2.

CORRIENTE ALTERNA A UN TERCIO DE LA FRECUENCIA DE LA RED

Proviene de un transformador conectado a los tres conductores de la red trifásica y alimentado a través de un circuito electrónico especial ( ver 12-4 ). Este sistema era muy usado antes de que llegaran al mercado los diodos rectificadores de poco volumen para grandes intensidades. - Ventajas

En la soldadura de aluminio grueso uniformiza el desgaste de los electrodos superior e inferior y reduce el fenómeno de rectificación por oxido de aluminio y las fuertes variaciones de intensidad de los periodos de mayor frecuencia. - Inconvenientes Es muy costoso y con muy poca oferta en el mercado. - Uso Casi solo se emplea en aeronáutica para soldar aluminio, y ahora está competencia con los sistemas vistos en 4.2.4. y 4.2.5. Capítulo IV

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12-4

4.2.3.

CORRIENTE CONTINUA PROCEDENTE DE UNA RECTIFICACIÓN MONOFÁSICA

La salida de un transformador conectado a dos conductores de la red trifásica ( ver 13-4 ) se rectifica mediante diodos.

13-4

- Ventajas

Necesita menos kVA de red. Las variaciones de intensidad durante la soldadura son mas atenuadas que en el caso de 4.2.1. por la reactancia del circuito eléctrico. Permite trabajar con brazos largos al afectarle poco la reactancia del circuito. - Inconvenientes Consumo monofásico. No conveniente para grandes potencias. Capítulo IV

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- Uso

En algunos tipos de pinzas suspendidas y maquinas estáticas pequeñas.

Prácticamente no se emplea por ser sus ventajas, inconvenientes y precio un intermedio no muy apreciado de las otras soluciones.

4.2.4.

CORRIENTE CONTINUA PROCEDENTE DE LA RECTIFICACIÓN HEXAFÁSICA

Se obtiene por la rectificación mediante diodos de la salida hexafásica de tres transformadores conectados a los tres conductores de la red trifásica ( ver 14-4 )

14-4

La corriente continua producida tiene una ligera ondulación pero esta pequeña diferencia entre el máximo y el mínimo valor de la corriente solo se hace notar cuando se trabaja con el control de potencia recortando mucho la onda por lo que es recomendable trabajar con la regulación del transformador en una toma con la menor tensión posible y con el regulador de potencia cerca del máximo como se aconseja también para las máquinas que sueldan con corriente alterna monofásica ( ver 15-4 ). A este tipo de corriente no le afecta la reactancia, solo la resistencia pura, por lo que necesitamos menos tensión para obtener la misma corriente de soldadura. La ausencia de “picos” del suministro de la corriente por su poca ondulación y esa menor tensión necesaria para que pase la Capítulo IV

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corriente conduce, y la experiencia lo confirma, a que además de obtener una mayor duración de los electrodos, se pueda soldar con niveles de corriente o tiempo algo inferiores a los recomendados para la corriente alterna obteniendo los mismos resultados y con un notable descenso del riesgo de expulsión de material fundido y mayor vida de los electrodos.

15-4

Debe observarse que la corriente producida tiene una pendiente de incremento natural y no reducible ( ver 16-4 ) que en determinados casos puede perjudicar el proceso de soldadura ( cap. 3º.7.1. ) . En la conexión a la red de estas máquinas es indispensable respetar el orden de conexión de las fases que habrá indicado el fabricante para evitar un consumo de la red desequilibrado y una menor potencia máxima. Capítulo IV

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16-4 Capítulo IV

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- Ventajas

Permite obtener grandes intensidades de soldadura con un consumo de amperios equilibrado sobre las tres fases de la red y del orden del 50% del de las opciones 4.2.1. y 4.2.3. Permite trabajar con grandes escotes o útiles voluminosos. La calidad de soldadura y la vida de los electrodos es superior a las opciones 4.2.1. y 4.2.3. - Inconvenientes Su precio es mas elevado. - Uso Se usa en prensas y máquinas estáticas con potencias a partir de 100 kVA o en pinzas suspendidas sin transformador integrado. 4.2.5.

CORRIENTE CONTINUA PROCEDENTE DE LA RECTIFICACIÓN DE UNA CORRIENTE ALTERNA DE FRECUENCIA DE 20 O MAS VECES MAYOR QUE LA DE LA RED

Al procedimiento que emplea este tipo de corriente se le acostumbra a llamar “media frecuencia” o “inverter”. Se obtiene rectificando la salida de un transformador alimentado por un equipo electrónico multiplicador de frecuencia conectado a los tres conductores de la red ( ver 17-4 ). El consumo sobre la red está perfectamente equilibrado sobre las tres fases y esa frecuencia de 1000 ó más periodos permite reducir de forma importante el tamaño y el peso de los transformadores.

17-4 Capítulo IV

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Debido a la elevada frecuencia de la corriente que se rectifica la ondulación de la corriente continua obtenida es prácticamente nula y no hay oscilaciones en la aportación de energía, lo cual es una importante ventaja para el electrodo y el proceso de formación de la lenteja. El control de soldadura es similar al empleado para alimentaciones de los transformadores a frecuencia normal, pero por actuar sobre una frecuencia mas elevada se regula en ms. en vez de en periodos. El tiempo mínimo normal en un control normal a 50 periodos de la red es de 1 periodo, o sea 20 ms. y es dudosamente operativo y en estos controles se puede regular a partir de 1 ms. El valor de la intensidad de trabajo estable se puede obtener con una pendiente mínima de 5 ms. ( ver 18-4 ), no conseguible con los procedimientos anteriormente descritos.

18-4

- Ventajas

Su consumo perfectamente equilibrado sobre la red trifásica y del orden del 60% del de una monofásica ( cap. 4º.2.1. ). Su pendiente de subida y su ondulación de la corriente de soldadura muy reducidas permite soldar con elevadas intensidades y tiempos inferiores al hertzio de la red. Permite obtener soldaduras de muy buena calidad con cualquier tipo de material soldable. El consumo de electrodos es inferior y los tiempos de soldadura algo mas cortos. - Inconvenientes Su precio mas elevado.

Capítulo IV

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- Uso

Optimo para el aluminio y muy ventajoso para el soldeo de galvanizados. Aplicado el sistema en las pistolas de soldadura con transformador incorporado o en pinzas para robot, se consiguen importantes reducciones en el peso a manejar y permite la soldadura con brazos muy largos, o fuertes intensidades. Soldando láminas electrocincadas se pueden obtener duraciones del electrodo un 250% superiores a los que se obtienen con una pistola convencional

4.2.6.

UN IMPULSO ÚNICO DE CORRIENTE PROCEDENTE DE LA DESCARGA SÚBITA DE UNA BATERÍA DE CONDENSADORES

Un sistema electrónico carga una batería de condensadores a la tensión, regulable, que se precisa para obtener la energía necesaria en la soldadura. El consumo es equilibrado sobre las tres fases de la red. La descarga súbita genera un impulso único de gran energía y de una duración de muy pocos milisegundos ( ver 19-4 ).

19-4 Capítulo IV

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- Ventajas

Permite la soldadura de grandes o pequeñas secciones sin que el calor afecte a zonas vecinas a la soldadura por la forma y corta duración de la energía suministrada. Se pueden efectuar soldaduras importantes en cuanto a sección soldada y calidad con una potencia instalada muy pequeña. Se pueden soldar piezas con fuertes desequilibrios de masas o sección. Permite soldadura de aceros de alta aleación o materiales de elevada conductibilidad. Se evitan deformaciones por la poca propagación de calor. - Inconvenientes Su elevado precio y su capacidad de producción horaria.

4.2.7.

UNA CORRIENTE CONTINUA CONTROLADA DESPUÉS DE LA RECTIFICACIÓN

La corriente continua se genera con un rectificador hexafásico convencional y esa corriente es la que circula por la soldadura, la que suelda; pero controlándose ya en el circuito de soldadura, por medio de transistores, al no poderse aplicar SCRs solo aptos para controlar corrientes alternas ( ver 20-4 ).

20-4 Capítulo IV

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- Ventajas

La pendiente de subida o tiempo que tarda en alcanzar su valor eficaz es prácticamente nulo, inferior al de los otros sistemas, con lo que es posible realizar soldaduras en tiempos muy cortos, hasta de solo 1ms. - Inconvenientes La actual tecnología en transistores limitan la intensidad controlable y para tiempos muy cortos a intensidades de unos 3000 A. - Uso En máquinas de micro-soldadura.

4.2.8.

CORRIENTE ALTERNA A FRECUENCIA DE LA RED CON CONSUMO EQUILIBRADO SOBRE ÉSTA

Las máquinas con este tipo de corriente y alimentación empiezan a ser operativas y esta justificada su creación por la necesidad de conseguir máquinas con consumo equilibrado sobre la red menos costosas que las de corriente rectificada o los inverters. Con estas máquinas se evita la disimetría del comportamiento de las caras activas de los electrodos con polo positivo o negativo cuando se suelda con corriente continua, en materiales como el aluminio o el tungsteno. Un equipo electrónico convierte la corriente trifásica en monofásica a la frecuencia de la red o a otra cercana y alimenta una máquina monofásica con un solo transformador. ___________________ Ninguno de los sistemas de corriente usados ha sustituido totalmente a los otros, con sus ventajas y sus inconvenientes, el principal de los cuales es el mayor costo y complejidad de las mejores soluciones. Afortunadamente la fiabilidad y los costos de estas mejores soluciones cada vez son mas asequibles por el considerable ahorro que puede significar el necesitar menos red eléctrica y tener que suspender o manejar pesos mas reducidos.

4.3. COSENO DE Φ (FI)

Es necesario dedicarle un corto espacio a este valor, misterioso para los mecánicos, pero que es preciso conocer para evitar algún posible problema cuando se modifica el escote de la máquina o se sustituye el control electrónico. Todas las máquinas alimentadas con corriente alterna que tienen circuitos inductivos o magnéticos, o sea todas salvo las estufas u hornos, tienen su coseno de ϕ propio que depende de su Capítulo IV

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reactancia interna que es la que origina un retardo de la intensidad respecto a la tensión. En las máquinas de soldar por resistencia nos encontramos con que una misma máquina con diferentes escotes tiene cos ϕ diferentes y que el mismo usuario al adaptar la máquina a su trabajo lo modifica. El coseno de ϕ es el coseno del ángulo de ese retardo de la intensidad respecto a la tensión ( ver 21-4 ) y ese espacio perdido no nos permite el aprovechar íntegramente toda la onda, o sea, el encendido de los SCRs tiene que ser posterior en esa magnitud y de no hacerlo así se averiarían, y por tanto para obtener la mayor potencia, o sea, el mayor ángulo de conducción con el control, se precisa una adaptación de la máquina con el control.

21-4

En el caso de máquina nuevas no existe problema alguno pues vienen ajustadas de fábrica; pero, cuando a una máquina antigua se le quiere aplicar un nuevo control se tienen que seguir las instrucciones del fabricante de éste para proceder a su ajuste a fin de obtener el mejor rendimiento de ella y, en el peor de los casos evitar que se averíe por iniciar su conducción un tiristor del SCR cuando todavía conduce el opuesto o por exceso de consumo desequilibrado en las ondas positivas y negativas que saturen el núcleo. Como orientación podemos suponer que una máquina de soldar por puntos con brazos cortos, de 300 mm., tiene un coseno de ϕ de 0,85, y si los brazos son de 600, de 0,7 y que una prensa con escote de 250mm. lo tiene de 0,7 y será 0,5 con escote de 500mm.

Capítulo IV

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4.4. TIRISTORES SCR

Lo que los usuarios y técnicos de soldadura necesitan saber sobre los SCR que equipan sus máquinas es el como elegirlos, mantenerlos y sustituirlos; pero, no obstante damos una muy breve explicación sobre ellos para que puedan realizar estos trabajos con conocimiento de causa. Los SCR son simplemente un contactor o interruptor en la máquina que da y quita el paso de la corriente por el transformador y que permite, gobernado por un control electrónico, hacerlo de forma muy precisa y medida. Todavía existen en la industria máquinas en las cuales esa labor se efectúa con contactores electromecánicos, sistema no autorizado por las normas CE pero que puede perdurar todavía para máquinas de la gama mas baja, o con ignitrones, los cuales casi han desaparecido para este uso muy rápidamente desplazados por las mucho mejores prestaciones técnicas y precios de los SCR. Los SCR (acrónimo de Solid Contact Relé ) están compuestos por dos tiristores (palabra derivada de la griega puerta) trabajando en antiparalelo y los soldadores ya los compramos y recibimos debidamente montados, con sus protecciones, conexiones y su refrigerador, formando un bloque compacto fácilmente sustituible y manejable por otro que sea de sus mismas características eléctricas y dimensionales. 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 conductor y ya no se puede interrumpir ese paso de corriente hasta que ésta 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 ( ver 21-4 ) 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 ajustes de la máquina y sus controles. La muy elevada precisión en el encendido permite regular el punto de la onda en que queremos que se produzca con lo que podemos regular muy finamente la energía, la corriente, que pasa en cada semiperiodo de la corriente alterna, incluso a las frecuencias elevadas con que trabajan los sistemas “inverter”. El saber como calcular el SCR necesario para una máquina de soldar es muy complejo y solo para buenos especialistas en esos productos por existir tensiones inversas, calentamiento con trabajo Capítulo IV

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intermitente, ondas recortadas y otras variables en un elemento con cortos tiempos de integración térmicos. Para conocer el tipo y capacidad de un SCR adecuado una máquina, en principio debe consultarse con el fabricante de la misma para que nos indique sus características; pero, de no obtener ese dato aconsejamos seleccionar un SCR que permita el paso en servicio continuo de una intensidad eficaz, Itrms en sus catálogos, igual a la Potencia Máxima de Soldadura ( cap. 8º.4.1.3. ) dividida por el voltaje de la red de alimentación, o sea, la Ipm. La tensión inversa del SCR tiene que ser de al menos 1200 V. cuando la red es de 380 V. y de 1600 V. si la red es de 440 o 500 V. Debe elegirse a ser posible un modelo intercambiable con el averiado, o fácil de instalar si no es una simple sustitución. Un SCR no tiene desgaste alguno y no tiene motivos para averiarse, destruirse pues es irrecuperable, si está debidamente elegido. Sus averías pueden provenir de un fallo en la refrigeración o en el termostato de seguridad, o una avería en el sistema de encendido o en el control que no haya proporcionado un encendido perfectamente simétrico a los dos tiristores que lo componen. Su destrucción es instantánea, no avisa con síntoma alguno. Hacemos notar que en el caso que el SCR se quede “seco“ el termostato de protección puede actuar demasiado tarde y no evitar la avería. En el caso de querer equipar con SCR una máquina que haya estado funcionando con ignitrones es muy importante conocer la tensión que admite el primario de su transformador en su punto de máxima potencia por cuanto los ignitrones tienen una caída de tensión interna de unos 20 a 30 voltios y en algunas máquinas los transformadores se calculaban teniendo en cuenta esa caída de tensión y no admitían ser alimentados a la tensión nominal de le red. En ( cap. 5º.5.) pueden ampliar el conocimiento sobre la función de los SCR.

Capítulo IV

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Capítulo IV

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CAPITULO V SUMARIO 5.

CONTROL ELECTRÓNICO PARA EL SOLDEO...............3 5.1. INTRODUCCIÓN ............................................................3 5.1.1. DEFINICIONES .........................................................3 5.1.2. GENERALIDADES ....................................................4 5.2. CONTROL BÁSICO ....................................................... 4 5.3. CICLO ÚNICO SIMPLE..................................................6 5.4. FUNCIONES Y SECUENCIAS....................................... 6 5.4.1. SECUENCIA MUESTRA ...........................................7 5.4.2. OTRAS FUNCIONES OPERATIVAS ......................11 5.4.3. FUNCIONES INFORMATIVAS................................13 5.4.4. FUNCIONES DE VIGILANCIA ................................ 14 5.4.5. FUNCIONES DE AYUDA PARA LA CORRECTA INSTALACIÓN DEL PROPIO CONTROL ...............14 5.5. REGULACIÓN, CONTROL Y MEDICIÓN DE LA CORRIENTE DE SOLDEO...........................................15 5.5.1. RETARDO DE PRIMERA INSERCIÓN...................17 5.5.2. MEDICIÓN DE LA CORRIENTE ............................. 18

Capítulo V

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5.6. TIPOS DE CONTROLES..............................................19 5.6.1. CONTROLES CONVENCIONALES CON AUTO VIGILANCIA.............................................................20 5.6.1.1. Límite mínimo de corriente........................21 5.6.1.2. Límite máximo de corriente .......................21 5.6.1.3. Límite mínimo del ángulo de conducción..21 5.6.1.4. Límite máximo del ángulo de conducción . 21 5.6.1.5. Bloqueo por soldaduras defectuosas........22 5.6.1.6. Número de soldaduras ..............................22 5.6.1.7. Multiprogramas..........................................22 5.6.1.8. Límites de presión o de esfuerzo ..............23 5.6.2. CONTROLES FUNCIONANDO A CORRIENTE CONSTANTE...........................................................23 5.6.2.1. Seguridad en la calidad obtenida ..............24 5.6.2.2. Incrementos automáticos de corriente ......24 5.6.3. AUTORREGULABLES SEGÚN INFORMACIÓN DEL PUNTO CUANDO SE ESTÁ PRODUCIENDO27 5.6.3.1. Funcionamiento a variación negativa de la resistencia .................................................28 5.6.3.2. Funcionamiento a energía constante........32 5.6.4. VARIACIÓN AUTOMÁTICA DEL ESFUERZO APLICADO A LA SOLDADURA ..............................33 5.7. CONTROLES PARA EQUIPOS DE MEDIA FRECUENCIA ”INVERTERS” .....................................34 5.8. CONEXIÓN DEL CONTROL CON LA MÁQUINA.......34 5.9. SEGURO DE TIERRA ..................................................37

Capítulo V

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5.

CONTROL ELECTRÓNICO PARA EL SOLDEO

5.1.

INTRODUCCIÓN

Antes de explicar lo que estas palabras significan queremos hacer especial hincapié en lo indispensable que es conocer bien los controles que equipan o queremos que equipen nuestras máquinas para obtener de ellas el máximo rendimiento y calidad posibles. No es preciso conocer su funcionamiento interno, en el que intervienen técnicas muy alejadas de las usadas por los soldadores, pero si que es necesario dominar su programación sabiendo las funciones que cumple y para que sirven sus muy numerosas variables. Podemos decir que si el transformador es el corazón de la máquina, el control es el cerebro.

5.1.1.

DEFINICIONES

Es un dispositivo electrónico encargado de controlar los órganos de la máquina 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 presiones. A esta dosificación o regulación de tiempos se le llama también “temporización”, 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 una SECUENCIA. De aquí viene el nombre de “secuenciador” con el que también se conoce a los controles de soldadura. Para un determinado tipo de trabajo se le debe aplicar a cada función su valor correspondiente y a estos valores variables se les llama PARAMETROS, los cuales permanecen constantes en esa determinada secuencia que conforma un CICLO DE TRABAJO al que comunmente se le llama Programa que en los equipos multiprograma está identificado con un número de orden. Capítulo V

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5.1.2.

GENERALIDADES

Hay muchos tipos y modelos de controles de soldadura, con mas o menos funciones y con modalidades distintas para la regulación de la corriente de soldadura. Hay controles muy sencillos y los hay mas complejos que se utilizan para la obtener mayor calidad y fiabilidad en las soldaduras. Salvo en los controles para las máquinas mas simples los controles son multiprograma y tienen la posibilidad de ser cargados con datos distintos e independientes una cantidad de programas cuyo número oscila entre los 16 y los 200. Esta gran cantidad de programas permite que cada punto que se suelde en una pieza o en una máquina automática, aunque sea muy similar a los otros puntos, tenga su programa único que se adapte a sus particularidades y que sea fácilmente controlable de forma independiente. En determinadas máquinas especiales, y principalmente en máquinas transfert, 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 trasmiten toda la información del trabajo que ejecutan y desde las cuales se les pueden modificar sus parámetros de funcionamiento. El conocimiento y uso de esos controles precisa de una fabricación que disponga de un departamento de ingeniería de buen nivel y muy especializado para colaborar con los ingenieros de soldadura. Esos controles, desde el solo punto de vista de la soldadura no tienen nada importante que no este descrito en este capítulo. Mas adelante expondremos los controles más usuales, pero, a continuación exponemos el “control básico” cuyas funciones son las mínimas precisas para realizar una correcta soldadura en una máquina de accionamiento neumático. Toda máquina de soldadura a puntos debe estar dotada como mínimo con el control básico. El nombre de las funciones lo damos también en inglés por ser el único idioma común en las carátulas de los diversos fabricantes de controles.

5.2.

CONTROL BÁSICO

Es un control que dispone de una regulación de corriente y de una secuencia de 4 funciones ( ver 1-5 ). Capítulo V

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1-5

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 apretándolas con la fuerza necesaria antes de que circule 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 esta función se programa la corriente que circulará y formará el punto de soldadura. (15) Tiempo de Mantenimiento (Hold Time) Corresponde al tiempo en 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 de “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 una sucesión de puntos el operario se limita a desplazar la pieza a soldar

Capítulo V

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5.3.

CICLO UNICO SIMPLE

Existen en el mercado máquinas simples de accionamiento neumático en donde los tiempos de acercamiento y mantenimiento son fijos. En máquinas de accionamiento mecánico humano ( pinzas portátiles manuales y máquinas 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 máquinas solo regulan el tiempo y la corriente de soldadura, o, solamente el tiempo.

5.4.

FUNCIONES Y SECUENCIAS

Observamos que en el control básico ( ver 1-5 ) aparece una SECUENCIA con 5 funciones en total, los 4 de tiempo; acercamiento, soldadura, mantenimiento y pausa y además otro de regulación de la corriente de soldadura. En ( ver 2, 3, 4-5 ) se indican otras tres secuencias bastante usadas, pero hay secuencias con mas funciones las cuales determinan ciclos de trabajo mas complejos que son empleados en controles donde se busca una mayor calidad y fiabilidad del punto de soldadura.

2-5

3-5 Capítulo V

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4-5

5.4.1.

SECUENCIA MUESTRA

A continuación exponemos un ciclo de trabajo con una secuencia “muestra” ( ver 5-5 ) que relaciona las funciones comúnmente mas empleados. Hacemos notar que esta secuencia muestra todas las funciones pero no todos los controles disponen de estas funciones y difícilmente podría darse en la realidad una secuencia para un ciclo de trabajo que precise todas ellas. El ciclo de trabajo lo ejecuta la máquina 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 emplea es el "periodo" (o ciclo) de la corriente alterna. 1 periodo = 20 ms, corresponde a 0,02 s. ( 20 milisegundos ) para la frecuencia de red de 50Hz 1 periodo = 16,6 ms, corresponde a 0,0166 s.( 16,6 milisegundos ) cuando la red es de 60Hz 01.

1° Acercamiento (Squeeze 1) El tiempo del primer acercamiento representa el intervalo de tiempo entre la señal del inicio de ciclo y por lo tanto del inicio del descenso del electrodo y la señal para el acercamiento (02). El valor introducido debe ser lo suficientemente largo para permitir que los electrodos alcancen la pieza a soldar.

02.

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

Capítulo V

Página 7


5 5

Capítulo V

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Hacemos notar que estos dos acercamientos se reducen a uno solo en muchas máquinas, pues para disponer de los dos acercamientos se precisa un ciclo de presión más complejo incluyendo otra electroválvula ( cap. 6º.5.3 ) . Generalmente si se interrumpe la señal de inicio de ciclo durante el tiempo del 1º 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 circulará una corriente de precalentamiento cuyo valor esté seleccionado 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 hacen entre si un buen contacto.

05.

Tiempo frío (Cold 1) Es un tiempo sin corriente. Corresponde 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 mínima de la máquina 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 activado 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 precisión de medio periodo.

08.

Corriente de soldadura (Current) Esta función programa la intensidad de la corriente con que se ejecutará la soldadura.

09.

Número de impulsos (N.Impulse) Esta función permite fijar el número de impulsos (caliente + frío) con los que se ejecutará una soldadura por impulsos.

Capítulo V

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10.

Tiempo frío 2 (Cold 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 el cual la corriente disminuye desde el valor inicial hasta el valor final de corriente. El valor inicial de esta pendiente es siempre igual a la corriente programada en la función 08 mientras 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 postcalentamiento. Cuando no se activa la post-soldadura este tiempo no se ejecuta.

13.

Tiempo de postcalentamiento (Post-heat) Regula la duración de un paso de corriente que puede ejecutarse después de la soldadura para conseguir un ciclo térmico apropiado a las características del material soldado.

14.

Corriente de postcalentamiento (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 ésta 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 ciclo repetitivo o automático.

Capítulo V

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

GAMA DE VALORES DE LAS DISTINTAS FUNCIONES

5.4.2.

OTRAS FUNCIONES OPERATIVAS

Hay controles que disponen de unas funciones complementarias a algunas de las funciones antes indicadas que permiten asegurar o mejorar la regularidad en sus prestaciones. A continuación enumeramos las funciones más comúnmente empleadas: 21.

Incrementos de corriente Esta función permite programar unos incrementos de corriente cada determinado número de soldaduras efectuadas ( 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 6-5

Capítulo V

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mantener constante la relación diámetro/intensidad ( ver 6-5 ). La utilización de esta función está particularmente indicada cuando se utiliza el control en modalidad de corriente constante, pero también es aconsejable emplearla en la modalidad de porcentajes de potencia ( cap.5º.6.3.2 ) . 22.

Compensación de caidas de tensión en la red de alimentación. Las variaciones de la tensión de red provocan una alteración proporcional de la corriente de soldadura y por 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 secundaria. La función de garantía de corriente secundaria se utiliza para facilitar la soldadura de chapas y varillas con trazas de óxido o suciedad. La oxidación y suciedad 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, alcanzado el límite 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.

24.

Mando con solo presión. ( Función “No suelda” ) Permite realizar toda la secuencia y movimientos sin corriente para la comprobación de útiles y presentaciones de piezas. Con la utilización de un pulsador o un doble estadio suplementario en el pedal de la máquina se puedan realizar los ciclos de movimiento y esfuerzo sin corriente, para comprobar el correcto posicionamiento de los electrodos sobre la pieza.

25.

Doble carrera de acercamiento. Esta función se usa cuando el circuito neumático de la máquina lo permite.

Capítulo V

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Al abrir los brazos 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.

5.4.3.

FUNCIONES INFORMATIVAS

Estas funciones aún cuando no intervienen propiamente en el ciclo de soldadura, tienen por misión informar sobre determinados valores o hechos acaecidos durante el soldeo facilitando al operador la toma de decisiones. Los controles pueden llevarlas incorporadas o permitir comunicación con PCs. para suministrarlas después de cada soldadura o cuando se le soliciten las siguientes informaciones 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32.

El valor de la corriente de la última soldadura. El ángulo de conducción de la corriente de la última soldadura. El tiempo de soldadura. El programa de soldadura utilizado. La presión suministrada o la fuerza aplicada. El número de soldaduras efectuadas a partir de la última puesta a cero, ( reset ) del control. Todos los datos de la secuencia de soldadura conectándolos a un PC.

Estas funciones permiten conocer datos de aquellos puntos que deseemos, como el número del programa empleado, corriente de soldadura con que se ha soldado, tiempo de soldadura, si ha actuado alguna vigilancia, etc... en resumen, podemos obtener toda la información que pueda solicitar un control estadístico de la calidad de la soldadura y de los parámetros que intervienen en ella. También pueden obtenerse, si se dispone del soft apropiado, los gráficos correspondientes con los valores de puntos predeterminados. No describimos las funciones que puede llevar el control para comunicar esas funciones informativas y las que componen su secuencia por pertenecer mas a un proceso de automatismo que a uno de soldadura y corresponder este campo a otro tipo de especialistas que no necesitan conocer la soldadura propiamente dicha. Podemos enumerar el empleo de algún Interfaz para comunicarse de Buses de Campo como el Profibus, DeviceNet, InterBus, la Capítulo V

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conexión serie a un puerto de PC para utilizar la red Ethernet, etc... y es seguro que en pocos meses esta enumeración quedara corta y será superada.

5.4.4.

FUNCIONES DE VIGILANCIA

Estas funciones informan inmediatamente después de cada operación de soldeo si algún valor se ha apartado de los límites preesatablecidos. Algunos controles incluyen entre estas funciones avisos sobre elementos de la máquina no relacionados con el ciclo de soldadura tales como actuaciones de termostatos, caudalímetros, presostatos, u otras seguridades que contenga la máquina.

5.4.5.

FUNCIONES DE AYUDA PARA LA CORRECTA INSTALACIÓN DEL PROPIO CONTROL

Estas funciones son indispensables para el integrador o instalador del control sea en una máquina nueva o en una ya existente a la que se le quiera instalar un nuevo control. El usuario que recibe una máquina de un suministrador competente la recibe ya en condiciones y no necesita acceder a estas funciones. Las funciones mas características son el retardo de primera inserción y el calibrado de las mediciones de intensidad descritas en ( cap. 5º.5.1. y 5º.6.2. ) y un menú de auxilio a la instalación cuyo acceso precisa generalmente de un código que recibe el instalador del fabricante. Posiblemente no hayamos incluido algunas de las disponibilidades actuales y, es seguro que en un futuro muy próximo tendremos controles con mas funciones o con funciones de uso mas práctico. Con la aplicación del esfuerzo mediante motor eléctrico quedan modificadas unas funciones y aparecen otras integradas en el control del motor y aparecerá una nueva familia de controles. Cuando se extienda fuera de su principal campo de aplicación, actualmente las pinzas-robot, esperamos que esos nuevos controles se vayan uniformando en cuanto a funciones disponibles en ellos.

Capítulo V

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5.5.

REGULACION,CONTROL CORRIENTE DE SOLDEO

Y

MEDICION

DE

LA

Salvo casos muy especiales como el control por transistor para maquinas de microsoldadura ( ver 20-4 ), la soldadura por descarga de condensadores ( ver 19-4 ), 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 del tiempo de conducción de los periodos de corriente alterna mediante un SCR ( ver 7-5 ).

7-5

Los tiristores que conectados en antiparalelo conforman el SCR inician el paso de corriente cuando reciben una señal eléctrica de características determinadas proveniente de la unidad de encendido del control y una vez empiezan a conducir solo dejan de hacerlo cuando desaparece, pasa por cero, la corriente a través de ellos y por lo tanto se les tiene que ordenar que conduzcan en cada semi-periodo. El control, a través del módulo de encendido, envía unas señales perfectamente simétricas que regulan el punto de la senoide de tensión en el cual se inicia la conducción con lo que se puede regular muy finamente la tensión e intensidad de la soldadura ( ver 8-5 ). 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 ( ver 9-5 ). Así pues podemos considerar que intervienen tres elementos principales en la regulación de la corriente. A.- El control que de forma independiente de las secuencias de tiempo, aunque luego se interrelacionen, envía una señal Capítulo V

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sincrónica con la frecuencia de la red de alimentación y regula el punto exacto de la onda donde se iniciará el paso de corriente.

8-5

B.- La unidad de encendido que transforma esa señal en los impulsos que precisa el buen funcionamiento del SCR y que suele estar mas cerca del SCR que del control.

9-5

C.- Un SCR que en otro lugar de la máquina y equipado con sus seguros de temperatura y su refrigeración se limita a dejar pasar la corriente justo cuando se lo ordenan. Capítulo V

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Este proceso se realiza también con frecuencias de 1000 o mas periodos con la misma precisión y eficacia permitiendo la solución inverter ( ver 18-4 ). En el mismo croquis ( ver 7-5 ) se detecta la imposibilidad de hacer conducir durante los 180º de una semionda debido a que la reactancia de los circuitos origina un retraso de la corriente respecto a la tensión e impide conectar un thiristor cuando el otro todavía conduce para evitar un cortocircuito. El ángulo de conducción máximo de la senoide de tensión esta alrededor de los 130º. Basados en estos principios de funcionamiento existen las siguientes funciones.

5.5.1.

RETARDO DE PRIMERA INSERCION

Si los bobinados que rodean una importante masa magnética, como es la del núcleo del transformador, reciben la tensión en el momento de mayor variación de ésta, se produce una muy importante demanda de corriente magnetizante, una punta de consumo que afecta negativamente y puede causar daños en la red de alimentación, hacer saltar los magnetotérmicos, fundir los fusibles y averiar la SCR y por ello, en los controles, cualquiera que sea el punto de encendido preseleccionado para el trabajo, el primer encendido se hace con un ángulo que acostumbra a oscilar entre los 72º y los 85º. Este valor lo puede ajustar un experto en el interior del control utilizando un amperímetro con memoria o un osciloscopio en que se puedan leer las puntas de consumo de las dos semiondas al conectarse y hacer que sean reducidas e iguales ( ver 10-5 ).

10-5

Generalmente el procedimiento a seguir es el siguiente: programar el control con su máxima potencia pero realizar los ciclos de soldadura en vacío interrumpiendo para ello el circuito secundario interponiendo un aislante entre los electrodos e ir regulando, sea por el teclado o por el potenciómetro, hasta conseguir que la absorción de línea de la semionda positiva y de la negativa estén equilibradas. Capítulo V

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Normalmente ya se entregan los controles ajustados a un valor que aunque no sea el óptimo que la impedancia propia de la maquina pida es suficientemente aproximado.

5.5.2.

MEDICIÓN DE LA CORRIENTE

Se utiliza un transductor consistente en una bobina que rodea una conducción de la corriente de soldadura, por ejemplo, a un brazo donde se crea una tensión motivada por las variaciones del campo que genera el paso de una corriente alterna, y esta tensión debidamente tratada informa al control de la corriente que está pasando por ese conductor. Actualmente los transformadores de soldadura normalizados ya llevan en su interior esa bobina de características también normalizadas. (• 150 mV. con una carga de 1000 Ohmios ). Es importante señalar que la muy baja tensión que produce la sonda, 150 mV, obliga a que todas las conexiones en su circuito sean de baja resistencia, atornilladas, y de ser indispensable que atraviesen el contacto de un relé este tiene que ser con capa de oro. Los jaks o bananas o cualquier otro tipo de contacto de escasa presión y superficies de contacto “normales” pueden introducir resistencias variables que falsean los datos que suministra la sonda. En el control, un algoritmo, una transformación matemática, traduce esa señal a un valor efectivo de la corriente, que se utiliza como simple lectura de esa corriente o para los tipos de controles que veremos a continuación. El valor de la corriente que el control mide y visualiza corresponde a la media de los valores Irms ( corriente eficaz ) medidos en cada semiperiodo del tiempo de soldadura. El valor mostrado se refiere siempre al reglaje principal, es decir, la correspondiente al valor programado en la función CORRIENTE DE SOLDADURA ( 08 ). En algunos controles con “dos calores“ se pueden medir ambas corrientes. En el caso de soldadura a pulsaciones este valor suele corresponder al valor del último impulso. Debido a las deformaciones de las ondas de la corriente que queremos medir, cuyas deformaciones varían según la regulación de potencia con que se trabaja, no se puede afirmar que ese valor sea teóricamente correcto; pero es mas que suficiente para el uso que le damos en las máquinas de soldar por resistencia. En las máquinas que sueldan con corriente continua también se puede medir la corriente gracias a la ondulación de esta corriente producida por la rectificación, pues con una corriente continua perfecta es teóricamente imposible dicha medición. Cuando se efectúan soldaduras con tiempos inferiores a los 2 o 3 periodos, y especialmente en las máquinas de corriente alterna, la intensidad Capítulo V

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que se lee o se regula solo sirve a efectos comparativos para poder reproducir el trabajo que se realiza con la misma máquina, pues la pendiente de esa corriente y las irregularidades en el inicio de su paso hacen muy difícil, y no es indispensable, su medición correcta. En algunos controles se puede conocer el ángulo de conducción de la corriente de soldadura correspondiente a la media de los grados de conducción en cada semiperiodo de la soldadura, cuyo valor máximo, de la onda de corriente es de 180º ( ver 11-5 ).

11-5 5.6.

TIPOS DE CONTROLES

Es de capital importancia para la industria en general y especialmente para la automovilística asegurar la fiabilidad en todas las piezas soldadas a puntos o por protuberancias. Se procura realizar el mínimo posible de puntos de soldadura pero a condición que sean “buenos”. La “Calidad concertada” y el “Just in time” exigen unos medios de producción cada vez más fiables. Se han creado uno tipos de controles que pretenden dar respuesta a esta exigencia de calidad y fiabilidad; pero con la tecnología actual aún no se consigue garantizar el 100% de calidad. Además queremos dejar bien entendido que no se debe esperar que los controles “hagan milagros” ya que la obtención de buenas soldaduras no es solo misión del control, depende también de disponer de una buena máquina, del método empleado, de la buena y regular presentación de las piezas y de que se controlen el proceso de fabricación, la cara activa del electrodo, etc... Capítulo V

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Estos controles consiguen mejorar la calidad de forma apreciable basándose en la información que se recibe mientras esta produciéndose la soldadura o de cada soldadura ya realizada. Una clasificación para estos controles la establecemos como sigue: - Convencionales con autovigilancia. - Trabajando a intensidad constante y programada. - Autorregulables según información del punto soldándose.

5.6.1.

CONTROLES CONVENCIONALES AUTOVIGILANCIA

CON

Son aquellos controles que soldando correctamente, no compensan automáticamente los efectos causados por las variables externas las cuales pueden incidir en la calidad y regularidad de la soldadura. Se entiende por variables externas todos aquellos factores externos al control que pueden modificar la ejecución de una buena soldadura, tales como: - Caídas de tensión en la red. - Aumento de la cara activa del electrodo por su sucesivo aplastamiento. - Derivaciones de corriente por contacto de los brazos o porta-electrodos con las piezas a soldar. - Variación del volumen del material magnético introducido entre los brazos. - Variación en el espesor o numero de las piezas a soldar. - Variaciones del esfuerzo aplicado. etc... Para ayudar al operador a detectar anomalías, estos controles disponen de unas funciones que sin corregir el defecto suministran información sobre él para que el operador pueda obrar en consecuencia. Los controles convencionales se emplean comúnmente en máquinas simples o en máquinas que por su aplicación no precisan una mayor exigencia de calidad y fiabilidad. Generalmente disponen de vigilancias que aseguren la buena calidad de la soldadura ejecutada.

Capítulo V

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5.6.1.1.

Límite mínimo de corriente

Establece un valor de corriente mínimo y controla que la corriente suministrada por la máquina de soldadura sea superior al valor programado en esta función. Si la corriente suministrada no alcanza el valor programado se verificará una condición de error y el control dará una alarma. 5.6.1.2.

Límite máximo de corriente

Establece un valor de corriente máximo y controla que la corriente suministrada por la máquina de soldadura sea inferior al valor programado en esta función. Si la corriente suministrada supera el valor programado se verificará una condición de error y el control dará una alarma. 5.6.1.3.

Límite mínimo del ángulo de conducción

Establece un valor de conducción mínimo y controla que el ángulo de conducción mínimo de la corriente de soldadura suministrada por la máquina de soldadura sea superior al valor programado en esta función. En caso contrario se verificará una condición de error y el control dará una alarma. 5.6.1.4.

Límite máximo del ángulo de conducción

Establece un valor de conducción máximo y controla que el ángulo de conducción máximo de la corriente de soldadura suministrada por la máquina de soldadura sea inferior al valor programado en esta función. En caso contrario se verificará una condición de error y el control dará una alarma. NOTA: Hay controles que disponen de ambas, modalidades, es decir, límites de corriente o límites del ángulo de conducción, de modo que el utilizador escoge la modalidad que considera más adecuada al tipo de trabajo que está realizando. Es conveniente utilizar como limites los ángulos de conducción en los controles trabajando a intensidad constante, los cuales consiguen que la intensidad no varíe aun cuando, por ejemplo, no haya pieza, en cuyo caso, aunque la intensidad no haya variado si que lo habrá hecho el ángulo de conducción que probablemente se saldrá de un limite que esté programado y enviará un mensaje de anomalía que por límites de corriente no se habría producido. Capítulo V

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5.6.1.5.

Bloqueo por soldaduras defectuosas

Los controles con este función quedan bloqueados cuando una o un número predeterminado de soldaduras sucesivas se salen de los limites establecidos. 5.6.1.6.

Número de soldaduras

Indica el número de soldaduras realizadas desde el último rearme o puesta a cero (reset) del control. No cuenta las efectuadas sin pasar corriente. Una vez alcanzado un nivel predeterminado da una señal de alarma o interrumpe las operaciones. Una particularidad de esta función en algunos controles es que no se pueda interrumpir el trabajo en una pieza hasta que no se hayan completado los puntos que lleva a fin de evitar su rechazo posterior, para lo cual se le deberá haber dado al control el dato del numero de puntos por pieza. 5.6.1.7.

Multiprogramas

Salvo para maquinas sencillas con 1 o 2 programas prácticamente todos los controles se fabrican actualmente del tipo multiprograma, o sea, con un solo control se pueden realizar 8, 16, 64, 99 o 192 programas con parámetros diferentes para cada una de las funciones, lo cual permite el llamar cada uno de esos programas con su secuencia propia y emplearlo cuando el trabajo a realizar la necesite. El reclamo de cada programa puede hacerse a mano o mediante un PC o PLC que den las instrucciones para ello. Como ya hemos indicado anteriormente, el uso de tan gran cantidad de programas no es solo para almacenar los parámetros que se deben aplicar a distintos tipos de soldaduras, sino para que cada punto pueda tener su propio programa en instalaciones robotizadas o multipuntos. En la conexión de los controles con PLCs. o PCs. tiene que tenerse en cuenta que entre la orden de inicio y la activación de una electroválvula transcurren unos 20 a 40 ms. y, desde el final de un ciclo de soldadura hasta el siguiente también transcurre un tiempo del orden de 20 ms. y por lo tanto, determinadas ordenes al autómata deben prever esos tiempos y no pueden ser simultáneas.

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5.6.1.8.

Límites de presión o de esfuerzo

Algunos controles se fabrican actualmente con esta función incorporada. Con la señal recibida de un transductor previamente instalado en la entrada de aire al cilindro o de algún transductor piezoeléctrico el control detecta si hemos soldado con la presión, o la fuerza, dentro de unos limites preestablecidos.

5.6.2.

CONTROLES CONSTANTE

FUNCIONANDO

A

CORRIENTE

Son los actualmente mas usados en la industria del automóvil y han significado un paso importante para la consecución de una calidad suficiente Este tipo de controles aseguran el paso de una determinada corriente por el punto de soldadura y para ello se autorregulan recibiendo información de la corriente eficaz (Irms) que ha circulado en cada semiperiodo, comparándola con la deseada y corrigiendo el ángulo de encendido, el defasaje, mediante un algoritmo matemático para conseguir que la media de la corriente conseguida se ajuste a la deseada. Además de esta característica que los define y diferencia de los otros tipos, disponen también simultáneamente de las funciones de autovigilancia como en los ( 5º.4.3. y 5º.4.4. ) y asimismo pueden trabajar regulando la intensidad solamente en porcentajes, o sea, como un control convencional. Estos controles llamados de CORRIENTE CONSTANTE permiten pues, regular la corriente de soldadura en dos modos diferentes: el clásico reglaje en porcentajes y el reglaje a CORRIENTE CONSTANTE, que se regula directamente en Amperios. La regulación a corriente constante, además de simplificar la programación, permite obtener la corriente de soldadura deseada incluso en presencia de variaciones de factores como: tensión de línea, impedancia del circuito de soldadura, condiciones del utillaje de soldadura, condiciones superficiales de los materiales que se trabajan etc... Cuando se instala un control de este tipo en una máquina es necesario efectuar una operación de autocalibrado, con la cual el mismo control reconoce las características de la máquina y se autoajusta para que los valores de intensidad sean reales. Si hay un cambio importante en la longitud de los brazos o escote de la máquina o pinza de soldadura es recomendable repetir el autocalibrado, de fácil ejecución siguiendo las instrucciones del fabricante del control. En algunos controles esta función se efectúa automáticamente con una suficiente precisión al realizar la primera soldadura. Capítulo V

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Obviamente, en las maquinas que se adquieren con ese control instalado no es preciso esta operación. 5.6.2.1.

Seguridad en la calidad obtenida

Los controles a corriente constante aseguran el paso de corriente necesario para obtener una buena calidad de soldadura, pero, no aseguran que se haya conseguido ese objetivo. Puede ocurrir y ocurre a veces, sea por diseño o por otras causas, que hayan derivaciones de corriente que disminuyan el paso de ésta por el punto a soldar, como en el caso de puntos vecinos o de contactos indeseados entre chapas o entre chapas y brazos. También pueden haber importantes variaciones en las resistencias que generan el calor de soldadura por la calidad superficial o de presentación de las piezas que modifican la situación de la energía total depositada ( ver 12-5 y el cap. 1º ) .

12-5

Otro factor importante es la variación del diámetro de la cara activa del electrodo que al aumentar hace disminuir la densidad de corriente en el punto puesto que el control no deja que la cantidad de corriente varíe. 5.6.2.2.

Incrementos automáticos de corriente

A fin de compensar el aumento de diámetro por desgaste de la cara activa del electrodo y la disminución de densidad eléctrica en la soldadura, los controles a corriente constante tienen la posibilidad de ir aumentando la corriente a medida que se va desgastando el electrodo Para determinar la evolución del incremento de la corriente de soldadura durante la vida de los electrodos se programa una curva de incrementos. Esta curva se conforma con uno o más segmentos o escalones y para cada escalón se tiene que Capítulo V

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programar el numero de soldaduras y el correspondiente porcentaje de incremento de corriente ( ver 2-2 y 103-6 ) . Los controles actuales con la posibilidad de programarles incrementos de corriente, van corrigiendo los limites de corriente establecidos en función de los aumentos de cada escalón. En la soldadura de chapas galvanizadas puede emplearse este tipo de control con sus incrementos automáticos de corriente; pero, la práctica actual que se esta mostrando mas efectiva y que garantiza mejor la calidad es la de reavivar muy frecuentemente la cara activa de los electrodos permitiendo muy poca variación del diámetro de ésta. 5.6.2.2.1.

Incrementos no lineales, uso completo de la función incremental

En la realidad el aumento de la sección de la cara activa del electrodo sobre la chapa no es lineal. Si se desea obtener el máximo de constancia en las condiciones de trabajo se deberá obtener una curva de incrementos no lineales que se define a través de un cierto número de escalones para cada uno de los cuales deberemos calcular el incremento de intensidad o porcentaje de aumento de esta y el numero de soldaduras que se pueden hacer antes de iniciar el escalón siguiente. Vean una curva orientativa en ( ver 2-2 y 102-6 ) Esta curva de incrementos requiere un adecuado conocimiento del desgaste de los electrodos y de los parámetros de soldadura necesarios durante la vida de los mismos y por lo tanto es necesario ejecutar numerosas pruebas de soldadura para determinar las condiciones de trabajo en los diversos momentos de la vida de los electrodos. Es una labor larga que requiere meticulosidad, un buen conocimiento de la técnica de la soldadura y del objetivo a alcanzar y realizar pruebas de resistencia destructivas durante el estudio. Conociendo la curva de incrementos se determinan los escalones que queremos aplicar así como los valores de los incrementos de corriente y numero de soldaduras de cada uno de ellos Los controles suelen disponer de unos menús para introducir todos esos valores a aplicar de los distintos escalones de trabajo. Con el electrodo nuevo, fresado, reavivado y el contador de soldaduras puesto a cero se van realizando sucesivamente todas las soldaduras cambiando de escalón, de intensidad, automáticamente cuando le corresponde hasta que el control avisa que se debe cambiar el electrodo ( ver 13-5 ).

Capítulo V

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13-5 5.6.2.2.2.

Incrementos lineales, uso simplificado de la función incremental

Se puede utilizar esta función incremental de forma simplificada programando un incremento lineal que es una aproximación que permite obtener buenos resultados en la mayoría de las aplicaciones y utiliza tan solo un porcentaje de incremento para el numero total de soldaduras que se pretende realizar sin cambiar o reavivar los electrodos Para calcular esos valores se tienen que realizar soldaduras con los electrodos nuevos y tomar nota del valor de la intensidad con que se realizan las satisfactorias. A continuación se tienen que ir realizando soldaduras que van desgastando el electrodo hasta que veamos el limite al que podemos llegar con la corriente que da la maquina y el diámetro que alcanza el electrodo realizando soldaduras también satisfactorias según resultados de la prueba destructiva. Se calcula el porcentaje de incremento de la corriente y ese dato se introduce en el control junto con el número de soldaduras a realizar con un mismo electrodo. Ejemplo: Efectuada las pruebas de soldadura se ha determinado que la vida utilizable, sin reavivar, de los electrodos es de 2.000 soldaduras. También se ha verificado que con los electrodos nuevos la corriente necesaria es de 15 kA, mientras que después de las 2.000 soldaduras el aumento del diámetro de los electrodos requiere una corriente de 19 kA. Se calcula el porcentaje de variación:

Se programa la máquina para trabajar con un solo escalón en el cual se introduce como número de soldaduras a realizar las 2000 y como porcentaje de variación de la intensidad durante el transcurso de ese escalón, el 26%. El programa de soldadura se regula con los parámetros necesarios para ejecutar la primera soldadura, es decir, el reglaje que permite obtener su corriente necesaria, 15 kA. en este caso. Capítulo V

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No importa si el control está programado para una modalidad en porcentaje o en corriente constante, la función incremental es operativa en ambas modalidades. En este punto ya se puede iniciar la soldadura, y la corriente ira variando hasta el aumento programado del 26% que se alcanzará con el punto número 2000 ( ver 14-5 ).

14-5

Entonces el operador sustituye o reaviva los electrodos a su diámetro original, pone a cero el contador de puntos y se puede iniciar otra vez el mismo proceso.

5.6.3.

AUTORREGULABLES SEGÚN INFORMACION DEL PUNTO CUANDO SE ESTÁ PRODUCIENDO

Estos controles no se limitan a aplicar las condiciones que el ingeniero de soldadura ha predeterminado como en el caso de los controles convencionales, o a mantenerlas como en los controles trabajando a corriente constante, sino que reciben información desde el mismo punto de soldadura de lo que esta ocurriendo durante la soldadura Algunos fabricantes les dan el nombre de “adaptativos” por su objetivo de “adaptarse” a las condiciones de la soldadura. Con estos controles tampoco se puede tener la certeza de que todas las soldaduras salen bien y con una calidad regular, por lo que no evitan la necesidad de comprobaciones periódicas: pero los niveles de calidad que con un uso apropiado de estos controles se puede obtener ya puede considerarse como muy satisfactorio para la mayoría de las aplicaciones industriales de la soldadura. Capítulo V

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5.6.3.1.

Funcionamiento a variación negativa de la resistencia

Su funcionamiento está basado en la variación de las resistencias eléctricas de las chapas a medida que se van calentando al realizar el punto de soldadura ( ver 6-1 ). La resistencia eléctrica entre los dos electrodos tal como se vio en (cap. 1º.1.2 ) se compone de la suma de las resistencias de contacto electrodo pieza, mas la resistencia del metal de las piezas mas la resistencia de contacto entre piezas Rc1+Rm1+Rp+Rm2+Rc2. La curva de variación de .la suma de esas resistencias durante la soldadura ( ver 15-5 ) comienza con un tramo descendente, que corresponde al asentamiento del material y de los electrodos, e incluso horizontal si se tiene un muy buen contacto inicial electrodo-pieza, Rc.

15-5

Después de este tramo se inicia la subida debido al aumento de las Rm1 y Rm2 motivado por calentamiento que se está produciendo en el propio metal hasta alcanzar un punto máximo a partir del cual se produce un descenso. El descenso aparece justo cuando se funde el material, es decir, cuando se inicia la unión entre las piezas. Se han unido las chapas formando una pequeña “lenteja” y por lo tanto ha desaparecido la resistencia de contacto entre las chapas Rp. La temperatura de fusión es una constante física por lo que la resistencia ya no se incrementa por efectos de la temperatura; sino que disminuye a medida que va aumentando el diámetro de la “lenteja”, de la sección de paso de la corriente a través de material fundido. Con esta disminución de la resistencia tenemos una nueva variable que podemos utilizar para controlar la soldadura dada su repetitividad en condiciones similares. Capítulo V

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Al control se le introduce un nuevo parámetro llamado incremento negativo de la resistencia, A ∆ ( Delta R ),o sea disminución de ésta, y su misión es interrumpir la corriente cuando se ha alcanzado el porcentaje de disminución que coincide con el diámetro de lenteja deseado. Cuando lo que se tiene que soldar son chapas galvanizadas las curvas de resistencia quedan muy afectadas por la menor resistencia eléctrica del cinc y su evaporación a bajas temperaturas y por ello no se justifica el uso de este tipo de control para soldar ese material. En la soldadura por protuberancias la forma de la curva de variación de resistencia en la zona a soldar imposibilita el uso de este tipo de control. El microprocesador interno del control, además de desarrollar las funciones normales de temporización, mide durante la soldadura la tensión entre los electrodos y la corriente de soldadura en su verdadero valor eficaz (RMS). Con estos dos parámetros calcula la resistencia eléctrica del metal en la zona de soldadura. Esta variación de la resistencia a lo largo de una soldadura, repetimos, sigue una curva determinada para el acero con características repetitivas y por lo tanto utilizable como patrón de calidad del punto. El microprocesador del control memoriza el valor máximo de la resistencia, calcula el porcentaje de disminución de resistencia e interrumpe la soldadura cuando este porcentaje de variación negativa de resistencia, llamado ∆R alcanza el valor que se ha previamente programado. El valor del ∆R a programar depende de los espesores a soldar y del diámetro de la lenteja que se desea obtener. Resumiendo, el hecho de haber “caído” la resistencia indica que ha desaparecido la resistencia de contacto entre ambas chapas y por lo tanto se ha producido una correcta “lenteja” con la soldadura. A este tipo de control se le introducen también todos los parámetros como si se tratara de un control convencional a excepción del tiempo de soldadura para el cual se fijan unos límites mínimo y máximo dentro de los cuales se le permite oscilar. Además se le introduce el nuevo parámetro: ∆R Durante la soldadura, el microprocesador del control, va calculando el porcentaje de variación negativa de resistencia y “adapta” los parámetros para conseguir el ∆R previsto dentro de los límites de tiempo prefijados La variación del tiempo de soldadura solo es de unos pocos periodos cuyos límites se pueden fijar a voluntad, por lo que su interferencia en la producción o en un proceso automático de una máquina especial está limitado. Capítulo V

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En caso que las variaciones externas sean excesivas y el control en su empeño de conseguir el ∆R previsto se vea precisado a salir de los límites prefijados dará una señal de error. Ejemplos del comportamiento de un control adaptativo al variar el diámetro de la parte activa de los electrodos.

Ejemplo de una soldadura efectuada sobre acero dulce de espesor 2+2 mm y con un ∆R del 10% Diámetro de los electrodos: 7 mm Corriente de soldadura: 11.500 A (eficaces) Fuerza entre los electrodos: 420 daN Tiempo de soldadura: 12 periodos Diagrama de la curva de resistencia, ( ver 16-5 ) correspondiente a diámetro 7mm. Después de un cierto número de puntos el diámetro de la cara activa de los electrodos habrá aumentado por razón del aplastamiento. El control se “adapta” a la nueva circunstancia y modifica sus valores para seguir obteniendo el 10% de ∆R.

16-5

Cuando el diámetro de la cara activa de los electrodos pasa a ser de 8 mm, los nuevos valores son: Diámetro de los electrodos: 8 mm. Corriente de soldadura: 11.800 A (eficaces). Fuerza entre los electrodos: 420 daN. Tiempo de soldadura: 16 periodos. Diagrama de la curva de resistencia, ( ver 17-5 ) correspondiente a diámetro 8mm. Después de otro cierto número de puntos el diámetro de la cara activa de los electrodos habrá aumentado otra vez, sigue el Capítulo V

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aplastamiento. El control se “adapta” a la nueva circunstancia y vuelve a modificar sus valores para seguir obteniendo el 10% de ∆R.

17-5

Cuando el diámetro de la cara activa de los electrodos pasa a ser de 9 mm, los nuevos valores son: Diámetro de los electrodos: 9 mm Corriente de soldadura: 12.300 A (eficaces) Fuerza entre los electrodos: 420 daN Tiempo de soldadura: 18 periodos Diagrama de la curva de resistencia, ( ver 18-5 ) correspondiente a diámetro 9mm. En el caso que el límite de tiempo máximo se haya programado a 18 periodos el control no podrá continuar su adaptación por encima de este valor y dará una señal de error.

18-5 Capítulo V

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OBSERVACION: Estos controles y el que funciona a energía constante que describimos a continuación necesitan detectar la tensión entre los electrodos. Lo hacen generalmente mediante un pequeño conductor conectado a una brida en los propios portaelectrodos o en los brazos. En algunos tipos de pinzas colgantes con transformador incorporado no es visible dicho conductor. 5.6.3.2.

Funcionamiento a energía constante

La base de la aplicación de este control es el principio de que a igualdad de energía empleada obtendremos la misma cantidad de calor y por tanto la misma cantidad de material fundido La Ley de Joule, dice que el producto de la intensidad de la corriente de soldadura (I) por la tensión secundaria (V), por el cos ϕ. y por el tiempo (t) determina la energía térmica (Q) que ha contribuido en la realización de la soldadura, expresada en “Julios” (W s). Q = I . V . cos ϕ . t

El control a ENERGIA CONSTANTE se encarga de que este producto sea siempre constante. Durante la propia ejecución de un punto de soldadura y entre los sucesivos puntos de soldadura pueden existir muchas variaciones, todo es variable, varía la Intensidad de corriente, varía la tensión y varía incluso el cos ϕ de la propia máquina (p.e: debido a la mayor introducción de la chapa entre los brazos). El control a energía constante “juega” con el tiempo aumentándolo o disminuyéndolo con el fin de que el producto permanezca constante pero dentro de variaciones en el tiempo que puedan admitirse ( ver 19-5 ).

19-5 Capítulo V

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También como en el caso de los controles a intensidad constante se pueden programar unos “escalones”, en aquellos controles que incorporen esta posibilidad, con un porcentaje de aumento de la energía y el numero de puntos a realizar para compensar el aumento de diámetro de la cara activa de los electrodos por desgaste y aplastamiento y, también es preciso estudiar esas curvas de incremento prestando atención a las variaciones del tiempo de soldadura admisibles. A este tipo de control se le introducen todos los parámetros como si se tratara de un control convencional a excepción del tiempo de soldadura para el cual se fijan unos límites mínimo y máximo dentro de los cuales se le permite oscilar. Además se le introduce un nuevo parámetro: la ENERGIA, que corresponde a la energía térmica necesaria para realizar adecuadamente la soldadura. Durante la soldadura, el microprocesador del control, registra la corriente de soldadura en su verdadero valor eficaz (RMS), la componente ohmica de la tensión entre los electrodos ( V cos ϕ ) y el tiempo en periodos. El microprocesador procesa estos datos y “adapta” los parámetros para conseguir la energía térmica necesaria. Al variar la intensidad y la tensión determina la variación del tiempo dentro de los límites prefijados con el fin de conseguir que la energía depositada sea constante Q=K. La variación del tiempo de soldadura corresponde solo a unos pocos periodos cuyos límites se han fijado a voluntad, para que no interfieran ni en la producción ni en el proceso automático en caso de tratarse de una máquina especial. En caso que las variaciones externas sean excesivas y el control en su empeño de conseguir la energía necesaria, se vea precisado a salir de los límites prefijados dará una señal de error. Este control está obteniendo muy buenos resultados en la soldadura de chapas galvanizadas prolongando considerablemente la vida de los electrodos comparándolo con lo que se consigue trabajando a intensidad constante, puesto que en su autorregulación no se producen las crestas de corriente que erosionan la superficie de la cara activa del electrodo.

5.6.4.

VARIACION AUTOMATICA DEL APLICADO A LA SOLDADURA

ESFUERZO

Es una importante función que amplia notablemente el campo de aplicación de los controles multiprogramas. La máquina tiene que tener instalada una electroválvula proporcional la cual hace variar la presión que alimenta el cilindro Capítulo V

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siguiendo las órdenes del control, o ser una máquina equipada de equipo de presión por motor eléctrico. Con esta función se pueden usar y reclamar programas con diferentes presiones y por tanto diferentes esfuerzos en los soldeos. En los programas con incrementos programados de intensidad o energía, a medida que se cambia de escalón de regulación de éstas, puede aumentarse la presión lo cual permite llegar a soldar con un diámetro de la cara activa del electrodo, que con la presión constante desde el inicio no se puede alcanzar. La inclusión y el uso en los controles de esta función se esta incrementando rápidamente por sus obvias ventajas y la simbiosis presión-corriente en los controles cada vez estará mas perfeccionada.

5.7.

CONTROLES PARA EQUIPOS FRECUENCIA “INVERTERS”

DE

MEDIA

En las cada vez mas usadas pinzas o máquinas equipadas para soldar con corriente continua procedente de un equipo de media frecuencia se montan unos controles electrónicos cuyas funciones y secuencias son las mismas que en los controles ya descritos; pero hay ciertas diferencias internas que lo hacen especial para este tipo de máquinas. Sus principales características diferenciadoras son el controlar una intensidad realmente constante y su regulación del tiempo en milisegundos y no en periodos. Dado que el convertidor de frecuencia ya contiene una buena parte de las funciones es posible llegar a la integración de ambos o a poder efectuar todas las secuencias con solo el equipo convertidor mediante el uso de un ordenador equipado con un soft especial. Esperamos muchas novedades en los controles de los equipos de media frecuencia por los muy pocos años con real aplicación en la industria de esta tecnología.

5.8.

CONEXIÓN DEL CONTROL CON LA MÁQUINA

Los controles están interconectados con todos los elementos de la máquina y reciben o envían señales eléctricas que intervienen en las seguridades y el funcionamiento de todo el conjunto. Salvo las conexiones de energía del SCR, y del transformador casi todo el conexionado está, como máximo, a la tensión de maniobra de seguridad. Capítulo V

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El control propiamente dicho está integrado dentro de un cofre cerrado o abierto, un rack, montado sobre la máquina o en un armario aparte, exclusivo para él o integrado con otros automatismos. Sus principales componentes son: a.- Transformador que alimenta el control a la tensión de seguridad. Es una unidad separada del control para que a este no llegue la tensión de la red. b.- Módulo de encendido. Es una unidad separada del control y conviene que esté situada cerca del SCR. No obstante algunos controles la llevan incorporada. c.- Bobina para la de medición de la corriente de soldadura, transductor, necesariamente separada del control. Puede estar incorporada al transformador. d.- El control, compuesto por una o mas placas con sus circuitos integrados, unidas a una carátula con los pulsadores, teclas o interruptores para su programación y control y montado sobre un cofre metálico. Cuando esta destinado a ser integrado en robots o máquinas especiales puede no llevar carátula. Estos elementos a.-, b.-, c.- ,d.- son los que acostumbran a componer un “Kit” o sea, lo que se acostumbra a suministrar como un control para montar en una máquina si no se especifica de otra manera. e.- Determinados controles, con o sin carátula de mandos pueden programarse mediante un programador exterior portátil, a distancia o conectandolo f.- Un SCR ya equipado con su refrigeración y sus elementos de seguridad y protección. Se considera aparte debido a que sus características técnicas son variables y dependen de la potencia y tensión de la máquina, lo cual no ocurre con el resto de componentes del control. g.- Aunque no se acostumbra a considerarlos integrados en el control es conveniente saber que hay elementos de las máquinas que quizás deban ser sustituidos cuando se las moderniza o se les cambia el control, como los pedales dobles o sencillos, los pulsadores para el mando a dos manos, y los posibles presostatos, caudalímetros, termostatos, electroválvulas, etc... Adjuntamos ( ver 20-5 ) una hipotética instalación de un control donde se ve una cantidad de entradas y salidas, que en algunos casos pueden ser mas. Es importante que todas estas conexiones estén perfectamente sujetas y con terminales en los extremos de todos sus cables para garantizar que no hayan malos contactos que por su intermitencia los hagan de difícil reparación. Capítulo V

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20-5

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5.9.

SEGURO DE TIERRA

Hasta hace muy pocos años el uso de pinzas con el transformador incorporado era la excepción y ahora su uso se está generalizando, especialmente en las plantas de carrocerías de automóviles y en sus suministradores. A la pinza sin transformador solo llegaba la tensión de seguridad, pero, a las que llevan el transformador incorporado les llega la tensión de la red y, aunque debido a la construcción de éstos, impregnados y moldeados con resinas de dos componentes polimerizadas a mas de 140º, la probabilidad es ínfima, no se puede asegurar que es imposible que pueda quedar a tensión de la red el cuerpo de la pinza que el obrero sostiene con sus manos. El equipo de alimentación de las pinzas lleva un disyuntor que actúa cuando recibe una señal de un relé diferencial que detecta derivaciones a tierra de la corriente de la red de 30 mA lo cual es una suficiente protección. Pero, ¿que ocurre si por roces o cualquier otra causa se corta tan solo el conductor de tierra del cable que alimenta la pinza? El operario no se entera y sigue trabajando y de darse entonces la improbable comunicación de tensión de la red al cuerpo de la pinza no actuaría el relé diferencial y podría tener graves consecuencias. Para evitar las consecuencias de esas desgraciadas coincidencias, se puede instalar en el equipo de alimentación de la pinza un reaseguro de tierra que consiste en utilizar dos cables de tierra por los que circula una pequeña corriente que desaparece si se corta uno de los dos cables de tierra y a través de un circuito electrónico hace actuar al disyuntor. Este reaseguro puede conectarse a cualquier pinza, a la cual probablemente se le debe eliminar su conexión a tierra del centro de la bobina secundaria ( el fabricante del reaseguro es quien debe informar de cómo conectarlo). En el resto de máquinas no existe ese problema por tratarse de máquinas con conexiones a tierra seguras y sujetas al pavimento.

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Capítulo V

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CAPITULO VI SUMARIO 6.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS ESPECÍFICAS DE LAS MÁQUINAS DE SOLDAR POR RESISTENCIA Y SUS COMPONENTES............................5 6.1. BASTIDOR .....................................................................5 6.1.1. DE SOLDAR POR PUNTOS .....................................7 6.1.2. DE LAS PRENSAS ....................................................8 6.1.3. DE SOLDAR POR ROLDANAS ................................8 6.1.4. DE SOLDAR A TOPE ................................................8 6.1.5. DE LAS PINZAS Y PISTOLAS ..................................9 6.1.6. DE LAS MAQUINAS ESPECIALES ..........................9 6.2. TRANSFORMADOR ....................................................10 6.2.1. CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES ...15 6.2.1.1. Terminales secundarios ............................15 6.2.1.2. Racores para entrada y salida del agua ...16 6.2.1.3. Entradas primarias ....................................16 6.2.1.4. Salidas auxiliares....................................... 17 6.2.1.5. Color del transformador.............................17 6.2.2. POTENCIA DE LOS TRANSFORMADORES .........17 6.2.3. FORMAS DE LOS TRANSFORMADORES ............ 18 6.2.4. TRANSFORMADORES PARA MAQUINAS DE SOLDAR POR ROLDANAS ....................................19 6.2.5. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS .......................20 6.2.6. MANEJO Y CONSERVACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES...........................................20

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6.3. CIRCUITO DE ALTA INTENSIDAD.............................21 6.3.1. EMPALMES Y UNIONES EN GENERAL................21 6.3.2. EN MÁQUINAS FIJAS.............................................22 6.3.3. EN MÁQUINAS COLGANTES. CABLES ................24 6.3.4. EN PINZAS CON TRANSFORMADOR INCORPORADO..................................................................28 6.3.5. EN MÁQUINAS ESPECIALES ................................29 6.4. SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO Y REFRIGERACIÓN .............................................................................31 6.4.1. CARACTERÍSTICAS DEL AGUA NECESARIA......32 6.4.2. CIRCUITOS DEL AGUA ..........................................32 6.4.3. PROCEDENCIA DEL AGUA ...................................36 6.4.3.1. De un circuito cerrado ............................... 36 6.4.3.2. De un intercambiador de calor por aire.....37 6.4.3.3. De una torre de evaporación.....................38 6.5. SISTEMAS DE ESFUERZO .........................................39 6.5.1. CILINDROS NEUMÁTICOS ....................................40 6.5.2. COMPONENTES NEUMÁTICOS............................ 44 6.5.2.1. Reguladores de presión ............................44 6.5.2.2. Filtro y deshumidificador............................44 6.5.2.3. Lubrificador................................................45 6.5.2.4. Electroválvulas de tres o de cinco vías .....45 6.5.2.5. Electroválvula proporcional ....................... 46 6.5.2.6. Válvulas diferenciales................................46 6.5.2.7. Transductores presión-señal eléctrica ......46 6.5.2.8. Reguladores de caudal .............................47 6.5.2.9. Silenciadores.............................................47 6.5.2.10. Instalación..................................................50 6.5.3. CIRCUITOS NEUMÁTICOS ....................................50 6.5.3.1. Circuito simple para máquinas con brazos oscilantes o descenso rectilíneo ( un solo cilindro y una sola electroválvula ) ............50 6.5.3.2. Circuito para máquinas con doble carrera ( cilindro con doble émbolo y dos electroválvulas ).........................................51 6.5.3.3. Circuito para máquinas con acercamiento con bajo esfuerzo ( cilindro simple o doble y tres electroválvulas )...............................51 Capítulo VI

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6.5.3.4. Circuito con doble carrera, acercamiento con bajo esfuerzo y sobreesfuerzo regulable para forja (cinco electroválvulas y doble cilindro) ......................................... 53 6.5.3.5. Circuito con doble carrera para pinzas robot...........................................................53 6.5.4. CILINDRO ELÉCTRICO (ACCIONAMIENTO MEDIANTE MOTOR ELÉCTRICO).........................55 6.6. EQUILIBRADORES......................................................57 6.6.1. DIFERENCIA ENTRE MASA Y PESO. MUELLES . 57 6.6.2. COMO SON LOS EQUILIBRADORES CON MUELLE...................................................................58 6.6.3. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ......................59 6.6.4. COMO USARLOS....................................................60 6.6.5. OTROS MODELOS DE EQUILIBRADORES..........61 6.7. MOVIMIENTOS Y GUÍAS............................................. 61 6.7.1. MAQUINAS CON BRAZO OSCILANTE..................62 6.7.2. MAQUINAS CON DESPLAZAMIENTO RECTILÍNEO ...................................................................62 6.7.3. PROTECCIONES ....................................................63 6.8.

ELECTRODOS, PORTA-ELECTRODOS, PASTILLAS, BAJOCOBRES, MANDÍBULAS, ETC..............64 6.8.1. ELECCIÓN DEL ELECTRODO...............................64 6.8.2. MATERIAL ............................................................... 65 6.8.3. DIMENSIONES........................................................68 6.8.3.1. Diámetro de la cara activa del electrodo, Dca ............................................................68 6.8.3.2. Diámetro exterior del electrodo, Dce.........69 6.8.3.3. Dimensiones del acoplamiento del electrodo....................................................69 6.8.4. FORMAS..................................................................72 6.8.5. CADENCIA DE TRABAJO DE LOS ELECTRODOS ........................................................81 6.8.6. USO Y CUIDADOS CON LOS ELECTRODOS ......81 6.8.7. VIDA DE LOS ELECTRODOS ................................86 6.8.8. REAVIVADO DE LOS ELECTRODOS....................86

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6.8.9. CANTIDAD DE SOLDADURAS QUE SE PUEDEN REALIZAR CON UN ELECTRODO.........................88 6.9. COMPONENTES PARA ÚTILES Y MÁQUINAS ESPECIALES ...............................................................93 6.9.1. BRIDAS Y SUJECIONES ........................................93 6.9.2. CÉLULAS FOTOELÉCTRICAS...............................96 6.9.3. DETECTORES DE POSICIÓN................................96 6.9.4. ALIMENTADORES DE TUERCAS..........................97 6.9.4.1. Alimentadores de tornillos .........................99 6.9.5. REAVIVADORES DE ELECTRODOS.....................99 6.9.5.1. A mano ......................................................99 6.9.5.2. Neumáticamente a mano ........................100 6.9.5.3. Automáticos.............................................101 6.9.6. CAMBIADORES DE ELECTRODOS ....................102 6.9.6.1. Cambio manual .......................................102 6.9.6.2. Cambio automático..................................103 6.9.7. PROTECCIONES ..................................................104

Capítulo VI

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6.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS ESPECÍFICAS DE LAS MÁQUINAS DE SOLDAR POR RESISTENCIA Y SUS COMPONENTES

Las máquinas de soldar por resistencia tienen en común una serie de características constructivas que les son especificas y que, aun dentro de la diversidad entre ellas, las diferencian notablemente de otras familias de máquinas.

6.1.

BASTIDOR

Los bastidores, carcasas o estructuras metálicas donde van montados todos los componentes de una máquina de soldar por resistencia, son tan diversos como los muy numerosos tipos y modelos que componen esta familia de máquinas. A pesar de esas grandes diferencias hay siempre unos principios comunes en máquinas 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 la máquina que se encara al trabajo a realizar. Todo el resto de bastidor es simplemente el soporte de los elementos que componen la máquina ( ver 1-6 ). El peso y la cantidad de acero empleado no son indicación segura de resistencia y rigidez de ninguna estructura metálica, puede estar colocado donde no es necesario y en el caso de las máquinas de soldar por resistencia es fácil caer en este defecto.

1-6 Capítulo VI

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Las chispas y partículas incandescentes que puedan originarse en la soldadura fuerzan a que estos bastidores deban carecer de aberturas y espacios por donde puedan penetrar. Los lugares donde pueden incidir las chispas deben ser de un textil ignífugo o de lámina de cobre para que no se “enganchen o peguen” y se acumulen. La mayor parte del calor que genera el funcionamiento de la máquina 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 circuito de la corriente de soldadura ( ver 2-6 ).

2-6

Aun cuando no sean frecuentes las averías que obliguen a acceder al interior de la máquina, 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 el circuito de la corriente de soldadura y a las SCR. Por tratarse de máquinas que se ensucian con facilidad es importante tenerlas siempre bien pintadas y limpias y cuidadas.

Capítulo VI

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6.1.1.

DE SOLDAR POR PUNTOS

En estas máquinas generalmente necesitamos unos escotes amplios que faciliten el acceso a los lugares donde se debe soldar en las piezas y por tanto es largo el circuito mecánico que permite aplicar el esfuerzo en la soldadura. Una muy leve flexión solo en sentido vertical no es muy perjudicial. Las máquinas de soldar por puntos de pedestal incluyen en su circuito mecánico uno o dos “brazos” los cuales cumplen simultáneamente la condición de ser conductores de la corriente de soldadura y del esfuerzo mecánico ( ver 3-6 ).

3-6

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 máquinas de mayor calidad y, en máquinas de poca potencia, latones, aleaciones de cobre con cinc. En las máquinas de pedestal con brazos oscilantes, sean de pedal o neumáticas, las articulaciones, con cojinetes sin huelgos y ajustables a ser posible, y el bastidor tienen que ser sólidos pues cualquier deformación durante el soldeo se amplia notablemente y perjudica al electrodo y a la calidad de la soldadura.

Capítulo VI

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6.1.2.

DE LAS PRENSAS

En las prensas de soldadura se requieren esfuerzos elevados y unos escotes cortos para evitar las caídas de tensión que producen las muy elevadas intensidades que se emplean. Casi todo el circuito mecánico, carcasa, pluma superior y ménsula inferior ( ver 1-6 ), 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 lugar 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 útiles que se empleen en esa prensa se benefician mucho del buen resultado de esa comprobación.

6.1.3.

DE SOLDAR POR ROLDANAS

En las máquinas de soldar por roldanas, no se precisan esfuerzos muy elevados y el problema de deformaciones se concentra generalmente en el diseño, acoplamiento y sujeción con aislamiento de los cabezales de soldadura. En este tipo de soldaduras se crea un componente transversal en el esfuerzo mecánico que obliga a que el bastidor tenga una rigidez en ese sentido que evite deformaciones durante las realización del cordón pues afectan mucho a la calidad conseguida y al desgaste de roldanas. Cuando una máquina de este tipo se construye utilizando un bastidor normal de máquina de soldar a puntos sin prever el esfuerzo transversal mencionado puede resultar una máquina con problemas en la alineación de las roldanas durante la soldadura.

6.1.4.

DE SOLDAR A TOPE

Las máquinas de soldar a tope requieren esfuerzos de recalcado elevados y es válido todo lo expresado para las prensas con la complicación añadida de lo importante que son las mordazas en el Capítulo VI

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circuito mecánico y que difícilmente se puede hacer coincidir el eje de aplicación de los esfuerzos con el eje de la superficie a soldar, produciéndose elevados pares y esfuerzos en las guías y deformaciones en el circuito de esfuerzo ( ver 4-6 ).

4-6

Las expulsiones de chispas que pueden producirse aleatoriamente en los otros tipos de soldadura, en estas máquinas 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 máquinas.

6.1.5.

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 tienen bastidor. Todo el circuito mecánico de esfuerzo se monta sobre el transformador y su protección delantera. Se emplean, siempre que es posible, aleaciones de aluminio que aúnan una buena conductibilidad y una buena resistencia mecánica, en cilindros neumáticos, porta-brazos, etc... y cobre aleado en el resto del circuito mecánico ( ver 5-6 ).

6.1.6.

DE LAS MAQUINAS ESPECIALES

Tienen que estar muy bien estudiados los dos circuitos principales para la soldadura: El de esfuerzo y el de corriente. En las máquinas para trabajo automático se tiene que tener en cuenta que los posibles esfuerzos dinámicos y vibraciones, resonantes o no, pueden causar problemas los cuáles siempre se Capítulo VI

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reducen con una mayor solidez del conjunto. La estructura no debe impedir la accesibilidad para el mantenimiento y el recambio de piezas y componentes. El conseguir una estructura muy sólida en los circuitos de esfuerzo es compatible con no poner hierro inútil que estorbe. Es indispensable que el proyectista conozca bien, o este bien asesorado, sobre los conceptos eléctricos y de soldadura que intervienen pues una máquina especial para soldar no es tan solo una máquina mecánica automática.

5-6

6.2.

TRANSFORMADOR

La corriente de la red que alimenta la máquina de soldar esta generalmente dentro de la gama de los 220 a los 500 voltios y para soldar se necesitan tensiones del orden de 3 a 24 voltios y por ello es totalmente indispensable el empleo de un transformador, al que podemos calificar como el corazón de la máquina. Una característica especifica de la soldadura por resistencia son las muy duras condiciones de trabajo a que están sometidos los transformadores, los cuáles tienen 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 mayores que la nominal o térmica, sufriendo este proceso miles de veces al día durante toda su vida útil. Capítulo VI

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Estos “casi” cortocircuitos, generan en los conductores por donde circula la corriente y en las bobinas del transformador unos esfuerzos electromagnéticos muy importantes y que aumentan en proporción al cuadrado de la intensidad, y en consecuencia se producen vibraciones y movimientos 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 con el empleo de transformadores moldeados y encapsulados 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 su impedancia interna. Estos transformadores son difícilmente reparables y exigen una muy cuidada atención a la refrigeración interna, pues un fallo de agua los inutiliza rápidamente. Comprar máquinas nuevas o usadas que no utilicen este tipo de transformadores puede ser menos interesante económicamente de lo que pueda aparentar. La fabricación de éstos transformadores, incluso los de mas reciente desarrollo como los aplicados para las pinzas robot se adaptan en cuanto a sus características dimensionales y eléctricas a las normas ISO pero no dejan de coexistir con los fabricados según normas propias de algunos grandes consumidores y las de los propios fabricantes de transformadores. Al estar dirigido el manual a los usuarios y no a los constructores no es oportuno ni posible el dar una relación completa y detallada de los muchos tipos, potencias y formas de las conexiones secundarias que unido a las diferentes posiciones de las conexiones primarias y de los conmutadores, si los hay, crean una verdadera nube de posibilidades y variantes. El usuario que necesite información mas concreta puede proveerse se las citadas normas ( cap. 11º.8. ) o contactar con los fabricantes de transformadores los cuáles generalmente pueden suministrar información técnica muy detallada sobre sus productos. Nosotros relacionamos una serie de modelos reales como ejemplo de estas variedad. En 6-6 es un transformador de 100 kVA con salidas preparadas para multipunto y debe observarse la particularidad de que las salidas secundarias están cruzadas en el interior para facilitar las conexiones externas con la polaridad adecuada. Tiene bobinas internas para la medición de intensidad independientes para cada secundario. En 7-6 se ve un transformador de características similares con los secundarios dispuestos sin cruzar y con una única bobina para la medición de intensidad. Capítulo VI

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6-6

7-6 Capítulo VI

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En 8-6 tenemos un transformador para prensa de soldadura de 315 kVA con salidas secundarias propias para las elevadas intensidades que suministra.

8-6

En 9-6 puede verse un transformador de 63 kVA para aplicaciones especiales que se caracteriza por sus solo 92 mm. de anchura. En 10-6 esta un clásico transformador para trabajar con cables bipolares para soldar con pinzas. Su potencia es de 180 kVA y se fabrican entre 125 y 240 kVA. A sus salidas secundarias normalizadas se le pueden conectar cables de cualquier procedencia fabricados según normas ISO. Y por último incluimos un transformador ( 11-6 ) de 53 kVA para pinza robot, en los cuáles 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 entregan siempre conectada y es responsabilidad del usuario o del integrador el desconectarla si es preciso para tener algún otro tipo de seguridad de tierra ( cap. 5º.9. ) .

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9-6

10-6

Capítulo VI

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11-6

6.2.1.

CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES

Un transformador tiene las siguientes salidas o puntos de conexión. 6.2.1.1.

Terminales secundarios

Son bastante variados dentro de una normalización de dimensiones y formas y pueden agruparse ( ver 12-6 y 13-6 ), en salidas preparadas para su uso en máquinas fijas, en multipuntos, en instalaciones con pinzas colgantes, en pinzas 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.

Capítulo VI

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12-6

13-6 6.2.1.2.

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 pérdida de carga de este circuito con el caudal de agua aconsejado, cuyo dato es preciso conocer para futuras y probablemente necesarias comprobaciones del estado de los sistemas de refrigeración. 6.2.1.3.

Entradas primarias

Están situadas en el lado opuesto a las salidas del secundario, protegidas con una tapa y pueden presentarse en muy diversas formas y posiciones. Si el transformador lleva conmutador para seleccionar distintas tensiones secundarias, puede llevarlo montado sobre cualquiera de las 5 caras de la protección ( ver 14-6 ).

Capítulo VI

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14-6 6.2.1.4.

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 milivoltios 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 el bobinado primario y de 80º el instalado en el secundario, cuyas salidas están conectadas a otros cuatro bornes. 6.2.1.5.

Color del transformador

Los transformadores van pintados de un color que indica cual es su tensión de alimentación primaria, como parte de su normalización.

6.2.2.

POTENCIA DE LOS TRANSFORMADORES

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 al 50% de factor de marcha cumple los condicionamientos de elevación de temperatura fijados como admisibles. No obstante, los datos que mejor definen al transformador son su, o sus, tensiones en vacío, U 20 y la intensidad de trabajo permanente, intensidad térmica, It2. La normas para su verificación fijan los tiempos de conexión y desconexión, circuito secundario, caudales y presión de agua, etc..., y demás condiciones de la prueba para que los resultados obtenidos sean perfectamente comparables. Capítulo VI

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Salvo en el muy limitado número de transformadores empleados en la soldadura por roldanas, los empleados en la soldadura por resistencia nunca alcanzan ese factor de marcha del 50%. Cuando se trata de elegir e instalar una máquina, se observa que la potencia esta en función del trabajo que queramos realizar ( cap. 8º.4.1.1. ) , no obstante tenemos que tener claro el concepto de que lo que suelda, lo que 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 máquina. Es vicio muy extendido hablar sobre los kVA que se necesitan para este u otro proceso de soldadura. Dos máquinas o pinzas para soldar pueden, a igualdad de kVA en su placa de características o folleto técnico, conseguir intensidades, amperios, bastante diferentes según sean su diseño, los materiales y el tipo de transformador empleados en su construcción, el tipo de corriente con que sueldan o, si en su uso se emplean diferentes longitudes o calidades en brazos o útiles. Conseguir los mismos amperios con menos kVA de la red es mejorar los costes de explotación.

6.2.3.

FORMAS DE LOS TRANSFORMADORES

El uso que se quiera asignar a 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... requieren unas características diferentes y aunque sean transformadores de la misma potencia nominal, Pn. pueden ser muy diferentes entre si, lo que origina esa gran cantidad de variantes disponibles entre los transformadores ya normalizados ( ver del 6-6 al 13-6 ) . En ( 14-6 ) podemos ver las variantes que tan solo la caja de conexiones o el conmutador puede introducir en muchos modelos. En ( 15-6 ) pueden verse una relación de unos cuantos transformadores con sus potencias, uso, peso, etc..., indicadora de esa amplia oferta de tipos normalizados existentes.

Capítulo VI

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15-6

6.2.4.

TRANSFORMADORES PARA SOLDAR POR ROLDANAS

MAQUINAS

DE

Por sus especificas diferencias, merecen una mención especial los transformadores que tienen que usarse para la soldadura por roldanas. Su factor de marcha ( 1º.6. y 7º.3. ) puede alcanzar valores de hasta un 90% cuando en otras aplicaciones de la soldadura por resistencia raramente sobrepasan el 15%. Su núcleo magnético debe trabajar a una inducción alejada de su valor de saturación y no es conveniente que esté realizado con Capítulo VI

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laminas magnéticas de grano orientado como se usa en la mayoría del resto de transformadores, pues muy leves asimetrías en la onda deformada que resulta de la regulación de potencia por defasaje ( cap. 5º.5. ) pueden producir una componente continua que sature el núcleo desconectando o averiando el equipo eléctrico de potencia. El ángulo del 1º encendido ( ver 10-5 ) tiene que estar bien ajustado a sus características en estas máquinas.

6.2.5.

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

En la tabla que adjuntamos ( ver 15-6 ) damos valores reales de transformadores normalizados como orientación de la variedad y posibilidades de suministro pero no especificamos la norma que siguen ni sus referencias identificadoras para evitar confusiones. Corresponde al posible usuario efectuar la exacta definición de lo que precisa sea en contacto con el fabricante o consultando la normalización.

6.2.6.

MANEJO Y CONSERVACIÓN TRANSFORMADORES

DE

LOS

A pesar de su aspecto de gran solidez, que responde a una realidad, se tienen que observar algunas precauciones para evitar el deterioro de las superficies de contacto, cuyas protecciones no deben suprimirse hasta el momento de su montaje en la máquina. Debe evitarse durante el manejo la rotura de los posibles salientes por racordaje o partes del conmutador primario. Los entradas y salidas de agua también tienen que estar selladas hasta el mismo momento del montaje para evitar la introducción de cualquier cuerpo extraño que atorado en cualquier curva del circuito produciría una disminución del caudal de agua. Su peso “engaña” pues acostumbra a ser mayor de lo que evalúa por su aspecto quien no lo conoce y eso puede producir accidentes o daños. Su circuito de refrigeración, con pasos de poco diámetro, es de material cúprico en casi su totalidad y debe tenerse en cuenta en caso de ser necesario emplear algún desincrustante.

Capítulo VI

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6.3.

CIRCUITO DE ALTA INTENSIDAD

Otra de las características especificas de la soldadura por resistencia es el uso de altas intensidades eléctricas en sus máquinas lo cual no es muy frecuente en la industria metalmecánica. En nuestra especialidad podemos considerar que el rango mas 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 esas características no son fácilmente comprensibles con mentalidad solamente mecánica o de instalador eléctrico de bajas potencias. 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 resistencias. La reactancia, resistencia del circuito al paso de una corriente alterna ( cap. 4º.2.1. ) , depende del área que abarcan los conductores por donde circula y de los materiales magnéticos de su zona de influencia, ( ver 11-4 ) 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 mas por experiencias realizadas que por cálculo.

6.3.1.

EMPALMES Y UNIONES EN GENERAL

Unas zonas a las que se debe prestar especial atención son las de contacto, de unión, entre las diferentes 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 tienen menos resistencia eléctrica y se calientan menos que los de latón con latón y son mas aconsejables. El cobre, el aluminio y el hierro tienen un potencial electroquímico diferente y al estar en contacto en ambientes que contengan humedad y gases, prácticamente todos los industriales, se produce una corrosión que llega a “soldar“ los contactos cobrealuminio y corroer los hierro-aluminio. Tiene que emplearse tornilleria inoxidable o cadmiada y evitar la entrada de aire en las zonas de contacto mediante un buen acabado superficial de estas. Para evitar corrosiones electroquímicas y engripamientos, en todos los casos se aconseja untar las zonas de contacto con una grasa especial, lítica, de elevada temperatura de “goteo” para que no desaparezca al calentarse, y con contenido de grafito o, mejor, Capítulo VI

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polvo de cobre. Las zonas de contacto en el aluminio tienen estar previamente cobreadas y después niqueladas y usarse arandelas elásticas para su apriete, el cual, en todos los casos debe ser muy sólido y fuerte.

6.3.2.

EN MÁQUINAS FIJAS

Una orientación sobre la influencia del área abarcada por los brazos sobre los amperios en cortocircuito conseguibles puede verse en ( ver 10-4 ). Para conseguir intensidades que excedan los 60.000 Amperios en máquinas a las que se les exige una buena área de trabajo entre brazos es cada vez mas frecuente emplear máquinas trifásicas que usen corriente continua ( cap. 4º.2.4. ). Ciñéndonos a las que usan corriente alterna se debe cumplir. A.- Reducir al máximo posible el área que abarca el circuito secundario. B.- Los conductores de la corriente, tanto los de cobre laminado como las piezas de fundición, tienen que estar distanciados mas de un centímetro de las piezas de hierro que forman el bastidor y el circuito mecánico. C.- No debe existir ningún anillo cerrado de material magnético que rodee el paso de la corriente. D.- En los útiles para soldar con prensa y en las máquinas especiales debe cuidarse que el área y el recorrido de la corriente para cada protuberancia o punto sean iguales. Ya de forma genérica también es mejor que se cumplan esos puntos con cualquier tipo de corriente. Conviene resaltar que por razones de espacio y economía se utiliza el agua para el enfriamiento de los conductores y que es muy importante que no falle la refrigeración. En algún punto del circuito de corriente secundaria siempre existe una conexión flexible ( ver 16-6 ) debido a que uno de los electrodos tiene que moverse para que se pueda introducir lo que se quiere soldar.

16-6 Capítulo VI

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El paso brusco de una elevada intensidad por los circuitos secundarios cuando se realiza una soldadura, sea cual sea el tipo de corriente empleada, produce unos elevados esfuerzos electromagnéticos que afectan poco a las partes fijas del circuito, muy bien sujetas; pero, a la conexión flexible la agita fuertemente y es la principal causa de su futura rotura por fatiga. La vida limitada de estas conexiones obliga a su sustitución periódica cuando debido al movimiento y vibraciones se han ido rompiendo por fatiga mecánica los elementos flexibles que la componen, láminas o hilos, y es por tanto muy importante que sean de fácil sustitución. Normalmente esas conexiones flexibles solo se enfrían evacuando el calor por la zona refrigerada donde hacen contacto con el resto del circuito. Es importante que los conductores de cobre, hilos o láminas, de toda conexión flexible no estén recocidos ni hayan sufrido tratamientos galvánicos que merman su dureza y elasticidad. El diseño de una buena y duradera conexión flexible con láminas se suele hacer basándose en la experiencia en ese tipo concreto de máquina y, en todos los casos, las láminas de cobre con la conexión en su forma de reposo deben estar separadas unas de otras en el centro de su curvatura ( ver 17-6 ), y si está realizada con cables, estos tienen que no estar compactos y admitir cierta torsión.

17-6

Una prueba simple es la llamada “del tabaco” en el argot de los talleres, que consiste en soplar el humo del cigarrillo a través del grueso de la conexión y el humo debe atravesar por el interior sin dificultad. Un leve aumento o disminución de su longitud o curvatura, de su sección o masa, o una ligera modificación de las pletinas de apriete deflectoras pueden producir insospechados cambios en la duración de la conexión. En principio debe suponerse que el fabricante ya ha experimentado la conexión que emplea. Los materiales empleados para el paso de corriente, cobre y aluminio y sus aleaciones, ”fluyen” con el tiempo y los aprietes pierden su presión inicial por ligerísimas pérdidas de grueso de las piezas en contacto. Esto se compensa empleando arandelas elásticas en las conexiones que deben ser sustituidas por otras nuevas iguales cuando se remontan. Capítulo VI

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6.3.3.

EN MÁQUINAS COLGANTES. CABLES

Para las pinzas sin transformador incorporado se emplean unos cables que la conectan al transformador, generalmente suspendido, ( ver 18-6 ) de donde toma la corriente de soldadura.

18-6

La distancia necesaria desde la pinza hasta el transformador para poder trabajar con comodidad obliga a emplear unos cables cuya longitud oscila entre los 1800 mm. y los 3000 mm. Con esas distancias a recorrer por la corriente de soldadura se comprende la importancia que tienen la sección de cobre del cable y la reactancia que implica una separación entre conductores. La sección de cobre que se emplea esta limitada por la manejabilidad y flexibilidad del cable y hace indispensable que estén refrigerados por agua, teniendo mucha influencia el caudal de agua de refrigeración en la cantidad de amperios a que pueden trabajar ( ver 19-6 ).

19-6

La determinación del cable a emplear para unas intensidades determinadas debe basarse en las recomendaciones del

Capítulo VI

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fabricante suministrador del cable, y caso de no disponer de este dato pueden emplear los siguientes datos, fórmulas y gráficos. Lo primero que necesitamos saber es la corriente It que circulando por el cable o conexión permanentemente y sin interrupciones produce un calentamiento igual al de la corriente que realmente circulará por él. Se calculará con la siguiente fórmula:

Donde Is es la corriente de soldadura T el tiempo de soldadura en periodos S las soldaduras que se realizan por minuto It la corriente en servicio continuo El emplear tiempos excesivos en los puntos que se realizan no solamente aumenta el desgaste de los electrodos sino que afecta mucho a la vida útil de los cables por su aumento de temperatura y por la posibilidad de que se formen bolsas de vapor en el circuito del agua en los cables refrigerados. Para cables refrigerados por aire se puede determinar la sección de cable necesaria en el gráfico ( ver 20-6 ) una vez conocidas la longitud y la It. Las piezas donde se conectan ambos extremos del cable tienen que estar refrigeradas por agua.

20-6

Cuando los cables están refrigerados por agua deben emplearse los gráficos ( ver 21-6 y 22-6 ); pero, tenemos un factor mas a tener en cuenta y muy importante, la circulación de agua por el cable. La It tiene que multiplicarse por ese factor de caudal, Fc., (19-6) antes de entrar con ella en esos gráficos para determinar el cable necesario. Capítulo VI

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21-6

22-6

Existen varios fabricantes de estos cables y emplean diferentes sistemas ( ver 23-6 ) para la circulación de agua por el cable y para reducir al máximo la impedancia. Estos valores son diferentes para cada tipo de cable debido a sus distintas formas de refrigerar los conductores. Tanto los valores que indicamos para el agua como los referentes impedancias y temperaturas son una orientación, válida, por si falta información del suministrador que es quien tiene la información específica para su producto. La reactancia es muy importante si se emplean cables separados pero se reduce extraordinariamente empleando cables coaxiales o cables bipolares que al mismo tiempo reducen el problema de los movimientos debido al paso brusco de la corriente. Capítulo VI

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23-6

A nuestro juicio aun cuando haya diferencias apreciables de hasta un 20% en las impedancias y en la capacidad de carga en amperios casi todos los sistemas que se encuentran en el mercado son válidos. El valor de la impedancia, a 20º y para 50 ciclos, puede suponerse alrededor de 400 micro-ohmios para 1000 mm de largo y 100 mm2 de sección. Un ejemplo nos indicara como calcular la impedancia aproximada de un cable. Para 2400mm. de longitud y 250 mm2 de sección, Z= 400 x 2,4/2,5 = 384 micro-ohmios. Son de notar las diferencias que se encuentran entre los cables debido a los materiales empleados y al sistema de montaje y fabricación, y las diferencias en la flexibilidad, pues el resto de sus características, entre otras las dimensionales, están reflejadas en la normativa ISO ( cap. 11º.8. ). El problema de permitir torsión no conocemos que haya sido correctamente solucionado y es una limitación importante para su uso cómodo. Recomendamos no comprar solo por precio o costumbre y probar la vida de los diferentes cables que nos puedan suministrar comparándolos en condiciones de trabajo iguales. La prueba es laboriosa y larga; pero podemos encontrar variaciones de un 200% en la vida útil de diferentes modelos en algunos puestos de trabajo. El uso de estos cables esta descendiendo rápidamente por el mayor uso de las pinzas con transformador incorporado y de los robots, especialmente para aquellos puestos de soldadura que por su trabajo deterioran muy pronto los cables.

Capítulo VI

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6.3.4.

EN PINZAS INCORPORADO

CON

TRANSFORMADOR

En este tipo de pinzas, sean para usarse manualmente o para ser manejadas por un robot, tenemos importantes limitaciones de peso y espacio que afectan al circuito de alta intensidad. Estas pinzas pueden llevar dos conexiones flexibles o una sola, según sean autocentrantes ( casi todas las que se aplican a los robots ) o no lo sean. Acostumbran a ser una de sus partes mas delicadas y todo lo indicado en ( 6º.3.1. y 2. ) . para su ejecución en máquinas fijas es válido también para ellas. El procedimiento para sustituir estas conexiones cuando se deterioran es importante que esté bien establecido y sea conocido por los responsables de su mantenimiento, quienes deben disponer de los útiles y herramientas especiales cuando se precisen. Como ya indicamos los contactos de los transformadores para estas pinzas están provistos en algunos casos de un baño de plata o de oro, y también los otros contactos del circuito de alta intensidad pueden necesitar tenerlo para reducir su calentamiento. En unas pinzas ( ver 24-6 ) el circuito de alta intensidad solo esta compuesto por material cúprico, aunque sean de aluminio parte de las piezas del circuito de esfuerzo.

24-6

En otras, una parte de ese circuito está construida en aluminio inyectado por el cual circula la corriente y forma parte de la estructura mecánica de esfuerzo que soporta los brazos de cobre ( ver 25-6 ). Un tercer caso son aquellas que por necesitar escotes largos, de 500 mm. o mas se las equipa con brazos de aluminio estructurados por donde circula la corriente de soldadura o bien son de acero inoxidable estructurado para el esfuerzo mecánico y cobre adosado a el para el paso de corriente. Todo lo indicado para las zonas de contacto en estos circuitos de alta intensidad adquiere especial relevancia en el caso de las pinzas donde es indispensable aplicar todos los consejos al respecto. Capítulo VI

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25-6

6.3.5.

EN MÁQUINAS ESPECIALES

Las máquinas especiales requieren un buen estudio de su circuito de alta intensidad y respetar las siguientes premisas. A.- Que sea rígida y bien sujeta la mayor parte del circuito y solo sea flexible lo que requiera movimientos. B.- Todas las zonas de contacto tienen que estar refrigeradas con agua, y si es posible, todas las conexiones conductoras de corriente. C.- Tiene que estar construido preferiblemente con cobre de la sección apropiada y con el menor numero de empalmes o zonas de contacto posibles. Como orientación puede preverse una densidad eléctrica según lo indicado en ( 11º.5. ) para distintos materiales y factores de marcha. D.- Debe estudiarse que el área que abarque sea la mínima posible y evitar al máximo la existencia de material magnético, hierro, en su interior. E.- Tiene que comprobarse cuidadosamente que no haya ningún circuito cerrado de acero, aunque sea “largo”, que rodee algún paso de corriente. F.- Las conducciones tienen que estar distanciadas mas de 10 mm. de sus soportes si estos son de acero. En algunas circunstancias es necesario conectar la corriente de soldadura a un útil o carro móvil al que es imposible conectarle una conexión fija o flexible. En estos casos se emplean ( ver 26-6 ) los llamados contactos móviles que consisten en unos electrodos planos o cónicos, que accionados por un cilindro contactan con la pieza dormidera que viaja con el útil. Capítulo VI

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26-6

Estos electrodos tienen que recibir al menos un esfuerzo por mm 2 equivalente al de una soldadura y estar bien refrigerados y dimensionados, tanto el contacto como las conexiones que lo alimentan, de acuerdo con la intensidad y el factor de marcha que soportan, pues generalmente en esa pieza o útil se dan mas de un punto y por ese contacto pasan todas las corrientes de los diversos puntos que se den. En el caso de emplear el contacto plano es muy importante aplicar una presión que evite que los esfuerzos electrodinámicos desplacen el contacto justo cuando pasa la corriente y se desgaste por chispeos. Para conectar los transformadores con los porta-electrodos montados en los cilindros de soldadura, se emplean unos cables normalizados en ISO, trenzas, ( ver 27-6 ) que solo se enfrían por el aire ambiente y a través de las piezas adonde se conectan que necesariamente han de estar refrigeradas con agua ( ver 28-6 ).

27-6

Capítulo VI

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28-6

También se emplean trenzas refrigeradas por agua pero su uso no es tan habitual. En cada operación de soldeo sufren un movimiento brusco debido al campo electromagnético de la corriente y este movimiento es el que principalmente acorta la vida útil de estas conexiones por sucesivas roturas por fatiga de los hilos de cobre que lo componen. En el caso de poca duración de alguna conexión debe reestudiarse su longitud, sección y forma y orientación de sus terminales, pues a priori no se puede asegurar que un aumento de sección o longitud mejore su vida; puede empeorarla. Estos mismos esfuerzos electrodinámicos que tanto afectan a las conexiones flexibles existen también en todo el circuito de alta intensidad, el cual debe estar sólidamente fijado a la estructura de la máquina.

6.4.

SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO Y REFRIGERACIÓN

Salvo en muy limitados casos de máquinas de muy poca potencia y con trabajo muy intermitente, en las máquinas de soldar por resistencia siempre encontramos unos circuitos de refrigeración por agua de sus elementos principales. A estas máquinas se les solicita una gran potencia en sus cortos periodos de funcionamiento y esta particularidad mas la necesidad Capítulo VI

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de que sus circuitos sean cortos y de poco volumen para tener la impedancia reducida que permite conseguir elevadas intensidades soldando, hace que sea pequeña la superficie externa disponible para evacuar el calor producido y, no es posible su enfriamiento por convección natural o por aire forzado. Ya vimos en el capitulo correspondiente ( caps. 1º.2.5. y 1º.4.2. ) la mucha influencia que tiene sobre la calidad de la soldadura y la vida de los electrodos una racional circulación de agua; pero, además de esa misión es indispensable el uso de unos circuitos de agua que eliminen la elevada concentración del calor que se produce en muchos puntos de la máquina al efectuar una soldadura.

6.4.1.

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA NECESARIA

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 a 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 20ºTH 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 30/32ºTH. Un grado TH equivale a 10mg. de carbonato de calcio por litro de agua. Su mineralización conviene que sea lo mas baja posible para evitar que sea demasiado conductora, lo cual no es conveniente, especialmente cuando se emplean SCRs en los que el agua está en contacto con partes en tensión. El agua debe estar limpia, sin lodos en suspensión que puedan depositarse en los circuitos, ni otras impurezas, orgánicas o inorgánicas, que puedan causar atoramiento parciales o totales. El caudal de agua necesario viene indicado por el fabricante de la máquina. En 8º.6.1. encontraran una orientación sobre el caudal necesario si se carece de ese dato.

6.4.2.

CIRCUITOS DEL AGUA

Un circuito simple muy usado ( ver 29-6 ) en máquinas de pequeña potencia no es muy recomendable como norma general.

Capítulo VI

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29-6

En los esquemas 30-6 y 31-6 se pueden observar unos circuitos de donde se pueden deducir los circuitos básicos en que puede repartirse la refrigeración de una máquina.

30-6

A.- El que refrigera los SCRs. Unos tiristores sin agua pueden “explotar” ( acostumbra a ser ruidosa su avería ) en la primera soldadura, y la única reparación posible es su sustitución por otros 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 a no cambiar la calidad, longitud y forma que tienen los tubos de goma que los conectan. Capítulo VI

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Cuando se emplean SCRs. en los que el circuito de refrigeración está aislado de la corriente eléctrica no es preciso aplicar esa recomendación.

31-6

B.- La refrigeración del transformador. La refrigeración del transformador y de sus terminales secundarios es un verdadero laberinto con pasos de agua de poco diámetro, 6 u 8 mm., debido al escaso espacio de que se dispone por lo importante que es reducir la impedancia. Si se eliminan o no funcionan los seguros que lo protegen, un transformador 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 útiles de soldadura. En todas estas zonas es también indispensable una buena refrigeración por las 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 útiles se convierten en un circuito independiente cuando es posible. D.- En máquinas de continua una zona única e independiente es la refrigeración del equipo de diodos rectificadores. Una avería de los diodos es muy costosa y la falta de agua la provoca en pocos segundos. Capítulo VI

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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 convección natural o forzada o por otros 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 circuitos y que no se pueda poner la máquina 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 signifiquen la interrupción de ésta en los intervalos entre soldaduras 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 máquina puede provocar la proliferación de órganos vivos, como algas microscópicas, que obturen los circuitos, y por ello no es conveniente interrumpir el agua con la máquina todavía caliente. La conexión o desconexión del agua debe hacerse mediante una válvula exterior y no deben manipularse, una vez ajustadas, las posibles válvulas instaladas para cada circuito. Normalmente hay una sola entrada de agua y dentro del bastidor un distribuidor la reparte por los diferentes circuitos, cuyos retornos están también conectados a un recolector único que es la salida de agua de la máquina 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. Lo mas idóneo, pero que solo se hace en las máquinas de mayor potencia y precio, es tener caudalímetros y válvulas en cada uno de los circuitos del agua, para poder regular y conocer el caudal de cada uno de esos circuitos. Los circuitos de agua en el interior de las máquinas exigen una gran calidad en su ejecución y el sistema de bridas, abrazaderas, mangueras de goma y en general todos sus componentes tienen que convertir en muy improbable una avería que en el caso de estas máquinas puede producir periodos de paro importantes si se mojan sus circuitos eléctricos y electrónicos. Es muy importante que bajo ningún concepto se puenteen, se supriman, los termostatos de seguridad en los SCR , de 70ºC., los de los transformadores, de 140ºC en el primario y de 80ºC en el secundario, o, cualquier otra seguridad que haya considerada necesario el fabricante de la máquina. Capítulo VI

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Si hay problemas de intermitencia en el trabajo de la máquina por culpa de la actuación de esas seguridades lo que hay que solucionar es el 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.

6.4.3.

PROCEDENCIA DEL AGUA

En 8.5.1. que trata de la instalación de las máquinas ya esta comentado este tema que ahora complementaremos. Al estudiar el tipo de instalación que precisamos para una nueva máquina es conveniente pensar en las que ya tenemos y en las que probablemente necesitaremos en el futuro para englobarlas en el mismo proyecto. 6.4.3.1.

De un circuito cerrado

Con la máquina refrigerada por agua de un circuito cerrado independiente, se tienen evidentes ventajas en cuanto a posibilidades de control, bajas temperaturas y menor gasto en el mantenimiento de los circuitos de refrigeración y especialmente en la vida de los electrodos por lo que cada vez es mas usado y creemos oportuno recomendarlo. En todos los países será cada vez mas difícil y caro el gastar para estos usos aguas potables y tendrán que tratarse los caudales de aguas sobrantes antes de salir de la fábrica y se endurecerán las legislaciones para captar o desaguar en los niveles freáticos o cauces públicos. Las unidades para refrigeración en circuito cerrado ( ver 32-6 ) constan básicamente de un depósito regulador, una bomba de impulsión , un compresor hermético de los empleados en los frigoríficos domésticos o industriales y en la industria del aire acondicionado, y un evaporador, y, todo eso, con el aparellaje auxiliar y de medida necesario, esta integrado en una carcasa única. Suministran el agua, que baña al evaporador, a unos 15º pero pueden hacerlo a menos temperatura. La capacidad en frigorías de estos aparatos esta en unas gamas variables según el fabricante y que cubre de las 6000 a las 125000 frigorías aproximadamente. Para calcular las frigorías necesarias un método eficaz y veraz; pero poco usado, es poner a trabajar la máquina a su ritmo normal con agua de red y medir el caudal de entrada y las temperaturas de entrada y salida del agua, y con un sencillísimo calculo ya Capítulo VI

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tenemos el dato que buscamos. Los datos se han de tomar después de al menos 1 hora de trabajo ininterrumpido.

32-6

Un cálculo que se demuestra bueno es aceptar 45 frigorías por kVA de potencia nominal Pn en el caso de máquinas de alterna monofásica y de 60 frigorías por kVA de Pn en el caso de máquinas que sueldan con corriente continua. En ( cap.8º.6. ) hay mas completa información sobre este tema. En según que fabricaciones, países o época del año el calor que se desprende del equipo de refrigeración puede utilizarse para calefacción u otros usos. Consideramos este sistema como el mas recomendable, pues la mayor inversión inicial es amortizable con los ahorros de agua, de mantenimiento y de electrodos aunque el cálculo de esta amortización sea difícil. 6.4.3.2.

De un intercambiador de calor por aire

Para pequeñas potencias puede utilizarse un enfriamiento que lo produzca el aire de un ventilador que incida sobre un radiador de mucha superficie por cuyo interior circule el agua que queremos enfriar. El equipo compacto incluye el depósito, radiador, electrobomba, ventilador y la dotación para maniobra y control. Hacen ruido, levantan polvo y son de escaso rendimiento. No las aconsejamos.

Capítulo VI

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6.4.3.3.

De una torre de evaporación

Este sistema se basa en la aportación de calor que todo liquido precisa para evaporarse, y en estas torres ese calor lo absorbe de la misma agua que queda sin evaporar y se enfría por ello. Una estructura instalada al aire libre y solo abierta en lo necesario alberga una ducha por la que cae toda el agua que queremos enfriar, y, a través de esa agua soplamos el aire de unos ventiladores centrífugos de unos 300 Pascales de presión y gran caudal ( ver 33-6 ). Este aire provoca la evaporación de parte de esa agua y por tanto la enfría.

33-6

El agua evaporada se tiene que ir sustituyendo con agua de la red y se precisa un sistema de filtro o de decantación para quitar los lodos si el ambiente y por tanto el aire de los ventiladores lleva polvo en suspensión, lo cual es frecuente en áreas industriales. Tiene como limitación importante el poco descenso de temperatura del agua que se consigue incluso en el caso favorable gozar de un punto de rocío bajo. El punto de rocío de un aire ambiente es la temperatura a la cual se empieza a condensar la humedad que contiene o sea que ese aire a la temperatura del punto de rocío no admite mas humedad, no admite evaporación.

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En climas “secos” el aire de esos ventiladores evapora agua y enfría al resto pero, en climas húmedos los ventiladores insuflan un aire ya cargado de humedad, de un punto de rocío alto, y por tanto evaporan y enfrían poco. Debido a esto el dimensionamiento de una torre de evaporación tiene que efectuarse en función del clima del lugar donde se instala y aun así su eficacia es irregular. Normalmente los enfriamientos que se obtienen son del orden de 8º a 9ºC.

6.5.

SISTEMAS DE ESFUERZO

Hasta ahora, lo mas empleado para obtener los esfuerzos necesarios para la soldadura por resistencia es el aire comprimido. Las presiones mas utilizadas son los 500 kP a 600 kP en redes de uso general y la de 1000 kP a 1200 kP en redes en naves para soldadura que permite utilizar cilindros mas pequeños para los esfuerzos en pinzas y en multipuntos ( 100 kP son aprox., = 1 bar = 1 Atm. ). Sistemas con aceite a presión, hidráulicos, se usan en máquinas para la soldadura a tope utilizando una bomba como generadora de la presión, y en alguna máquina especial. Se usan presiones de 9000 kP o de 14000 kP en máquinas grandes. El aceite a presión se sigue empleando, en pinzas manuales sin transformador incorporado para evitar volumen y peso en ellas, y reducir el impacto de los electrodos sobre la pieza pero ya significan un porcentaje reducido del total de pinzas en uso La presión del aceite, próxima a los 9000 kP, se obtiene de un transformador de presión aire-aceite por lo que son sistemas neumohidráulicos. También existen en el mercado máquinas de soldar por puntos de pedestal con descenso rectilíneo que emplean el sistema neumohidráulico con lo cual reducen considerablemente el consumo de aire comprimido y también reducen el impacto del electrodo sobre la pieza; pero, empeoran el “seguimiento”. Dado la ínfima incidencia del coste del aire comprimido en el coste final de una soldadura y a que también se puede reducir el impacto con medios solamente neumáticos consideramos que el aceite no debe emplearse en las máquinas de soldar por resistencia, salvo cuando sea indispensable, por sus muy superiores exigencias y costes del mantenimiento y, no hay que desdeñarlo, el mayor peligro de incendio que significa una pérdida de aceite a presión en forma de nube al incidir chispas en ella. El accionamiento por motor eléctrico ya se empleó en los primeros tiempos hasta que fue desplazado por los sistemas neumáticos; pero actualmente se está recuperando su uso debido a la muy superior tecnología electrónica para el control y de fabricación de Capítulo VI

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motores disponible, y esperamos que, dadas sus evidentes ventajas y a la posibilidad de que al aumentar su mercado se vaya reduciendo el costo de su empleo en las máquinas, cada vez sea mas usado en pinzas robot o máquina y en máquinas de alto estándar, sin que sustituya el uso del aire comprimido en el resto.

6.5.1.

CILINDROS NEUMÁTICOS

Los sistemas neumáticos tienen siempre como elemento básico y principal un cilindro simple ( ver 34-6 ), o doble trabajando en támdem, formando parte del sistema mecánico de esfuerzo de la máquina y gobernado por el control electrónico a través de un sistema neumático mas o menos complejo según las prestaciones que permita la máquina. Prácticamente todos los procesos de soldadura por resistencia exigen o se benefician de un buen seguimiento ( cap 1º.2.3. ) efectivo de los pequeños desplazamientos que ocurren durante la soldadura y por ello es muy importante la calidad del cilindro empleado. El émbolo tiene que ser de aluminio con juntas tóricas, no de labio, que ofrezcan la mínima resistencia 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 reduciendo al máximo las masas en movimiento y sus rozamientos.

34-6

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 y seguridad en el trabajo y para evitar el engrasado inoportuno de materiales e instalaciones cercanos a las máquinas de soldar y reducir la suciedad y el sobrecoste en las operaciones de pintado posteriores. po steriores. No se tienen que emplear grasas 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. 5 m/s., lo cual no debe impedir la utilización obligada de silenciadores en los escapes. Capítulo VI

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La tabla ( ver 35-6 ) nos indica los esfuerzos en daN obtenibles con diferentes diámetros interiores de cilindros a diferentes presiones y según sean simples o dobles.

35-6

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 con cuyo avance se limita el retroceso del principal, permitiendo 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 ( ver 50-6 ). En las máquinas multipuntos y en montajes especiales se emplean casi exclusivamente unos cilindros especialmente diseñados para la soldadura por resistencia ( ver 36-6 ). Las normas ISO dejan perfectamente definidos las dimensiones mecánicas y sus sistemas de fijación, tanto del cilindro a la máquina como del porta-electrodo al eje del cilindro por lo que son generalmente fácilmente intercambiables cilindros de diferentes fabricantes ( ver 376 ). En ( ver 38-6 ) pueden observar una gama de cilindros con un solo sistema de Capítulo VI

36-6 Página 41


fijaciones donde constan las carreras y presiones estándar. Los fabricantes de cilindros pueden suministrar catálogos con todas las numerosas versiones y variantes que pueden suministrar para adaptarse a las diferentes necesidades que puede presentar una máquina especial.

37-6

38-6 Capítulo VI

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Unas gamas de estos cilindros están realizadas con sujeción por tirantes externos. Cumplen la misma misión y hay quien los prefiere por ser de mas fácil manutención ( ver 39-6 ).

39-6

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. Sistema antigiro del eje muy eficaz. Diámetro reducido para permitir puntos próximos. Utilización de una, dos, o, tres cámaras en serie para obtener esfuerzos elevados con poco diámetro. Garantía de 5 o mas millones de maniobras sin averías ( depende del fabricante ). Facilidad de sustitución y de mantenimiento. Entradas y escapes bien dimensionados para maniobras rápidas. Etc... Los fabricantes y por tanto la oferta de estos cilindros están disminuyendo debido a la fuerte disminución del uso de máquinas multipuntos ante el avance de las instalaciones robotizadas, pero siguen siendo de uso indispensable para multitud de montajes especiales no necesariamente de gran envergadura.

Capítulo VI

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6.5.2.

COMPONENTES NEUMÁTICOS

El circuito neumático ( cap. 10º.6.5. ) esta formado básicamente por: 6.5.2.1.

Reguladores de presión

Existen varios modelos entre los que elegir y es un componente importante para toda instalación. Su funcionamiento ( ver 40-6 ) 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 pasar aire de la red, cerrándose cuando la cámara de aire de salida alcanza la presión regulada. Es conveniente utilizar un modelo con “alivio” de la cámara de salida, secundaria, lo cual 40-6 nos permite rebajar la presión de salida cuando accionamos el regulador, aunque esa cámara haya sido llenada previamente a una presión mayor. 6.5.2.2.

Filtro y deshumidificador.

40-6 Capítulo VI

Es un vaso transparente ( ver 41-6 ), 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 preste la atención debida el equipo de Página 44


mantenimiento, la hace menos indispensable. Cuando la instalación contiene una válvula proporcional o es muy compleja se recomienda emplear filtros para máximo 5 micras. 6.5.2.3.

Lubrificador

Es un vaso con aceite ( ver 42-6 ) que tiene como misión nebulizar una porción, regulable, de aceite en cada maniobra del cilindro. Actualmente se construyen las máquinas con cilindros que no precisan esa nebulización de aceite, que contamina la atmósfera, engrasa y ensucia lo que rodea las máquinas y con ello se evitan las averías que se producían por no rellenar el deposito de aceite cuando se vaciaba. El filtro, regulador y lubrificador forman generalmente un conjunto único ( ver 43-6 ) y es conveniente que se instale en su entrada una válvula para desconexión manual de la presión.

42-6

43-6 6.5.2.4.

Electroválvulas de tres o de cinco vías.

44-6 Capítulo VI

Son como interruptores o conmutadores de un circuito por el que circula aire en vez de electricidad ( ver 44-6 ). Lo mas conveniente es utilizar siempre tipos de la normativa ISO que permite una total intercambiabilidad entre diferentes marcas y utilizar tipos montados sobre placa de conexiones ( ver 45-6 ). Este criterio de utilizar Página 45


material de una sola norma es aconsejable aplicarlo al resto de componentes de los circuitos.

45-6 6.5.2.5.

Electroválvula proporcional

Como se vio en ( cap. 5º.6.4. y 5º.4.3. ) 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 reciban del control, informan sobre la presión que están suministrando. Este tipo de electroválvula es mas sensible a las impurezas que pueda contener el aire y por ello se recomienda el empleo de filtros acordes con lo que aconseje el suministrador de la electroválvula. 6.5.2.6.

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. 6.5.2.7.

Transductores presión-señal eléctrica

Si se instalan estos transductores es posible establecer limites máximo y mínimo de las presiones de trabajo a través del control electrónico. Capítulo VI

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6.5.2.8.

Reguladores de caudal

Intercalados en un conducto de aire comprimido hacia el cilindro reduce el caudal unidireccionalmente y permite variar la velocidad de movimientos de ese cilindro. Pueden estar incorporados en las electroválvulas o en las placas de conexión. 6.5.2.9.

Silenciadores

El escape de aire a presión produce un ruido apreciable que unido a lo repetitivo que puede ser, molesta y puede transgredir las exigencias de las leyes que regulan las condiciones de un puesto de trabajo. El silenciador es una cápsula 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. 6.5.2.10.

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 tienen los esquemas neumático 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 máquinas estén equipadas con un pequeño deposito de aire comprimido, un calderín, un pulmón, que evita los problemas que una línea algo a lgo deficiente pueda ocasionar. Estos depósitos pueden necesitar estar documentados ante las autoridades industriales por ser un contenedor a presión y el fabricante deberá suministrar los certificados correspondientes, siendo responsabilidad del usuario realizar las revisiones periódicas posteriores si son exigibles. Las normas ISO 1219, 5784 y otras fijan los símbolos a emplear en los esquemas neumáticos. Adjuntamos algunos de los símbolos mas necesarios para interpretar los esquemas, cuyos símbolos son generalmente menos conocidos que los eléctricos ( ver 46-6 y 47-6 ).

Capítulo VI

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46-6

Capítulo VI

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47-6

Capítulo VI

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6.5.3.

CIRCUITOS NEUMÁTICOS

Coexisten una buena variedad de circuitos neumáticos y cada fabricante puede aplicar el suyo, por lo que lo mas importante es estar bien documentados sobre cual es el que tenemos, su sistema de funcionamiento, sus recambios, etc... Para no obviar el tema los resumiremos en unos circuitos básicos cada uno de los cuáles puede pue de tener algunas variantes. Podremos observar que en los circuitos para doble carrera se incluyen las dos posibilidades alternativas de mando por pulsador o pedal, la mas usada y la de mando por llave, solución obligada por las normas CE, para las máquinas de pedestal. También se puede observar que siempre se aplican silenciadores de escapes y la entrada de aire con conexión manual en la misma máquina, según norma CE La regulación de la doble carrera ( ver 486 ) es un dispositivo mecánico aplicado al cilindro superior que no afecta a los 48-6 circuitos neumáticos.

6.5.3.1.

Circuito simple para máquinas con brazos oscilantes o descenso rectilíneo ( un solo cilindro y una sola electroválvula )

El esfuerzo para la soldadura lo genera un cilindro neumático de doble efecto, (los de simple efecto son rarísimamente usados ) situado en algún lugar del circuito mecánico de la máquina ( ver 49-6 ). El circuito que gobierna este cilindro esta formado por los mínimos componentes posibles y con él solo se regulan las velocidades mediante los reguladores de flujo y el esfuerzo mediante el manorreductor.

49-6

Capítulo VI

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6.5.3.2.

Circuito para máquinas con doble carrera ( cilindro con doble émbolo y dos electroválvulas )

La máquina va equipada con un cilindro de doble cámara ( ver 506 ). Toda la carrera del émbolo de la cámara superior sirve para variar la altura de la cámara principal, disminuyéndolo y, permitiéndole al electrodo una abertura inicial grande para la introducción de una pieza con aletas o formas que lo exijan, y efectuar después todos las soldaduras con una carrera corta y una mayor cadencia.

50-6

El accionamiento del émbolo de la cámara superior que reduce la carrera de trabajo se efectúa a voluntad con un mando o mediante electroválvula gobernada por llave o por un pedal o pulsador mecánico que gobiernen una electroválvula y con aire con toda la presión de la red sin pasar por el manómetro regulador. 6.5.3.3.

Circuito para máquinas con acercamiento con bajo esfuerzo ( cilindro simple o doble y tres electroválvulas )

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. Capítulo VI

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El descenso con bajo esfuerzo se consigue alimentando simultáneamente las dos cámaras del cilindro con la misma presión, las cuáles tienen un área diferente ya que la inferior es mas reducida debido al eje del embolo ( ver 51-6 y 52-6 ) .

51-6

52-6 Capítulo VI

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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 útiles o electrodos. 6.5.3.4.

Circuito con doble carrera, acercamiento con bajo esfuerzo y sobreesfuerzo regulable para forja (cinco electroválvulas y doble cilindro)

Con este equipamiento una máquina esta bien preparada para poder realizar una buena soldadura, pues se puede regular el esfuerzo y velocidad de acercamiento y asimismo aplicar una sobrepresión en cualquier instante del proceso de soldadura. El circuito neumático ( ver 53-6 ) solo indica un tipo de mando para la doble carrera, pero es obvio que puede tener también la otra opción de mando por pedal.

53-6 6.5.3.5.

Circuito con doble carrera para pinzas robot

Puede ser un circuito de doble carrera normal puesto que generalmente el cilindro es, como el de las máquinas de pedestal o pinzas manuales, un cilindro único con doble émbolo; pero, en estas pinzas hay dos hechos que las diferencian de forma importante. Capítulo VI

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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 lo mas 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 a soldar, no solo por el mayor tiempo necesario sino 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 unívoca y fija para evitar que puedan chocar con la pieza 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 han entrado en contacto con pequeño esfuerzo 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 unívoca 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 ( ver 54-6 ).

54-6

Los circuitos indicados son reales y en uso pero no son las únicas soluciones y pueden realizarse otros que se adapten mas exactamente a lo que se precise o que cumplan el mismo cometido de forma distinta. Conociendo los mencionados no representará dificultad alguna interpretar las otras soluciones posibles incluso con variantes para añadir los elementos necesarios que se precisen para Capítulo VI

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determinados movimientos de los útiles que puedan integrarse en el control de la soldadura.

6.5.4.

CILINDRO ELÉCTRICO (ACCIONAMIENTO MEDIANTE MOTOR ELÉCTRICO)

En este tipo de accionamiento tenemos unos elementos muy diferenciados como son el control y la unidad de empuje. La unidad de empuje esta compuesta principalmente por: Un motor sincrónico con rotor de imanes permanentes caracterizado por su baja inercia y cuyo consumo es directamente proporcional al par suministrado, o sea, es la corriente que consume el motor lo que nos indicará el esfuerzo que se esta aplicando a la soldadura. El motor está refrigerado por agua, pues no puede autoventilarse y su calentamiento a efectos del factor de marcha obtenible con la máquina mérita un cálculo que tiene en cuenta las aceleraciones y frenados eléctricos y el esfuerzo y el tiempo que lo aplica. Observemos que con este sistema de aplicación del esfuerzo ya no es tan solo el factor de marcha admisible por el transformador lo que puede limitar la cadencia máxima de trabajo, sino que el motor del “cilindro eléctrico” también puede limitarlo independientemente de la carga eléctrica que esté soportando el transformador. Un transductor, para el cual se utiliza el nombre de Resolver, esta alimentado por el variador del control y consiste en un generador rotatorio de señales eléctricas acoplado directamente al eje del motor, las señales son unas tensiones alternas producidas por dos bobinas a 90º con lo que analizando su frecuencia, el numero de ciclos generado y su amplitud, se puede saber con una precisión mas que suficiente las revoluciones que el motor produce y por tanto su velocidad e incluso la posición angular exacta del giro en cada momento. Un reductor mecánico con husillo sin fin a rodillos que convierte en lineal el esfuerzo del motor. La intensidad y frecuencia del ruido producido por este sistema mecánico, y, la reversibilidad manual, sin corriente, del movimiento son unos “puntos débiles” de esta solución. El acoplamiento al sistema de guías del cabezal, sus limitadores de carrera, etc... Un control electrónico que es un complejo conjunto que alimenta el motor y que une un regulador de velocidad con un control de situación, los cuáles reciben las señales del resolver, y un medidor y regulador permanente del consumo del motor. Este control permite obtener con un solo modelo de unidad de empuje todas las prestaciones de los diversos sistemas neumáticos explicitados Capítulo VI

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en 6º.5.3., y además, entre otras posibilidades, las siguientes: a.- Variar la apertura máxima conveniente para cada punto b.- Hacer aproximaciones muy veloces con desaceleración final que permite alcanzar la pieza sin impacto alguno. c.- Seguimiento muy eficaz. d.- Diferentes variaciones de esfuerzo durante la soldadura y en el periodo post-soldadura. e.- Garantiza una total uniformidad en el esfuerzo que reciben todas las soldaduras que se desean iguales. Estas ventajas se deducen del diagrama correspondiente a un ciclo de soldadura ( ver 55-6 ) donde se muestran la carrera, la velocidad y el esfuerzo relacionados con el consumo de corriente del motor que es, junto con la información posicional del resolver, lo que permite regular esas funciones.

55-6

Este control puede ir integrado en el del robot o con el de soldadura, o independiente e interconectado con ellos. Como en el caso de los controles de soldadura mas desarrollados es indispensable el disponer de un equipo técnico de nivel Capítulo VI

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suficiente para poder estudiar y comentar con el fabricante las instrucciones que se reciban para poder utilizar todas las posibilidades de este complejo sistema de esfuerzo y de su control. Una diferencia importante respecto al uso del clásico cilindro neumático es el comportamiento del cilindro eléctrico cuando por cualquier anomalía en la pieza o en la programación, el electrodo no puede concluir su carrera y queda frenado con una abertura correspondiente a la cursa de acercamiento a gran velocidad. Para un cilindro neumático esto no le significa problema alguno; pero para el eléctrico le significa una detención en una zona con su máxima potencia eléctrica y de no estar debidamente protegido se quemaría o produciría daños en el circuito mecánico debido al sobreesfuerzo que aplicaría. Se puede añadir que la fiabilidad obtenida hasta ahora, el mantenimiento que precisan y su sistema de regulación y programación no están facilitando su rápida difusión en el mercado.

6.6.

EQUILIBRADORES

Para el manejo de las pinzas manuales, tanto si son con transformador o sin transformador incorporado y, en general, cuando tenemos que manejar cualquier cosa que pese, lo ideal es eliminar ese peso, y eso es lo que consigue un equilibrador, llamados también suspensores, tensores, balancers, balancines, etc...

6.6.1.

DIFERENCIA ENTRE MASA Y PESO. MUELLES

Estos conceptos físicos elementales tienen que tenerse claros para comprender como se trabaja con un equilibrador y nos permitimos dar una pequeña explicación que probablemente no necesitan una buena parte de quienes nos lean. El peso es la fuerza con que la gravedad de La Tierra, que es una “aceleración” atrae una determinada masa; esa misma masa en La Luna, cuya gravedad es menor, pesaría mucho menos; pero, la masa es una característica física inalterable y una pinza tendrá la misma masa tanto en La Tierra como en La Luna. Un muelle es un material elástico que sin alcanzar su limite de deformación permanente se deforma por el efecto de una fuerza y esta deformación es proporcional a la fuerza que se le aplica. Si equilibrásemos el peso de una pinza de soldadura con un muelle que admitiese ese peso dentro de su limite elástico, el peso de la pinza lo estiraría hasta llegar a un equilibrio, y , en ese punto la Capítulo VI

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pinza quedaría inmóvil, ni subiría ni bajaría. Si intentásemos hacer descender la pinza tendríamos que hacer fuerza, que seria como añadir peso para que se alargase mas el muelle. Ese “equilibrador” sería muy poco útil y manejable y no se usa; pero, supongamos que no queremos hacer que suba o baje y solo queremos ponerla en movimiento horizontal, o sea, que el peso y la deformación del muelle no nos afecta, y veremos que necesitamos aplicar una fuerza que será mayor o menor según la velocidad que queramos imprimir a la pinza. El esfuerzo para poner una masa en movimiento en cualquier dirección “F” dependerá de la aceleración que le queramos imprimir, y ese esfuerzo es igual en La Luna que en La Tierra y es inevitable.

6.6.2.

COMO SON MUELLE

LOS

EQUILIBRADORES

CON

Es un aparato preparado para que el equilibrio del peso que con un muelle convencional solo se conseguía en un punto se consiga con la misma eficacia a lo largo de una determinada carrera en altura que con los productos de serie que se ofrecen en el mercado alcanza hasta los tres metros, o sea, la pinza permanece inmóvil, teóricamente, si se la deja en cualquier punto de esa carrera, y desplazarla a lo largo de esa cursa solo requiere el esfuerzo necesario para poner en movimiento la masa.Esa posibilidad permite un manejo cómodo de la pinza. El principio básico de funcionamiento se basa en que el cable del que va suspendido el peso se arrolla en un tambor cónico ( ver 56-6 ) calculado de forma que el resorte arrollado de lamina de acero tiene compensada su deformación para un peso determinado con diferentes desarrollos del cable trabajando a par constante. Al resorte arrollado se le da la tensión necesaria mediante un sistema engranaje y husillo, “se carga” ( ver 57-6 ).

56-6 Capítulo VI

57-6 Página 58


6.6.3.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

La característica principal, la cual se le puede pedir al fabricante, es la curva de carga admisible en cada punto de la carrera útil, la cual debería ser una recta paralela al eje de las abscisas para cualquier carga dentro de la gama que admite; pero, como pueden ver en esas curvas no siempre es así, ( ver 58-6, 59-6 y 60-6 ) , y para según que puestos de trabajo no es necesario consumir los que mejor cumplen ese paralelismo que suelen ser la gama de modelos de mayor precio dentro de un mismo fabricante.

58-6

La gama de pesos en que puede ser utilizado un equilibrador es estrecha y tiene una amplitud de unos 5 Kg. para cargas a equilibrar de unos 30 Kg. hasta unos 20 Kg para los que equilibran mas de 100 Kg. Es importante estudiar bien el catálogo u oferta del fabricante y elegir el tipo mas apropiado.

59-6

Dentro de la aparente sencillez de este componente, tiene dos puntos clave que fijan su calidad y fiabilidad que son el muelle, Capítulo VI

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muy importante, y la buena construcción e intercambiabilidad de todas sus piezas para una buena manutención.

60-6

6.6.4.

COMO USARLOS

Aconsejamos utilizarlos siempre con cargas cercanas a su limite máximo, y en el centro de su carrera útil ,condiciones para las que están estudiados. Si se le cambian los brazos a una pinza y su peso sobrepasa el que permite el equilibrador debe cambiarse éste. Si por cualquier circunstancia nos viéramos obligados a trabajar en el principio de su carrera y se producen “choques” del tope mecánico con el equilibrador se tiene que aplicar un amortiguador para evitar una menor duración del cable. El equilibrador se tiene que colgar del soporte o viga mediante su gancho giratorio provisto de un seguro, pero, es indispensable, además, sujetarlo con un cable de seguridad a un soporte distinto al suyo ( ver 61-6 ). El equilibrador tiene que poder girar libre y fácilmente sobre su gancho para poder trabajar con su carga en línea.

61-6

Otro sistema de seguridad del que debe estar equipado es el Capítulo VI

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“cinemático” que bloquea el giro del tambor caso de rotura del muelle y evita la caída incontrolada de la carga con los graves daños que podría ocasionar y ocasionarse. El cable es conveniente que sea de acero inoxidable. Hay modelos que permiten el cambio de cable sin desmontar el equilibrador. El disponer de un sistema de bloqueo a voluntad, manual, es muy cómodo para la manutención de la pinza. Pueden equiparse, y aconsejamos que se haga, con un dispositivo aislado eléctricamente y giratorio situado al final del cable ( ver 62-6 ), donde se suspende la pinza, con el cual se obtiene una mayor maniobrabilidad sin torsionar el cable y evita el paso de corriente por él en caso de contactos fortuitos.

6.6.5.

62-6

OTROS MODELOS DE EQUILIBRADORES

Existen otros modelos de equilibradores neumáticos, hidráulicos, por contrapeso, etc... que por su escasa aplicación en instalaciones para soldar opinamos que no es necesario incluirlos y para conocerlos deben dirigirse al fabricante que los ofrezca.

6.7.

MOVIMIENTOS Y GUÍAS

Las máquinas de soldadura han sido consideradas tradicionalmente como “bastas” por exigir de ellas unos resultados con una precisión dimensional muy alejados de los exigibles a las máquinas herramienta y por provocar un tipo de suciedad en su lugar de trabajo mas difícil de evitar o concentrar y eliminar que en esas otras máquinas. Los soldadores hemos de tener conciencia que actualmente las máquinas de soldar pueden contener unos muy sofisticados equipamientos eléctricos y electrónicos y, también, unos componentes mecánicos de la calidad suficiente para responder a las elevadas exigencias que una buena soldadura exige. Las partes móviles de una máquina de soldar deben responder a unos cuantos requerimientos básicos específicos para ellas. A.- Se desplazan prácticamente sin carga y reciben bruscamente en centésimas de segundo su solicitación máxima. B.- Cuando reciben la carga máxima su carrera es mínima y todo el sistema tiene que ser rígido y evitar deformaciones en ese instante. Capítulo VI

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C.- Unas no necesarias, pero difícilmente evitables, proyecciones esporádicas de partículas metálicas obligan a que la situación de las guías y sus protecciones sea de especial importancia.

6.7.1.

MAQUINAS CON BRAZO OSCILANTE

El punto mas importante a tener en cuenta es el brazo oscilante y el eje sobre el que gira, pues el resto de elementos móviles no afectan a la calidad de la soldadura ( ver 63-6 ).

63-6

En estas maquinas la distancia entre el punto donde se aplica el esfuerzo y el eje de giro es muy importante respecto a la anchura del cojinete de giro o de sus soportes, por lo que muy leves huelgos, deformaciones o tolerancias se amplían mucho y motivan que el electrodo se desplace al aplicar el esfuerzo y al reblandecerse la zona de contacto electrodo-pieza, lo cual afecta mucho a la vida útil del electrodo y a la calidad de la soldadura. Tanto el fabricante como el usuario deben prestar atención especial a esa parte de la máquina.

6.7.2.

MAQUINAS CON DESPLAZAMIENTO RECTILÍNEO

El sistema de guías de estas prensas de soldadura y soldadoras a puntos esta ubicado ( ver 64-6 ) entre el cilindro de accionamiento y la plataforma o porta-electrodos superiores y sujeto muy rígidamente a la ménsula superior del bastidor formando un conjunto que llamamos cabezal de soldadura. La importancia que Capítulo VI

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tiene el problema del “seguimiento” en la soldadura exige unas guías con un coeficiente de rozamiento inicial lo mas bajo posible, empleándose rodadura y también cojinetes de fricción con superficies plásticas especiales.

64-6

Las guías, generalmente de tipo prismático son simétricas respecto al eje del esfuerzo y, lo mas alejadas del eje de presión que la construcción permita. Es importante que tanto si las guías son de fricción como si son de rodadura, sean finamente regulables y ajustables para poder minimizar los indeseados movimientos de giro. A pesar de la aparente mejor calidad de la rodadura sobre la fricción son muy usadas las de fricción, en parte por el indiscutible progreso y calidad de muchos de los productos usados y principalmente por lo “marcadas” que llegan a quedar las guías de rodadura cuando se aplica el esfuerzo repetidamente en el mismo punto, y sin movimiento apreciable, cuando no se tiene la precaución de irlo cambiando con ligeros cambios en las carreras de trabajo.

6.7.3.

PROTECCIONES

Las guías tienen que estar protegidas contra el polvo y oxido de hierro que la máquina produce y proyecta a veces con tal fuerza que tras varias rebotes puede penetrar en cualquier lugar. Unas pantallas metálicas en las partes móviles y fijas que se superpongan formando laberinto son una solución muy usada que se puede complementar con alguna protección textil ignífuga. Capítulo VI

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6.8.

ELECTRODOS, PORTA-ELECTRODOS, PASTILLAS, BAJOCOBRES, MANDÍBULAS, ETC...

Son componentes fundamentales en los procesos de soldadura por resistencia y tienen una elevada incidencia directa o indirectamente en los costos y calidad de fabricación, por lo que es indispensable una buena elección de sus características, tanto desde el punto de vista de la producción y su rentabilidad como de la calidad de soldadura a obtener. Estudiar, Cuidar y Mimar al electrodo y a las partes cúpricas de la máquina es estar trabajando para rebajar costes y aumentar calidad.

6.8.1.

ELECCIÓN DEL ELECTRODO

Los usuarios y responsables de procesos de fabricación necesitan determinar el electrodo mas apropiado para el trabajo a realizar dentro de las muy variadas posibilidades y ofertas a su alcance. Querer realizar los trabajos “con lo que se tiene”, sin estudiar lo necesario, puede salir caro y no es recomendable salvo provisionalmente o para trabajos cortos. En ( caps. 1º.2.4. y 1º.4.6. ) hemos visto que a un electrodo le pedimos: - Que tenga muy poca resistencia al paso de la corriente. Esta característica se indica por su conductibilidad respecto a la del Cobre puro al que se le asigna el 100 IACS - Que sea muy buen conductor del calor para que a través de el le quitemos calor a la zona de la pieza con la que esta en contacto. - Que no se aplaste ni se deforme con las condiciones de su trabajo. - Que no se alee fácilmente con el material de la pieza. - Que su precio y mantenimiento no graven demasiado los costos de producción. Algunas de esas condiciones que se le piden al electrodo son contradictorias y la elección del electrodo es un compromiso a tomar en función del trabajo a realizar Empleamos la palabra electrodo para todo el enunciado 6.8. y dividiremos este estudio de cómo elegir en tres apartados distintos.

Capítulo VI

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6.8.2.

MATERIAL

Las diferentes necesidades requieren materiales distintos y por tanto los hay de alta conductibilidad eléctrica y térmica pero cuya temperatura de reblandecimiento es baja y otros que tienen una temperatura de reblandecimiento superior con una conductibilidad mas reducida y, según el tipo de máquina a emplear y los metales a soldar se tienen que emplear unos u otros. Los materiales mas usados son aleaciones de base cobre con cromo, cadmio, circonio, cobalto, nickel, 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 está permanentemente investigando y con resultados prometedores el uso para electrodos de otras aleaciones y de mezclas producidas por sinterización, técnica de pulvimetalurgía que permite mezclas de metales, de óxidos o sales de éstos, 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. El apreciable cambio motivado por el incremento de la soldadura de chapas revestidas y el uso de reavivados frecuentes influirá sobre la oferta de materiales a usar. Tanto la RWMA como la ISO 5182-1991 detallan y relacionan los actuales materiales con una extensión y detalle muy superior al resumen sobre el tema de este Manual el cual es suficiente para nuestros objetivos. Los suministradores de materiales y los de electrodos y piezas ya listas para usar acostumbran a disponer de una buena y útil documentación para el usuario. Hay ligeras variaciones entre la composición y características fisicoquímicas entre los materiales de una u otra normalización y entre lo producido por los diversos fabricantes pero son irrelevantes para el nivel técnico del manual. Grupo A Este grupo comprende los materiales cuyo componente principal es el cobre y generalmente son materiales que se mecanizan bien y que se pueden suministrar forjados, fundidos y en muy numerosas formas y dimensiones de productos laminados o extruidos. Clase 1( RWMA ) En esta clase encontramos materiales que se emplean para soldar aleaciones ligeras. El que tiene una mejor relación precioresultados en esta clase es el A 1/3. A1/1 Cobre comercial electrolítico ( E-Cu ),( Conductibilidad IACS 99% ) laminado o forjado que se emplea solamente para Capítulo VI

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soldadura del aluminio muy poco aleado. Temperatura de Reblandecimiento, TR=200º C. A 1/3 Cobre aleado con cadmio ( CuCd1 ),de mayor dureza que el E-Cu y buena conductibilidad ( 80% IACS ) empleado para la soldadura de las aleaciones de aluminio, magnesio, bronces, latones y en general materiales de elevada conductibilidad. No admite tratamiento térmico. TR =300º C. Los vapores de Cd son tóxicos y pueden producir problemas respiratorios. A1/4 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 éste. TR= 350º C. Su precio es elevado. En esta misma clase se encuentra otras aleaciones que aunque poco usadas es interesante conocerlas como el CuZr y el CuS aptas para la soldadura de aleaciones ligeras. Clase 2 Esta clase es la que tiene menos variantes y solo explicitamos la A 2/2 por su universalidad A 2/2 Cobre aleado con cromo y circonio ( CuCrZr ). Esta aleación es la mas empleada, la de mayor consumo y la que tiene mas posibilidades de suministro por su cualidad de una elevada dureza a altas temperaturas ( TR= 525º C. ) 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 Cu Al2 O3 ZrO2, de precio elevado y consumo poco extendido pero con buenos resultados comprobados en la soldadura del galvanizado. Clase 3 Esta clase comprende materiales con elevada resistencia mecánica y es mas empleada en piezas para útiles y mordazas que en electrodos. A 3/1 Cobre aleado con cobalto y berilio ( CuCoBe ). Es una aleación que admite tratamiento térmico obteniendo una gran dureza y una conductibilidad regular ( 45% IACS ) y TR = 475º C. usada en electrodos para soldar materiales de alta resistencia como el acero inoxidable, aceros de alta aleación, termorresistentes y para piezas de útiles para soldar por protuberancias, mandíbulas y mordazas para soldar a tope o recalcadoras y en general donde se precise elevada resistencia mecánica. Capítulo VI

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A 3/2 Cobre aleado con nickel y silicio ( CuNi2Si ) .Esta aleación se emplea para lo mismo que la ( CuCoBe ) cuando por motivos de precio o imposibilidad de uso o suministro no es posible emplear ésta. Su conductibilidad es mas baja ( 30% IACS ) y también su resistencia mecánica. La temperatura de reblandecimiento TR = 450º C. es parecida. Clase 4 A 4/2 Cobre aleado con berilio ( CuBe2 ) .Muy aptas para brazos y piezas que precisen gran resistencia mecánica. Tiene una conductibilidad baja ( 20% IACS ) y una temperatura de reblandecimiento también baja, TR = 300º C. Grupo B En este grupo los materiales sinterizados base son el Tungsteno ( W ) y el Molibdeno ( Mo ) y se caracterizan por unas temperaturas de reblandecimiento, TR. del orden de los 1000º C, una elevada dureza y una muy baja conductibilidad. Su mecanización es difícil o imposible y su gama de suministro es reducida. Se emplean generalmente como insertos en piezas o electrodos de cobre para obtener en determinados puntos una elevada concentración de calor ( ver 65-6 ).

65-6

Clase 10, 11 y 12, B11 y B 12, Tungsteno con cobre ( WCu ) Son productos sinterizados que tiene unas elevadas dureza y resistencia a altas temperaturas 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 recalcadoras. Clase 13, B14 Tungsteno. Muy duro y no mecanizable. Se usa para soldar cobre y sus aleaciones ( ver 66-6 ). Clase 14, B13 Molibdeno. Es mecanizable 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 ( ver 16-1 ) y observar que la dureza en frío de un A1/1, Cu es de unos 53 Rockwell “B”( 85 HB ) y que la de un A2/2, CuCrZr, es de 80 rockwell “B”, o sea tiene una dureza tan solo un Capítulo VI

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50% superior; pero, la gran diferencia es que a 200ºC. el A1/1 ya empieza a reblandecerse y a los 300º ya es pastoso y su resistencia al desgaste y mecánica son casi nulas y el A2/2 mantiene sus características hasta los 525ºC. temperatura a la que empieza a reblandecerse. Dadas las temperaturas que se alcanzan en la zona de contacto con la pieza ( ver 17-1 ) son obvias las ventajas de uno sobre el otro y vuelve a recordarnos lo importante que es una buena refrigeración del electrodo.

66-6

Hay determinadas aleaciones, como las A4/1 y 4/2 que se emplean principalmente para brazos de pinzas, porta-electrodos, y en general donde se requiera mucha resistencia mecánica, que no debemos confundir con la resistencia al desgaste o dureza. Según el material de las piezas a soldar, su estado superficial y principalmente su conductibilidad eléctrica y térmica tendremos que emplear una aleación u otra. En el capítulo dedicado al soldeo de los diversos metales, ( cap. 10º ) se encuentra indicado el tipo de material de los electrodos que se debe emplear para cada uno de ellos. Para aplicaciones en mandíbulas de recalcadoras y máquinas de soldar a tope, útiles para soldar por protuberancias y soldadura de chapas de materiales distintos puede ocurrir que el “balance térmico” ( cap. 1º.1.2. ) sea el factor mas importante para elegir el material apropiado.

6.8.3.

DIMENSIONES

En los electrodos para soldar por puntos tenemos tres dimensiones importantes a determinar. 6.8.3.1.

Diámetro de la cara activa del electrodo, Dca

Este diámetro nos viene indicado en las tablas de parámetros recomendados para aplicar en la soldadura o aplicando la formula ya indicada en ( cap. 1º.2.4. ) , de Dca = 2e + 3 siendo e el Capítulo VI

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espesor de la chapa con la cual el electrodo está en contacto y, en principio, no debe alterarse el valor de la recomendación. 6.8.3.2.

Diámetro exterior del electrodo, Dce

Este dato viene indicado en el gráfico 67-6 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 la productividad que justifiquen emplearlo a pesar de su mayor coste. 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 conlleva un menor coste en electrodos. Cuando debemos soldar con la cara activa descentrada respecto al eje de aplicación del esfuerzo es conveniente elegir un diámetro mayor y también en las soldaduras de aceros de alta aleación, donde se tienen que aplicar presiones muy elevadas aun con corrientes bajas.

67-6 6.8.3.3.

Dimensiones del acoplamiento del electrodo

Los electrodos para soldar a puntos se acoplan a su portaelectrodos ( ver 68-6 ) mediante una forma cónica en su extremo y tiene una extraordinaria importancia que toda la superficie del Capítulo VI

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cono macho y del cono hembra estén en contacto. Un mal acoplamiento puede producir pérdida de potencia para la soldadura y molestas fugas de agua.

68-6

El diámetro del cono de empalme o de acoplamiento viene determinado principalmente, pero no necesariamente, por el diámetro exterior del electrodo. Las normativas sobre las dimensiones de esos acoplamientos son varias y de ellas recomendamos las RWMA y la ISO 1089-1991 ( ver 69-6 y 70-6 ) .

69-6 Capítulo VI

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En Europa la mas empleada es la ISO cuya conicidad es del 10%, no obstante no hay ventajas apreciables de unas respecto a las otras y lo mas importante es emplear solo una normativa para evitar problemas de incompatibilidades entre los materiales y repuestos almacenados.

70-6

Es importante proveerse de unas galgas ( ver ISO o RWMA ) o útiles de comprobación de las conicidades pues ligeras variaciones en los diámetros, aun respetando la conicidad, conducen a diferentes alturas de la cara activa respecto al portaelectrodo ( ver 71-6 ), defecto poco importante cuando se usan máquinas manuales pero que puede ser grave para multipuntos o automáticas. Este problema no acostumbra a producirse con proveedores de accesorios de buen nivel industrial. Es obvio, pero lo repetimos, que las zonas de contacto conductoras tienen que acoplarse perfectamente, estar limpias y que no se debe emplear ningún tipo de material para asegurar la estanqueidad. En el caso de mandíbulas, mordazas, útiles para soldar por protuberancias, bajocobres, etc..., es el diseño el que fija las dimensiones y acoplamiento. Capítulo VI

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71-6

6.8.4.

FORMAS

Siempre es conveniente utilizar electrodos tipo estándar de los que se encuentra mucha oferta y plazos de entrega cortos ( ver 72-6 ) y dentro de esas formas estándar el mas usado, con mucha diferencia sobre los demás, es el troncocónico ( ver 73-6 ).

72-6

73-6 Capítulo VI

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Son muy empleadas unas puntas de electrodo cápsulas, caps, ( ver 74-6 ).

74-6

Las cápsulas se conforman por estampación en frío con un aprovechamiento íntegro del material y la obtención de una mayor dureza con un coste bajo que hace muy interesante su uso. Las hay de varias formas, unas que siguen la norma ISO 1089 ( ver 75-6 ) y otras también muy usadas según en que aplicaciones ( ver 76-6 ) y ( 77-6 ).

75-6 Capítulo VI

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76-6

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

77-6

Estas cápsulas pueden ser de refrigeración directa, cuando el agua que las enfría entra en contacto con ellas, o de refrigeración indirecta, cuando se enfrían por su contacto con el adaptador en el que van montadas que es el que esta en contacto directo con el agua ( ver 78-6 ).

78-6

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 pérdidas 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 Capítulo VI

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emplean normalmente y se encuentran en los catálogos de los suministradores ( ver 79-6 y 80-6 ) .

79-6

80-6

Hay algunos electrodos que aunque considerados especiales son estándar para determinados trabajos como los que se emplean en la soldadura de tubos, de alambres o los oscilantes planos para soldadura sin huella ( ver 81-6 y 82-6 ) .

81-6 Capítulo VI

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82-6

Nos podemos encontrar con problemas de accesibilidad a la zona donde debemos situar los puntos, y en el caso 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 permitan la realización del trabajo ( ver del 83 al 91-6 ) .

83-6

84-6 Capítulo VI

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85-6

86-6

87-6

Capítulo VI

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88-6

89-6 90-6

Capítulo VI

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91-6

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 las piezas de catálogo 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. Es conveniente disponer de una breve relación, no necesariamente exhaustiva, de fabricantes de electrodos, portaelectrodos y piezas auxiliares, de quienes se pueden obtener unos buenos catálogos que facilitan la elección pues la variación en cuanto a formas y dimensiones es muy grande, y aunque hay algún tipo de piezas normalizado hay una gran familia de piezas estándar parecidas pero diferentes en las normativas particulares de los grandes usuarios y de los fabricantes. Capítulo VI

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Cuando se trata de mordazas, bajocobres o electrodos para soldar por protuberancia es difícil hacer coincidir nuestras necesidades con lo disponible en el mercado y lo mas importante es haber recibido del fabricante de la máquina o útil los planos exactos de lo que necesitamos para poder pedir oferta o, fabricarlo en nuestros propios talleres partiendo de perfiles laminados de cobre aleado de medidas normalizadas, adquiribles en el mercado. Hay unas soluciones ( ver 92 al 94-6 ) con aplicaciones bastante universales.

92-6

93-6

94-6 Capítulo VI

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En el caso muy corriente de tener que fijar algo mediante un agujero roscado en el cobre es conveniente que la rosca sea con incrustación de un fileteado en acero para evitar que se deteriore la pieza en unas pocas operaciones de apriete y que se pueda sujetar el tornillo con el par apropiado a su tamaño.

6.8.5.

CADENCIA DE TRABAJO DE LOS ELECTRODOS

En una secuencia de producción de puntos continuada, situación normal en un proceso productivo, el electrodo tiene que iniciar cada nuevo ciclo de soldadura partiendo de la misma temperatura, o sea, el calor que ha recibido al efectuar una soldadura tiene que haber sido disipado antes de iniciar la siguiente, pues de no hacerlo se produce un efecto acumulativo muy perjudicial para el comportamiento y la vida de su cara activa y por tanto del electrodo. Unos puntos de soldadura en chapas de 0,8 + 0,8 mm. según se realicen con electrodos de diámetro 16 mm. o de 13mm., o se empleen caps indirecta o directamente refrigerados se podrán efectuar con diferentes cadencias. Cuando mas gruesas sean las chapas y mayores las corrientes y tiempos que deban usarse mas atención debe prestársele al problema del aumento progresivo de temperatura que se puede producir en los electrodos y que es una causa de su deterioro. Con valores de corriente y tiempo elevados no es lo mismo a efectos de la vida del electrodo el dar, por ejemplo, 5 puntos en 10 s., lo cual puede ya haber perjudicado seriamente a la cara activa del electrodo, y luego estar 30 s. sin soldar que efectuar 10 puntos en 30 s. alargando el tiempo de pausa, para que estén regularmente espaciados en el tiempo y puedan enfriarse entre punto y punto, con lo cual podremos utilizarlos durante bastantes mas soldaduras sin reavivarlos.

6.8.6.

USO Y CUIDADOS CON LOS ELECTRODOS

El electrodo ideal y mejor probado es el troncocónico con cara activa plana y centrada ( ver 73-6 ), La distancia desde la cara activa hasta el agua de refrigeración debe ser la indicada en ese dibujo para cualquier tipo de electrodo. Electrodos con cara activa curva, esferoidal, no tiene ventajas apreciables y solo es conveniente usarlo para la soldadura de aluminio y en algunos casos especiales. Capítulo VI

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La aparente ventaja inicial de la cara activa esferoidal es que a las muy pocas soldaduras ya se habrán formado unas caras activas planas con la orientación correcta; pero esto solo puede ser cierto en pinzas mecanizadas y no en pinzas manuales ni en las aplicadas con robot. Obliga a trabajar con un slope en los primeros puntos que puede no ser suficiente para evitar el chispeo y pegado del electrodo y además, no ser conveniente para los puntos sucesivos ( ver 95-6 ).

95-6

En la programación de los robots para soldar a puntos tiene que prestarse atención a que la incidencia angular de los electrodos sobre la pieza sea siempre con la misma orientación. Es muy frecuente que expertos programadores de trayectorias solo se preocupen de que los electrodos lleguen a su objetivo y no den importancia a que lo hagan respetando la posición de la cara activa respecto a la pieza, lo cual es absolutamente necesario para obtener buenas soldaduras y un gasto de electrodos normal ( ver 96-6 ).

96-6 Capítulo VI

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Es conveniente evitar que la presión no se aplique perpendicularmente a la superficie de la pieza ( ver 97-6 ).

97-6

Para evitar problemas con el acoplamiento del electrodo en su porta-electrodos es muy importante evitar el uso del martillo u otros medios violentos para desmontar el electrodo usado cuando deba sustituirse por otro. Existen herramientas auxiliares muy simples que facilitan esa operación. Si por cualquier defecto se produce una pérdida de agua en la unión electrodo-porta-electrodo debe descartarse cualquier otra solución que no sea la de reconstruir el alojamiento del electrodo o emplear electrodos bien mecanizados. En el caso de electrodos para prensas o mandíbulas para máquinas de tope, las superficies planas de los contactos entre piezas se cubren con una muy ligera capa de grasa conductora ( cap. 6º.3.1. ) que es expulsada en el apriete pero que protege de la oxidación por cualquier leve intersticio que pueda quedar y que seria el inicio de una penetración de esta oxidación en el resto del contacto. El cobre y la mayoría de sus aleaciones son de una dureza muy inferior a la de los aceros y es conveniente que su almacenamiento, tanto con formas como en barra se haga con las debidas precauciones para evitar daños en su superficie, especialmente en las zonas que luego han de ser de contacto, por donde pasará la corriente, y para ello se emplean tubos de plástico donde se introducen una corta cantidad de electrodos, bandejas de madera con alojamiento para los electrodos y cintas de papel o arpillera para envolver piezas mayores, y en todo lo posible evitar su almacenamiento en espacios exteriores, húmedos o de atmósfera agresiva que oxidan, ennegrecen y perjudican su superficie. Los electrodos que deban almacenarse o situarse en el puesto de trabajo tienen que estar en contenedores, tubos o bandejas que los mantengan en su posición y no se golpeen entre sí. Capítulo VI

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El montaje en su posición se efectúa manualmente auxiliándose de una pequeña maza de nylon para que quede bien alojado en su cono. Para el recambio de electrodos en las pinzas manejadas con Robots existen unos dispositivos automáticos ( cap. 6º.9.6. ) . El reavivado de la cara activa que debe realizarse varias veces a lo largo de su vida útil tiene que efectuarse cuando su diámetro ha aumentado, como límite máximo, en un 20% y devolverle su medida original si es que la hoja de trabajo no indica otra medida o tiene marcado el programa de reavivados necesarios en función de los puntos realizados. También debe realizarse cuando por algún defecto del proceso, de la pieza o de la refrigeración se produce un chisporroteo demasiado intenso y queda deteriorada su superficie. En las instalaciones robotizadas el mismo robot lleva la pinza a su posición de reavivado con la frecuencia que se le haya programado y allí un útil fresador ( cap. 6º.9.5. ) deja la cara activa del electrodo en perfectas condiciones. Se puede realizar ese reavivado sobre la misma máquina mediante una pequeña fresadora portátil eléctrica o manual, siendo totalmente desaconsejable hacerlo a golpe de lima (es “peligrosa” la existencia de limas cerca del puesto de soldadura). En algunas factorías también esta prohibido el reavivado manual realizado con fresadora portátil por cuanto si el obrero no la sitúa correctamente se produce una desalineación ( cap. 6º.9.5. ) que produce puntos defectuosos. Para realizarse el reavivado fuera de la máquina tiene que disponerse previamente de una determinada cantidad de electrodos para irlos sustituyendo a medida que deben reavivarse y reavivarlos por lotes en el taller de mantenimiento con los útiles y máquinas apropiados. El reavivado debe limitarse a reproducir el diámetro original de la cara activa y según la experiencia propia hay usuarios que le quitan a ésta tan solo las incrustaciones que pudiera tener para mantener constante su dureza y estado superficial y otros que en cada reavivado rebajan también muy ligeramente la cara activa hasta dejarla como originalmente. Parece que ambos procedimientos son válidos según las condiciones de trabajo y no podemos definirnos recomendando uno u otro. Para desmontar un electrodo de su alojamiento tiene que emplearse un útil apropiado o unos alicates. Aconsejamos usar unos que ya se han diseñado especialmente para ese trabajo ( ver 98-6 ) y nunca golpear ni deteriorar el porta-electrodo y el cono. Cada vez que se desmonta o se cambia un electrodo debe comprobarse que el tubito del agua de refrigeración no esta dañado, corroído, o, lo mas corriente, suelto, y que tiene la longitud correcta ( ver 29-1 ). Pueden usarse unos portaelectrodos ( ver 99-6 ) que mediante un muelle interior garantizan que el tubito interior, con un acabado en pico de flauta de mucho Capítulo VI

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ángulo, siempre conduzca el agua hasta la parte mas profunda del electrodo. Ahorran un tipo de mantenimiento pero le añaden otro y su uso dependerá de la calidad de ese servicio. Puede considerarse que la vida útil de un electrodo esta acabada cuando el grueso de cobre entre la cara activa y la cámara interior por donde se refrigera con agua llega a ser de aprox. 2 mm. aunque de hecho, en máquinas no automáticas a veces trabajan hasta que pierden agua por la cara activa.

98-6

El cambio de electrodos, salvo en el caso de utilizar puntas, caps, de refrigeración indirecta se efectúa con el agua de refrigeración sin circular y es muy conveniente que la instalación tenga algún tipo de preparación para que se interrumpa tan solo el agua de los electrodos y que para reanudar el trabajo sea necesario que vuelva a estar circulando para evitar la destrucción del electrodo recién cambiado y de la pieza, si por descuido se suelda sin agua. En algunas máquinas se dispone en la instalación de un “soplado” con aire que vacía de agua el circuito de refrigeración de los electrodos como paso previo para su desmontaje y cambio.

99-6 Capítulo VI

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6.8.7.

VIDA DE LOS ELECTRODOS

Los usuarios nunca dejan de preguntar cual es la vida de los electrodos que van a emplear, y suponemos que también se harán esa pregunta los que consulten este manual. Desventuradamente son tantos los factores que intervienen que es imposible dar cifras concretas, y normalmente se soslaya la pregunta y se dan respuestas que no dicen nada o son muy poco comprometedoras. En este manual que queremos que se caracterice por dar datos prácticos al usuario de casi todo lo que le interesa no queremos eludir esa respuesta y damos unas orientaciones sobre la duración de los electrodos aunque es seguro que pueden ser discutidas por gentes experimentadas ¡en ambos sentidos!, unos las creerán cortas y otros largas y probablemente como partirán de premisas distintas ambos tendrán razón. De lo que estamos seguros es que todo aquel que haya repasado nuestros consejos y estudiado lo que explicamos en el Manual podrá aumentar el rendimiento de sus electrodos mejorando asimismo la calidad de las soldaduras producidas. Lo que mas afecta a la vida de un electrodo es el cuidado y atención que se le presta. Antes de dar datos concretos hemos de comentar el reavivado de los electrodos.

6.8.8.

REAVIVADO DE LOS ELECTRODOS

Esta operación debidamente realizada ha cambiado usos y costumbres en el trato de los electrodos y la filosofía sobre la vida útil de éstos y los conceptos empleados para ajustar los parámetros de soldadura. La operación de reavivado de la cara activa del electrodo empezó prácticamente en los años 80 del siglo pasado cuando el empleo de chapas galvanizadas y de instalaciones robotizadas lo convirtieron en una necesidad. Como afecta mucho a la vida de los electrodos vamos a insistir sobre el tema a pesar de haber sido tocado en varias partes del Manual. La operación consiste en introducir la puntas de los electrodos en un útil que está girando, que puede considerarse como un plato de herramientas de una fresadora equipado con una o varias herramientas las cuáles reproducen simultáneamente el perfil original de los dos electrodos, en unos segundos ( cap. 6º.9.5. ) . Los mas usados solo se equipan con una herramienta de corte y el material de esta herramienta de corte puede ser Acero Rápido o Carburo de Tungsteno. El mayor precio de las construidas con Capítulo VI

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este ultimo material puede quedar compensado e incluso olvidado dado el mucho mayor número de reavivados que se pueden realizar con ellas, pues pueden llegar a realizarse hasta 6.000 a 8.000 reavivados con una sola fresa contra los 1.000 a 1.500 en una de acero rápido. Cuando esta operación se realiza con los electrodos desmontados se utilizan unas máquinas-útiles donde son depositados a granel y la misma máquina los sitúa, reaviva y descarga. También puede efectuarse el reavivado con máquinas convencionales como tornos o fresadoras y alimentados a mano. Si la operación se realiza sin desmontar los electrodos, en líneas robotizadas o con grandes producciones, la pinza acude a una posición determinada e introduce los electrodos en el útil fresador montado sobre una máquina o soporte fijo ( cap. 6º.9.5. ) . La determinación de la frecuencia de los reavivados necesarios tiene que ser estudiada para cada puesto de trabajo y establecer un programa de actuaciones hasta el agotamiento de la vida útil prefijada. Si los electrodos a reavivar están montados en unas pinzas colgantes manuales es el obrero el que lleva la máquina al útil reavivador y también con un programa sin corriente y a menos presión realiza la operación. Es fácil que presentando la pinza a mano se obtengan caras activas con diferentes inclinaciones en muchos reavivados que producirían mayor desgaste y malas soldaduras y por ello es muy conveniente que el obrero tenga que introducir la pinza en un útil o accesorio que la obligue a adoptar una posición unívoca para poder efectuar la operación con resultados constantes y regulares. Para los electrodos a reavivar montados sobre una máquina fija o de pedestal se emplean unos útiles manuales que cumplen el mismo propósito que los fijos, pero menos pesados y mas manejables ( cap. 6º.9.5 ), y también en este caso conviene utilizar algún tipo de útil presentador que permita garantizar la regularidad en las inclinaciones de los planos de las caras activas, y, de no ser posible, deberían efectuarse los reavivados fuera de la máquina. En cualquier caso siempre es primordial el diseño de la fresa de corte la cual debe reproducir la forma original dejando la cara activa pulida sin rayas ni rugosidades. La cantidad de reavivados que se pueden realizar en un electrodo normal con 10 mm. de distancia entre el agua y la cara activa cuando es nuevo, es muy variable; pero, se alcanzan unos 30 a 50 reavivados soldando chapas galvanizadas de hasta 5mm. de grueso en total, y, hasta unos 50 a 60 si los gruesos son de 1,6 mm. en total. Cuando se suelda chapa desnuda y limpia se multiplican esas cantidades por 3 a 4, y en según que casos se pueden superar esas cifras. Capítulo VI

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6.8.9.

CANTIDAD DE SOLDADURAS QUE SE PUEDEN REALIZAR CON UN ELECTRODO

Una de las primeras preguntas que se hace el usuario es el porqué se deja tan poco grueso de material ( ver 73-6 ) entre el agua y la cara activa, pues piensa con toda razón que si dejamos mas material se podrían realizar mas soldaduras con un electrodo. Una curva orientativa ( ver 100-6 ) nos permite ver que a mayor distancia peor enfriamiento, mayor aplastamiento de la cara activa y mas rápido desgaste de ésta. La adopción de la distancia de 10 mm. entre el agua y la cara activa con el electrodo nuevo es un compromiso económico que en su día pareció el mas adecuado para tener el gasto en electrodo por punto realizado mas económico.

100-6

No obstante creemos que esta “convención” o norma que se viene aplicando hasta ahora tendrá que ser objeto de nuevos ensayos dados los importantes cambios que están ocurriendo en cuanto al uso de los reavivados automáticos, al precio de los materiales cúpricos, a los nuevos materiales que se sueldan o que se emplean en los electrodos, a la aplicación de potencias y parámetros en la soldadura apreciablemente distintos, etc... etc... Estos nuevos ensayos pueden reconfirmar esa distancia aplicada comúnmente hasta ahora, modificarla, o, determinar que según sea el modo como se suelda sea conveniente desde un punto de vista económico aplicar distancias distintas ( ver 77-6 ). Capítulo VI

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Lo 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 corresponden a unos valores que podemos considerar máximos por cuanto han sido conseguidos en una planta de carrocería de un prestigioso fabricante de automóviles después de una laboriosa y larga investigación, realizada por expertos ingenieros en soldadura en todos los detalles que influyen en la duración de un electrodo y cuyas actuaciones fueron principalmente los siguientes: Aumentaron el caudal de agua de refrigeración. Utilizaron un diámetro exterior del electrodo, Dce de 20mm superior a los 16 mm que es lo que se considera normal y diseñaron y emplearon unas cápsulas no normalizadas en el mercado ( ver 77-6 ). Corrigieron 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 correcto en todas las soldaduras. Dedicaron mucho tiempo y atención a la parametrización de todas las soldaduras. Chapa galvanizada soldada con pinza manejada por un robot TABLA T1-6

Prueba de la bondad del estudio y de la rentabilidad de estos estudios fue el comparativo realizado con la situación anterior al estudio que dio como resultados: Se consumieron un 50% menos de cápsulas y porta-cápsulas. Se aumentó la disponibilidad de los robots en un 10% gracias al menor numero de paradas para cambio de cápsulas. Se eliminó el “pegado” esporádico de electrodos a la pieza. Estos valores óptimos, aunque se demuestran alcanzables no sirven como referencia para quien no dispone de los expertos necesarios, no tiene una producción seriada que lo justifique o no dispone del tiempo, medios, máquinas, etc... Capítulo VI

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Con Robots o Máquinas Automáticas se puede obtener una presentación correcta de la cara activa del electrodo con la pieza. Cuando se usan Máquinas de Pedestal con aportación a mano de la pieza a soldar o pinzas suspendidas conducidas a mano sin guía de puntos, la vida del electrodo se reduce a una tercera o cuarta parte de lo indicado. Un electrodo trabajando con chapa pulida a cadencia correcta, o sea, recupera su temperatura antes de su siguiente soldadura, puede alcanzar a soldar ( ver 101-6 ) unos 3500 a 4000 puntos, sin reavivar, siempre que se hayan aplicado correctamente los incrementos de potencia para compensar su aumento de diámetro. En chapa galvanizada se reduce a unos 1500 a 2000 puntos ( ver 102 y 103-6 ) y con chapa electrocincada unos 2200 a 2700.

101-6

102-6

Una prueba de la “elasticidad” en la aplicación de valores y de los resultados de los estudios es que siendo las curvas 102 y 103 reales, al corresponder a estudios de usuarios distintos son de forma diferente, una convexa y la otra cóncava, aunque en conjunto son muy coincidentes. Capítulo VI

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103-6

No obstante actualmente se tiende al empleo de reavivados y cada vez mas frecuentes, con menos soldeos entre ellos y sin dejar de aplicar los incrementos de potencia para garantizar una buena calidad y puede considerarse como normal realizar 200 soldaduras entre reavivados y alcanzar los 20 a 25 reavivados por electrodo con lo que se alcanzan las 4000 a 5000 soldaduras por electrodo como valor medio soldando chapas galvanizadas de 0,8 a 1,2 mm. utilizando máquinas apropiadas con sus parámetros de regulación correctos. En chapa pulida se pueden lograr de 2,5 a 3 veces mas puntos por electrodo que con la galvanizada. Aun sin llegar a la profundidad del estudio que hemos comentado es indispensable un estudio correcto del trabajo que se realiza. Tenemos que recordar que la vida de los puntos siempre depende mucho de la calidad y potencia de la máquina, del tipo de corriente con que se suelda, de los parámetros que se aplican y de la bondad de la refrigeración, por lo que la pregunta de cuanto debe durar un electrodo, sigue sin respuesta clara y un ejemplo real vuelve a confirmar lo que decimos. Un industrial estaba soldando unas piezas de chapa galvanizada de 1,6+1,6 y estaba empleando el control electrónico en su modalidad de corriente constante ( cap. 5º.6.2. ) y tenia que reavivar el punto después de cada 400 soldaduras. Haciendo exactamente el mismo trabajo y con el mismo control en la misma máquina lo pusieron a trabajar en la modalidad de energía constante y los reavivados solo fueron necesarios cada 1000 soldaduras. Ante tal diferencia se pensó que el sistema a intensidad constante de ese control no funcionaba correctamente Capítulo VI

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y se probó con un control de otra marca, con resultados idénticos. La explicación es, lógicamente, la que indicábamos al final de los párrafos de ( cap. 2º.5.3. ) . Un resumen de lo que se debe hacer con los electrodos lo ponemos en forma de decálogo para evitar su extensión. Decálogo de lo que se debe hacer para emplear bien los electrodos. 1º) Usar electrodos estándar siempre que sea posible. 2º) No comenzar el trabajo sin estudiar el diámetro de cara activa y el material de los electrodos necesarios para el trabajo a realizar. 3º) Comprobar con azul de Prusia que las zonas de contacto son al menos el 75% de la superficie de los conos. 4º) Los tubitos de refrigeración tienen que estar cortados a inglete, y estar como máximo a 6 mm del fondo de los electrodos. 5º) El agua tiene que entrar por el tubito central y circular con un caudal apropiado, al menos unos 4 a 6 l./m., en los dos electrodos. 6º) Estudiar la parametrización de la soldadura y comprobar que los electrodos admiten la cadencia de trabajo que se les pide. 7º) Regular el transformador con sus tomas de menos tensión y especialmente en chapas galvanizadas evitar las puntas de corriente que se producen al trabajar con la onda muy recortada o en los primeros periodos a corriente constante. 8º) Estudiar un programa de reavivados para garantizar la calidad y cumplirlo. 9º) Usar los medios apropiados para su almacenamiento, montaje y desmontaje. 10º) El electrodo es el principal protagonista en la soldadura por resistencia y todo lo que mejora su trabajo incrementa la calidad obtenida. Y también pondremos otro decálogo de lo que no hay que hacer. 1º) Usar la lima para reavivar el electrodo. 2º) Creer que si el cono ajusta mal se arregla a martillazos o poniendo algún tipo de junta o pasta. 3º) Efectuar el reavivado con una herramienta apropiada pero mal guiada sin garantizar el ángulo de reavivado correcto. 4º) Usar electrodos desconociendo su material y su procedencia. 5º) Emplear electrodos de formas raras sin haber estudiado bien si es posible hacerlo con electrodos estándar mas sencillos.

Capítulo VI

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6º) 7º) 8º) 9º) 10º)

Olvidarse de conectar el agua o de comprobar periódicamente su caudal. No comprobar con frecuencia el estado del tubito interno de refrigeración, y el posible deposito de lodos o suciedad en el circuito del agua. Permitir que lleguen a recalentarse y deformarse demasiado antes de los reavivados. Querer aprovechar porta-electrodos o electrodos con el cono deformado sin rectificarlos. Emplear el electrodo que se tenga mas a mano sin preocuparse si sus medidas o características son las apropiadas.

6.9.

COMPONENTES ESPECIALES

6.9.1.

PARA

ÚTILES

Y

MÁQUINAS

BRIDAS Y SUJECIONES

El mero hecho de tener que unir dos piezas o chapas, misión que debe cumplir la soldadura, presupone que para que la geometría del conjunto resultante sea la deseada dichas piezas a unir tienen que estar posicionadas correctamente y con la suficiente solidez para que no se muevan durante los desplazamientos previos al soldeo o durante la realización de éste. Para el posicionamiento se usan unos centradores o referencias de posición de material de gran dureza y resistencia al desgaste. Su aislamiento solo es preciso en algunos casos en que puedan ser pasos de corrientes derivadas. Su forma depende de si centra por agujeros, esquinas o cualquier otra referencia. El sujetar y sostener ambas piezas a unir simplemente a mano solo puede realizarse con piezas y operaciones de soldeo simples, siendo necesario en la gran mayoría de casos el empleo de medios mecánicos para ello. El sistema mas usado es el emplear unas bridas, apretadores, gatos, serrajes, clampas, etc..., algunos nombres que se le aplican. Nosotros le llamaremos bridas y desde luego creemos que los dos últimos nombres son extranjerismos con poco futuro. Estas bridas tienen que cumplir básicamente con la misión de sujetar con suficiente fuerza las piezas, pero, es necesario que cumpla una serie de requisitos que las hacen especiales para este trabajo. a.- Su brazo móvil debe abrir 90º o mas para que se puedan extraer del útil las piezas ya soldadas. b.- Su velocidad de maniobra debe ser rápida por su influencia en la duración total del proceso. Capítulo VI

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c.- Su volumen, el espacio que ocupan, debe ser muy reducido para que no estorben los movimientos ni el acceso de los elementos soldantes. d.- Su peso tiene que ser mínimo para evitar sobrecargas en los manejos a mano o en el último eje del robot cuando se emplea en garras presentadoras ( ver 104-6 ).

104-6

e.- Es muy conveniente, y necesario en muchos de sus usos, que pueda dar informaciones al control sobre su posición abierta o cerrada y, o, sobre presencia de pieza en condiciones correctas ( ver 105-6 ) .

105-6

f.- Es indispensable que sus sistemas de montaje y fijación sobre el útil permitan con facilidad las mas variadas posiciones ( ver 106-6 ). Capítulo VI

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g.- Las puntos por donde se aprietan las piezas tienen que ser con piezas recambiables y finamente ajustables para adaptarse a diferentes gruesos y formas. h.- En algunos casos tienen que poder darle a la pieza que sujetan un componente horizontal que la “tense” y ayude a su posicionamiento correcto.

106-6

i.- Su esfuerzo de cierre es muy elevado y en las de accionamiento neumático tiene que evitarse que hieran a quien pueda introducir cualquier parte de la mano en la zona de apriete durante la carga de las piezas. Para ello el cierre se efectúa con poco esfuerzo hasta los últimos mm. de su carrera. Se emplean de varios tamaños según el esfuerzo de cierre y longitud de boca necesarios aunque con solo un par de tipos básicos se cubre el 80% de las necesidades ( ver 107-6 ). Es absolutamente necesaria la intercambiabilidad de las bridas y de todos sus componentes y que estén garantizadas para su uso durante mas de 5.000.000 de maniobras sin atención alguna.

107-6

Hay también bridas con cierre y apertura manuales, otras con cierre manual y apertura neumática ( ver 108-6 ). El uso de unas u Capítulo VI

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otras depende mas del uso y configuración del útil que de cuestiones económicas.

108-6

6.9.2.

CÉLULAS FOTOELÉCTRICAS

Estos elementos en los que siempre interviene un emisor de una luz y un receptor de la misma actúan, dan una señal eléctrica, cuando este haz de luz es interrumpido por alguna causa, lo cual los hace aptos para detectar a distancia la presencia deseada o no, de algo que lo interrumpa, una pieza, una mesa desplazable, una pinza basculante, etc... Una importante aplicación y por la cual hacemos referencia de ellas es su uso como protector de personas en aquellas instalaciones automáticas en las cuáles se deben cargar piezas con las dos manos y a veces con el concurso de mas de un operador. La zona de carga queda protegida con unas columnas de células de 1,5 m. de altura y colocadas inclinadas respecto al suelo una a cada lado de la puerta y a una distancia que inmovibiliza la máquina si ésta está en marcha antes de que el operador pueda alcanzarla. Este sistema ahorra tiempos muertos en la carga y descarga de piezas en instalaciones robotizadas.

6.9.3.

DETECTORES DE POSICIÓN

Estos detectores acostumbran a estar presentes en casi todas las instalaciones, sea como detector de presencia de pieza o como indicador de si un movimiento de cilindro o algún movimiento mecánico se ha realizado y autoriza la continuación del proceso.

Capítulo VI

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Un tipo muy usado es el inductivo de tres cables el cual recibe una baja tensión continua permanentemente y la hace aparecer o desaparecer de una tercera salida según sea del tipo PNP o NPN, cuando se le acerca una pieza o una bandera de material magnético, o bien, el inductivo de dos cables que es un simple interruptor que esta abierto cuando está sin pieza metálica cercana y se cierra cuando se le acerca. Su precisión es elevada y suficiente para las aplicaciones que nos conciernen. Pueden estar equipados con un led luminoso que nos indica su estado. Es importante conocer que el detector de posición inductivo NO debe usarse cuando puede recibir la influencia de un campo magnético por el paso de la corriente de soldadura, lo cual puede provocar un mal funcionamiento que conduzca a maniobras o actuaciones intempestivas. En ese caso, normal en útiles de prensa, deben usarse detectores mecánicos u ópticos.

6.9.4.

ALIMENTADORES DE TUERCAS

La repetitividad y lo incómodo de la carga manual de estas pequeñas piezas han dado lugar al desarrollo de útiles y aparatos para facilitar ese trabajo. A pesar de la gran variedad de estos equipos hay unos elementos comunes los cuáles describiremos someramente ( ver 109-6 ).

109-6

Capítulo VI

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A.- Depósito vibrador para las tuercas. Las tuercas se depositan a granel, con un vertido manual o mediante una tolva o cinta automática que mantienen un nivel casi constante, en un depósito circular vibratorio con unos caminos internos periféricos por donde las tuercas van desplazándose hacia la salida, a la cual solo llegan las que están en una determinada posición por haberse descartado y devuelto al depósito común mediante pequeños deflectores aquellas que avanzan en posición incorrecta. Para cada tuerca se precisa un ajuste distinto del equipo e incluso para tuercas de la misma medida pero de distinto suministrador. El ajuste de los deflectores en los alimentadores de piezas mediante vibrador es un problema de práctica y experiencia en ello. Como para numerosas piezas se emplean dos o mas tuercas iguales se acostumbra a adoptar una solución, que se encuentra en el mercado, que consiste en que a la salida del depósito vibrador haya un distribuidor que las asigne a dos o mas caminos de salida. El ruido, desagradable, de estos vibradores obliga a que estén bien insonorizados y este es un punto a vigilar por el comprador de estos equipos. El sistema de vibrador para situar las tuercas ordenadas en un punto inicial determinado no es el único procedimiento posible; pero si el mas usado. B.- Pista de alimentación exterior. Desde la salida del vibrador las tuercas se deslizan en orden por unas canales o pistas de un material plástico especial de bajo coeficiente de rozamiento y que pueden ser curvas con una longitud que depende de la implantación de todo el conjunto. El envejecimiento de este material plástico puede generar problemas de deslizamiento. El avance puede ser simplemente por gravedad, empujado por las tuercas salientes del vibrador, o por una alimentación de aire comprimido. Al final de la canal o pista hay un mecanismo que las fija en una posición unívoca y en ese lugar, según el equipo empleado, se informa de la posible falta de pieza donde va soldada la tuerca, de la falta de tuerca o de su posición incorrecta o de atasco en la alimentación. C.- La lanzadera. Mediante un cilindro neumático se acciona una varilla que enfila la tuerca por su agujero interior y la desplaza justo hasta encima del electrodo, en cuyo centrador queda enfilada cuando al retirarse la lanzadera cae por gravedad. Acorde con lo indicado anteriormente pueden haber mas de una lanzadera en una instalación. Capítulo VI

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D.- Control eléctrico. Puede ser mas o menos complejo según los sistemas de detección y garantías de presencia y posición que tenga el equipo y casi siempre es un control completo y autónomo que esta preparado para su interconexión con el PLC o control del conjunto. E.- Producción. Normalmente son capaces de alimentar una tuerca cada 2 segundos como cadencia que se adapta a la normal de la máquina y que es difícil de reducir 6.9.4.1.

Alimentadores de tornillos

Tienen sobre los de tuercas las siguientes variantes: Un vibrador mayor y de mas potencia debido al mayor peso y volumen de un tornillo respecto a una tuerca del mismo paso El sistema de transferencia desde el final de la pista exterior no pude ser por lanzadera y se emplea un pequeño manipulador adicional que lo coloca en su electrodo en posición, angularmente correcta cuando esto es necesario.

6.9.5.

REAVIVADORES DE ELECTRODOS

En 6º.8.6. y 6º.8.8. ya indicamos la importancia y las prácticas del reavivado. Los útiles que se emplean para el reavivado son: 6.9.5.1.

A mano

Puede utilizarse una lima de grano fino para cobre. Desaconsejamos su uso por lo muy difícil que es hacer un reavivado correcto y por los resultados que se obtienen si cae en manos de un inexperto; no obstante, si no se tiene nada mas será necesario usarla para desincrustar la cara activa contaminada. Existen unas fresas que soportadas por un mango metálico y presionadas ligeramente entre electrodos permiten limpiar y desincrustar manualmente los electrodos ( ver 110-6 ) en pequeñas máquinas de poca producción.

Capítulo VI

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110-6 6.9.5.2.

Neumáticamente a mano

Unas fresas con una o dos caras cortantes son accionadas mediante un pequeño motor neumático o eléctrico de 0,33 kW. y, situadas entre los electrodos con una presión entre estos reducida a unos 40 a 60 daN. y al girar le dan al electrodo el perfil determinado por la herramienta cortante. El conjunto del motor y las fresas es una herramienta portátil de poco peso y fácil uso ( ver 111-6 ). Lo mas normal es utilizarlas con solo una cara cortante y colocarla sobre los electrodos sin cerrarlos aplicando la presión sobre la herramienta a mano. Es muy importante en ambos casos que al usarla se mantenga en una posición que garantice que las caras activas queden en un mismo plano, no “inclinarla”.

111-6

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6.9.5.3.

Automáticos

Un soporte fijo o regulable en altura lleva montado un equipo compuesto por un motor, eléctrico o neumático de aproximadamente 1 kW de potencia, que acciona unas fresas giratorias, a unas 200 r.p.m. con el perfil del electrodo que se desea ( ver 112-6 ). El equipo también puede estar sobre soportes que tengan movimientos para cambiar su situación y facilitar la presentación de las pinzas.

112-6 Cuando este equipo se monta en una instalación robotizada, la pinza acude al equipo cuando alcanza un número de maniobras predeterminado y se cierra sobre las fresas con un esfuerzo de unos 60 a 150daN y el giro de las fresa reaviva ambos electrodos simultáneamente. El conjunto lleva los detectores de presencia de pinza y de electrodos y aspirador o soplador para las partículas metálicas Capítulo VI

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procedente del corte, y los mandos del motor que se interconectan con el resto de instalación para permitir las variaciones de esfuerzo, la regulación del tiempo de reavivado, la actuación de los seguros, etc... Si el equipo se emplea para el reavivado de pinzas manejadas a mano, éstas también se tienen que acercar al equipo, y, es importante que lo hagan sobre unas guías o útiles que garanticen que la posición de los electrodos respecto al plano de cortes de las fresas sea siempre la misma y no se mueva durante la operación de reavivado. Sin esa precaución los resultados son mediocres por la dificultad de controlar posición e inmovilidad de una pinza a mano. Común a todos los sistemas de reavivado de electrodos es la necesidad de que las fresas empiecen a girar antes de que se cierren los electrodos sobre ellas, que dejen de girar después de abrirse y que la superficie de la cara activa quede lisa, sin grabado alguno. Los ciclos y programas de velocidades, presiones y tiempos para cada reavivado deben estudiarse según posibilidades del equipo y consejo del fabricante hasta que se disponga de experiencia propia.

6.9.6.

CAMBIADORES DE ELECTRODOS

El cambio de electrodos es una operación repetitiva e ineludible que también requiere atención. 6.9.6.1.

Cambio manual

El no emplear medios adecuados conduce a un deterioro de los alojamientos en los porta-electrodos, y estos medios son tan simples y económicos que solo la desidia puede justificar el no emplearlos. Lo que se necesita es simplemente un alicate o mordaza que permita abrazar al electrodo y comunicarle un brusco movimiento de giro con una componente vertical en el sentido de la extracción. En ( ver 113-6 ) puede verse una herramienta apropiada y de fácil uso creada especialmente para este fin.

113-6 Capítulo VI

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En el caso de cápsulas ( ver 98-6 ) una cuña en plano inclinado, independiente o añadida al mango de la mordaza, es muy eficaz. Para la colocación manual de electrodos o cápsulas debe emplearse una pequeña maza con cabeza de Nylón. 6.9.6.2.

Cambio automático

El cambio manual de electrodos en las instalaciones robotizadas que emplean pinzas para soldar es una operación que puede obligar al menos a 5 minutos de paro de la instalación, pues además del tiempo necesario para la propia operación con los electrodos se emplea tiempo en la entrada y salida de dentro de un recinto protegido con puertas y seguridades que deben eliminarse y volverse a rearmar. Este tiempo se reduce a aproximadamente uno o dos minutos mediante el uso de unos útiles cuyo funcionamiento básico es el siguiente ( ver 114-6 ).

114-6

Cuando el robot ha completado el numero de puntos preestablecido, o cuando recibe una orden concreta de cambio, se dirige hacia un útil fijo provisto de unas mordazas que cuando se cierra la pinza abrazan a los electrodos y les dan un pequeño giro que los desclava. Se vuelve a abrir la pinza y se desplaza a otro lugar del mismo útil donde se cierra sobre un electrodo allí dispuesto sobre un peine que contiene varios. Esta operación se realiza primero con un electrodo y después con el otro, aunque también podrían cambiarse los dos simultáneamente.

Capítulo VI

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6.9.7.

PROTECCIONES

Las protecciones anti-infortunio en las máquinas de soldar por resistencia son tan necesarias como lo son en cualquier otro tipo de máquina y en las instalaciones robotizadas o con transferencias adquieren especial importancia. En determinadas instalaciones y tipos de industria el cumplir las normas de seguridad exigidas llega a representar de un 15% a un 25% del coste total de la instalación. Nuestra opinión es que deberían revisarse algunas normas que, exageramos, incluso protegen contra reaseguros de seguros. Toda instalación con órganos en movimiento tiene que estar protegida dentro de un recinto formado por vallas enrejadas de al menos 1,20 m. de alto. El espacio libre entre alambres del enrejado u otros espacios en la valla no tienen que permitir el paso de miembros que puedan alcanzar órganos en movimiento. Las puertas de acceso al recinto tienen que abrirse con llaves solo en poder de los equipos de mantenimiento y al abrirse tienen que desconectar los posibles movimientos que solo podrán reactivarse con la puerta cerrada y manualmente. En instalaciones transferizadas de gran tamaño puede distribuirse la seguridad por zonas y niveles para facilitar la labor de los equipos de mantenimiento. El área protegida no tiene que ser solo la de trabajo normal sino toda el área que pueda ser alcanzada por un descontrolado movimiento máximo alcanzable por cualquier componente de la instalación o máquina. Durante las operaciones de carga y descarga de piezas con zonas de obligado acceso para ello durante el trabajo, tiene que estar garantizado que no habrá movimientos de máquina, utilizando barreras luminosas, alfombras eléctricas, puerta o barreras automáticas, etc... que solo permitan los inicios de los movimientos con el personal necesariamente en zona segura. Las protecciones para las personas tienen que ser imposibles de anular por estas mismas personas. Son muchos los accidentes sufridos por quienes por motivos banales aplicaron mucho ingenio para anular alguna protección que consideraban molesta o innecesaria. La protección antirruido requiere estudiar bien las soluciones a aplicar al fabricar la instalación pues una vez se produce es difícil reducirlo. Si en alguna zona es previsible que esporádicamente se despidan “chispas” debe protegerse el posible recorrido de éstas, incluidos sus “rebotes” en las partes metálicas de su trayectoria. La aplicación correcta del reglamento de instalaciones de baja tensión es suficiente como seguridad desde el punto de vista eléctrico. Capítulo VI

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CAPITULO VII SUMARIO 7.

TIPOS Y USO DE LAS MÁQUINAS EMPLEADAS EN LOS DIVERSOS PROCESOS DE SOLDAR POR RESISTENCIA ..................................................................... 4 7.1.

MÁQUINAS ESTÁNDAR DE SOLDAR POR PUNTOS .........................................................................4 7.1.1. MÁQUINAS FIJAS .....................................................5 7.1.1.1. Pedestal a pedal mecánico con brazo superior oscilante ........................................5 7.1.1.2. Sobremesa a pedal mecánico con brazo superior oscilante o con descenso rectilíneo ...................................................... 8 7.1.1.3. Pedestal neumáticas con brazo superior oscilante.......................................................9 7.1.1.4. De pedestal con descenso rectilíneo ........12 7.1.1.5. De sobremesa ...........................................16 7.1.2. MÁQUINAS MÓVILES.............................................17 7.1.2.1. Pinza manual con transformador incorporado................................................17 7.1.2.2. Pinza suspendida neumática con transformador incorporado........................19 7.1.2.3. Pinzas portátiles con transformador independiente............................................22 7.1.2.4. Pinzas suspendidas con transformador independiente............................................23 7.1.2.5. Elección del tipo de pinza para soldar.......25 7.1.2.6. Pinzas para robot ......................................26

7.2. PRENSAS DE SOLDADURA PARA SOLDAR POR PROTUBERANCIAS....................................................26 Capítulo VII

Página 1


7.3. MÁQUINAS PARA SOLDAR POR ROLDANAS.........30 7.3.1. CABEZALES PORTA-ROLDANAS .........................31 7.3.2. TRACCIÓN ..............................................................32 7.4. MÁQUINAS ESPECIALES...........................................33 7.4.1. DEFINICIÓN ............................................................33 7.4.2. ¿CUÁNDO ES CONVENIENTE EMPLEARLAS?...34 7.4.3. CONSTITUCIÓN......................................................34 7.4.3.1. Útil..............................................................35 7.4.3.2. Elementos Soldantes.................................35 7.4.3.3. Estructura ..................................................37 7.4.3.4. Transferencias...........................................38 7.4.3.5. Equipamiento Eléctrico..............................38 7.4.3.6. Protecciones..............................................40 7.4.4. DETALLES A TENER EN CUENTA PARA FABRICARSE ESTAS MÁQUINAS.........................41 7.4.5. PROYECTO, DISEÑO Y FABRICACIÓN DE LA MÁQUINA ................................................................42 7.4.6. CARGA Y DESCARGA DE LAS PIEZAS EN LAS MÁQUINAS.............................................................. 43 7.4.7. PUESTA A PUNTO DE LA MÁQUINA .................... 44 7.4.7.1. Trabajo de oficina ......................................44 7.4.7.2. Trabajo sobre la máquina..........................45 7.5. INSTALACIONES ROBOTIZADAS .............................46 7.5.1. EL ROBOT............................................................... 47 7.5.2. PINZAS AL SUELO .................................................49 7.5.3. PINZAS DE SOLDADURA ESPECIALES PARA ROBOTS..................................................................49 7.5.3.1. Calidad necesaria......................................50 7.5.3.2. Particularidades en su trabajo...................50 7.5.3.3. Elección de los brazos, las pinzas y del robot...........................................................51 7.5.3.4. Detalles constructivos................................ 52 7.5.3.5. Pinzas con accionamiento eléctrico ..........54 7.5.4. PROGRAMACIÓN...................................................56 7.5.4.1. Programación de los robots ......................56 7.5.4.2. Programación de la soldadura ..................56 7.5.5. EQUIPAMIENTO ELÉCTRICO................................ 57 7.5.6. ELEMENTOS AUXILIARES.....................................58 Capítulo VII

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7.5.7. LAS PROTECCIONES ............................................58 7.5.8. LOS ÚTILES DE FIJACIÓN DE LAS PIEZAS.........59 7.5.9. LOS MECANISMOS DE TRASLACIÓN O TRANSPORTE ........................................................59 7.6. SOLDADURA A TOPE.................................................60 7.6.1. CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE ESTAS MÁQUINAS.............................................................. 60 7.6.1.1. El movimiento de avance ..........................60 7.6.1.2. Mordazas...................................................61 7.7. MÁQUINAS PARA RECALCAR.................................. 61

Capítulo VII

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7.

TIPOS Y USO DE LAS MÁQUINAS EMPLEADAS EN LOS DIVERSOS PROCESOS DE SOLDAR POR RESISTENCIA.

Como ya se indica en el preámbulo, este Manual está dirigido al usuario de las máquinas, no a los constructores de ellas, aunque esperamos que a buena parte de sus empleados también les sea muy útil. Al usuario le es muy necesario tener un conocimiento lo mas extenso posible de los muy diversos tipos de máquinas existentes, de sus cualidades y su campo normal de aplicación a fin de poder emplear en cada caso la máquina o sistema mas apropiado para sus necesidades y ser un interlocutor válido de sus posibles suministradores. En el capitulo 6º están detallados los elementos constructivos y componentes mas comúnmente usados en la construcción y uso de estas máquinas cuyo conocimiento se complementa con los de este capítulo dedicado a las máquinas y su aplicación.

7.1.

MÁQUINAS ESTÁNDAR DE SOLDAR POR PUNTOS

Las necesidades de la producción y el avance de las tecnologías han conducido a una extensa gama de diferentes máquinas aplicables a la gran variedad de utilizaciones de este tipo de soldadura. Existe una clasificación normalizada muy compleja de los tipos existentes; pero para su mejor comprensión estableceremos una clasificación propia más simple atendiendo mas a las características que necesita saber el usuario que al cómo deben ser fabricadas, siguiendo la filosofía de nuestro manual. Establecemos en primer lugar dos grandes grupos: Fijas.- Agrupa a todas las máquinas fijadas en su lugar de trabajo y a las cuales se les llevan las diferentes piezas a soldar. Móviles.- En este grupo incluimos todas las máquinas que hacen su trabajo acudiendo ellas adonde están fijas las piezas a soldar.

Capítulo VII

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7.1.1.

MÁQUINAS FIJAS

Por su forma de fijación pueden ser de pedestal o de sobremesa. Por su accionamiento pueden ser por pedal o neumáticas (existen algunas versiones que utilizan “cilindros” eléctricos o sistemas neumo-hidráulicos que quedan también aquí agrupadas). 7.1.1.1.

Pedestal a pedal mecánico con brazo superior oscilante

Es importante que estas máquinas tengan la posibilidad de alargar o reducir el escote, la longitud que sobresalen los brazos de la máquina, lo cual permite obtener con brazos cortos unas intensidades de soldadura más elevadas. El brazo superior es menos voluminoso que en las máquinas de descenso rectilíneo y permite una mayor accesibilidad a las zonas a soldar. Cuando el punto de aplicación de la presión no está en el mismo plano horizontal que el eje por donde pivota el brazo, se puede provocar un deslizamiento del electrodo sobre la pieza, perjudicial para el electrodo y para la soldadura. Las máquinas de pedestal con accionamiento por pedal mecánico se usan como máquinas económicas y para potencias de solo hasta unos 25 kVA ( ver 1-7 ) debido a que la limitación del esfuerzo humano aplicable al pedal solo consigue una presión en la soldadura con la cual no se pueden aplicar intensidades mayores de las que se obtienen con los kVA indicados.

1-7 Capítulo VII

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El circuito eléctrico es simple y solo consta de un control de dos funciones que regulan el tiempo y corriente y un SCR con su módulo de encendido ( ver 2-7 ). Las versiones con contactor electromagnético se han utilizado durante muchos años; pero, actualmente las normas EMC no lo admiten.

2-7

Las versiones más económicas de estas máquinas, prácticamente desaparecidas de todos los mercados, no utilizan interruptor electrónico de la corriente de soldadura ni están equipadas con temporizador que regule y limite el tiempo de soldadura; éste lo limita el operador de la máquina levantando el pie del pedal cuando los signos externos del punto que esta realizando y su experiencia lo aconsejan (Las normas EMC tampoco admiten este tipo de control). El funcionamiento mecánico básico de estas máquinas ( ver 3-7 ) consiste en un sistema de palancas que accionado por un pedal, acerca un brazo superior oscilante equipado con su portaelectrodos y electrodo a la pieza a soldar la cual esta apoyada en el electrodo situado en el brazo inferior.

Capítulo VII

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3-7

Se emplean diferentes sistema de palancas con resultados parecidos y en todos se trasmite el esfuerzo a través de un medio elástico, el cual se comprime al estar ya los dos electrodos tocando la pieza y seguir apretando con el pedal. Cuando ese medio flexible tiene una deformación determinada que es la que fija la presión en la soldadura acciona un contacto eléctrico que inicia el proceso de la soldadura. Desde un punto de vista mecánico se tiene que prestar atención a las deformaciones del sistema bajo presión, las cuales pueden originar desplazamientos de los electrodos durante la soldadura acortando su vida y perjudicando la calidad de la soldadura. Desde un punto de vista eléctrico aconsejamos dar preferencia a las máquinas cuyos transformadores tengan sus bobinas moldeados con resinas epoxi, para aumentar la seguridad y conseguir mas amperios soldando con menos potencia de línea y que utilicen un control electrónico que pueda regular la corriente y el tiempo de soldadura. Estas máquinas, con mayor motivo que en las de mayor categoría, deben compararse midiendo los amperios en cortocircuito secundarios con igualdad de escote en la máquina pues los kVA de los folletos inducen a confusiones. Capítulo VII

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Se emplean en Talleres de cerrajería y hojalatería como máquina auxiliar. Son muy aptas para trabajos con alambres. No son apropiadas para trabajos de gran producción y no son aceptadas para suministros con calidad concertada. 7.1.1.2.

Sobremesa a pedal mecánico con brazo superior oscilante o con descenso rectilíneo

Este tipo de máquinas permite trabajar sentado y se emplean para soldadura de pequeñas piezas. Las bajas presiones necesarias y la escasa potencia de estas máquinas de pedal les permiten competir con las de accionamiento neumático debido a su menor precio y a que un operador especializado da igual cantidad de puntos por minuto que los obtenibles con una máquina neumática. El funcionamiento mecánico es en esencia similar a las máquinas de pedestal. Otra gama de mayor precisión y calidad en este tipo de máquinas es la empleada en el campo de la micro-soldadura ( ver 4-7 ), campo muy extenso que tocamos muy superficialmente en este manual. Estas máquinas, de muy pequeña potencia y presión permiten un posicionamiento muy preciso de las piezas y unas características de soldadura muy constantes y son tanto o mas aptas para este tipo de trabajo que las neumáticas.

4-7

En las usadas para micro-soldadura el muelle de presión trabaja a la inversa, o sea, el muelle garantiza una presión siempre igual al presionar la pieza y con el pedal se contrae para introducirla y liberarla la pieza ( ver 5-7 ). Capítulo VII

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5-7 7.1.1.3.

Pedestal neumáticas con brazo superior oscilante

Dentro de este grupo coexisten máquinas muy diferenciadas. La gama mas baja es la compuesta por las máquinas de pedestal a pedal a las que solamente se les ha sustituido el pedal por un cilindro neumático y llevan un control simple que solo regula la corriente y el tiempo de paso de ésta y, es válido todo lo indicado para ellas ( ver 6-7 ). Pueden ser accionadas por un pedal neumático o por un pedal eléctrico.

6-7

Un segundo grupo de máquinas lo componen aquellas en que el cilindro neumático actúa directamente sobre el brazo superior y el control ya es el básico con cuatro tiempos y regulación de corriente ( ver 7-7 ) Se construyen en la misma gama de bajas de potencias. Capítulo VII

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7-7

Su esquema eléctrico es simple, pero en el esquema que adjuntamos ( ver 8-7 ) se puede observar que el pedal tiene doble contacto para permitir un acercamiento sin corriente y a continuación poder darla cuando sabemos que la pieza y el electrodo están bien situados.

8-7

Para esquema neumático y de refrigeración ( ver cap. 6º.5.3. y 6º.4.2. ). Otro grupo de máquinas, con mucha aceptación entre los usuarios, son las que abarcan una gama de potencias entre 30kVA y 50 kVA. Capítulo VII

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Normalmente ya van equipadas con controles más complejos y su construcción mecánica y eléctrica, a pesar de lo competitivo del mercado en esta gama de máquinas, responde con su solidez a necesidades de producción importantes. Su aspecto externo y principio de funcionamiento es el mismo que el de la gama inferior pero no así su dimensionamiento. Sus brazos también son retráctiles para una mejor adaptación al trabajo a realizar. Tabla T1.7 Máquinas de pedestal con brazos oscilantes

Las características expuestas en el cuadrante son orientativas y cada fabricante tiene las suyas que pueden diferir de las indicadas. Nosotros hemos supuesto que dentro de cada gama de potencias las estructuras mecánicas son iguales. Hemos supuesto el empleo de transformadores encapsulados en resina y refrigerados con agua y que los brazos son de latón. Las máquinas descritas son usadas en talleres de cerrajería y hojalatería y en fabricaciones de piezas metálicas en no grandes series. Producen soldaduras de buena calidad dentro de sus límites de prestaciones técnicas. El peligro de deslizamiento del electrodo superior antes indicado es común a todos los modelos de brazo pivotante. En suministros con calidad concertada generalmente no se aceptan como medios de fabricación. Las máquinas de más de 50 kVA de este tipo merecen mención aparte y no es normal encontrarlas en el mercado pues prácticamente se construyen bajo demanda. El precio de estas máquinas supera el de las equivalentes de descenso rectilíneo; pero, para determinados trabajos son aconsejables. Generalmente están preparadas para soldar en calidad óptima y su estructura y circuitos mecánicos y neumáticos tienen que soportar el esfuerzo mayor sin deslizamiento entre electrodos y también poder efectuar los acercamientos a baja presión ( cap. 6º.5. ) y velocidad para evitar los golpes que la importante masa de los brazos produciría. Capítulo VII

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Se usan para el soldeo de aleaciones ligeras, para producir cordones estancos, para soldar piezas de difícil accesibilidad y otras aplicaciones especiales. El control electrónico con que se equipan está entre los de mayores prestaciones y posibilidades. No tienen problema para ser aceptadas para trabajos con calidad concertada. 7.1.1.4.

De pedestal con descenso rectilíneo

Este tipo de máquinas son las generalmente usadas para potencias superiores a los 50 kVA., y permiten una muy amplia variación en cuanto a potencia, esfuerzo, profundidad de escote o garganta, tipo de corriente con que se suelda, circuito neumático, control electrónico, accesorios con que se equipa, etc... etc... Los diversos fabricantes las agrupan en gamas con diferentes composiciones y características que obligan a un trabajo minucioso para poder establecer una comparación entre ellas ( ver 9-7 ).

9-7

Las máquinas de mayor potencia pueden estar equipadas con unas piezas porta-brazos en forma de pequeñas plataformas que pueden utilizarse para la fijación de útiles para soldar por protuberancias. Son máquinas “mixtas”. Las máquinas se componen básicamente de un bastidor vertical ( ver 10-7 ), preparado para ser sujetado al pavimento, con un sólido frontis plano en el cual, en la parte superior, lleva de forma fija o desmontable una pluma o estructura sólida de acero en cuyo extremo y a la distancia que exige el escote de la máquina, esta montado un cabezal compuesto por un sistema de guías antiCapítulo VII

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rotación y un sistema productor de esfuerzo.

10-7

Sólidamente empotrado a la parte móvil de esas guías hay una placa de acero sobre el que se sujeta la pieza porta-electrodos de cobre o aleación cúprica debidamente aislada eléctricamente. En la parte central de ese frontis, a una altura algo inferior a la altura de trabajo, esta montada en forma fija o, mas normalmente, regulable en altura, otra pluma o ménsula de mayor o menor longitud según se monte en ella un brazo redondo portaelectrodos o sirva de soporte para una pieza porta-electrodos. Los fabricantes acostumbran a tener varias modelos de bastidores, plumas o ménsulas con diferentes longitudes y unidades de empuje y aplican la combinación más conveniente según el escote, el esfuerzo necesario y el transformador a emplear. El estudio de las dimensiones y solidez de bastidor y ménsulas, y del circuito de esfuerzo y sus guías es tanto o más importante que el estudio de la potencia del transformador y su control. La profundidad del escote y su altura condiciona mucho la Icc obtenible y como podrán observar en la tabla que exponemos a continuación, cuando se trabaja con corriente alterna ( ver T2-7 y T3-7 ) prácticamente se reduce a la mitad con el doble de escote, lo cual ocurre en tan alta proporción por la muy poca caída interna del transformador. También podrán comparar en la misma tabla la muy importante diferencia de comportamiento en este aspecto de las máquinas Capítulo VII

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que utilizan corriente continua, las cuales obtienen unas Icc poco variables con la profundidad del escote y a igualdad de este se obtienen con menos potencia nominal y todavía menos Amperios en la red por ser de consumo trifásico. Tabla orientativa sobre máquinas de soldar por puntos con descenso rectilíneo. Tabla T2-7 Máquinas monofásicas soldando con corriente alterna 50 Hz.

Características comunes

a.- Se las puede equipar con cualquier modelo de control electrónico. b.- La altura H. de la garganta o escote es regulable entre 200 y 500 mm. y la profundidad, poco regulable, puede elegirse entre 400 mm. y 800 mm. c.- A igualdad de potencia nominal pueden tener bastidores y estructuras mecánicas diferentes pues con los mismos kVA. puede ser de 700 daN y 400 mm. de profundidad o de 1300 daN y 800 mm. d.- La Icc. se toma con la H. mínima. e.- Las máquinas con latón en los circuitos secundarios obtienen Icc. inferiores. f.- Pueden ser equipadas con diversos sistemas de esfuerzo ( cap.6º.5. ). g.- Admiten gran variedad de extras aunque obviamente algunos solo se aplican en las máquinas de mayor precio. Tabla T3-7 Máquinas trifásicas soldando con corriente continua

Características comunes

a.- El control tiene que ser o estar adaptado para máquinas trifásicas. b.- La altura H. del escote se regula entre 200 mm. y 500 mm. Capítulo VII

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c.- El tamaño del bastidor y de la estructura mecánica tiene que estar en consonancia con el esfuerzo y longitud de los brazos. d.- Las máquinas de corriente continua trabajan a factores de marcha del orden del 6% no sobrepasando prácticamente en ningún caso el 10%, y en estas máquinas el tiempo de integración, o sea, el tiempo sobre el que se calcula el factor de marcha de los diodos es del orden de 2 segundos por su mucha menor inercia térmica. Normalmente los controles ya están preparados para protegerlos y no permitir sobrepasar los límites admisibles por los diodos. La parte inferior ,regulable salvo en máquinas muy pequeñas ( ver 10-7 ), necesita un husillo o gato hidráulico para moverla en altura después de haber aflojado sus fijaciones que deben volver a reapretarse una vez a la altura deseada siguiendo las instrucciones del fabricante para garantizar el buen contacto eléctrico. No seguir esas instrucciones ha provocado averías. El transformador va montado dentro del bastidor, protegido contra proyecciones y sus características pueden verse en ( cap. 6º.2. ) . Normalmente para un determinado bastidor se puede elegir entre dos o tres transformadores con diferente potencia sin alterar el resto. Sobre el circuito de alta intensidad, secundario ( cap. 6º.3. ) solo insistiremos aquí en el cuidado que necesitan sus contactos y su enfriamiento y el que no debe incluir hierro o estar demasiado próximo a él. En las máquinas con este circuito construido solamente con cobre se obtienen más Amperios en cortocircuito, Icc a igualdad de potencia del transformador. Los controles electrónicos que se montan en estas máquinas ( cap. 5º. ) deben estar protegidos y tienen que ser extraibles y de fácil acceso. Es conveniente emplear los de prestaciones elevadas que amplían las posibilidades de uso de la máquina. El sistema de producir el esfuerzo en la máquina requiere un estudio cuidadoso, debido a las muchas posibilidades y soluciones a las que se puede optar pues puede tener todas o alguna de las siguientes variantes ( cap. 6º.5. ). - Doble carrera para acercamiento y soldadura. - Carrera de acercamiento regulable. - Acercamiento sin presión. - Sobrepresión posterior. - Presión única. - Presión variable por válvula proporcional. Y esas posibilidades probablemente no exhaustivas pueden obtenerse con mas de una solución. Comienza a extenderse el uso en la industria de máquinas en las que el empuje en lugar de realizarse mediante cilindros Capítulo VII

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neumáticos emplean un “cilindro eléctrico” o sea mediante motor eléctrico, con cuyo complejo sistema eléctrico de control se pueden conseguir prácticamente todas las posibilidades que ofrecen las soluciones neumáticas ( cap. 6º.5.4. ) ; pero, todavía la oferta en el mercado de máquinas de pedestal con esta posibilidad es limitada. Este tipo de máquinas son muy usadas en fábricas con grandes producciones y son aptas para muy diferentes necesidades. La gran variedad y cantidad de equipamiento que admiten permiten ofrecer diferentes prestaciones y generalmente son las exigidas para suministros con calidad concertada. 7.1.1.5.

De sobremesa

Aunque también las hay con brazo superior oscilante ( ver 11-7 ) generalmente se emplean con electrodo superior de descenso rectilíneo ( ver 12-7 ). Estas máquinas, que no se incluyen en las dedicadas a la micro-soldadura, se hacen con potencias entre 20 y 160 kVA. Sus estructuras son muy compactas, de una sola pieza y son de escote no regulable y de carrera reducida.

11-7

12-7 Capítulo VII

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Lo reducido de su escote facilita el obtener altas intensidades de soldadura exigiendo poca potencia de conexión. Su aplicación principal es la soldadura de pequeñas piezas en grandes series, ocupan poco espacio y permite el trabajo del operador cómodamente sentado. Se emplean mayormente como componentes de máquinas especiales ( ver 13-7 ).

13-7

7.1.2.

MÁQUINAS MÓVILES

En este tipo de máquinas, las cuales deben llevarse hasta la pieza a soldar, la cual está fija, podemos distinguir varios subgrupos: Pinzas portátiles manuales con el transformador incorporado, que a su vez pueden ser de accionamiento manual o neumático. Pinzas suspendidas neumáticas con transformador incorporado. Pinzas manuales neumáticas o hidráulicas conectadas a un transformador separado. Pinzas para aplicar a los robots empleados para soldar. No incluimos en este apartado las pinzas-máquina preparadas para ser montadas en carros desplazables por considerarlas como componentes de máquinas especiales. 7.1.2.1.

Pinza manual con transformador incorporado

Este tipo de máquinas es muy utilizado en talleres de reparación, chapisterías y hojalaterías y mas que una máquina puede considerarse una herramienta. Forma parte de la dotación normal de muchos talleres de manutención de fábricas diversas. Su peso no debe sobrepasar unos 12 Kg. por la razón obvia de tenerse que sostener y manejar a mano. Su capacidad en puntos Capítulo VII

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por minuto es baja pero suficiente para la práctica totalidad de los trabajos auxiliares en que se utilizan. Normalmente no utilizan agua para su refrigeración. El cuerpo de la pinza esta constituido por el propio transformador sobre el que se monta el juego de palancas que permite aplicar la presión a los electrodos a través de un medio elástico deformable, la soldadura se inicia cuando los electrodos ya reciben la presión necesaria por una señal eléctrica accionada por la deformación de ese medio ( ver 14-7 ).

14-7

El control de estas máquinas es muy simple y lo llevan incorporado. Todas regulan el tiempo de paso de corriente y en algunas se puede controlar la intensidad. En su construcción se emplean aleaciones especiales de aluminio para evitar peso y el transformador tiene que responder a unas elevadas exigencias constructivas y de seguridad. Es conveniente equiparlas con una buena dotación de brazos para poder acceder al lugar donde se deba soldar ( ver 15-7 ). Es absolutamente necesario el que este conectada a una buena tierra y que se conecte a la red a través de un relé diferencial sensible de 30mA., así como revisar periódicamente el estado del cable flexible de alimentación de la máquina. Estas pinzas manuales portátiles también se encuentran con accionamiento neumático e incluso refrigeradas.

Capítulo VII

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15-7 7.1.2.2.

Pinza suspendida neumática con transformador incorporado

La estructura de estas máquinas consta de una cubierta delantera del transformador que hace las funciones de bastidor, y a través de la cual se cierra el circuito mecánico de esfuerzo donde van montados el cilindro, el brazo fijo y el móvil articulado ( ver 16-7 ).

16-7

En las máquinas de buena calidad las piezas principales están fabricadas con aluminio inyectado a presión, lo cual aparte de facilitar el suministro de importantes cantidades en plazos cortos permite suministrar recambios sin problemas después de años de Capítulo VII

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funcionamiento En la parte posterior del transformador y bajo una cubierta, ya sin intervenir en el circuito mecánico se sitúan las conexiones y regleteros donde se conectan los cables de la máquina. En el cuerpo de la máquina hay varios posibles puntos de sujeción de las una o dos empuñaduras, una de ellas con los pulsadores de mando, y éstas se colocan donde lo pide la maniobrabilidad del trabajo a realizar. En el cuerpo de la máquina y en lo posible en un plano perpendicular que contenga su centro de gravedad llevan situados unos soportes con unos rodamientos a bolas que le permite girar sobre el eje longitudinal de un aro que la rodea y que a su vez está articulado para poder inclinarla en todos los planos facilitando la accesibilidad al trabajo a realizar. Pueden subdividirse en gamas que se diferencian en su escalado de potencias, en las presiones obtenibles y en conceptos constructivos distintos, especialmente para adaptarse a las exigencias de la industria del automóvil, y en cada una de ellas las encontramos con la forma en C o en X ( ver 17-7 ).

17-7

Estas máquinas son para producción industrial, para trabajar duro. La gama mas alta, ( ver 18-7 ) que es la mayormente empleada en las plantas de carrocerías de la industria del automóvil, no tiene aluminio en parte alguna del circuito de alta intensidad, empleándose las aleaciones de aluminio en los circuitos que trasmiten esfuerzos mecánicos y para protecciones y soportes de otros elementos. Los elementos que la componen no quedan al arbitrio del fabricante de la pinza, el cual tiene que emplear tan solo elementos que correspondan a una norma ISO u otra Capítulo VII

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aceptada por el cliente, con lo que los transformadores, electroválvulas, etc… son intercambiables con otras marcas del mercado. Las de gama más baja se diferencian principalmente en que las piezas porta-brazos en aluminio forman parte del circuito mecánico de presión, y son a su vez parte del circuito de alta intensidad trasmitiéndose a través de ellas la corriente a los brazos porta-electrodos. Todo el resto de la construcción corresponde a normas de los propios fabricantes en aquellos puntos en que la aplicación de normas de más nivel encarezca el producto sin aumento de la calidad.

18-7

El peso es un factor importante, pero también lo es la maniobrabilidad por lo que una menor longitud total del cuerpo o un menor diámetro del aro giratorio de suspensión son decisivos por mejorar la accesibilidad. Otro factor importante a tener en cuenta es lo protegidos que están, por situación o por carenado, los conductos de aire y agua montados en la máquina y que los no deseados pero inevitables chispeos acabarían dañándolos. Debido a los elevados esfuerzos e intensidades conseguidos, con la gama alta es posible soldar con garantía láminas electrocincadas o galvanizadas en caliente Si se le aplica un transformador de media frecuencia ( cap. 4º.2.5. ) con salida rectificada, sueldan aluminio con muy elevada calidad y fiabilidad, gracias a las mucho mayores intensidades alcanzables y al tipo de corriente usado y por ello su empleo es cada vez mas frecuente en la industria del automóvil, quienes pueden obtener una calidad de soldadura soldando esos materiales que no pueden conseguir Capítulo VII

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con las pinzas sin transformador incorporado, con las cuales no se alcanzan valores tan elevados de intensidad. Podemos resumir que en estas pinzas lo más importante es que pueden suministrar corrientes de soldadura elevadas con buena maniobrabilidad, accesibilidad y peso. Requieren una tecnología y medios de fabricación que, por el momento, solo los tienen un reducido número de proveedores. En estas máquinas se pueden emplear, y se emplean, controles electrónicos de cualquier tipo del mercado si se utiliza un armario eléctrico independiente donde alojarlo, práctica común en muchos casos; pero, algunos fabricantes presentan la opción de incorporar el control en la propia pinza lo cual representa un abaratamiento interesante, tanto en la adquisición como en la instalación de la pinza. Para el uso de estas máquinas es muy importante la elección del equilibrador de peso mas apropiado ( cap. 6º.6. ) y nos creemos obligados a recordar que el peso se puede equilibrar muy bien; pero que la masa no y es inevitable un esfuerzo para ponerla en movimiento e imprimirle una aceleración. A pesar de tener mayor masa que las pinzas sin transformador en muchos casos son más maniobrables que ellas pues no tienen la servidumbre de los muy pesados cables, que no admiten torsión, que conectan aquellas con su transformador ( ver 19-7 ).

19-7 7.1.2.3.

Pinzas portátiles independiente

con

transformador

Se emplean para talleres de reparación de carrocerías y son unos equipos y pinzas muy ligeras que aun cuando pueden realizar soldaduras de calidad aceptable su factor de marcha es muy bajo, solo apto para estos talleres de reparación cuyo trabajo es muy esporádico o intermitente. Las pinzas pueden ser de accionamiento manual o neumático y en algunos casos incluso pueden utilizarse suspendidas ( ver 20-7 ).

Capítulo VII

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20-7

Estos equipos para talleres de reparación incluyen, junto a las pinzas, otros útiles para ser usados con el mismo transformador, tales. entre otros. como el mono-punto y un martillo extractor para desabollar carrocerías estirando de las arandelas o pernos que se sueldan con el mono-punto.

7.1.2.4.

Pinzas suspendidas independiente

con

transformador

Han sido hasta ahora la mas empleadas, y casi en exclusiva, en las plantas de carrocerías de los fabricantes de automóviles y, sin descartarlas en absoluto, van siendo reemplazadas por las pinzas con transformador incorporado que permiten las mayores intensidades y esfuerzos que reclaman los materiales cincados y el aluminio, y con la ventaja, no negligible, de necesitar mucha menor potencia de conexión. Estas pinzas necesitan un equipo compuesto por: ( ver 21-7 ). a).- Un transformador con una potencia dentro de una gama de 100 a 240 kVA ( cap. 6º.2. ). b).- Un panel neumático o neumohidráulico que contiene los elementos para el gobierno de una o dos pinzas el cual puede incluir los mandos del agua de refrigeración. c).- Un armario para el interruptor y el control electrónico, seguros, 21-7 diferencial, etc... Capítulo VII

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d).- Unos cables secundarios de baja impedancia refrigerados con secciones de cobre entre 160 y 400 mm2 y de 1,8 a 3 m. de longitud ( cap. 6º.3.3. ) . e).- Equilibradores de peso para las pinzas y para los cables ( cap. 6º.6. ). f).- La pinza de soldadura, en C o en X, con o sin aro giratorio. Todos estos elementos tienen que ir suspendidos de una estructura mecánica sólida provista de carrillos con guías que permitan los desplazamientos de las pinzas y de sus cables ( ver 21-7 ). En muchos casos el panel neumático y el control se montan sobre los laterales del transformador. Las pinzas en C o en X corresponden a diseños generalmente propios de cada usuario. Un pequeño numero de cuerpos, compuestos por el cilindro de presión y los porta-brazos articulados, cubren la gama de esfuerzos necesarios y a ellos se les acopla una gran variedad de brazos de diversas formas y longitudes para solucionar todas las necesidades de la producción ( ver 22-7 ).

22-7

El cuerpo de la pinza se fabrica con aleaciones cúpricas o de aluminio de alta resistencia mecánica y los cilindros en aluminio. Puede ir refrigerado por agua o que ésta tan solo enfríe los brazos.

Capítulo VII

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7.1.2.5.

Elección del tipo de pinza para soldar

Esta elección la delimitamos entre: 1º.-Las pinzas suspendidas con transformador incorporado, en su versión con corriente alterna. 2º.-Las pinzas suspendidas con transformador incorporado que utilizan tecnología “inverter”. 3º.-Las pinzas unidas al transformador mediante cables. Como en toda elección es necesario determinar los criterios a emplear e independientemente de criterios particulares como pueden ser el disponer de los equipos, la experiencia en trabajar de una forma determinada, el nivel del personal de mantenimiento, etc…, comentaremos los de Calidad, Manejabilidad, Precio y Coste de explotación. - Calidad Nos referimos a la calidad del trabajo obtenida pues le suponemos a cualquiera de estos equipos similar fiabilidad y calidad constructiva. La pinza de alterna, si por escote permite aplicar los parámetros de intensidad y presión necesarios para el soldeo, consigue unas soldaduras en chapa de acero con una calidad perfectamente válida. La pinza con inverter es sin duda la que permite obtener la mejor calidad y con más regularidad. Las variaciones de intensidad y de calor en las soldaduras son bastante menores que con las otras y, para soldar materiales galvanizados o aluminio es muy apropiada. Permite soldar con elevadas intensidades con escotes profundos. La pinza sin transformador, con cables, de las que hay decenas de miles instaladas, solo responde a criterios de exigencia de calidad suficientes para bastantes casos en que se emplean con chapas limpias, de poco espesor; pero, las exigencias de calidad cada vez mayores las están dejando fuera de uso en muchos casos en los que no pueden suministrar los Amperios necesarios. - Manejabilidad Nos referimos a la comodidad y facilidad con que un obrero no calificado puede manejarla apropiadamente. Tanto la pinza de alterna como la inverter de continua aun siendo de mayor peso, el cual es fácil de equilibrar, son en muchos casos a igualdad de prestaciones tan manejables como las que no llevan transformador. En estos tipos de pinzas los cables que las conectan son fáciles de dominar y por ello están desplazando en muchos casos las pinzas que no llevan incorporado su transformador. Capítulo VII

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La pinza con inverter tiene un peso inferior a la de alterna a igualdad de prestaciones. La pinza sin transformador, con cables, es en determinados casos la de mas simple manejo pues es ligera y si tanto la pinza como el cable tienen bien equilibrado su peso es apropiada para trabajar en útiles o piezas que no exijan movimientos a sus gruesos cables, especialmente giros, por no admitir éstos torsión. - Precio Es un factor muy variable y por tanto de difícil comparación. La de menor precio total es la pinza de alterna. La de mayor precio es la inverter de continua, aunque ésta, al tener cada vez mas demanda por la calidad que se obtiene con ella y por su indispensable uso en muchas soldaduras de aluminio o galvanizados, cada tiene mejor precio en el mercado. La que tiene un mayor coste inicial de instalación es la pinza sin transformador pues requiere estructuras muy complejas y pesadas para su instalación y precisa una instalación eléctrica costosa por su mayor demanda a la red de Amperios y kVA. Ese mayor coste se atenúa en parte cuando se le aplican dos pinzas a un solo transformador. - Coste de explotación En las pinzas sin transformador el mayor gasto de electrodos y la sustitución de los gruesos cables secundarios donde van conectadas, las convierten en las de mayor coste de explotación. La mayor calidad obtenida, la mucha menor potencia requerida para su instalación y su mayor adaptabilidad son los principales puntos que explican el fuerte desarrollo actual de la fabricación de pinzas con transformador incorporado. 7.1.2.6.

Pinzas para robot

Por sus especiales características y especial empleo las incluimos en el apartado dedicado a las instalaciones robotizadas ( ver 7º.5.3. ).

7.2.

PRENSAS DE SOLDADURA PARA SOLDAR POR PROTUBERANCIAS

Su estructura y aspecto es de una máquina para soldar por puntos neumática con descenso rectilíneo del electrodo superior, pero que en vez de brazos porta-electrodos, está equipada con unas plataformas rectangulares sobre las que se montan los útiles ( ver 23-7 ). Capítulo VII

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23-7

La necesidad de mayores esfuerzos e intensidades en su utilización exigen bastidores más sólidos y escotes más cortos. La ménsula inferior de las prensas de soldadura ( ver 24-7 ) soporta una plataforma inferior de cobre aleado, o aleación cúprica, conectada a una salida del transformador y dotada de ranuras en T ( ver 25-7 ), sobre la cual se sujeta la parte inferior del dispositivo que soporta y sitúa la pieza inferior a soldar.

24-7

Esta ménsula esta rígidamente sujeta al bastidor de la prensa y normalmente puede regularse en altura mediante un sistema de elevación mecánico o hidráulico para poder utilizar utillajes de muy diferentes tamaños y poder ajustar siempre al mínimo el área abarcada por la corriente secundaria. Este desplazamiento vertical, en las máquinas grandes o de mayor calidad, se efectúa sobre guías prismáticas para simplificar el trabajo de alineación de útiles y plataformas cuando se ha utilizado ese desplazamiento. Capítulo VII

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Una pluma superior fijada al bastidor ( ver 26-7 ) soporta un cabezal cuyo objeto es el soportar una plataforma que descienda verticalmente y con perfecto paralelismo sobre la plataforma inferior.

25-7

26-7

Esta plataforma es generalmente igual a la inferior pero con sus ranuras de fijación en T orientadas a 90º respecto a las de la otra plataforma para facilitar la alineación de los útiles, sujetándose en ella la otra parte del utillaje. Esta plataforma ( ver 27-7 ) esta Capítulo VII

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conectada eléctricamente a la otra salida del transformador mediante una conexión flexible formada por muy finas laminas de cobre y sujeta a la parte móvil de la unidad de empuje. Una de estas dos plataformas tiene que estar aislada eléctricamente del bastidor, generalmente la superior. Todo este conjunto que forma el llamado cabezal de soldadura, esta sólidamente unido al bastidor.

27-7

La parte móvil formada por esa plataforma con su utillaje, el eje, las guías y las piezas móviles de la unidad de empuje, generalmente un cilindro neumático, tiene una importante masa debido al dimensionamiento que a sus componentes exigen las elevadas corrientes y fuerzas en juego y a ello se le debe prestar mucha atención pues ahí, en esa masa, tenemos el punto que en la práctica puede ocasionar problemas de “seguimiento” en el proceso de soldeo. Para los sistemas neumáticos y cilindros empleados en las prensas de soldadura conviene utilizar soluciones que permitan realizar ciclos de esfuerzo complejos para conseguir buenos resultados ( cap. 6º.5.3.4. ) . Un depósito auxiliar de aire comprimido es muy conveniente. Los controles empleados para estas máquinas son generalmente de la gama alta puesto que el elevado precio de una buena prensa de soldadura justifica no ahorrar en el control, el cual aumenta las posibilidades de ésta. Los sistemas de seguridad en cuanto a mandos a dos manos, pulsador de emergencia, magneto térmico, etc… son complementos obligados de estas máquinas. Cuando se precisan intensidades soldando de más de 60000 A., es aconsejable emplear máquinas trifásicas con rectificador ( cap. 4º.2.4. ). Aplicándoles unas piezas porta-brazos y porta-electrodos Capítulo VII

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y electrodos puede trabajarse con ellas como máquinas de soldar por puntos ( ver 10-7 ). Se les llaman máquinas mixtas y esta particularidad se suele aplicar a máquinas de hasta 160 kVA.

7.3.

MÁQUINAS PARA SOLDAR POR ROLDANAS

Este tipo de soldadura y por lo tanto el uso de las máquinas que lo realizan esta en regresión y está siendo reemplazado con ventaja por procedimientos como el Láser, MIG, MAG, automatizados o no, o bien, aunque un soldador debería decir, o mal, empleando soluciones con plástico para piezas equivalentes. Debido a la gran variación de tipos, modelos y variantes prácticamente han dejado de ser máquinas de catálogo para ser fabricadas a medida de las necesidades del usuario y su descripción pormenorizada nos ocuparía un espacio desproporcionado con el uso que se hace de estas máquinas. En 28-7 ven dos clásicas formas de este tipo de máquina.

28-7

Tanto el bastidor ( cap. 6º.1.3. ) como el transformador ( cap. 6º.2.4. ) tienen particularidades especificas a tener muy en cuenta. No precisan programas de esfuerzo complicados y un circuito simple es suficiente pues el tiempo empleado para un acercamiento lento que evite un golpeo en la roldana y pieza es irrelevante sobre el tiempo total del ciclo de trabajo. Los controles actuales mas sencillos cumplen perfectamente con las necesidades de este tipo de soldadura. Es importante disponer de la posibilidad de unas pendientes de subida y bajada largas cuando el inicio y el final del cordón deben superponerse.

Capítulo VII

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7.3.1.

CABEZALES PORTA-ROLDANAS

Es la parte más importante y de mayor incidencia en el precio de estas máquinas, y son de construcción muy delicada. Su misión es conducir la corriente de soldadura a las roldanas giratorias, por lo que es un contacto giratorio con capacidad para trabajar continuamente con unos 10000 a 15000 Amperios, soportando, sin engriparse, una presión de varios cientos de kilos ( cap. 10º.12. ). Lo mas importante es el como se realiza el contacto entra la parte fija y la móvil del cabezal. Pasaremos por alto muchas soluciones que no eran tales y que han producido un gran parque de máquinas, de poco o mucho precio, que han funcionado cortos periodos de tiempo hasta que las han desechado. Actualmente ( ver 29-7 ) los sistemas que funcionan se basan en contactos giratorios en un baño o velo de mercurio, solución válida, aunque con problemas por amalgamamiento del mercurio y con las normas sanitarias, y el sistema que emplea una pieza de cobre que además de hacer las funciones de eje lleva unas zonas de contacto, cónicas o cilíndricas, recubiertas con 2 ó 3 mm. de lamina de Plata que están en contacto deslizante con unas piezas de cobre de distinta dureza, plateadas, y que permiten el desplazamiento que exige el desgaste, el cual llega a desgastar toda la plata y continua funcionando perfectamente.

29-7

La presión entre las zonas de contacto es totalmente independiente de la de soldadura. El conjunto en ambos casos esta cerrado en un cuerpo de cobre fundido bien refrigerado con agua y el eje lleva unos cuellos con grueso revestimiento de cromo duro por donde gira respecto al cuerpo con cojinetes generalmente no magnéticos si pasa la corriente por su interior. El engrase de los cojinetes es permanente y en las zonas de contacto se emplea un aceite conductor especial. Para soldaduras longitudinales donde no es posible otro tipo de cabezal se emplean los llamados de cuchara, de aleación cúprica y rodillo loco, sin tracción, con los que se tiene un elevado consumo de ejes de contacto. Convienen ejes del máximo diámetro, bien enfriados, empleando materiales de distinta dureza Capítulo VII

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que eviten el engripamiento, y cuyo recambio sea lo menos costoso posible. Hay modelos de cabezales que permiten una sujeción que gire 90º para poder tener en la misma máquina la posibilidad de la soldadura longitudinal y de la transversal.

7.3.2.

TRACCIÓN

El avance de la pieza a la velocidad de la soldadura, sin deslizamiento entre la roldana y la pieza como condición muy importante, tiene varias posibles variantes que se utilizan según sea el trabajo a realizar. Tracción exterior. La pieza esta montada sobre un útil que desplaza la pestaña de la pieza a soldar entre las roldanas con velocidad constante, Los cabezales son con giro libre y de un diámetro superior a unos 250 mm. y el arrastre de la pieza produce su giro a la misma velocidad evitando deslizamiento entre pieza y roldana. Tracción por un solo cabezal. ( ver 30-7 ) El eje del cabezal está conectado a un motor con regulación de velocidad, y la roldana arrastra a las piezas. Este sistema permite un eficaz sistema de reavivado continuo del perfil de la roldana tractora mediante útil de corte y rodillo grabado. La roldana del cabezal sin tracción tiene que tener un diámetro superior a los 100 mm. y es mas delicado su reavivado.

30-7 Tracción por los dos cabezales. ( ver 31-7 ) En este caso las dos roldanas son tractoras y el arrastre es mas perfecto en las dos piezas, aun cuando se trabaje con roldanas de muy diferente diámetro. Se pueden reavivar bien los perfiles de las dos roldanas. Los ejes de ambos cabezales tienen que estar conectados mecánicamente a un motor de velocidad regulable a través de un mecanismo diferencial que garantice la misma velocidad periférica de las dos roldanas aunque sus diámetros Capítulo VII

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sean diferentes por construcción o desgaste.

31-7 Tracción periférica. La tracción se le comunica a la roldana mediante una rueda perfil moleteado la cual ayuda a mantener el perfil correcto de la roldana. Cuando las dos roldanas son tractoras no es preciso el uso de mecanismo diferencial.

7.4.

MÁQUINAS ESPECIALES

7.4.1.

DEFINICIÓN

Llamamos así a unas máquinas creadas específicamente para realizar un determinado tipo de trabajo, y que necesitan ser modificadas sustancialmente para poderlas utilizar en otros distintos. También reciben el nombre genérico de “MULTIPUNTOS” a pesar de que estas máquinas especiales pueden incluir en determinados casos operaciones diferentes de la soldadura a puntos y que incluso no sean de soldadura cuando es práctico y rentable efectuarlas en esa fase del proceso de fabricación. Otra definición suficiente es “máquinas o instalaciones que efectúan mas de dos soldaduras u operaciones sobre unas piezas que están sujetas en el momento de soldar mediante un útil fijo o desplazable y que están preparadas para realizar únicamente ese trabajo”. Han prácticamente desaparecido las grandes máquinas compactas con varias estaciones que contenían un verdadero bosque de cilindros de soldadura, cables, transformadores, etc... que aunque obtenían buenos rendimientos eran de costoso mantenimiento y difícil adaptación a cambios en las piezas o situación de los puntos. Han sido sustituidas por máquinas más Capítulo VII

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simples e instalaciones robotizadas con mucha mayor flexibilidad para adaptarse a cambios en la producción.

7.4.2.

¿CUÁNDO ES CONVENIENTE EMPLEARLAS?

Como en casi todas las decisiones industriales lo más importante en el estudio de los procesos de fabricación son los criterios de seguridad, calidad y rentabilidad. Numerosas aplicaciones de la soldadura por resistencia justifican el empleo de las máquinas que se incluyen en este apartado, puesto que el carácter repetitivo de la mayoría de trabajos hace rentable la automatización de una gran cantidad de procesos. Aun cuando la producción necesaria no lo justifique son muchos los casos en que la sola exigencia de la calidad y su regularidad obliga a emplearlas. Cuando se trata de muy grandes producciones compiten ventajosamente con las instalaciones robotizadas.

7.4.3.

CONSTITUCIÓN

Como el número de máquinas diferentes que incluye este apartado es demasiado importante para poder describirlas sin apartarnos del objetivo del Manual, nos vamos a referir a algunos de los componentes básicos más usados en estas máquinas para solucionar una parte importante de los problemas que se presentan. En principio una multipunto consta de un útil en el cual van sólidamente fijadas las piezas a soldar para garantizar la geometría final del conjunto soldado ( ver 32-7 ). Este útil recibe o acude a unos elementos soldantes que están instalados en una estructura los cuales son los que realizan la operación de soldadura. El útil o la estructura para desplazarse necesitan un mecanismo de transferencia. Un equipamiento eléctrico gobierna los procesos de soldadura así como las secuencias de movimientos de la máquina. Todo el conjunto precisa de unas protecciones anti-infortunio.

Capítulo VII

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32-7 7.4.3.1.

Útil

Tiene que mantener las piezas en su posición correcta y sin que se muevan durante el proceso de transferencia o soldadura y para ello se emplean bridas o sujetadores manuales o neumáticos ( cap. 6º.9.1. ) que las fijan sobre una estructura sólida. Es importante que estos aprietes y fijaciones del útil dejen un espacio cómodo para la actuación de los elementos soldantes. Según el proceso que se realice el útil puede necesitar bajocobres refrigerados, instalación eléctrica para límites de movimiento, instalación neumática, etc... 7.4.3.2.

Elementos Soldantes

Debemos remarcar que cuando una pieza tiene que avanzar entre electrodos para ser soldada, no basta un movimiento de traslación en un solo plano, sea por mesa giratoria o longitudinal, pues uno de los electrodos, generalmente el inferior, es fijo y por tanto se debe prever un movimiento vertical de ese electrodo o la situación en “flotación” de la pieza para que entre sin rozar y se le pueda aplicar la presión de soldadura con el poco o mucho desplazamiento vertical necesario. Capítulo VII

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Una solución muy empleada es utilizar máquinas de tipo estándar de sobremesa o de pedestal en las que el electrodo inferior también esta situado en un cabezal como el superior, con cilindro y guías ( ver 33-7 ). A solo uno de los cilindros se le aplican las posibles variaciones secuenciales de presión que pueda exigir el programa, y al otro, regulado siempre a la máxima presión, se le aplica un limitador mecánico de carrera. Otra solución es emplear unas “pinzas mecanizadas” auto-centrantes las cuales se acercan a la pieza ,montadas en un carro, con los brazos porta-electrodos abiertos en una posición predeterminada, los cuales, una vez en posición pinza y pieza se cierran al recibir la señal de soldadura, esperando el electrodo que primero llega a la pieza que se acerque el otro. Estas pinzas pueden estar conectadas mediante cables a un transformador o llevarlo incorporado ( ver 33-7 34-7 ) y en ambos casos tienen que estar bien equilibradas para evitar que al auto-centrarse, el primer electrodo que entre en contacto con la pieza la golpee en demasía y la deforme.

34-7

Las “semipinzas” ( ver 35-7 ) son como su nombre indica la mitad de una pinza formada por un brazo articulado accionado por un cilindro neumático. Obviamente necesita un contra-electrodo o bajocobre que soporta la pieza y contra quien aplica el esfuerzo ese brazo articulado. Un elemento muy usado en maquinas especiales es el “cilindro de soldadura” ( cap. 6º.5.1. ) el cual se diferencia de los cilindros Capítulo VII

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neumáticos existentes en el mercado para otros usos por su sistema de guías anti-rotación, su aislamiento eléctrico, sistemas de fijación, diámetro del eje, indicadores de carrera, etc... Es una gama de cilindros especialmente diseñados para esta concreta aplicación, están normalizados sus tipos y son intercambiables los de diferentes marcas. Estos cilindros se conectan a unos transformadores, también normalizados ( cap. 6º.2. ), a los cuales se les pueden conectar dos o cuatro cilindros. También se encuentran en el mercado todos los complementos 35-7 ( cap. 6º. ) que necesitan los cilindros, transformadores y pinzas, como son los porta-electrodos, cables de conexión, etc... En cualquier caso el electrodo debe siempre poder aplicar la presión de soldadura sin que ceda el electrodo inferior o soporte de cobre, “bajocobre”. Pueden coexistir en la misma máquina diferentes soluciones para solucionar las diferentes soldaduras que pueda necesitar la pieza así como algún cabezal o pinza para soldar por protuberancias o para soldar pernos, etc., etc... 7.4.3.3.

Estructura

Todos los elementos soldantes también tienen que estar montados sobre una estructura que garantice su posicionamiento correcto y que tenga la solidez suficiente para no vibrar ni deformarse por las presiones o esfuerzos, estáticos y dinámicos, que se producen durante el proceso de soldadura. Un defecto muy general en los proyectistas sin experiencia en este tipo de máquinas es minusvalorar los esfuerzos dinámicos y diseñar unas estructuras débiles. Si por problemas de diseño es indispensable que algún elemento de la estructura quede rodeado por un circuito donde circule la corriente de soldadura, ese elemento deberá realizarse con material no magnético.

Capítulo VII

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7.4.3.4.

Transferencias

El tiempo que se emplea para transferir el útil al interior de la estructura donde están situados los elementos soldantes o para llevar éstos a un útil fijo acostumbra a ser bastante importante sobre el tiempo total del proceso y es difícil “enmascararlo” simultaneándolo con otras operaciones. Los desplazamientos son normalmente largos y la masa del útil y sus componentes que se ponen en movimiento son generalmente superiores a la sola masa de la pieza. Un objetivo común de estos movimientos es conseguir una velocidad media elevada con un arranque y parada suaves y para ello debe acudirse a movimientos senoidales, epicicloidales, motores con regulaciones de velocidad especiales, motores “paso a paso”, movimientos con “cruz de malta” para útiles pequeños, mecanismos hidráulicos o neumáticos equipados con sistemas especiales de deceleración, etc... La utilización de velocidades constantes y frenos mecánicos más o menos amortiguados, aún para instalaciones simples tienen que aplicarse con prevención por los problemas que comporta su periódico reajuste. 7.4.3.5.

Equipamiento Eléctrico

Tienen que distinguirse dos tipos de equipamiento bien diferenciados: Los controles electrónicos para la regulación de los procesos de soldadura y los controles secuenciales para los movimientos y etapas del proceso productivo completo de la máquina. Los controles electrónicos para la soldadura ( cap. 5º. ) cumplen las mismas misiones que los empleados en las máquinas de catalogo y puede utilizarse el tipo más conveniente para el trabajo a realizar, pudiendo coexistir en la misma máquina controles diferentes para soldaduras de distinto tipo o responsabilidad. El acoplamiento de estos controles a los diversos tipos de secuencias operativas de la máquina puede exigir que dispongan de alguna característica específica para ello. Las soldaduras que se realizan en una máquina especial tienen que recibir, cada una de ellas, un tratamiento independiente, pues, aun tratándose de soldaduras iguales y realizadas en la misma pieza, pueden necesitar parámetros de regulación diferente por variaciones en la impedancia de sus circuitos. Los controles secuenciales, generalmente realizados mediante un PLC, no solo gobiernan los movimientos y controlan las seguridades, sino que son los que ordenan iniciar las diversas soldaduras una vez se cumplen los condicionamientos posicionales predeterminados para ello. La comunicación de los controles de soldadura con los PLCs o Capítulo VII

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con PCs puede hacerse, cuando el control está preparado para ello, mediante Buses de Campo para las muy numerosas Entradas y Salidas que intervienen. Coexisten diversos sistemas o protocolos (Profibús, Interbús, Devicenet, e Interface Ethernet, etc...) Las soldaduras pueden realizarse con cuatro tipos de secuencia. A.- Simultánea Se ordena el accionamiento neumático para aplicar las presiones de soldadura simultáneamente y una vez ha transcurrido el tiempo de acercamiento suficiente y lo autorizan los seguros de posicionamiento correspondientes, se da señal de soldadura al único o a los varios controles de esta. Todas las soldaduras se realizan a la vez.

- Ventajas

Ciclo muy corto. Garantiza que no haya movimientos o deslizamiento de piezas por efectos electromagnéticos o mecánicos durante el proceso.

- Inconvenientes La red eléctrica tiene que poder soportar la demanda simultánea de la potencia de soldadura de todos los puntos efectuados. En máquinas no muy complejas y en las cuales se emplee más de un control esto se puede evitar alargando los tiempos de los segundos acercamientos para que no se inicie una soldadura hasta que no haya finalizado la anterior. La estructura mecánica tiene que poder soportar la suma de los esfuerzos aplicados en las soldaduras. B.- En cascada eléctrica Se diferencia de la simultánea en que la señal para iniciar la soldadura se le da a un primer control de corriente, el cual cuando acaba da señal al siguiente y así sucesivamente hasta finalizar todas las soldaduras. Existen controles multiprogramas preparados para que con un solo secuenciador se puedan ir conectando los SCR de los diferentes transformadores empleados en las soldaduras, y, también pueden realizarse la secuencia de encendidos a través de PLCs - Ventajas Ciclo total corto. Garantiza la ausencia de movimientos de las piezas durante el proceso por esfuerzos electromecánicos. Capítulo VII

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Permite realizar gran cantidad de soldaduras solicitando de la red tan solo la potencia necesaria para una sola. - Inconvenientes Necesitas un transformador con su modulo de encendido y sus SCR por cada soldeo que puede ser de una a cuatro soldaduras, lo cual encarece la máquina. Aplica todo el esfuerzo mecánico simultáneamente. C.- En cascada neumática Los accionamientos neumáticos de las pinzas o cilindros que intervienen en un soldeo se efectúan uno a continuación del otro, realizando todo el proceso así hasta el final de las soldaduras a realizar. Pueden superponerse tiempos de mantenimiento con los de acercamiento del siguiente cilindro con lo que se ahorra tiempo y se mejora la sujeción de la pieza.

- Ventajas

Es una solución económica pues se puede reducir extraordinariamente el número de transformadores y controles y usar estructuras más ligeras.

- Inconvenientes Es más lenta y obliga a una mejor o más cuidada fijación de las piezas a ser soldadas para que no se muevan durante el proceso. Cuando se está realizando una soldadura también recibe tensión todo lo que está conectado al mismo control o transformador, y debe evitarse que se ocasionen pasos de corriente no deseados. D.- En cascada mixta En una misma máquina pueden coexistir perfectamente las secuencias en cascada neumática y eléctrica cuya aplicación se hace en función de la potencia disponible y de las exigencias de la pieza y de su útil de sujeción y para poder aprovechar las ventajas de ambas soluciones. 7.4.3.6.

Protecciones

Es importante este apartado pues determina el espacio necesario para la máquina y condiciona la carga, la descarga y el aporte y evacuación de las piezas preservando la seguridad de las personas como objetivo prioritario. Capítulo VII

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Las seguridades no deben tener en cuenta tan solo a los operadores de la máquina sino a todos los que sin conocimiento de sus movimientos o peligrosidad puedan acercarse a ella. También toda máquina automática debe estar protegida de los daños que ella misma pueda causarse caso de alguna anomalía en su funcionamiento y no debe ponerse en marcha ningún movimiento al reanudarse el suministro de aire, tensión, etc... que pudiera haberse interrumpido, sin la preceptiva autorización humana y para ello es importante haber realizado la prueba “del irresponsable” ( cap.7º.4.7.2. ) . En la UE es de obligado cumplimiento todo lo referente a seguridades de la Directiva Máquinas CE.

7.4.4.

DETALLES A TENER EN CUENTA FABRICARSE ESTAS MÁQUINAS

PARA

Como ya indicamos, este Manual pretende ayudar al usuario práctico de máquinas de soldar, quien puede prepararse por si mismo la máquina especial que necesite cuando se trata de versiones simples de ellas y por ello, aunque con este Manual no se aprende a diseñar máquinas especiales, lo cual requeriría bastantes tomos más creemos que unos cuantos consejos pueden ser de utilidad ( ver 36-7 ). Montarse una máquina o útil especial no es convertirse en uno de los fabricantes a quienes no va dirigido el manual.

36-7 Capítulo VII

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7.4.5.

PROYECTO, DISEÑO Y FABRICACIÓN DE LA MÁQUINA

Un buen proyecto para una máquina especial precisa de una colaboración eficaz entre el usuario y conocedor de la pieza y de sus instalaciones y de un buen proyectista. El proyectista no puede ser tan solo un buen mecánico y necesita tener conocimientos eléctricos, y en especial el efecto de la impedancia en los circuitos de alta intensidad y ¡haberse leído nuestro Manual! Otro importante consejo es que se asesoren por algún buen especialista para no caer en el problema de inventar soluciones que ya han sido inventadas, probadas y perfeccionadas. Cuando se trata de máquinas muy complejas deben ponerse en manos del fabricante acreditado que haya presentado la mejor oferta después de estudiar conjuntamente la solución; pero en el caso de útiles o máquinas más simples es posible hacerse un proyecto con su lista de materiales, o encargarlo a alguna oficina técnica de la que se tengan referencias y fabricársela uno mismo si se dispone de personal apropiado. En cualquier caso debe evitarse fabricar una máquina demasiado “compacta” y es mejor subdividirla en varias que tener una máquina de difícil mantenimiento, reparación y puesta apunto por parecer “un bosque” de cilindros, porta-electrodos, cables y pinzas de difícil acceso. La instalación eléctrica de una máquina es muy importante y debe preverse en el proyecto donde se montaran las canaletas portacables, así como los sistemas de cables móviles para útiles o carros con movimiento. En todo cableado deben montarse de un 20% a un 30% de cables o tubos “sobrantes” y todos los regleteros o lugares de empalme también deben tener libres esa cantidad, lo cual probablemente solucionará con facilidad problemas o cambios futuros. En los PLCs también tienen que quedar libres de un 20% a un 30% de entradas y salidas. Un proyecto de máquina que contenga componentes desgastables o susceptibles de averiarse cuya sustitución requiera mas de 15 minutos debe ser objeto de un reestudio para evitarlo. Solo deben emplearse componentes normalizados ( cap. 6º. ) que pueden encontrarse en el mercado de varias fuentes de suministro y que una vez finalizada la producción de la pieza para la cual fue construida la máquina se puedan emplear en otra máquina para uso distinto hasta que acaben su vida útil. Tener presente la gama de números preferentes ( cap.11º. ). Ejemplos de materiales normalizados. Porta-electrodos y electrodos. Cilindros neumáticos especiales para soldadura. Transformadores. Pinzas máquina. Capítulo VII

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Cables y conexiones flexibles. Controles de soldadura. Controles numéricos. Mesas giratorias. Electroválvulas y material neumático. etc... etc...

7.4.6.

CARGA Y DESCARGA DE LAS PIEZAS EN LAS MÁQUINAS

Los tiempos de carga y descarga ( cap. 11º.7. ) son generalmente muy importantes sobre el total del ciclo de producción de una pieza, en la cual los tiempos para la soldadura propiamente dicha son cortos. Si una máquina cuya compra e instalación puede haber significado una fuerte inversión la tenemos parada mientras la estamos cargando y descargando podemos considerar que no estamos obteniendo un buen rendimiento de nuestro dinero y del espacio de la fábrica. Un lugar de actuación preferente es la descarga, la cual acostumbra a ser más sencilla de automatizar que la carga y para la que puede utilizarse desde un sencillo mecanismo que “suelte” la pieza y facilite su descarga a mano hasta un mecanismo que la prenda y la deposite en una cinta transportadora o un intermedio que consista en desclavar la pieza y expulsarla mecánica o neumáticamente hasta una rampa lateral. Para la carga no acostumbran a encontrarse soluciones sencillas y económicas. La mejor productividad se obtiene cuando durante el tiempo que la máquina esta trabajando, uno o más obreros están cargando las piezas en unos útiles que se introducen en la máquina inmediatamente después de que acabe de soldar la anterior. Si se consigue que el tiempo de carga sea igual al tiempo de máquina solo queda como tiempo muerto el de introducir esos útiles, manual o automáticamente, hasta la posición donde serán soldadas las piezas. Los sistemas de introducción varían desde el simplemente manual hasta sistemas mecánicos muy complejos. Un sistema muy usado es el de mesa giratoria de movimiento senoidal ( ver 37-7 ) con un plato donde se instalan los útiles y con un número de estaciones que varía desde dos, una para carga y descarga mientras se suelda en la otra, hasta las necesarias para tener una estación para la descarga, las que se empleen para la soldadura, una posible estación para verificación y las estaciones necesarias para poder cargar simultáneamente y obtener el ideal de tiempo carga igual a tiempo máquina. Capítulo VII

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El diseño del útil de fijación de las piezas es una de las partes más importantes del proyecto y por donde se debe empezar una vez ya decididos en un anteproyecto el tipo de máquina, sistema de carga, secuencia a emplear, tiempos requeridos, etc..., pues al igual que la pieza condiciona al útil, el útil condiciona a la máquina. Repetimos lo de no reinventar lo ya inventado.

37-7

7.4.7.

PUESTA A PUNTO DE LA MÁQUINA

7.4.7.1.

Trabajo de oficina

La puesta apunto de estas máquinas no tiene una pauta única dada su enorme variedad de tipos pero deben respetarse algunas normas de actuación. Exigir al suministrador que la entrega de la máquina incluya: Los certificados que la legislación de cada país exija para la máquina o para cualquiera de sus componentes. Instrucciones para el funcionamiento, escritas. Instrucciones para el mantenimiento, escritas. Lista de materiales consumibles con sus datos exactos para poder localizarlos en el mercado. Lista de repuestos aconsejables y su plazo de entrega normal. Planos y esquemas de los útiles y partes especialmente diseñadas para el trabajo a realizar con esa máquina. Especificación de lo que cubre la garantía. Una vez la máquina bien documentada lo primero que tenemos que hacer es leer y estudiar bien esos documentos.

Capítulo VII

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7.4.7.2.

Trabajo sobre la máquina

Con la máquina instalada, nivelada y conectada a las redes de agua, aire y energía para lo cual se habrán tenido en cuenta las indicaciones del fabricante y del cap. 8º. se tienen que iniciar las pruebas de forma sistemática comprobando las diversas partes que componen la máquina y para ello el usuario tiene que hacerse una lista de comprobaciones a efectuar, una “check list”, con la ayuda del fabricante y basada en un estudio previo realizado con ayuda de la documentación recibida, lo contratado y lo que se debe obtener de su funcionamiento. Una orientación sobre como realizar las puestas a punto y las pruebas es la siguiente. Se comprueba que la máquina no tiene trabas o impedimentos que se hayan utilizado para el transporte o para la seguridad de quienes hayan estado trabajando en ella en el montaje de útiles o haciendo mantenimiento. Se colocan los controles de soldadura en la posición “no suelda”. Se conecta el aire y el agua a la máquina y se comprueba que no haya pérdidas en los circuitos y que circulan los caudales de agua recomendados. Se comprueba que los cilindros y pinzas de soldadura están en posición de reposo y si es preciso se bloquea su posible movimiento para evitar que por cualquier causa puedan moverse durante las pruebas de movimiento de otros componentes. Sin cargar piezas en los útiles se comprueban todos los movimientos de la máquina, primero ordenándolo manualmente uno a uno y después en automático. Es posible que para poder completar esta prueba se deba simular la acción de algún microruptor o fin de carrera relacionado con el movimiento de los cilindros y pinzas que ahora tenemos bloqueados o de detectores de posición de pieza que no están cargadas. Se cargan las piezas y se comprueba que los útiles circulan sin impedimentos Todavía en “no suelda” se desbloquean los movimientos de pinzas y cilindros de soldadura y se comprueban uno a uno y después integrados en el automatismo general. Con la máquina en ciclo automático se tiene que efectuar la “prueba del irresponsable” (coloquialmente se le aplica otro nombre no transcribible) que consiste en que una persona ajena toque los mandos sin orden ni concierto, lo cual no debe producir atasco, ni avería o daño alguno, solo debe pararse y obligar a hacer algún rearme desde los mandos mas o menos laborioso para que vuelva a funcionar correctamente. Cuando todo el resto de máquina no tiene problemas se colocan uno a uno los controles en la posición “suelda” y con la máquina en funcionamiento manual y los movimientos que puedan ser peligrosos trabados o desconectados se van introduciendo los Capítulo VII

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parámetros en los controles de soldadura para que cada punto de soldadura cumpla con la calidad exigible. Después de soldar unas piezas en “manual” ya podemos empezar a trabajar en “automático”; pero, antes de dejar la máquina debe volver a hacerse la “prueba del irresponsable” El proceso indicado es muy generalista y solo se da para que algunas de sus ideas sirvan de ayuda en los casos específicos que puedan presentárseles.

7.5.

INSTALACIONES ROBOTIZADAS

Se les llama así a los procesos donde en los movimientos para el desplazamiento de las piezas o de las pinzas de soldadura se emplean uno o más robots de cinco o más libertades o ejes. Son consideradas también máquinas especiales siendo válidos para ellas muchos de los comentarios realizados en el capítulo de las multipunto ( ver cap. 7º.4. ) del cual este apartado 7º.5. puede considerarse una extensión. En pequeñas producciones se usan para evitar trabajos pesados o peligrosos o 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 o de situación de puntos en las piezas, así como su facilidad para adaptarse a otra máquina o fabricación cuando deja de fabricarse lo que está haciendo han extendido su empleo enormemente en la fabricación de productos de consumo como los automóviles ( ver 38-7 ). Para muy grandes producciones en algunos casos sigue siendo más ventajoso el uso de máquinas especiales multipunto.

Capítulo VII

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38-7

7.5.1.

EL ROBOT

Un robot, ( ver 39-7 ) nombre por el que mundialmente se le conoce y que parece proviene del de un criado de una comedia teatral checa, es una máquina 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 tres ejes x, y, z, pueden hacer que ese objeto adopte la posición mas conveniente.

39-7 Capítulo VII

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Los seis ejes necesarios también son llamados “libertades” y en algunos casos no es necesaria la sexta y en otros precisan de una séptima que generalmente es un desplazamiento longitudinal del robot accionado por un eje eléctrico coordinado con el mismo control. En la soldadura por resistencia, que es la que nos ocupa, han sido empleados robots con una capacidad de carga sobre el 6º eje cada vez mayor y actualmente es normal que sean de 160 a 200 Kg. desplazando a la gama de los 60 a los 125 Kg. 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 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 sino por la consecución 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 sin escobillas, de baja inercia y con resolvers 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 soft especiales permiten unas programaciones rápidas si se le dan los datos de la pinza de soldadura o garra porta-piezas y de la pieza a soldar, pero el empleo de robots en una instalación precisa de personal propio, o próximo y asequible, capaz de programarlo inicialmente y de ir afinando posteriormente los programas de movimientos. El lugar de trabajo de un robot tiene que estar protegido por vallas o rejas que impidan el paso a cualquier persona por la máxima área de cobertura de sus posibles movimientos, cuando esté conectado o pueda conectarse sin intervención de quien esté en esa área. El robot es un elemento pesado y de no fácil manejo por lo que deben preverse el espacio y sistemas de manutención precisos para su montaje o sustitución. Para cada modelo de robot se utilizan unos paquetes, el “mazo integrado”, con las conducciones del aire, agua, energía y señales de mando, con sus soportes, que permiten la gran variedad de movimientos de la pinza de soldadura o de la garra porta-piezas que lleve montada en su muñeca. Deben estar bien identificados el modelo y el proveedor y disponer de algún repuesto pues es parte sensible a averías. Capítulo VII

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La consecución de un programa para el robot que no castigue los cables flexibles, que emplee poco tiempo y no tenga movimientos bruscos es una labor que requiere tiempo y solo se consigue un programa bien afinado si un experto lo observa durante muchos días de producción y va puliendo las trayectorias.

7.5.2.

PINZAS AL SUELO

Cuando es la pieza la que va al elemento soldante se utilizan soldadoras 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 útil de una prensa de soldadura o pequeña multipunto 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 máquinas de puntos de cualquier tipo fabricadas para una altura del puesto de trabajo que no necesita ser la normal para el trabajo de un hombre y que con 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 y ser raros los accidentes por malas manipulaciones.

7.5.3.

PINZAS DE SOLDADURA ESPECIALES PARA ROBOTS

Cuando la pieza esta fija y es el elemento soldante el que acude a ella se emplean pinzas de soldadura especialmente estudiadas para robots instaladas en la muñeca de éstos. Son muy compactas y de una relación peso potencia muy baja para responder a las elevadas exigencias en cuanto a maniobrabilidad y sobrecargar al mínimo la “muñeca” del 6º eje del robot. Se las conoce como “pinzas robot”. Es actualmente la máquina o componente con mayor índice de crecimiento en cuanto a cantidades que se fabrican y la que tiene mayores expectativas en el mercado. Su diseño y fabricación ha sufrido importantes variaciones en los aproximadamente 20 años de vida industrial que tiene este Capítulo VII

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producto desde que su fabricación ya era significativa para unos muy pocos fabricantes. Sus usuarios principales, y prácticamente creadores y proyectistas al unísono con los fabricantes, han sido las empresas del automóvil a quienes este Manual poco les puede descubrir sobre este tema, pero, el resto de usuarios y muy buena parte de los que en esas empresas han estado al margen del tema justifican que relacionemos algunos de los detalles mas importantes a conocer en estas pinzas. 7.5.3.1.

Calidad necesaria

Estas pinzas sufren unas condiciones de trabajo fuertes y duras y cualquiera de sus partes tiene que garantizar al menos 10.000.000 (diez millones) de maniobras, lo cual parece elevado a primera vista. Si sabemos que bastantes pinzas hacen unas 20 soldaduras en cada carrocería de automóvil vemos que esa cantidad de maniobras se alcanzan con 500.000 vehículos, o sea poco más de dos años en bastantes plantas de fabricación. No obstante a la mayoría de pinzas lo que mas les afecta son los numerosos “accidentes” que sufren por malas maniobras, y por otras causas como el trabajar con programas mal estudiados. Se deduce fácilmente lo importante que es el disponer de recambios perfectos y la necesidad de que la pinza sea fácil de desmontar y reparar, ¡y también el mercado presente y futuro que tienen! 7.5.3.2.

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 programa del robot no pone a ninguno de los dos electrodos en contacto con la pieza 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 15 mm. por desgaste y “clavado” en su alojamiento, y que ese electrodo, fijo a una pinza y conducido por un brazo de robot, conforma 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 ( ver 40-7 ). Capítulo VII

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Las masas de las partes en movimiento de las pinzas tampoco son despreciables, especialmente si se emplean brazos de gran longitud y sigue existiendo, aunque más 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 electrodos alcanza la pieza y el otro se acerca casi simultáneamente. Hay circuitos neumáticos ( cap.6º.5.3.5. ) que permiten llegar al otro electrodo con poco esfuerzo y con movimientos rápidos pero el uso de estos circuitos no esta muy generalizado.

40-7

Al estudiar el programa de acercamiento de la pinza a la pieza debe prestarse atención a que las masas y pesos de las partes móviles de la pinza, que son desiguales actúen de la forma mas favorable para evitar deformaciones si añadimos peso al movimiento en vez de restarlo. 7.5.3.3.

Elección de los brazos, las pinzas y del robot

Es importante conocer la mayor longitud de brazos necesaria y con ese dato y el del material a soldar sabremos los valores de esfuerzo e intensidad necesarios y también podemos decidir con que clase de corriente queremos soldar. La potencia del transformador no debemos elegirla mayor de la que se necesita para trabajar con esos parámetros y el factor de marcha de la instalación ( cap. 8º.1.3. ) , pues ya vimos que es mejor trabajar con la regulación de potencia cerca del máximo. El empleo de láminas electrocincadas y de aluminio, así como la necesidad de soldar gruesos superiores a los normales en algún lugar del automóvil como el bastidor ha promovido el desarrollo de unas pinzas alimentadas a media frecuencia y con rectificador a su salida ( cap. 4º. ) con una relación peso potencia increíble hace pocos años que permite soldar con fuertes intensidades y presiones y brazos largos empleando robots de 125 o 160 o 200 Kg. Capítulo VII

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Es indispensable algo de experiencia para elegir entre una pinza en X, o C, nombre que se aplica a formas básicas de estas pinzas ( ver 41-7 ) creadas para poder acceder a los muy diferentes emplazamientos en las piezas de los puntos a soldar. En la elección de la pinza se debe prestar especial interés a las curvas que indican el factor de marcha que pueden soportar los diodos y el resto de la pinza, datos que suministra el fabricante. Una vez elegida la pinza con sus brazos, el peso total nos indica el robot a elegir. En principio y si es económicamente posible los Robots tienen que ser iguales y “muy sobrados“ en cuanto a su capacidad de carga.

41-7 7.5.3.4.

Detalles constructivos

En los intentos de normalizar un elemento de tanto consumo como estas pinzas ya algunos usuarios han creado una Europinza 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 con reconocido prestigio, de las cuales también hay muchos cientos funcionando, solo puede decirse que “todas van aceptablemente bien” pero añadiremos que con una colaboración mas estrecha, no fácil por la diferencia de intereses, esa normalización de las pinzas daría grandes resultados en cuanto a calidad de funcionamiento y costes de fabricación. 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 cualquiera de los brazos con la pieza pudiera originar un paso de corriente por los cojinetes de las articulaciones del robot, que produciría su destrucción por agarrotamiento. Cuando son necesarios 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 ( cap. 6º.3. ) apropiado y una Capítulo VII

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refrigeración mediante placas o tubos de cobre adosados o en su interior. Se emplean también brazos estructurados de acero inoxidable 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 un tratamiento diferente ( ver 42-7 ).

42-7

Una parte muy importante, ya mencionada anteriormente, 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 movimientos en todas direcciones que comporta un programa de robot ( ver 43-7 ).

43-7

Capítulo VII

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Los acoplamientos al robot de las pinzas pueden llevar integrado un dispositivo anticolisión que interrumpe la maniobra ( ver 44-7 ) y en bastantes casos evita daños por impactos motivados por errores en la programación del robot o por anomalía en la situación de la pieza.

44-7 7.5.3.5.

Pinzas con accionamiento eléctrico

Se han creado unas gamas de pinzas para robot en las que la presión se ejerce mediante un motor eléctrico en vez de utilizar un cilindro neumático y consideramos probable que en un futuro próximo se extienda mucho su uso pues su actual mayor precio tenderá a la baja al aumentar su demanda. En ( cap. 6º.5.4. ) están explicadas a grandes rasgos las particularidades de la producción de esfuerzo mediante un motor eléctrico, el “cilindro eléctrico”, conocida y probada desde hace muchos años pero cuya utilización se ha desarrollado actualmente por las importantes ventajas que supone su aplicación ( ver 45-7 ) a las pinzas para robot entre las que enumeraremos: a.- Posibilidad de una abertura de electrodos diferente para cada uno de los puntos que realiza el robot en un mismo programa o trayectoria, con el consiguiente e importante ahorro de tiempo que ello puede significar. b.- Posibilidad de aplicar programas de esfuerzos también diferentes para cada soldadura. c.- Elevada velocidad de acercamiento con llegada de los electrodos a la pieza a velocidad casi cero. Capítulo VII

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d.- Buen seguimiento y posibilidad de variaciones de esfuerzo durante la soldadura, muy útil según el material que se suelde y los programas de soldadura que se necesiten. e.- Una gran regularidad en el esfuerzo que reciben todas las soldaduras. Lo indicado en ( cap. 6º.7. ) sobre el problema del “marcado” en las guías si siempre reciben la presión en el mismo punto de su carrera ocurre en estas pinzas con el husillo vis-sin-fin que transforma el movimiento circular del motor en lineal. A estos husillos que dan un avance lineal de unos 5 a 10 mm. por revolución debe evitárseles que los rodillos que los accionan paren siempre en el mismo punto, lo cual acaba deteriorándolos y para ello deben modificarse periódicamente las carreras y alturas de los electrodos. La frecuencia y el nivel de ruido de estas pinzas son muy diferentes al de las pinzas con accionamiento neumático y es de esperar que pueda minimizarse.

45-7

Capítulo VII

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7.5.4.

PROGRAMACIÓN

7.5.4.1.

Programación de los robots

Una vez conocidos los datos del robot y la pinza que se van a utilizar, el estudio de la forma de los brazos y la determinación de la posición mas correcta del robot respecto a la pieza y el estudio de las trayectorias es conveniente que las haga un especialista con uno de los programas de soft preparados para ello, que sirve además para corroborar si las elecciones iniciales fueron correctas o es preciso cambiar el modelo elegido. Estas trayectorias o programas deben cumplir que en todos los soldeos con la misma pinza la superficie de contacto entre la pieza y la cara activa del electrodo sea correcta, o sea, ataquen con el mismo ángulo de incidencia. En todos los puntos conviene que el brazo con mayor peso y masa móviles actúe en contra de la gravedad y, si no es posible, buscando las posiciones que permitan cerrar los brazos con más regularidad y menos golpe. Las trayectorias que se obtienen con los programas de soft creados con ese objeto no son unas malas trayectorias y son una buena base de partida para proceder al afino de éstas. Es necesario y probablemente indispensable que un buen programador las reestudie y mejore algunos aspectos que pueden afectar al comportamiento del mazo de conexiones, a algunos de los movimientos de los brazos o a las soldaduras realizadas. Generalmente las instalaciones aceptadas como correctas siempre han mejorado mucho en cuanto a movimientos de robot después de unos días o semanas de prestarles atención un programador. Todo lo indicado para la programación de las movimientos del robot y trayectorias para las pinzas es aplicable en el caso de que lo que transporte el robot sean unas garras porta-piezas que lleven las piezas hasta una pinza al suelo. 7.5.4.2.

Programación de la soldadura

La soldadura se programa cargando en el programa de cada punto de soldeo los parámetros apropiados, y aprovechando la facilidad de que los actuales controles dispongan de tanta capacidad en programas se dedica un programa para cada soldeo aunque sean iguales las características en muchos casos. La necesidad de reducir tiempos en los ciclos de trabajo obliga a ajustar los tiempos y queremos hacer hincapié en que los tiempos de acercamiento y de mantenimiento son los que tienen que ser y Capítulo VII

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no debe caerse en el vicio común de reducirlos demasiado, con grave perjuicio de aquello que queremos hacer bien y para lo cual se ha hecho todo el gasto y el montaje, la soldadura. El ajuste y reducción de tiempos, aunque también deba afectar al ciclo de soldadura, debe recaer principalmente en el movimiento y en los tiempos muertos innecesarios.

7.5.5.

EQUIPAMIENTO ELÉCTRICO

En las instalaciones robotizadas coexisten mas o menos separados, pero siempre conectados entre si, tres tipos de controles. A.-Los de soldadura, que pueden ser del tipo clásico para toda clase de máquinas pero que tienen que tener las salidas apropiadas para interconectarse con los robots. B.- Los del robot propiamente dicho pero que tienen determinadas funciones y salidas y entradas preparadas para ser empleado en una instalación para soldar C.- El de movimiento, automatismos, seguridades, etc... sea con PLC. o con PC. quienes a su vez pueden realizar funciones que parezcan propias del control del robot o del de soldadura. Estos controles se comunican mediante cableados cuando la instalación es sencilla o mediante Buses de Campo. Recordamos la necesidad de que en todos los circuitos eléctricos queden conductores, puntos de conexión y entradas y salidas libres. La complejidad y tecnología aplicadas en los equipamientos eléctricos y programaciones de estas instalaciones robotizadas se apartan mucho de lo exigible a un ingeniero de soldadura y lo que éste debe hacer es exigir una documentación completa y puesta al día en la recepción final que contenga. a.- Esquemas eléctricos y de conexionados debidamente corregidos con los cambios que puedan haberse efectuado en la puesta en marcha y con las numeraciones de los regleteros y cables correctas. b.- Programaciones de robots, de soldadura y movimientos convenientemente documentados y en soporte informático. c.- Lista de componentes con sus características comerciales y técnicas. Y todo aquello especifico de esa instalación que crea conveniente para poder acudir en caso de necesidad a algunos especialistas y que estos dispongan de la información que necesiten.

Capítulo VII

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7.5.6.

ELEMENTOS AUXILIARES

La elevada producción que se busca con una línea robotizada quedaba perjudicada por el necesario reavivado de la cara activa de los electrodos y por el cambio de éstos cuando finaliza su vida útil. Se han desarrollado y se encuentran en el mercado máquinas auxiliares que reavivan los electrodos según un programa preestablecido ( 6º.9.5. ) y otras que los cambian ( 6º.9.6. ) cuando corresponde, realizando ambas operaciones en tiempos sensiblemente mas cortos que cuando se efectúan manualmente. También pueden situarse en este apartado los mecanismos o útiles que permiten que el propio robot pueda usar diferentes pinzas cuando determinadas soldaduras en la misma pieza sea necesario hacerlas con pinzas distintas, C, o X, y sea conveniente realizarlas en esa misma instalación y programa. Estos mecanismos consisten en un sistema de cambio de pinza automático realizado por el mismo robot, el cual lleva la pinza a una estación para intercambio de pinzas. Estas pinzas están equipadas para ser conectadas a una placa porta-pinzas montada en el robot y equipada con conectores rápidos para todo su conexionado ( ver 46-7 ).

46-7

7.5.7.

LAS PROTECCIONES

Además de lo ya indicado ( caps. 7º.4.3.6. y 6º.9.7. ) en toda instalación robotizada tiene que prestársele mucha atención, además de a las protecciones necesarias para su trabajo normal, a las necesarias durante la puesta a punto de la instalación o durante los trabajos de manutención. Insistimos en este punto dado que las trayectorias y movimientos de los robots son difíciles de prever o memorizar para poder moverse en sus cercanías y, caso de avería o error en su manejo, los movimientos de un brazo Capítulo VII

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de robot incontrolado son muy peligrosos y pueden alcanzar su área máxima de cobertura.

7.5.8.

LOS ÚTILES DE FIJACIÓN DE LAS PIEZAS

Las operaciones de soldadura se tienen que realizar en piezas que ya estén dimensionalmente correctas y donde solo falte aplicar los puntos de soldadura y por ello estas piezas deben estar sólidamente sujetas y perfectamente referenciadas en el espacio para que el robot con su pinza, o los elementos soldantes de una multipunto, haga las soldaduras en el lugar exacto en que se necesitan. Estos útiles tienen que proyectarse teniendo en cuenta que es muy importante evitar que el robot necesite un programa de movimientos difíciles y complicados para evitar “estorbos” del útil, cuyos movimientos acortan la vida de las conexiones flexibles y del robot y alarga los tiempos de fabricación. Cuando son útiles para una multipunto también es importante que no dificulten la introducción de la pieza o la situación de los elementos soldantes. Cuando es el robot el que transporta la pieza para depositarla o ser soldada en una máquina fija, el útil que se fija a la muñeca del robot es una garra con unos movimientos neumáticos que le permiten aprehender la pieza mediante unas bridas de gran abertura, 130º ( ver 6º.9.1. ) de un lugar con unas referencias dimensionales exactas donde ha sido colocada manualmente o por algún medio de traslación automático. Las “garras “para esta aprehensión deben ser cuidadosamente diseñadas por especialistas y se construyen con materiales ligeros por ser muy importante que el robot trabaje siempre con el mínimo peso posible y que la “garra” no complique los movimientos del robot ni de los útiles que recepcionan la pieza.

7.5.9.

LOS MECANISMOS TRANSPORTE

DE

TRASLACIÓN

O

Las carreras de traslación de las piezas desde un puesto de robot al siguiente o de una estación de soldadura a la siguiente acostumbran a ser largas y el tiempo empleado en los desplazamientos es importante respecto al total del ciclo operativo. Todo lo indicado en 7º.4.3.4. también es totalmente válido para estas instalaciones robotizadas.

Capítulo VII

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7.6.

SOLDADURA A TOPE

Las necesidades en la industria de este tipo de soldadura son relativamente pequeñas si se comparan con la soldadura por puntos o protuberancias; pero, no puede estar ausente de este manual práctico, por estar muy extendida y ser indispensable su uso en algunos casos. Podemos citar como campos importantes para su aplicación la soldadura de alambres y varillas, perfiles, flejes y cintas para sierras y piezas de gran sección. Se dan las ideas generales básicas, pues simplemente el querer estudiar la muy grande variedad de máquinas con sus distintos controles y accionamientos, que hasta ahora se han fabricado para este tipo de soldadura justificaría otro manual solo para ellas.

7.6.1.

CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE ESTAS MÁQUINAS

Sobre los transformadores, controles, bastidores y refrigeración de estas máquinas es válido lo que sobre esos puntos se comenta en otros lugares del manual. Lo que diferencia mucho estas máquinas del resto es el sistema de avance de las plataformas porta-mordazas y las mordazas. El chispeo que puede considerarse algo anormal aunque difícil de evitar totalmente en los otras tipos de soldadura por resistencia en este caso es necesario y es muy abundante. 7.6.1.1.

El movimiento de avance

A pesar del interés en no emplear circuitos hidráulicos con aceite en instalaciones industriales donde intervenga soldadura por los riesgos de incendio, las mejores soluciones parecen ser las oleoneumáticas, que combinan la facilidad de regular velocidades de avance y retroceso con poco esfuerzo y el conseguir elevados esfuerzos con aceite a alta presión con las ventajas del aire comprimido para cilindros con carrera larga y como acumulador de energía. En las poco usadas máquinas manuales los avances del carro porta-mordazas se accionan con una palanca que empuja al carro mediante una leva, intercambiable, de perfil variable para ajustarse a la secuencia de avance necesaria con un movimiento regular de la palanca. En las máquinas con accionamiento eléctrico, un motoreductor acciona la leva de perfil variable que proporciona la secuencia de Capítulo VII

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velocidad no uniformemente acelerada necesaria para la soldadura. El sistema según el croquis ( ver 4-6 ) tiene las dos plataformas sobre las que se ubican los distintos tipos de mordazas que puedan necesitarse. En máquinas para aplicaciones específicas no existen tales plataformas y el cuerpo de las mordazas esta integrado en el circuito mecánico de la máquina. 7.6.1.2.

Mordazas

Son una parte importante de la máquina por cuanto han de sujetar las piezas a soldar y comunicarles la corriente de soldadura a través de las mandíbulas que se les montan. Las piezas no han de deslizarse ni perder contacto en el momento del recalcado y para ello es preciso aplicar a las piezas una presión del orden del 200% al 250% de la presión máxima de recalcado, salvo que puedan ser colocados unos topes en ambas piezas en cuyo caso es suficiente el 100%. El esfuerzo de apriete es necesario en tan solo los últimos milímetros de una carrera de abertura que puede ser mas de 30 veces mas larga y ello nos obliga nuevamente a encontrar soluciones mecánicas o oleoneumáticas complejas pues las mordazas tienen que tener buena accesibilidad y poderse acercar entre ellas lo máximo posible y no menos del voladizo mínimo previsto en la situación de las piezas en las mordazas.

7.7.

MÁQUINAS PARA RECALCAR

Tienen en común con las máquinas de soldar por resistencia un circuito mecánico frontal, un circuito de alta intensidad y la existencia de una conexión flexible en este circuito, un transformador parecido; pero, con factor de marcha mas elevado, y el que su objeto es calentar hierro basándose en el calor que se genera por el paso de corriente a través de la resistencia eléctrica del material que se recalca. En la zona del bastidor próxima a donde se calienta la pieza se necesita una eficaz refrigeración y los componentes por donde circula la corriente de alta intensidad deben estar muy bien dimensionados y refrigerados por la muy superior cantidad de calor que reciben y el elevado factor de marcha inherente al proceso que se realiza. Hay tipos verticales y otros horizontales y se les llama así según la dirección del empuje. Estas máquinas se caracterizan por la elevada robustez que precisan. Capítulo VII

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Capítulo VII

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CAPITULO VIII SUMARIO 8.

CONSIDERACIONES Y AYUDAS PARA LA COMPRA, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS MÁQUINAS..........................................................................5 8.1. COMPRA ........................................................................5 8.1.1. RECOPILACIÓN DE DATOS PARA UNA PROPOSICIÓN DE COMPRA................................. 5 8.1.1.1. Información sobre el trabajo a realizar....... 6 8.1.1.2. Datos sobre la instalación ..........................6 8.1.1.3. Condiciones sobre el suministro ................7 8.1.2. ESTUDIO DEL EQUIPO NECESARIO...................... 7 8.1.3. TAMAÑO DE LA MAQUINA ...................................... 9 8.1.3.1. Potencian nominal de la Máquina. (Pn.) ..11 8.1.4. FACTOR DE MARCHA (FM)...................................12 8.1.5. RED DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA..................12 8.1.6. OPCIONES PARA COMPLEMENTAR EL SUMINISTRO ........................................................14 8.1.7. CONTROL ELECTRÓNICO ....................................14 8.1.8. EQUIPOS PARA CONEXIONARSE A LA RED ......14 8.1.9. SISTEMA NEUMÁTICO Y ESFUERZOS................15 8.1.10. ACCESORIOS QUE DEBEN ACOMPAÑAR AL SUMINISTRO ........................................................15 8.1.11. SISTEMAS DE SEGURIDAD ................................15 8.1.12. NORMATIVA.......................................................... 16

Capítulo VIII

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8.1.13. GARANTÍAS .................. ........................... .................. .................. .................. ............. ....16 16 8.1.13.1. Económicas ................... ............................. ................... ................. ........16 16 8.1.13.2. Plazo de la garantía........................ garantía.................................. ..........17 17 8.1.13.3. Cobertura....................... Cobertura................................. .................... ................. .......17 17 8.1.13.4. Desplazamientos......................................17 8.1.13.5. Materiales de desgaste .................... ............................ ........18 18 8.1.13.6. Responsabilidad sobre la avería..............18 8.2. COMPRA SEGÚN TIPO DE MÁQUINA .......... ................... ............ ...18 18 8.2.1. SOLDADURA POR PUNTOS.......... PUNTOS ..................... ..................... ............. ...18 18 8.2.2. SOLDADURA POR PROTUBERANCIAS ............... ...............18 18 8.2.3. SOLDADURA POR ROLDANAS.............................19 8.2.4. SOLDADURA A TOPE .................. ............................ ................... ................ .......19 19 8.2.5. INSTALACIONES AUTOMATIZADAS ................... ..................... 20 8.2.6. MÁQUINAS MULTIPUNTO ................... ............................ .................. .........20 20 8.2.7. INSTALACIONES INSTALACIONES ROBOTIZADAS ................... ......................... ......21 21 8.2.8. ESTUDIOS COMPARATIVOS................. COMPARATIVOS.......................... ................ .......21 21 8.3. INSTALACIÓN DE LAS MÁQUINAS EN GENERAL.. 23 8.3.1. PUESTO DE TRABAJO.................. TRABAJO........................... .................. ................ .......23 23 8.3.2. EN LAS MÁQUINAS DE PEDESTAL......................23 8.3.3. EN LAS MÁQUINAS MÁQUINAS DE PEDESTAL TRIFÁSICAS TRIFÁSICAS 24 8.3.4. PARA LAS MÁQUINAS PORTÁTILES................ PORTÁTILES.................... ....24 24 8.3.5. DE LAS MÁQUINAS MULTIPUNTO E INSTALACIONES ROBOTIZADAS........ ROBOTIZADAS .................. ................... ................ .......27 27 8.4. CONEXIÓN A LA RED ELÉCTRICA ......... .................. .................. .........28 28 8.4.1. POTENCIA DE LA MÁQUINA ................... ............................ .............. .....29 29 8.4.1.1. Potencia nominal al 50%. Pn.................... Pn....................29 29 8.4.1.2. Potencia térmica. Pt. ................... ............................. ............. ...30 30 8.4.1.3. Potencia máxima de soldadura. Pm.........30 Pm......... 30 8.4.1.4. Potencia de conexión. Pc.......... Pc ..................... ............... ....30 30 8.4.2. SECCIONADOR, FUSIBLES, DISYUNTOR MAGNETO MAGNETO TÉRMICO TÉRMICO Y RELÉ DIFERENCI DIFERENCIAL AL .... .... 31 8.4.2.1. Seccionador..............................................32 8.4.2.2. Fusibles .................. ............................ ................... .................. ............... ......32 32 8.4.2.3. Disyuntor magneto térmico ..................... ....................... 34 8.4.2.4. Relé diferencial......... diferencial ................... ................... ................... ............. ...35 35 Capítulo VIII

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8.4.3. POTENCIA DEL TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN ................. .......................... ................. ................. .................. ........... 35 8.4.4. PARPADEO ................. .......................... .................. ................. ................. .................. .........36 36 8.4.5. RED Y CABLES DE ALIMENTACIÓN..................... ALIMENTACIÓN.....................37 37 8.4.5.1. Sección de los conductores ..................... .....................38 38 8.4.6. TOMA DE TIERRA .................. ............................ ................... .................. ............. ....40 40 8.5. INSTALACIÓN NEUMÁTICA NEUMÁTICA......... .................. .................. .................. ............ ...40 40 8.5.1. CARACTERÍSTICAS .................. .......................... ................. .................. ............ ...41 41 8.5.2. DIMENSIONAMIENTO DE LA RED DE AIRE......... AIRE......... 42 8.6. INSTALACIÓN DEL AGUA PARA LA REFRIGERACIÓN ......... .................. ................. ................. .................. ................. ................. ................. ........... ...44 44 8.6.1. CAUDALES NECESARIOS........ NECESARIOS ................. .................. .................. ............. 45 8.6.2. CONDUCCIONES PARA EL AGUA........................46 8.6.3. PROCEDENCIA Y CALIDAD DEL AGUA ............... ...............48 48 8.6.3.1. De la red de agua potable ...................... .......................... 48 8.6.3.2. De un pozo, fuente u otro suministro autónomo..................................................49 8.6.3.3. De un circuito cerrado propio de la fábrica.......................................................49 8.6.3.4. De un circuito circuito refrigerado propio para la máquina....................................................49 8.6.4. CAPACIDAD DE ENFRIAMIENTO NECESARIA....49 8.7. EJEMPLOS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES ..... .....50 50 8.7.1. DATOS EXISTENTES PREVIOS A LA INSTALACIÓN.......................................................50 8.7.2. DATOS QUE SON CARACTERÍSTICOS DE LA MÁQUINA Y QUE TIENEN QUE OBTENERSE DEL SUMINISTRADOR............ SUMINISTRADOR..................... .................. .................. ............. 51 8.7.2.1. Consideraciones sobre la potencia necesaria del transformador.....................52 8.8. SEGURIDADES Y PROTECCIONES ......... .................. ................. ........63 63 8.9. MANTENIMIENTO........................................................66 8.9.1. TEMPERATURAS ADMISIBLES......... ADMISIBLES .................. .................. ............. 68

Capítulo VIII

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8.10. COSTO DE UNA SOLDADURA .......... ..................... ...................... ............. 69 8.10.1. COSTES DIRECTOS................. DIRECTOS.......................... .................. .................. ........... 69 8.10.1.1. Energía eléctrica.......... eléctrica .................... .................... ................... .........69 69 8.10.1.2. Agua......................... Agua.................................. .................. .................. ............... ......70 70 8.10.1.3. Aire comprimido ................... ............................. .................... ............ 70 8.10.1.4. Consumo de electrodos o útiles para soldar........................................................70 8.10.1.5. Mano de obra empleada en soldar...........71 8.10.2. COSTES INDIRECTOS ................... ............................ .................. ............. ....71 71 8.10.2.1. Amortización de la instalación eléctrica, neumática, de refrigeración y de la máquina....................................................72 8.10.2.2. Amortización del coste de la máquina......72 8.10.2.3. Amortización de los útiles de fijación de las piezas....................... piezas................................ ................... .................. ........72 72 8.10.2.4. Amortización del sistema de aporte y retirada de las piezas antes y después de soldarse .................. ........................... .................. ................. ................ ........73 73 8.10.2.5. Contribución al gasto de los equipos de mantenimiento ................... ............................ .................. .............. .....73 73 8.10.3. EJEMPLO DE CÁLCULO DEL COSTE DE SOLDAR UNA PIEZA .................. ........................... ................. ................. .........73 73 8.10.3.1. Energía eléctrica.......... eléctrica .................... .................... ................... .........74 74 8.10.3.2. Agua......................... Agua.................................. .................. .................. ............... ......74 74 8.10.3.3. Aire........................ Aire................................. .................. .................. .................. .........74 74 8.10.3.4. Electrodos......... Electrodos ................... ................... ................... ................... ............. 74 8.10.3.5. Mano de obra.......... obra .................... .................... .................... .............. ....75 75 8.10.3.6. Amortización máquina ...................... .............................. ........75 75

Capítulo VIII

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8.

CONSIDERACIONES Y AYUDAS PARA LA COMPRA, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS MÁQUINAS

8.1.

COMPRA

La compra de un medio de producción es una operación que en mayor o menor medida afecta siempre al futuro de la empresa, no es solamente un proceso económico, sino que también lo es de ingeniería de producción y los responsables de ambas áreas deben colaborar íntimamente. No queremos incidir en las condiciones económicas, formas de pago, organización de sistemas de compra, etc... los cuales son comunes con otras compras y dependen más de las costumbres o posibilidades de cada mercado que de la especificidad de estas máquinas y se apartan totalmente de nuestros objetivos. Solo pretendemos ayudar comentando las diversas particularidades que intervienen en este tipo de máquinas, coincidentes en muchos puntos con otras maquinarias; pero no en todos. Debemos conocer si compramos una máquina o compramos la solución de un problema pues en ambos casos son apreciablemente diferentes las responsabilidades de suministrador y comprador. La conjunción de las ganas de vender por una parte y las de comprar al mejor precio por otra conduce en numerosas ocasiones a responsabilidades difusas y conflictivas en las etapas finales de la operación.

8.1.1.

RECOPILACIÓN DE DATOS PROPOSICIÓN DE COMPRA

PARA

UNA

En primer lugar debemos conocer las piezas o trabajos que queremos realizar y descartaremos descartaremos todo lo que deba ser soldado por arco por no ser objeto de este Manual. Nos permitimos apuntar que dondequiera sea posible debe usarse con preferencia la soldadura por resistencia, la cual permite mejor automatización, deforma menos las piezas soldadas, exige personal menos calificado a pie de máquina, el consumo de energía tiene un coste negligible, el deterioro d eterioro de las características metalúrgicas o de protección de las piezas soldadas es muy Capítulo VIII

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inferior, etc..., etc... Lo determinante para una buena elección es conocer bien las piezas a ser soldadas y las prestaciones y seguridades que se le exigen así como las producciones deseadas, En resumen, saber bien lo que se quiere, y para ello sugerimos a continuación una serie de cuestiones, buena parte de las cuales deberían ser conocidas previamente, especialmente si se trata de una inversión importante. 8.1.1.1.

Información sobre el trabajo a realizar

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 número de años para cálculo de la amortización. Nº de plano de la pieza. Especificar lo que en caso de divergencia será preponderante, el plano o las muestras. (aconsejamos sea el plano) Prueba dimensional y de resistencia a que serán sometidos los resultados obtenidos. Cantidad de muestras que podemos suministrar al proveedor y fechas en que se pondrían a su disposición. 8.1.1.2.

Datos sobre la instalación

Voltaje entre fases de la red. Potencia disponible para la máquina. Potencia total de que se dispone, contratada, en la red. Potencia del transformador que alimenta la red sonde será conectada la máquina y distancia aproximada a que estará ésta. Posibilidad de contratar mas potencia. Presión de la red de aire comprimido. Presión, temperatura y disponibilidad de agua para la refrigeración. Quien es el responsable de efectuar la implantación de la máquina en su lugar de trabajo y a cargo de quien. Medios de descarga y manutención que estarán disponibles para el montaje. Espacio disponible para la máquina. Nivel técnico del personal que tiene que asegurar la manutención de la máquina en producción. Documentación que se desea recibir con la Máquina. Capítulo VIII

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8.1.1.3.

Condiciones sobre el suministro

Máquina o tipo de instalación que cree el usuario que necesita y posibilidad que tiene de aceptar otras proposiciones alternativas. Persona de contacto para consultas técnicas. Condiciones a cumplir para recepcionar y aceptar la máquina. Lugar donde será realizada la recepción provisional de la máquina. Lugar donde será realizada la recepción definitiva. Documentación técnica que debe incluir el suministro y como debe ser presentada. Persona responsable de la aceptación técnica de la máquina. Fecha limite para la recepción de la oferta. o ferta. Modo de presentación de la oferta. Fecha de entrega deseada. Fecha limite para el inicio de la producción. El comprador debe saberlo todo y comunicar al posible ofertante lo que crea necesario, cuanto mas mejor. El vendedor debe conocer que presentar determinadas documentaciones técnicas tal como las pide el usuario puede significar un coste importante a tener muy en cuenta al realizar la oferta. Algunos puntos de esta relación no exhaustiva deben negociarse previamente con el proveedor para evitar pérdidas de tiempo y dinero. Por ejemplo: El plazo que necesitamos puede ser incompatible con las posibilidades de suministro del proveedor o imposible de cumplir para determinado tipo de máquinas. Nuestro presupuesto de inversión se aleja mucho del coste previsible estimado a grandes rasgos y sobre el que debe hablarse al empezar los tratos. Las fechas para concretar los datos técnicos y para el suministro de muestras o de piezas para pruebas, que pueden alterar las fechas de entrega y recepción. El obtener o contratar una mayor potencia para la instalación si ello fuera necesario, que puede y debe hacerse antes o simultáneamente a la fabricación o compra de la máquina.

8.1.2.

ESTUDIO DEL EQUIPO NECESARIO

Estudiados los datos conjuntamente con los servicios técnicos propios, se tienen que poner en contacto con los servicios técnicocomerciales de fabricantes de reconocido prestigio, y Capítulo VIII

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“escucharlos”, o, contratar los servicios de un experimentado especialista en la materia para asesorarse. Ahorrar dinero en el estudio previo a la compra de unas máquinas que no se conozcan 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 hayan variado sustancialmente ahora se conocen mejor los procesos, se aplican nuevos materiales y componentes que aumentan extraordinariamente la fiabilidad, se hace uso de desarrollos habidos en otras tecnologías y en conjunto se dispone de una amplia panoplia de medios donde elegir que eran impensables no hace demasiados años y, esperamos que este desarrollo continúe para facilitar a los soldadores su trabajo. Es difícil disponer en una fábrica de un equipo técnico que esté al día en todas las técnicas necesarias para la fabricación. Podemos poner como ejemplo de la necesidad de estudiar bien el tipo de máquina necesaria para hacer un trabajo y de lo importante que es asesorarse bien sobre el tema, que para soldar a puntos dos láminas de 1 mm. de grueso pueden emplearse, con resultado “satisfactorio”, una maquinita portátil manual que pesa 12 kg. y que suelda con 60 daN y 4500 A., o, una máquina de pedestal que pesa 500 Kg. y suelda con 250 daN y 10.000 A., con una relación entre el precio de ambas, de 1 a 40. ( cap. 7º ) . Ejemplos de posibilidades tan dispares también se encuentran cuando se trata de automatizar, robotizar, etc..., cualquier proceso de soldadura. No existe la máquina óptima “para todo” y por tanto tenemos que elegir aquella que nos haga rentable nuestra principal gama de fabricación, aunque no permita la realización de otros trabajos esporádicos, los cuales, de generalizarse, pueden justificar la instalación de otra máquina apropiada para ellos que puede ser muy distinta. En este manual no tiene cabida el estudio de todos los tipos de máquinas que componen la amplia oferta existente en el mercado, solo mencionaremos las diversas familias existentes como base para una mayor profundización por parte del de l usuario ( cap. 7º ) . Con los datos de la pieza tenemos que determinar el sistema que se debe emplear para soldarla, soldarla, a puntos directos o indirectos, por protuberancias, roldanas, etc... ( cap.1º y 3º. ) si es que este punto no nos viene ya indicado y obligado por quien necesita la pieza y la ha diseñado. Vamos a desarrollar el proceso pensando principalmente en la soldadura por puntos, que es el procedimiento mas usado, y todo lo que comentemos puede aplicarse a los otros sistemas de soldadura sin grandes complicaciones. Capítulo VIII

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8.1.3.

TAMAÑO DE LA MAQUINA

Para determinar la potencia de la máquina debemos predeterminar con la ayuda de las tablas ( cap. 10º ) 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 estos datos ya podemos empezar a seleccionar las posibles máquinas 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 de cortocircuito, 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% (como son tiempos de soldadura muy cortos se tiene que medir con un voltímetro electrónico). Por tanto, los Amperios máximos que puede dar la máquina 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 (y este valor tiene que ser superior al que nosotros necesitaremos soldando). Con electrodos desgastados ( ver 100-6 ) y con el diámetro de la cara activa 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 0,68 deberá debe rá hacerse por 0,54. El esfuerzo entre electrodos en daN es otra característica que indica 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. Es importante tener en cuenta que en las máquinas con brazos oscilantes de escote regulable, el esfuerzo y la corriente entre electrodos varia según sea la longitud de los brazos, ( cap. 7º ) por lo que debemos prever que tipo de brazos se necesitarán para nuestro trabajo, y que en las máquinas con “inverter” la Icc no debe ser multiplicada por ese coeficiente de 0,8 para saber la intensidad máxima de soldadura. Con lo calculado hasta ahora ya podemos conocer que máquinas, pinzas o transformadores pueden soldar lo que necesitamos; pero, además, han de cumplir con el requisito de ser capaces de efectuar la producción que deseamos sin sobrecalentarse y averiarse. Con los datos predeterminados de los amperios y el tiempo para soldar un punto y con el dato de los puntos que queremos hacer en una hora de trabajo ininterrumpido procederemos a calcular la Capítulo VIII

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potencia que a efectos de calentamiento tienen que tener a fin de que puedan soportar el ritmo de trabajo deseado. El trabajo soldando es muy intermitente intermitente y la corriente corriente circula un tiempo muy corto en comparación con el total empleado en realizar una operación completa de soldadura que incluya los tiempos de maniobra y para carga y descarga de la pieza, y lo que tenemos que hacer es determinar cuales son los amperios (corriente térmica, Its.) que circulando permanentemente producen el mismo calentamiento en el transformador y otros elementos de la máquina que los que empleemos soldando con los valores que queremos aplicar. La corriente térmica, Its, la que la máquina puede suministrar trabajando permanentemente conectada, al 100%, es un valor que viene especificado en el folleto o debe estar incluido en su oferta. No es suficiente el dato de los kVA de potencia aunque sabiéndolo también se puede calcular esa corriente; pero, en algunos casos no es sencillo y siempre es mejor que lo comunique el fabricante que está obligado a conocerlo y darlo. d arlo. La Its que corresponde a nuestro trabajo se calcula con la siguiente fórmula:

Donde Nºsh es el número de soldaduras por hora t. el tiempo en periodos y Is. la corriente de soldadura. Si los Its. resultantes son superiores a los Its. con que puede trabajar la máquina debe reducirse el ritmo de trabajo o elegir una mayor. Cuando se asignen los valores a esa fórmula debe tenerse en cuenta que a los valores correctos predeterminados siempre les puede ocurrir que, justificadamente o no, sean aumentados 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” ó, simplemente porque se decida en un futuro próximo obtener lentejas de mayor diámetro o se varíe el grueso del material, o se quiera mayor producción y por ello 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 300 mm. será suficiente. Se dan 4 puntos por pieza y se sueldan 2 chapas galvanizadas de 1 mm. con la mejor calidad posible. En cap. 10º.2.2. observamos que se necesitan 12 kA., 300 daN y 10 periodos. Capítulo VIII

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Aplicando la fórmula:

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 = 22000 A. Entrando con estos datos en los catálogos veremos que necesitaremos una máquina de unos 350 a 400 mm de escote, neumática y de unos 50 kVA de potencia nominal, después de comprobar que las de aprox. 30kVA cumplen la condición de dar los daN necesarios y admiten los Its., pero que su Icc x 0,54 es inferior a los 12000 A. que necesitamos. Si la soldadura fuese en chapa sin galvanizar al repetirse los cálculos con los valores necesarios para ella nos pedirían una máquina más pequeña. En el ejemplo anterior hemos visto como al elegir una máquina deben cumplirse las tres condiciones. A.- Que se puedan obtener los Amperios soldando. B.- Que se disponga de los daN 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. La ayuda de un asesor especialista o el tratar con un proveedor de confianza, y que sea experto, facilita la elección en casos que no sean tan simples como el del ejemplo. 8.1.3.1.

Potencian nominal de la Maquina. (Pn.)

De acuerdo con una norma ISO la potencia que se indica en las máquinas es la que sin sobrepasar los límites de calentamiento establecidos admite un trabajo con el 50% de factor de marcha en su punto de regulación más alto. Esta potencia es convencional y no corresponde a ningún régimen de trabajo normal para la máquina; pero ayuda a la comparación entre máquinas que se ajusten a la norma. Es vicio muy extendido hablar sobre los kVA que se necesitan para éste o este otro proceso de soldadura. Dos máquinas o pinzas para soldar pueden, a igualdad de kVA en su placa de características o folleto técnico, conseguir unas Im, intensidad Capítulo VIII

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máxima en amperios soldando, bastante diferentes según sean su diseño, los materiales y el tipo de transformador empleados en su construcción, el tipo de corriente con que sueldan o, si en su uso se emplean diferentes longitudes o calidades en brazos o útiles. Conseguir los mismos amperios, que es lo que suelda, con menos kVA de la red es mejorar los costes de explotación.

8.1.4.

FACTOR DE MARCHA (FM)

Es la relación expresada en porcentaje del tiempo de paso de corriente respecto al tiempo total que media entre dos soldaduras consecutivas. Soldando a puntos, por protuberancias o a tope, los factores de marcha oscilan entre 3% y 15% como como máximo. En soldadura por roldanas se puede llegar al 100% ( cap. 1º ) . Debido a que la producción de calor es proporcional al cuadrado de las intensidades, la relación entre potencias según el factor de marcha obedece a la siguiente formula:

8.1.5.

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 máquina que necesitamos es importante conocer los datos de la red que tiene que alimentarla para decidir con que tipo de corriente nos conviene soldar ( cap. 4º ) . Si nuestra red no es suficiente para instalar una máquina monofásica soldando con corriente alterna ( ver 1-8 ) y (• cap. 8º.4.3. ) y necesitamos solicitar una nueva conexión de la compañía suministradora, hemos de calcular el coste de esa conexión pues pudiera ocurrir que empleando máquinas con corriente continua procedente de corrientes trifásica o media frecuencia rectificadas se evitase el tener que ampliar nuestra potencia contratada con un ahorro de coste que permita, con el mismo coste total, utilizar esas máquinas que sueldan con mayor calidad solicitando menos potencia a la red. Capítulo VIII

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Cuando se trata de potencias del orden de 300 a 400 kVA en el momento de soldar, que ya puede corresponder a una máquina de 100 kVA nominales, Pn., ya tiene importancia la distancia de la máquina hasta el transformador de distribución pues las caídas de tensión son muy importantes e inevitables conduciendo a un mal uso de la máquina, y a crear posibles problemas para el resto de consumos conectados a esa red.

1-8

Por su menor solicitud a la red son aconsejables las máquinas de consumo sobre las tres fases, trifásicas, y con corriente rectificada cuando la potencia que nos va a exigir la máquina de soldadura es muy elevada respecto a la que ya disponemos o a la de la red que nos la tiene que suministrar. Tiene que evitarse el comprar una máquina sin estar seguro de que se dispone, o se dispondrá, de una instalación que le permitirá trabajar sin problemas, tanto desde el punto de vista del trabajo que debe realizar la máquina como de lo que afecte al resto de consumos que se carguen sobre esa misma red ( cap. 8º.4.4. ) . No obstante, nuestra experiencia es que en bastantes casos que teóricamente la máquina tenia que producir molestias a otros usuarios de la misma red, una vez instalada no las producían debido a que la red de alimentación exterior a la empresa era bastante mas potente de lo que la información recibida decía, lo cual generalmente ocurre cuando no se dispone de buenos datos y el responsable de darlos los da con un excesivo margen de seguridad, o que las horas de trabajo a potencia elevada de la máquina no coincidían con aquellas en que hubieran causado molestias, o que se trabajaba con potencias inferiores a la máxima posible. Capítulo VIII

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Los problemas que la máquina pueda provocar en la red pública una vez instalada, son generalmente de difícil y de compleja solución.

8.1.6.

OPCIONES PARA SUMINISTRO

COMPLEMENTAR

EL

Con la máquina dimensionalmente decidida es conveniente preguntar con que opciones y variantes la pueden suministrar ( cap. 6º. ) , lo cual es un punto a estudiar con anticipación pues el tener que adaptarlas una vez la máquina en los talleres del usuario acostumbra generalmente a ser bastante mas caro o imposible de realizar.

8.1.7.

CONTROL ELECTRÓNICO

Al tipo de control electrónico que queremos usar con la máquina ha de prestársele una atención especial ( cap. 5º ). No es conveniente elegir el más complejo y más caro si no lo precisamos para nuestro trabajo, o no disponemos de un equipo técnico capaz de utilizar debidamente la mayor parte de sus posibilidades. Usar un control incorporado a la máquina es normalmente más económico que emplear uno con armario aparte y actualmente ya no existen los problemas que sobrevenían por vibraciones. Es conveniente elegir un modelo que permita conocer los amperios de soldadura. Aunque no sea necesario de momento, en instalaciones importantes o especiales es prudente prever la posibilidad que los automatismos y el control estén preparados para enviar información a un PC u otro sistema y puedan también recibir instrucciones o programaciones externas.

8.1.8.

EQUIPOS PARA CONEXIONARSE A LA RED

En el mercado se encuentran máquinas que ya salen equipadas de fábrica con interruptor, automático o no, bornes, conectores, etc... y otras que no los llevan. Dado que es un material costoso debe tenerse en cuenta cuando se establezca una comparativa de precios ( caps. 6º.5. y 8º.3. ) . Capítulo VIII

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8.1.9.

SISTEMA NEUMÁTICO Y ESFUERZOS

Debe prestársele mucha atención al sistema neumático pues en muchos casos una misma estructura de máquina y con los mismos kVA puede adquirirse con diferentes esfuerzos y con varias posibilidades en cuanto a cilindros y maniobras ( cap. 6º.5. ) cuya adecuada elección influirá en la producción y su calidad. En el comparativo también es importante saber si la máquina esta equipada con calderín, pulmón de aire muy conveniente en redes de aire con limitaciones y para fuertes producciones, deshumidificador con descarga automática, manorreductor con recarga manual antiinfortunio, silenciadores de escapes, conectores rápidos para la red, etc... etc... Todo el sistema debe poder funcionar con aire sin lubricar pues las leyes y necesidades referentes a higiene, seguridad y limpieza son cada vez más exigentes.

8.1.10.

ACCESORIOS QUE DEBEN ACOMPAÑAR AL SUMINISTRO

Otro apartado del estudio comparativo previo a la compra tiene que ser la relación de accesorios, brazos, herramientas, electrodos, cables de conexión, asistencia en la puesta en marcha, cursos de adiestramiento, etc... etc... que se incluyen y el costo de los que posteriormente puedan necesitarse.

8.1.11.

SISTEMAS DE SEGURIDAD

Deben conocerse bien las seguridades y vigilancias de que dispone la máquina, tanto en lo que respecta a protección contra averías, como las antiinfortunio, y comprobar si éstas satisfacen las que exige la legislación vigente en el país. En caso de accidente es el usuario el responsable de que la máquina llevase instaladas las seguridades, que estuviese bien mantenida y que el personal estuviera suficientemente adiestrado en el uso de la máquina y conociese las seguridades.

Capítulo VIII

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8.1.12.

NORMATIVA

En determinados países y en toda la UE es preceptivo recibir con la máquina un certificado del fabricante con el tipo y número de la máquina en el que especifique las normas obligatorias que cumple. Si el fabricante ha empleado componentes no fabricados por él, dichos componentes también tienen ir acompañados de su certificado correspondiente. Las asociaciones de fabricantes en diferentes países tienen también unas normativas o recomendaciones sobre las obligaciones y condiciones que deben cubrirse el suministro y la garantía y la asistencia técnica de las máquinas. Estas recomendaciones tienen una “fuerza” muy diferente en cuanto a la posibilidad u obligatoriedad en su aplicación según de que país o asociación se trate, pero es muy conveniente estar bien informado sobre ellas antes de comprar.

8.1.13.

GARANTÍAS

Las opiniones de cliente y suministrador sobre lo que debe comprender una Garantía acostumbran a diferir bastante y conviene que queden suficientemente esclarecidas antes de formalizar la compra, especialmente los puntos siguientes a discutir previamente, sin que sea una razón suficiente para no hacerlo el que una Asociación de Fabricantes tenga normas establecidas para ello. 8.1.13.1.

Económicas

Cuando el suministro no es de un material puramente standard el fabricante acostumbra a pedir con el pedido un anticipo de un x % del precio y como confirmación del pedido, lo cual es razonable y, en caso de máquinas especiales una vez recepcionado el suministro y entrado en producción el cliente necesita estar seguro de la bondad de éste durante un determinado tiempo de producción y de la asistencia que recibe y para ello puede pedir demorar un % del pago o un aval sustitutorio de éste. En ambos casos tienen que quedar muy bien establecidos los condicionantes de esas garantías y ambos tienen que conocer su influencia sobre los costos del suministro. El establecimiento de penalidades económicas por incumplimiento del plazo de entrega son de un resultado dudoso por lo que pueden afectar a la calidad de la entrega y por lo que a ésta Capítulo VIII

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afectan los retardos en información o suministro de muestras por parte del usuario. En todo caso deben ser recíprocas y tener premio por adelanto si hay penalidad por retraso. Estas penalidades crean más problemas de los que solucionan. El peligro de demoras en la entrega, mas frecuentes de lo deseable, debe solucionarse actuando con buenos márgenes de tiempo como seguridad y empleando proveedores responsables a los que, no obstante, se les tiene que hacer un buen seguimiento de su trabajo. 8.1.13.2.

Plazo de la garantía

Acostumbra a ser de un año; pero las divergencias empiezan cuando se tiene que precisar el inicio de ese plazo. El suministrador pretende que sea la fecha de su suministro y el usuario la fecha de la puesta en marcha. Un acuerdo razonable es que sea la fecha de puesta en marcha pero limitando el tiempo que el usuario puede emplear en ella en función de la complejidad de la instalación que requiera el suministro. En instalaciones trabajando a dos o tres turnos por día también es razonable disminuir en proporción el plazo de la garantía. 8.1.13.3.

Cobertura

Se le puede exigir al fabricante que sea responsable de todo lo fabricado y montado por él bajo su dirección, su responsabilidad y siguiendo fielmente sus instrucciones y por tanto que sustituya o repare sin cargo alguno todo lo que se averíe durante el plazo de garantía, incluyendo la mano de obra necesaria para ello. Salvo un acuerdo previo muy concreto no se le pueden exigir, ni el fabricante puede aceptar, responsabilidades por pérdidas de producción ni por deterioro en los materiales de producción o daños indirectos causados por la máquina, tanto durante el periodo de instalación y pruebas, como durante la preproducción o producción. 8.1.13.4.

Desplazamientos

El fabricante no tiene ninguna responsabilidad sobre la ubicación final de su máquina y por tanto todos los gastos de desplazamiento y estancia necesarios para cumplir con los compromisos de la garantía tienen que ser a cargo del usuario. Es prudente pedirle que concrete su posibilidad de asistencia donde vaya a ser instalada la máquina y llegar a un acuerdo previo sobre el costo de los desplazamientos. Capítulo VIII

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8.1.13.5.

Materiales de desgaste

Toda máquina tiene componentes que el uso va desgastando con mayor o menor regularidad los cuales no pueden incluirse en la garantía. Conviene relacionarlos previamente. 8.1.13.6.

Responsabilidad sobre la avería

Un mal uso manifiesto de la máquina o la manipulación, reparación, modificación, etc... sin autorización expresa del fabricante es motivo de no aplicación de la garantía. Causa numerosos problemas y de difícil solución la asignación de la responsabilidad de una avería cuando en muchas ocasiones ni el mismo usuario consigue información fiel sobre lo ocurrido de quienes la pueden tener.

8.2.

COMPRA SEGÚN TIPO DE MÁQUINA

8.2.1.

SOLDADURA POR PUNTOS

Si se trata de una unión por puntos la primera decisión importante es si la pieza se lleva a la máquina o es la máquina la que se lleva a la pieza. Cuando una de las piezas a soldar es voluminosa o de difícil manejo, o se trata de soldarle a esta pieza otras que precisan estar muy sólidamente referenciadas mediante un útil, debe pensarse en el empleo de máquinas portátiles, pistolas de soldadura, o bien, si la cantidad a producir lo permite o la calidad a obtener lo exige, en una máquina especial multipunto o una célula robotizada ( cap. 7º ). Cuando son las piezas lo que llevamos a la máquina tiene que emplearse con preferencia una máquina fija, de pedestal, a la cual se le presentan las piezas a soldar a mano o automáticamente.

8.2.2.

SOLDADURA POR PROTUBERANCIAS

Tiene mucha importancia lo referente a la red de alimentación eléctrica debido a que generalmente se trata con potencias muy elevadas ( caps. 1º.5. y 10º.6. ) . Capítulo VIII

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Es desaconsejable el uso de un cilindro simple con una sola electroválvula de control en las prensas de soldadura ( cap. 6º.5.3. ) . Debido a las importantes intensidades que se emplean en estas prensas es muy conveniente que todos los componentes que intervienen en el circuito de alta intensidad estén realizados con cobre y refrigerados para obtener intensidades mas elevadas con menos amperios de la red. La diferencia de Icc. obtenida con un mismo transformador empleando latón o cobre en el circuito secundario, el de alta intensidad, llega a ser de un 30% con igual Pn. La resistencia y rigidez de la estructura mecánica es muy importante en estas máquinas ( cap. 6º.1.2. ) y a igualdad de potencia las hay con esfuerzos y estructuras mecánicas bastante diferentes.

8.2.3.

SOLDADURA POR ROLDANAS

El factor de marcha y funcionamiento de estas máquinas es muy distinto al de las de puntos y protuberancias y nos remitimos al capítulo donde se trata de ello ( cap. 1º.6. ) . Solo comentaremos en este apartado que el corazón de la máquina de roldanas son los cabezales y si no son de óptima calidad producen permanentes problemas. Nuestro consejo es que deben ser con cojinetes de rodadura con rodillos, los contactos giratorios de cobre y plata en baño de aceite, todo el cuerpo de cobre y muy bien refrigerados. El transformador y el bastidor también son especiales para este tipo de máquinas ( caps. 6º.2. y 6º.1 ) . Tanto el circuito neumático como el control electrónico no requieren soluciones complejas ni complicadas.

8.2.4.

SOLDADURA A TOPE

Son válidas las numerosas recomendaciones generales ya expuestas para otros tipos de soldadura y nos remitimos al capítulo donde se trata de este tipo de máquinas en el cual ya indicamos la gran variedad existente, por lo que seleccionar la más idónea es laborioso y es conveniente, previamente a la compra, solicitar referencias y ver máquinas trabajando.

Capítulo VIII

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8.2.5.

INSTALACIONES AUTOMATIZADAS

Para producciones seriadas e importantes debe pensarse en la posibilidad de emplear máquinas especiales, cuyo empleo, o no, es simplemente una decisión económica y de exigencia de calidad y regularidad dimensional ( cap. 7º.5. ) . Actualmente en bastantes plantas de fabricación de carrocerías de automóvil más del 85% de sus soldaduras se realizan en este tipo de instalaciones. Existe una gran cantidad de fabricantes de este tipo de instalaciones, en los cuales hay una tendencia a la especialización, sea en tipos de problemas con experiencia en su solución o en clientes a quienes sirven, por lo que es conveniente informarse bien por no ser necesariamente mejor el fabricante de mayor nombradía ni el artesano que dice prestar especial atención.

8.2.6.

MÁQUINAS MULTIPUNTO

En estas máquinas en las que pueden integrarse cilindros y pinzas con o sin transformador independiente ( cap. 7º.4. ) , es un importante factor a considerar el que estén compuestas por materiales estandarizados de fácil reposición y reutilizables cuando se deje de fabricar la pieza para la que se construyó. Debe prestarse especial atención a que el mantenimiento sea fácil, que sea fácil el recambiar electrodos, cables, contraelectrodos, etc... etc... No debe ahorrarse espacio, la máquina debe ser “trasparente” con fácil acceso a todos sus puntos vitales. El abuso del adjetivo “fácil” es intencionado por habernos encontrado en nuestra vida profesional soluciones muy enrevesadas para solucionar problemas sencillos. Es conveniente conseguir información sobre los tiempos necesarios para sustituir los elementos de desgaste. Es conveniente determinar previamente a la compra si habrá reuniones conjuntas de los proyectistas del fabricante con los técnicos de procesos y mantenimiento de la empresa, para que sin disminuir la responsabilidad del fabricante haya acuerdo sobre el empleo de determinados materiales y soluciones que se acoplen mejor a lo que usa o conoce la empresa. El seleccionar si funciona con cascada eléctrica o neumática ( cap. 3º.4. ) depende de la potencia de la red, de la producción deseada o del tipo de pieza. Lo que cada punto necesita para conseguir la lenteja deseada debe tratarse punto por punto, como si lo hiciésemos para una máquina monopunto. Capítulo VIII

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8.2.7.

INSTALACIONES ROBOTIZADAS

Los robots para soldadura usados actualmente son de gran fiabilidad y su precio esta a un nivel que compite ventajosamente con cualquier otro mecanismo que pueda sustituirlo. Su capacidad de carga de 100 a 200 kilogramos permite maniobrar bien pinzas de gran capacidad de soldadura ( cap. 7º.5. ). Los robots para soldar por resistencia son de al menos seis ejes o libertades. Con tres X, Y, Z se sitúa la pinza en cualquier punto de su espacio de maniobra y con los otros tres x, y, z, la pinza maniobra como necesitemos. El robot en si mismo es solamente un componente de una máquina transfert, o de una estación de soldadura donde debe estar integrado con el resto de sus elementos y protecciones (muy importante) necesarios. También se usan como alimentadores de piezas a máquinas fijas. Es importante en la compra de estas instalaciones que estén bien especificados los siguientes componentes: Tipo de rejas de protección. Si tiene la puerta de acceso mecánica, automática, por barrera lumínica o alguna otra solución. Tipo de pinza de soldadura y su control con todos sus datos. Cables y tubos flexibles de conexión a la pinza, “mazo de conexiones”. Cuadros de conexión de aire, agua, corriente y maniobra para la pinza y robot. Equipos de reavivado y de recambio de electrodos. ¿Que número de programaciones de robot y pinza incluye? ¿A cargo de quien? y ¿donde se recibirán los cursos para programar el robot? ¿Donde está la asistencia técnica más cercana y plazos de respuesta? Todo lo referente al útil que fijará las piezas a soldar en la garra del robot o en la máquina. Etc... etc...

8.2.8.

ESTUDIOS COMPARATIVOS

Uno de los trabajos más molestos pero totalmente indispensables es el establecer un documento comparativo, o tablas, donde quede concretada el contenido de las diferentes ofertas en cada uno de los puntos. Capítulo VIII

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Unas ofertas son súper lacónicas, dan muy pocos datos y hay otras que dan una nube de datos pero, intencionadamente o no, muy difícilmente comparables. El precio, que aparenta ser el dato mas importante en la comparación, puede conducir a engaño, voluntario o involuntario, que cause perjuicio. Es importante establecer el comparativo con las ofertas ya recibidas solicitando a los ofertantes que esclarezcan los puntos sobre los que se desee información para comparar y no dispongamos de ella. No nos es posible dar un listado de puntos a comparar dada la gran variedad de máquinas o instalaciones que debería cubrir pero indicaremos unos cuantos comunes. Esfuerzos a la presión normal de red. Potencia, Pn, de los transformadores ( cap. 6º.2. ). Intensidad térmica Its. que admite en servicio continuo ( cap. 8º.4.1. ) Intensidad secundaria en cortocircuito, Icc. Composición de los circuitos neumáticos y calidad de los componentes. Aparellaje de conexión a las redes de aire, eléctrica, agua y control que se incluyen. Cumplimiento de las normas, incluyendo las de sonoridad. Material de los circuitos de alta intensidad. Tipos de control y sus prestaciones. Capacidad dimensional para los trabajos a realizar. Sistemas de mando. Costo de cursillos, puestas en marcha, asistencia técnica, etc... Posibilidades para la adquisición de recambios en plazo y precios correctos. Referencias de instalaciones similares. Accesibilidad de sus órganos para su fácil mantenimiento. Producción, eficiencia obtenible, etc..., etc... La gran consumidora de este tipo de soldadura es la industria del automóvil y los fabricantes de equipos tienen tendencia o necesidad de especializarse en el suministro para determinados clientes, pues las condiciones para la compra, el suministro, la documentación a recibir, la formación que piden se les de a su personal, etc... ocupan un volumen superior al de este Manual y es prudente tenerlo bien estudiado y mantener un buen contacto con los equipos humanos que intervienen en ello. Salvo excepciones, cuando un proveedor no te puede informar y solo dice que no te preocupes, que su suministro cumplirá a la perfección, empieza a preocuparte.

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8.3.

INSTALACIÓN DE LAS MÁQUINAS EN GENERAL

La instalación de una máquina condiciona su explotación futura e implica una disposición de espacio y unas instalaciones y trabajos cuyo coste aconseja que se estudie bien previamente para evitar los problemas y costos que cualquier modificación posterior ocasiona.

8.3.1.

PUESTO DE TRABAJO

Las máquinas de soldar por resistencia generalmente no están previstas para trabajar a la intemperie, tienen que trabajar en un local cerrado donde no pueda bajar la temperatura a menos de 0ºC debido a sus varios circuitos refrigerados con agua. Un aspecto muy importante común a todas ellas es que en bastantes circunstancias pueden proyectarse partículas incandescentes a muchos metros de distancia, por lo que el local donde este instalada debe estar absolutamente libre de materias inflamables. La limpieza de suelos y rincones en una nave dedicada a la soldadura tiene que ser eficaz y constante. Los soldadores no deben admitir que donde pasan muchas horas de su vida no esté en tan buenas condiciones como cualquier otro lugar de trabajo y deben colaborar para que así sea.

8.3.2.

EN LAS MÁQUINAS DE PEDESTAL

Las máquinas de pedestal tienen la mayor parte de su peso en la parte superior y deben estar sólidamente fijadas al pavimento conforme con lo previsto por el fabricante pues son máquinas con movimientos bruscos intermitentes. Por tener su centro de gravedad alto ( cap. 7º.1. ) los desplazamientos de ellas conviene hacerlos llevándolas suspendidas por los lugares previstos para esa misión. Estas máquinas ocupan un espacio relativamente pequeño; pero necesitan mucho espacio alrededor para el almacenamiento y manejo de las piezas antes y después de ser soldadas. Estas piezas pueden aportarse y retirarse del puesto de trabajo en contenedores lo cual obliga a pensar en el espacio de maniobra necesario para las carretillas motorizadas o no, en canales metálicos para los desplazamientos por gravedad y en los trayectos para las cintas transportadoras motorizadas donde se

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toman o depositan las pieza para su traslado entre los diferentes puestos necesarios para la manufacturación de la pieza. En cualquier caso debe evitarse que el acceso a los elementos de control de la máquina y, especialmente, al mando del paro de emergencia quede dificultado. La siempre posible proyección de partículas incandescentes, obliga a estudiar el entorno que rodea la máquina y estudiar las pantallas protectoras que protejan los mecanismos o personas que pudieran resultar afectados. Para las protecciones a colocar donde se prevé que impactarán las chispas es conveniente usar un textil ignífugo para evitar el “rebote“de las proyecciones. Necesitan un mantenimiento, como todas las máquinas, y al instalarlas es importante pensar en la accesibilidad necesaria para facilitar esa labor. Soldando determinados materiales se producen humos que la legislación sobre higiene y seguridad en el trabajo puede, antes o después, exigir sean aspirados y por tanto debe preverse el espacio necesario para una posible instalación de un sistema de aspiración de humos. El operador de la máquina puede estar de pie; pero, en muchas aplicaciones es posible realizar el trabajo sentado. Se precisa un nivel de iluminación correcto y en cuanto a la aireación, polvo ambiental, gases, etc... etc... no precisa nada que se aparte de lo normal en una industria.

8.3.3.

EN LAS MÁQUINAS DE PEDESTAL TRIFÁSICAS

La conexión a la red de las máquinas trifásicas con salida para soldar de corriente continua, rectificada, tiene una particularidad muy importante a tener en cuenta. En estas máquinas esta indicado el orden R.S.T. de las fases de la línea y de no conectarse debidamente el consumo sobre la red seria desequilibrado y se obtendrían menos amperios soldando ( cap. 4º.2.4. ) . En todo lo demás pueden tratarse como máquinas de pedestal normales.

8.3.4.

PARA LAS MÁQUINAS PORTÁTILES

Un elemento muy importante en el puesto de trabajo de las máquinas portátiles es el útil sobre el que se sujetan las piezas a soldar, el cual tiene que ser muy sólido por ser el responsable de la precisión dimensional de la pieza resultante y aunque teóricamente no sea esa su misión también reconforma algunas Capítulo VIII

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piezas que no se adaptan exactamente. Esto conduce a que los útiles sean voluminosos y sólidos. Las bridas de fijación, soportes y referencias dimensiónales para la carga de piezas ocupan mucho espacio y dificultan la accesibilidad necesaria para poder soldar. El estudio de los brazos y electrodos necesarios tiene que hacerse una vez proyectado el útil y aun ahora con programas de ordenador muy buenos, cuando se ponen en marcha las instalaciones siempre necesitan hacerse modificaciones sobre lo proyectado, debido a que al obrero que maneja la máquina tiene que facilitársele la labor y la maniobrabilidad de los paquetes de conducciones de corriente y fluidos a la pinza y es difícil de prever, especialmente en el caso de pinzas sin transformador debido a la nula capacidad de torsión de sus pesados cables . La altura de la zona donde se suelda es importante que sea regulable para que se adapte a la estatura media de los soldadores y al tipo de útil y pinza empleados. Lo comentado sobre el almacenamiento, espacios para carga y descarga, e influencia sobre el contorno y la protección de éste, cuando hemos tratado de la instalación de las máquinas de pedestal es válido también para estas instalaciones con el agravante de que las piezas acostumbran a ser mas pesadas y voluminosas y la aportación y descarga de las piezas requiere una mas amplia y mejor conexión con el almacenamiento previo y posterior de las piezas. En un mismo útil pueden trabajar simultáneamente varios obreros con pinzas iguales o diferentes o un solo obrero que emplea varias pinzas consecutivamente según el lugar de la pieza a soldar y tienen que preverse los lugares donde reposen las pinzas que no se estén usando y que sean sencillos y cómodos los movimientos para depositarlas o retomarlas ( ver 2-8 ). Sobre el puesto de trabajo, a una altura aproximada sobre el suelo de 3.m. se tiene que instalar una estructura metálica sólida la cual soporta los siguientes elementos ( ver 3-8 ). Las instalaciones que suministran corriente, agua, aire, a las máquinas. Los armarios de suministro de potencia y, si no van incorporados a la pinza, en algunos casos los controles secuenciales. 2-8

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3-8

Un sistema de guías de rodadura que cubren la zona de trabajo de donde van directamente suspendidos los transformadores y a través de equilibradores de peso ( ver 4-8 ) las pinzas. En el caso de pinzas sin transformador también se precisa un equilibrador para los cables secundarios.

4-7

Los cables de acero de seguridad que evitan la caída de transformadores o equilibradores con su carga caso de rotura fortuita de su sujeción normal ( ver 5-8 ). Capítulo VIII

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5-8

La correcta situación y elección de los equilibradores del peso de los cables y pinzas puede exigir el que tengan que ir montados sobre carrillos de rodadura que permitan su desplazamiento ( ver 4-8 ). Para la elección del tipo de equilibrador adecuado ( ver cap. 6º.6. ). Es conveniente que cada pinza tenga un lugar de reposo donde situarla para cambiar electrodos u otras operaciones con ella ( ver 2-8 ). A efectos de instalación debe pensarse que los cables que unen las pinzas con su transformador separado son de gran sección, refrigerados con agua ( ver 10º-6.3. ) y admiten flexión pero no torsión lo cual condiciona mucho la ergonomía del puesto de trabajo y la forma de brazos y electrodos. La operación de cambio de esos cables de soldadura es la de mayor frecuencia en los trabajos de mantenimiento y debe estar bien estudiada y evitarle impedimentos que la dificulten.

8.3.5.

DE LAS MÁQUINAS MULTIPUNTO INSTALACIONES ROBOTIZADAS

E

El uso de una instalación con este equipamiento ya ha sido estudiado generalmente con el diseño en planta del proceso de fabricación por lo que a las recomendaciones comunes solo nos permitimos añadir que deben preverse los medios de elevación y manejo para la sustitución, extracción y reparación de elementos pesados como robots, transformadores, etc... para poderlo realizar en caso de necesidad sin un paro de la instalación demasiado prolongado.

Capítulo VIII

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8.4.

CONEXIÓN A LA RED ELÉCTRICA

La instalación eléctrica y la conexión a la red de las máquinas de soldar por resistencia deben ser ejecutadas por un instalador que cumpla las condiciones que la ley del país exija. Debe ser bien estudiada y lamentablemente no es posible dar unas reglas fijas y sencillas para ello. Vamos a enumerar los diversos problemas y variables que la diferencian de otros tipos de instalaciones y que tenidos en cuenta son perfectamente superables. 1º.- La sencilla pregunta ¿cual es la potencia de la máquina?, no tiene fácil respuesta y a ella se le dedica un apartado dentro de este capitulo 2º.- Los fusibles y el posible disyuntor se determinan en función del tipo de máquina y sus valores no dependen tan solo de la seguridad “térmica“de la máquina. 3º.- La sección de los cables de alimentación pueden tener que atender tanto a la caída de tensión como a su calentamiento por lo que puede ocurrir que parezca que estén sobredimensionados en algunos casos. 4º.- La instalación necesaria varia según la relación entre su potencia y la total instalada para el resto de consumos de la fábrica. Debe conocerse la potencia y distancia de la subestación eléctrica que proporciona tensión a la red. 5º.- Su importante consumo durante décimas de segundo produce caídas de tensión que pueden producir desagradables variaciones repetitivas de la intensidad lumínica, parpadeos, cíclicos o no, que puede afectar a otros trabajos en los que se requiera atención visual, y, si esta instalada en alguna zona residencial o suburbio, el vecindario puede sufrir ese parpadeo y, por ejemplo, no ver en condiciones emisiones de TV. 6º.- Aun cuando se trate de máquinas que cumplan las normas de la Unión Europea dictadas para evitar trastornos radioeléctricos, al soldar se produce inevitablemente un fuerte campo electromagnético que puede afectar a quien en su proximidad utilice marcapasos o a otros circuitos electrónicos. 7º.- Si en su misma red se conectan ordenadores o circuitos electrónicos pueden afectarles las ondas armónicas y las puntas de tensión transitorias que se pueden producir e introducirse en la red cuando la máquina trabaja con la onda senoidal recortada que es como normalmente trabaja ( ver 4-4 ). 8º.- Según el tipo de corriente con que suelda la máquina ( cap. 4º.2.• ), la forma y el área que abarcan los brazos o circuito secundario ( cap. 1º. ) , el coseno de ϕ o resultante y, los parámetros ( cap. 10º ) que empleemos para realizar la soldadura la intensidad solicitada a la red, para un mismo trabajo, puede variar en un 300 % ( ver 1-8 ). Capítulo VIII

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El estudio de cada uno de esos puntos es bastante complejo y de acuerdo con el objetivo de este Manual daremos los datos necesarios para que el instalador pueda acercarse a lo teóricamente mas correcto basándose en datos prácticos.

8.4.1.

POTENCIA DE LA MÁQUINA

Los datos básicos de los que derivan todos los demás son: El voltaje secundario (Es.) máximo en vacío en las máquinas de alterna. El voltaje simple, entre centro de la estrella y el otro extremo de los devanados, (Esat) en las máquinas de corriente continua por rectificación de un sistema exafásico. El voltaje (Esdc) entre brazos en las máquinas alimentadas por un inverter que sueldan con corriente continua. La intensidad térmica secundaria (Its.) y la intensidad máxima en cortocircuito (Icc.) Estos datos los acostumbran a especificar en el folleto u oferta los fabricantes con garantía y se pueden solicitar si no se dispone de ellos. Después de definir las diferentes potencias estableceremos unos ejemplos sobre maquinas reales. 8.4.1.1.

Potencia nominal al 50%. Pn.

Una norma internacional ISO establece que se debe indicar obligatoriamente en la placa de características de estas máquinas la potencia al 50% de Fm. factor de marcha ( cap. 8º.1.4. ) . Sin estar aún normalizado se están dando las potencias nominales al 20% de Fm en las máquinas con tecnología inverter. Es a efectos comparativos pues nunca trabajan con esos factores de marcha. Si solo se tiene el valor de la Pn. no se conocen las características de la máquina, puesto que dos máquinas de aspecto exterior parecido y con la misma Pn pueden dar intensidades de cortocircuito, Icc, muy diferentes como por ejemplo 40000 Amperios en una de calidad y tan solo 32000 A. otra construida con criterios “ahorrativos”. La Pn. de la máquina está relacionada con la potencia térmica Pt por la siguiente fórmula:

Capítulo VIII

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8.4.1.2.

Potencia térmica. Pt.

Los productos Es. x Its. = Pt., Para monofásicas de alterna Esdc x Its / cos ϕ = Pt., Para las de continua con inverter Esat x Its x 1.34 = Pt. en las de continua trifásicas es la potencia térmica, o sea, la potencia que la máquina soporta conectada permanentemente sin que su temperatura exceda los valores normalizados. Estas máquinas nunca trabajan en estas condiciones. 8.4.1.3.

Potencia máxima de soldadura. Pm.

Esta potencia resulta de la siguiente fórmula. Pm = Icc. x Es. x 0,8 para monofásicas de alterna. Pm = Icc. x Esat x 1,34 x 0.8 en máquinas con rectificación trifásica. Pm.= Icc x Esdc/cos ϕ en máquinas alimentadas con inverter. Para máquinas de la misma potencia nominal e incluso para la misma máquina con diferentes longitudes de brazos 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 Icc. con la intensidad máxima de soldadura Ims. (soldando aluminio este factor es 0,9). Esta es una potencia con la cual puede normalmente trabajarse. 8.4.1.4.

Potencia de conexión. Pc

Esta potencia es la relacionada con la instalación a hacer para la máquina. Normalmente no viene indicada en las ofertas o folletos de las máquinas por depender mas de las características del trabajo a realizar que de las de la máquina. Capítulo VIII

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Esta potencia de conexión Pc. responde a la fórmula:

El factor de marcha Fm. ( cap. 8º-1.4. ) de estas máquinas es muy variable, puesto que el tiempo de paso de corriente en una soldadura puede ser del orden de 0,2 segundos lo que para un ritmo de trabajo de una soldadura cada dos segundos de forma ininterrumpida significa un factor de marcha del 10%. Para su cálculo deben considerarse las soldaduras que se realicen en un tiempo total de 30 minutos Aunque en procesos automatizados puede alcanzarse como máximo (muy raramente) un factor de marcha del 20%, un factor del 8% es un valor prudencial para el cálculo de las redes de alimentación a utilizar cuando no se pueda calcular ese factor o su cálculo da un valor inferior. Las máquinas de soldadura con roldanas son una excepción pues alcanzan factores de marcha entre el 50% y el 80% y con las prensas raramente se excede el 4%.

8.4.2.

SECCIONADOR, FUSIBLES, DISYUNTOR MAGNETO TÉRMICO Y RELÉ DIFERENCIAL

Estos componentes de la instalación tienen como misión separar eléctricamente la máquina 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 máquina a la cual protege B.- Un cortocircuito que pueda dañar la línea de alimentación. C.- Una fuerte sobrecarga en la máquina D.- Una derivación a tierra Para dimensionar estos elementos hemos de establecer previamente Corriente primaria térmica Itp. Itp = Pt/Ep ó Pt/ Ep x 1,73 para las trifásicas y la de conexión Ic. Ic = Pc. / Ep ó Pc / Ep x 1.73 y la Imp. intensidad primaria máxima soldando, Imp = Pm / Ep ó Pm / Ep x 1,73

Capítulo VIII

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8.4.2.1.

Seccionador

Es un interruptor con accionamiento manual fácil de accionar y de interpretar en que posición está. Nunca se tiene que accionar cuando por el circula corriente; pero, debe poderse hacer en caso de emergencia. Su misión es proporcionar una clara desconexión de la máquina. Acompañado de unos fusibles debidamente dimensionados permite ahorrarse el disyuntor magnetotérmico en máquinas de poca potencia y en instalaciones donde lo permita el reglamento para instalaciones de baja tensión. Su capacidad en amperios tiene que ser como mínimo la intensidad térmica primaria, Itp, de la máquina y su capacidad de desconexión superior a la Imp. (Intensidad primaria máxima soldando), pues puede ocurrir que se tenga que accionar circulando esa intensidad en caso de avería o emergencia. Las normas de la UE exigen que todas las máquinas que se instalen en su territorio lleven su seccionador. 8.4.2.2.

Fusibles

Los fusibles protegen de una sobrecarga en la máquina de por ejemplo varios segundos con los electrodos enganchados y pasando la corriente de soldadura, ó, 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 protegen la máquina contra sobrecargas producidas en un trabajo normal, Los fusibles tienen que ser del valor nominal igual o el normalizado más próximo al del valor correspondiente a la intensidad térmica primaria Itp. o sea, I fusible igual a Itp

Con la elección de este valor tenemos protegida la máquina, no obstante, pudiera darse el caso de que fuera necesario un fusible de una intensidad superior a la correspondiente a la potencia de conexión Pc cuando por cortos periodos a la máquina se le solicita trabajar con un factor de marcha que supere su capacidad térmica y la Ic sea superior a la Itp. El fusible se tienen que elegir del tipo lento o retardado pues en sus curvas de actuación podemos observar ( ver 6-8 ) que el tiempo de actuación con una intensidad determinada es muy diferente para ambos tipos de fusibles y el fusible rápido podría actuar indebidamente, puesto que soldando se pueden alcanzar intensidades primarias del orden del cuádruple de la Itp., la nominal del fusible. Capítulo VIII

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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.

6-8

Capítulo VIII

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7-8 8.4.2.3.

Disyuntor magneto térmico

Es un interruptor que normalmente se conecta a mano y cuya desconexión se efectúa cuando recibe tensión la bobina de su electroimán por actuación del control, o de un térmico, o de las bobinas electromagnéticas que lleva incorporadas o de cualquier tipo de seguridad externa. El “térmico” del disyuntor actúa desconectándolo cuando se sobrepasa durante un cierto tiempo una corriente regulable previamente entre el 60% y el 100% de su Intensidad nominal. Unas curvas características del “térmico” ( ver 7-8 ) permiten ajustarlo para que, por ejemplo, se desconecte si se sobrepasa un 20% la intensidad que admite la máquina durante 30 minutos, o que desconecte en 5 m. si la sobrecarga es un 50%. Con esta sobrecarga la máquina podría llegar a averiarse antes de que los fusibles, hubieran actuado. El tiempo necesario para la actuación del térmico varia según la sobrecarga que recibe y lo indican las citadas curvas de características propias para cada fabricante y modelo. El “electromagnético” del disyuntor actúa desconectándolo ante un cortocircuito, una demanda muy alta de corriente y en ese caso tiene una respuesta muy rápida. La capacidad de ruptura I2t de un disyuntor es un concepto que se aparta bastante del contenido de este manual pero conviene saber que esta capacidad de ruptura tiene que estar en función de la capacidad de la línea que tenemos antes del disyuntor, no de la que esta detrás de él (el no tener asentado este conocimiento ha producido mas de un incendio). Capítulo VIII

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Normalmente con los elegidos para las máquinas de soldar no suele haber problemas con esta capacidad de ruptura, pero en el caso de que se quiera conectar una máquina de soldadura pequeña en una línea de gran potencia tiene que pensarse en la posibilidad que en caso de actuación del disyuntor quede destruido por falta de capacidad de ruptura y se inicie un arco o fuerte punto caliente en esa línea de efectos destructores y daños no previsibles. Los valores máximos en Amperios a los cuales actúa el electromagnético son del orden de los del magnetotérmico multiplicados por 10. Las características técnicas y las curvas de actuación de los fusibles y disyuntores de una instalación no acostumbran a recibir la atención que se merecen y creemos que con solo una corta dedicación a ellos cuando se decide la instalación se evitan problemas futuros que pueden sobrevenir en el momento más inoportuno. Conviene seleccionar un disyuntor de una intensidad nominal igual o superior a la intensidad Ic. correspondiente a la potencia de conexión; pero, equipado con un magnetotermico cuya gama de regulación contenga el valor de la Itp. Las intensidades nominales de estos disyuntores (puede variar según las marcas) son 63, 100,160, 250, 400, 630, 800, 1000, 1250. En los ejemplos para instalación de máquinas pueden verse la elección de valores para estos elementos de protección 8.4.2.4.

Relé diferencial

En algunas instalaciones y, especialmente en las de pinzas manuales se exige la instalación de un “diferencial”, además de los que normalmente ya tiene la instalación general. Este relé provoca la desconexión del disyuntor cuando la corriente de la línea “de ida y vuelta” pues sus conductores lo “atraviesan”, no suma cero, o sea, hay una diferencia de mas de 30 a 40 mA. entre conductores y ello significa que en algún punto de la máquina o de la instalación tenemos una fuga a tierra, un mal aislamiento, que debe localizarse y repararse para evitar males mayores.

8.4.3.

POTENCIA DEL DISTRIBUCIÓN

TRANSFORMADOR

DE

Su potencia mínima disponible, libre para la maquina, debe ser igual a la potencia térmica de la maquina, Pt., para consumos Capítulo VIII

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trifásicos o 1,73 Pt. si son monofásicos; pero, para su dimensionamiento no basta este criterio, es indispensable tener en cuenta el parpadeo.

8.4.4.

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 producen molestias visuales, las cuales se producen cuando estas variaciones son solo de un 3% si son 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 tipo de los aparatos de iluminación utilizados, de si es una iluminación general o puntual la afectada. Etc..., etc... puede variar ligeramente. Un transformador de distribución normal con su carga nominal a un coseno de fi de 0.85 tiene una caída de tensión del orden del 3%, y hasta un 4% con un coseno de fi de 0,5 ( ver 9-8 ) y nuestro transformador no debe tener una caída interna superior al 3% cuando se le presenten las puntas de consumo de la intensidad máxima de soldadura Im. si el mismo transformador de distribución alimenta una red de alumbrado

9-8 Capítulo VIII

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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 máquina la potencia térmica Pt. Cuando la máquina es de consumo monofásico, alimentada con dos cables, la potencia del transformador de distribución al que se conecta la máquina tiene que ser Pm x 1,73. Igualmente basta con que quede libre para la máquina de soldar la Pt x 1,73 de ésta y el resto emplearse en otros consumos. Una precaución elemental, cuando se trata de máquinas de consumo monofásico es la de conectar las redes de distribución para iluminación en fases distintas a las de soldadura. Debe tenerse la precaución de conectar a fases diferentes los consumos monofásicos de las máquinas de soldar aun cuando se instalen en redes con mucha potencia instalada. Cuando dos o tres máquinas deben ser instaladas en una red con potencia limitada es posible, según el control electrónico de que dispongan, el utilizar un discriminador que evite la coincidencia de las puntas de consumo. 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 máquinas de gran consumo. Debemos insistir en los graves problemas y responsabilidad en que se puede incurrir si el funcionamiento de nuestra máquina produce inconvenientes al resto de usuarios de la red y de lo costoso que puede ser el corregirlos a posteriori. En el párrafo 8.7.2.1. se complementa esta materia y es conveniente prestarle atención.

8.4.5.

RED Y CABLES DE ALIMENTACIÓN

Deben tenerse en cuenta dos condicionamientos A.- El de la capacidad térmica de los conductores, los cuales deben poder trasmitir la intensidad correspondiente a la potencia térmica de la máquina con elevaciones admisibles de temperatura en ellos. B.- La caída de tensión en bornes de la máquina con el consumo de la Intensidad máxima Im. de soldadura. Se tienen que instalar los cables de mayor sección resultantes 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 dos o tres conductores. Cuando se tengan que emplear conductores Capítulo VIII

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separados, cables o barras, debe reducirse al máximo el espacio entre ellos y de ser varios en paralelo intercalar los de diferente polaridad ( ver 10-8 ). Cada soldadura que se realiza produce un esfuerzo electromagnético que tiende a separa los conductores y a moverlos, lo cual es muy importante en grandes potencias exigiendo una muy buena sujeción para evitar roturas por fatiga en el futuro. Este problema no existe si se emplean cables con dos o tres conductores.

10-8

En la línea de alimentación de las máquinas de soldar no es conveniente conectar otros aparatos o consumos a los que puedan afectar las caídas de tensión instantáneas que producen. 8.4.5.1.

Sección de los conductores

En primer lugar debemos conocer las intensidades térmica, Itp. y máxima de soldadura, Imp. que debe suministrar la red, y las podemos calcular ( ver 8º.4.1. ) conociendo las potencias térmica Pt, la máxima soldando Pm. y si el consumo es trifásico o monofásico y la tensión de la red de alimentación. Los valores Itp. e Imp. se multiplican por 1,04 por pérdidas en línea. Calculo por calentamiento El instalador puede disponer de información técnica del fabricante de los cables que vaya a emplear, y según el tipo de aislamiento del cable y de cómo vaya a hacer la instalación, por bandejas, canales, tubos, al aire, etc... conocerá bien la corriente en amperios que permiten las secciones de cable, pudiendo variar apreciablemente sobre las que indicamos por si no pueden disponer de mejor información. Suponemos cable instalado sobre bandejas abiertas y perforadas, o, enterrados directamente en un suelo que no sobrepase los 25ºC. Aire ambiente a 40ºC. Conductores unipolares, tocándose. Capítulo VIII

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Con aislamiento 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 necesaria para la intensidad Itp. la podemos deducir, de forma orientativa, de la tabla ( ver Tabla 11-8 ). Intensidades admisibles

Tabla 11-8

Si el aire ambiente no sobrepasa los 25º C. 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, 130º C. en emergencias y 250º C. en cortocircuitos y admiten un 30% más de carga. Si están agrupados con otros cables y la bandeja no esta perforada, deben disminuirse algo los valores. Los valores de secciones normalizados no son solamente los de los números preferentes y comprenden la oferta actual. Tomando los valores inferiores recomendados la instalación será correcta con prácticamente todos los tipos de cable y aislamientos que se usan. Calculo por caída de tensión en la línea.

Tabla 12-8 Capítulo VIII

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La sección de conductores necesaria según la caída de tensión en la línea que queramos aceptar se obtiene entrando en la tabla 128 por la columna de los voltios de caída de tensión hasta encontrar la cifra inmediatamente superior al producto de la longitud en metros del trayecto de los cables entre el transformador y la máquina por la intensidad Imp. Es recomendable no exceder de una caída de 12 Voltios para una línea de 220 V. y de 20 V. para una de 380 V. cuando soldamos al máximo de potencia. En el transformador de distribución donde se conecta la línea la caída será de aproximadamente un 3% que se añadirá a la que calculemos para la línea en la tabla. Tiene que emplearse la sección de cable normalizada inmediatamente superior al mayor de los valores calculados.

8.4.6.

TOMA DE TIERRA

Las máquinas de soldar producen una suciedad conductora por componerse de óxidos y polvo metálicos procedente de los chispeos y proyecciones de material, y en muchos de sus elementos constructivos nos encontramos con la presencia de agua para su enfriamiento, y por tanto con posibles pérdidas por avería u otras causas. La obligatoriedad de que las máquinas y aparatos eléctricos estén debidamente conectados a tierra, debe cumplirse rigurosamente en estas máquinas, respetando lo que ordena el Reglamento para Instalaciones de Baja Tensión. La sección del cable de tierra no debe ser inferior a la del cable que conecta a la red.

8.5.

INSTALACIÓN NEUMÁTICA

Las máquinas 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 1200 kP. muy útil para máquinas multipuntos y pinzas y coexistiendo con la red a 600 kP. Todo sistema de compresión produce un calentamiento del aire y una condensación de agua líquida procedente del vapor que contiene la atmósfera y cuya cantidad depende de la temperatura del aire ambiente y su punto de rocío. Es conveniente que el aire de la red que suministra a la máquina ya esté enfriado y se haya reducido su contenido de agua para evitar condensaciones que pueden perjudicar a todos los Capítulo VIII

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elementos de maniobra y a la instalación en general. El contenido de agua no debe exceder de 1 g/Nm3. La capacidad en la instalación de aire comprimido libre para la máquina es de fácil cálculo conociendo el consumo en N l/m por maniobra y las maniobras horarias de la máquina o el volumen horario necesarios, tomando directamente esos datos del folleto o instrucciones de la máquina o del fabricante. N l/m es el volumen de aire comprimido a la presión atmosférica.

8.5.1.

CARACTERÍSTICAS

Debido al trabajo intermitente de los cilindros neumáticos de las máquinas de soldar por resistencia el cálculo de la instalación 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 máquina, por lo que con una instalación de aire mal dimensionada en cuando a caudales y diámetros de conductos se pueden 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 ayudará a comprender esta diferenciación entre compresor necesario e instalación que necesitamos. Una máquina de pedestal standard de 100 kVA, preparada para red de 600 KP. dando 1000 puntos por hora necesita unos 10 N m3/h., y un compresor con esa capacidad de compresión horaria parece sería suficiente (Estos valores varían según la carrera de descenso, el tipo de máquina, el fabricante, etc. pero es perfectamente válido como ejemplo). 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 0,25 s., el caudal que debe suministra la instalación es de 5 / 0,25 = 20 l. /s. o sea 3.600 x 20 = 72 N m 3 /h., siete veces mayor que la capacidad del compresor. Es obvio que son diferentes los conceptos para dimensionar el compresor y la instalación. Para evitar sobredimensionamientos de la red es posible instalar en la misma máquina un depósito auxiliar de aire comprimido, un pulmón, de 30 a 100 litros de capacidad equipados con válvula antirretorno. Determinados fabricantes ya equipan algunas de sus máquinas con estos calderines 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 Capítulo VIII

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acercamiento y retorno en cada soldadura. Normalmente a estos depósitos auxiliares de aire comprimido se les exige una acreditación o aprobación 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 principios básicos suficientes para una instalación correcta. Como material para las tuberías es aconsejable el tubo de acero estirado sin soldadura, galvanizado (caro) o en negro. Todas las tuberías de aire se pintan en color azul normalizado. La instalación debe ser elevada y evitar el hacer conductos soterrados, de difícil purga. Las tuberías tienen que instalarse por tramos inclinados del orden de un 3/1000 en la dirección del aire y al final de cada tramo establecer una purga manual o automática. Las bajantes para alimentar las máquinas deben conectarse por la parte superior de la tubería principal y tener en su final una ligera capacidad para depósito de agua o impurezas, con vaciado manual. Es prudente prever algunas llaves de paso que permitan aislar secciones de la instalación para poder realizar trabajos o conexiones sin molestar al resto de puntos de consumo.

8.5.2.

DIMENSIONAMIENTO DE LA RED DE AIRE

La velocidad 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 aconsejables 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. No creemos aconsejable el uso de tubería de 3/8” y al menos debe instalarse la de 1/2”. La pérdida de carga se mide en Pascales. por metro de tubería. Con un ábaco ( ver 13-8 ) relacionamos los valores de Presión, Caudal, Diámetro de tubería y Pérdida de carga. Para calcular la perdida de carga de los codos, Tes, manguitos, válvulas, etc... transformaremos cada uno de estos elementos en metros de tubería equivalente que producirían una misma perdida de carga. Capítulo VIII

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Válvulas de bola o compuerta Curvas abiertas de 45º Curvas abiertas de 90º Curvas de 180º Tes Manguitos reductores

2 m. 0,25 m. 0,50 m. 2,0 m. 3 m. 1 m.

Esta estimación es suficiente a falta de mejores datos del suministrador del material para nuestro objetivo de instalar correctamente una máquina de soldar con conducciones dentro de la gama de tuberías entre 1/2” y 2”, aunque según sea el modelo, el diseño, el fabricante, el material, las dimensiones, etc... de esos elementos los valores que se indican podrían ser distintos. Para diseñar instalaciones completas y complejas debe buscarse mayor información o encargar el tema a un especialista de confianza. Las perdidas en rotámetros, filtros, reductoras, etc... son superiores y muy variables y las indican en sus folletos. A la entrada de la máquina, si esta no los lleva montados, tienen que instalarse una válvula de cierre con accionamiento manual, un regulador de presión, un vaso deshidratador con descarga automática, y si la máquina es de las que no pueden trabajar con aire sin aceite, un lubricador ( cap. 6º.5. ). Especialmente en las máquinas de soldadura por proyección, prensas de soldadura, es conveniente disponer una electroválvula que desconecte el aire por paro de emergencia, falta de aire u otras causas y cuya reconexión, recarga, deba efectuarse manualmente. Siguiendo con la misma máquina y datos para el ejemplo de la tubería necesaria vemos que entrando en el ábaco por la horizontal correspondiente a los 20 l. /s se cruza con la vertical correspondiente a los 600 KP. 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 correspondientes a los diversos diámetros de tubería. Desde este otro punto de cruce hacemos descender una vertical, la cual nos indica en el eje de las abscisas la pérdida de carga correspondiente a ese diámetro de tubería. En nuestro ejemplo observamos que con tubería de 1” caen 140 P por m., con 3/4” caen 420 P. por m. y con 1/2” 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 36 KP, o sea 36000 P. y vemos que con tubería de 1” podemos tener una instalación de 257 m., con 3/4” puede ser de 86 m. y con 1/2” de tan solo 22 m. Como los m. indicados son la suma de todas las tuberías mas el equivalente en metros de codos, Tes, empalmes, aparatos, etc. es obvio que no se puede emplear una instalación con tubo de 1/2” y que la elección entre 3/4” y 1” depende de lo alejado que se este Capítulo VIII

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del compresor y de si queremos tiempos de acercamiento mas cortos.

13-8

No es conveniente ahorrar en diámetro de tubería pues sirve de depósito de aire y facilita mejorar un tiempo de acercamiento que siempre se quiere acortar y permite la posibilidad de conectar algún otro consumo a la red no previsto; pero, repetimos si no preocupa en absoluto la producción y disponemos de largos tiempos para que el cilindro alcance su presión antes de soldar, casi cualquier diámetro de tubería sirve. Las medidas de tubería se dan en medidas inglesas por ser todavía el standard mas usado. Los diámetros interiores de los tubos no corresponde a la medida exacta en pulgadas, por ejemplo el 1/2” tiene aproximadamente 15 mm. de diámetro interior y 12 mm. el de 3/8”.

8.6.

INSTALACIÓN DEL REFRIGERACIÓN

AGUA

PARA

LA

Debemos insistir en la necesidad de darle al agua de refrigeración la importancia que tiene debido a su influencia sobre todos los aspectos que nos afectan como la regularidad en la calidad de la soldadura, duración y gasto en los electrodos, evitación de averías, ahorro en los costos de mantenimiento, etc… etc... La conexión del agua a la máquina se debe hacer a través de una válvula de bola, visible y accesible, la cual debe tener instalada a Capítulo VIII

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su salida un manómetro que indique la presión. Es aconsejable que exista un contacto o sistema eléctrico que impida el funcionamiento total o parcial de la máquina si no esta abierta a la circulación de agua. La conexión entre la entrada de la máquina y el último punto de la instalación fija es aconsejable realizarlo mediante una conexión flexible. No es prudente la instalación de sistemas de ahorro de agua que signifique la interrupción de esta en los intervalos entre soldaduras dentro de la jornada de trabajo por propiciar averías en SCRs y transformadores.

8.6.1.

CAUDALES NECESARIOS

En las instrucciones de las máquinas dan los datos del suministro de agua necesario. Si no se dispone de ellos debe tomarse como datos probables una presión de entrada con el agua circulando de 250 kilopascales, con cuya presión circulará probablemente por las máquinas un caudal de: 4 l/m para máquinas de hasta 25 kVA 8 l/m para máquinas de hasta 100 kVA al 50% 10 l/m para máquinas de hasta 200 kVA 12 l/min. para máquinas de hasta 300 kVA por minuto más 0,04 litros por minuto y por kVA de potencia nominal en el caso de tratarse de maquinas monofásicas soldando con corriente alterna ( cap. 4º ) y unos caudales de: 10 l. /m. para máquinas de 100 kVA 14 l. /m. para máquinas de 160 kVA 16 l. /m. para máquinas de 250 kVA 25 l. /m. para máquinas de 360 kVA 30 l. /m. para máquinas de 480 kVA y 33 l./m. para máquinas de 630 kVA cuando son máquinas que sueldan con corriente continua. Se supone una temperatura ambiente de 25ºC. y que el agua la recibe la máquina como máximo a esa temperatura. Por el interior de la máquina no debe entrar el agua a menos de unos 10 a15ºC. para evitar posibles condensaciones y, en el caso de los transformadores, la posible formación de grietas en la resina que pueden averiarlos. Si se dispone de agua a temperaturas inferiores es muy conveniente utilizarla en el circuito de refrigeración de los electrodos.

Capítulo VIII

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8.6.2.

CONDUCCIONES PARA EL AGUA

Las conducciones de agua tienen que estar dimensionadas para que la pérdida de carga que causan, caída de presión del agua por circular por ellas, no impidan el disponer de los 250 KP. que exige el fabricante. Un factor importante en las conducciones es la velocidad a que circula el agua por ellas, pues un exceso produce ruido, mayor cuanta más 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 deposiciones es lo que aconseja como muy necesario que el servicio de mantenimiento vacíe el agua de las máquinas ante paradas de larga duración, de días. La velocidad máxima en tubos de hasta 11/2” puede alcanzar los 1,5 a 2 m. /s. y la mínima no debería ser inferior a los 0,5 a 0,8 m. /s. El diámetro mínimo del tubo a emplear recomendamos no sea inferior a la 1/2”, y con este diámetro se cubre la mayor parte de las necesidades en máquinas unitarias, precisándose mas diámetro cuando se alimentan máquinas de continua, especiales, grupos de máquinas o partimos de redes de muy escasa presión dinámica. Si no existe peligro de sobrecalentamientos de mas de 70º y la instalación no está expuesta a concentraciones de calor fortuitas, como incendio, el material actualmente mas aconsejable es el plástico, el cual no tiene problemas de pérdidas por oxidación, es inatacable por los ácidos o bases y no le afecta la corrosión galvánica. Por la diferencia de potencial electroquímico entre los materiales se forma una “pila galvánica en la que el acero es el ánodo, el cobre es el cátodo y el agua con sus sales es el electrolito. Las corrientes parásitas que crea dicha “pila” producen una electrolisis con desplazamientos de material entre sus “polos” que como la experiencia ha demostrado acaba destruyendo los tubos de hierro o cobre cuando se juntan o están 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 a ser 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 condensaciones sobre ellas caso de circular agua fría y tener un punto de rocío alto en el ambiente. En las instalaciones con tubo plástico 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 dos metros Capítulo VIII

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distancia que debe ser menor y consultarse para cada calidad de plástico. En el ábaco ( ver 15-8 ) pueden calcularse las pérdidas de carga en las tuberías lisas usadas, en función de su diámetro, longitud y caudal.

15-8

Estos ábacos son un compromiso que funciona y nos sirve para nuestro objetivo y no se aparta demasiado de lo que resulta de la aplicación de las muy numerosas y complicadas fórmulas 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 pérdida de carga, la longitud equivalente en metros de los codos, válvulas, Tes, caudalimetros, etc… Una regla muy poco teórica pero muy práctica y válida es suponer 1m. por cada codo a 90º y 3 m. para cada válvula, T, llave, etc... Los datos que hemos dado son aptos y dan resultados satisfactorios para instalar una máquina de soldadura pero no son suficientes en absoluto para calcular redes de agua más complejas. Capítulo VIII

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Pondremos como ejemplo una máquina de 100kVA nominales, de alterna, monofásica a la que debemos suministrar 8 l. /m. Suponemos instalados una T, ocho codos a 90º, una válvula y un caudalimetro o rotámetro, sobre 90 m. de tubería. Los 8l. /m. equivalen a 0,13 l. /s. La longitud equivalente será aproximadamente 100 m. Con tubo de 1” caen 32 P/m. o sea 32 x 100 = 3200 Pascales. Con tubo de 3/4” caen 120 P/m. o sea 120 x 100 = 12000 Pascales Con tubo de 1/2” caen 500 P/m o sea 500 x 100 = 50000 Pascales Con tubo de 3/8” caen 2200 P/m. o sea 2200 x 100= 220000 Pascales. Como en la máquina necesitamos 250 KP. = 250.000 Pascales, podemos observar que si la presión de donde tomamos el agua para la máquina es superior a 300 KP. podemos utilizar la tubería. de 1/2” en la instalación, la cual con una velocidad de 0.7 m. /s. cumple el rebasar la velocidad mínima y por tanto es correcta. Si se emplea un tubo de 3/4” la velocidad mínima sería de 0.44 m. /s. la cual también puede admitirse si son aguas que no decantan demasiados posos. Consideramos que lo mas importante de una instalación para el agua es que pueda circular el caudal necesario y si esto está asegurado utilizar tuberías en las que el agua circule a una velocidad correcta cercana a la mínima.

8.6.3.

PROCEDENCIA Y CALIDAD DEL AGUA

En el ( cap. 6º.4. ) se complementan estos apartados. 8.6.3.1.

De la red de agua potable.

- Ventajas:

Si cumple los condicionamientos de presión y caudal exigibles es un suministro muy apropiado. Es de muy fácil disposición. - Inconvenientes: Es generalmente muy costoso pues el agua está fluyendo permanentemente y es un despilfarro social el uso industrial de un agua con probables elevados costos para su potabilización. No elimina el problema de las incrustaciones calcáreas si es un agua dura.

Capítulo VIII

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8.6.3.2.

De un pozo, fuente u otro suministro autónomo

Puede ser una buena solución si la instalación puede garantizar la presión y caudal necesarios de forma regular. Conviene analizar el agua por si fuera excesivamente dura o tuviera algas o microorganismos que proliferen con el calor los cuales llegan a obturar los circuitos. Un filtro es indispensable para evitar la entrada de posibles obstáculos, inertes o vivos, en el circuito del agua. 8.6.3.3.

De un circuito cerrado propio de la fábrica

Es una buena solución siempre que aparte de dar el caudal y presión necesarios la temperatura de entrada del agua en la máquina no exceda de los 25º, lo cual es a veces no conseguible si el enfriamiento de las aguas es por torre de evaporación en climas con altas temperaturas de termómetro húmedo durante largos periodos de tiempo o está mal dimensionada. 8.6.3.4.

De un circuito refrigerado propio para la máquina

Es sin duda la mejor solución, pues permite el ser llenado con agua tratada, no calcárea, no tiene fluctuaciones de presión o caudal y nos permite alimentar la máquina con agua a temperaturas bajas lo cual es muy importante para la vida de los electrodos y la calidad de la soldadura ( cap. 1º.2.5. ) .

8.6.4.

CAPACIDAD DE ENFRIAMIENTO NECESARIA

Para dimensionar las necesidades de refrigeración por agua debemos conocer el número de máquinas a refrigerar así como sus potencias. Realizar un cálculo exacto de las frigorías/hora (frig/h) necesarias es muy complejo, ya que tendríamos que estudiar la potencia que realmente emplea cada máquina, sus cadencias de trabajo, la temperatura ambiente, los caudales y los circuitos de refrigeración de las mismas. No obstante presentamos un cálculo simplificado, dado por la experiencia, con el cual se obtiene un resultado que normalmente suele ser suficiente por exceso, pues los fabricantes acostumbran a indicar como necesarios unos caudales para cuando la máquina trabaja al máximo de su potencia y al máximo de su cadencia. Capítulo VIII

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Las frigorías necesarias resultan de la siguiente formula: Frigorías /h = C x P x (T2-T1)

Donde C es el calor especifico del agua = 1 P caudal de agua en l/h (suma del caudal necesario para todas las máquinas) T2-T1 diferencial térmico en grados centígrados (diferencia de temperatura entre la entrada y la salida) Se suele emplear un diferencial térmico comprendido entre 3ºC y 5ºC. Este cálculo está considerado para una temperatura ambiente de hasta 35ºC. Otro tipo de cálculo más simplificado aún, es emplear las siguientes cantidades dadas por la experiencia: En máquinas monofásicas: 40 frigorías / por kVA al 50%. En máquinas trifásicas de corriente continua: 50 frigorías / por kVA al 50%.

8.7. 8.7.1. Ep. Ll. P agua L agua P aire L aire

EJEMPLOS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES DATOS EXISTENTES PREVIOS A LA INSTALACIÓN

Tensión de la red en el punto de conexión Distancia hasta ese punto Presión del agua en el punto de conexión Distancia hasta ese punto Presión de la red en el punto de conexión Distancia hasta ese punto

Se supone que la máquina ha sido suministrada para las tensiones y presiones nominales de las redes existentes. Los ejemplos supondrán que los valores de tensión y presiones dados para esos puntos de conexión son con la máquina consumiendo y, de no ser así deben aplicarse los mismos cálculos a los tramos preexistentes. En el cálculo de las intensidades y potencias de las máquinas de alterna y de continua sin inverter no hacemos intervenir el cos φ que las aumentaría ni las caídas de tensión que las disminuirían para simplificar el cálculo y por que se auto compensan en parte y los resultados son perfectamente aceptables.

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8.7.2.

DATOS QUE SON CARACTERÍSTICOS DE LA MÁQUINA Y QUE TIENEN QUE OBTENERSE DEL SUMINISTRADOR.

Es. Esdc.

Tensión secundaria máxima en las máquinas de alterna. Tensión secundaria máxima en corriente continua. En las máquinas con inverter se acostumbra a dar este valor. Esat. Tensión en alterna máxima de un brazo de la conexión en estrella secundaria. En las máquinas trifásicas se acostumbra a dar este valor. Icc. Intensidad máxima en cortocircuito del circuito de soldadura. Its. Intensidad térmica secundaria del circuito de soldadura. Q agua Caudal de agua necesario. P agua Presión necesaria a la entrada de la máquina. Q aire Consumo en Nm3 para 1000 maniobras de soldeo a máxima cursa y presión. Datos que el usuario debe decidir Fm. Factor de marcha de la máquina. Posibles caudales de agua y aire que puedan ser necesitados para útiles a aplicar en las máquinas (caso muy frecuente en las prensas) y que deberán ser añadidos a los que necesite la máquina. Trayectoria y forma de las instalaciones de agua, aire y electricidad con datos aproximados sobre las bandejas, curvas, codos, Tes, aparellaje auxiliar, materiales a emplear, etc…

En los ejemplos que desarrollamos a continuación damos unos datos característicos de máquinas que no responden a ningún modelo ni fabricante concretos pero que son totalmente realistas y de probable coincidencia con los de máquinas fabricadas por empresas con solvencia técnica. Es obvio que de no necesitarse la plena potencia de las máquinas o trabajar con factores de marcha distintos pueden rehacerse los cálculos siguiendo la misma pauta. Si lo aconsejado para la instalación por el fabricante, quien teóricamente es el que mejor conoce la máquina, difiere de lo que resulte de aplicar estos cálculos es prudente cotejarlos y razonar con el mismo fabricante antes de aplicar unos u otros valores. A las máquinas las denominamos con su habitual nombre comercial y su potencia nominal aunque como ya hemos comentado en otros lugares del Manual esa potencia no define la capacidad de soldadura de la máquina ni la usamos para calcular la instalación. Capítulo VIII

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8.7.2.1.

Consideraciones sobre la potencia necesaria del transformador

Hemos de hacer especial mención de un punto muy importante de estos cálculos: El resultado correspondiente a la potencia necesaria para el transformador de distribución donde se tiene que conectar la máquina está calculado para tener certeza de un funcionamiento correcto sin perjuicios para otros consumos y que no se produzcan parpadeos. Es teóricamente correcto y evita problemas si ese transformador alimenta el alumbrado de un trabajo delicado que precise una buena iluminación. En la práctica real muy raramente coincide ese caso y el trabajar a la potencia máxima y con elevado factor de marcha y en las horas que mas perjudica ese parpadeo, por lo que hay numerosísimas instalaciones trabajando sin problemas con transformadores de una potencia un 40% inferior e incluso menos en algunos casos. La decisión sobre la potencia necesaria del transformador solo puede tomarla el usuario conociendo el entorno que lo rodea. Para evitar que sea demasiado enfarragoso este capítulo solo calcularemos las instalaciones de aire y agua para un par de máquinas, cuya pauta de cálculo podrá ser fácilmente aplicada a otros casos. Punteadoras de pedestal. Máquina monofásica a pedal de 20 kVA Datos según 8.7.1., 8.7.2. y 8.7.3. Ep. (tensión de la red de alimentación) 380 V. Ll. (longitud de la línea eléctrica necesaria para la conexión) 50 m. Es. 4 V. Icc. 14.500 A. Its. 3.500 A. Fm. 8 %. En estas máquinas se alcanza fácilmente este valor.

Valores calculados. Pt. (potencia térmica) Pt = Es. x Its. = 4 x 3.500 = 14.000 VA = 14 kVA Pn. (potencia nominal) Pn. = Pt. x √2 = 14 x 1,41 = 20 kVA La Pn. coincide con la denominación comercial; pero, no siempre es así. Pm. (potencia máxima de soldadura). Pm. = Icc. x Es. x 0,8 = 14.500 x 4 x 0,8 = 46400 VA = 46,4 kVA Capítulo VIII

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Pc. (potencia de conexión). Pc. = Pm x √Fm = 46,4 x √0,08 = 46,4 x 0,283 = 13,13 kVA Itp. (Intensidad térmica primaria) Itp. = Pt. / Ep. = 14.000 / 380 = 37 A. Ic. (Intensidad de conexión) Ic. = Pc. / Ep. = 13,130 / 380 = 34,5 A. Imp. (Intensidad máxima primaria) Imp. = Pm. / Ep. = 46400 / 380 = 122 A.

Componentes a emplear en la instalación. Seccionador: Itp = 40 A. Fusibles retardados: Ic. ó Itp. = 40 A. Magnetotérmico: Ic. = 40 A. Regulación magnetotérmico Itp. = 37 A. Capacidad libre necesaria en el transformador trifásico de distribución Pt. √3 = 14 x 1,73 = 24 kVA Potencia necesaria del transformador trifásico de distribución. Pm. x √3 = 46 x 1,73 = 80 kVA ( ver 8º.7.2.1. ) . Sección de los cables de alimentación por criterio de calentamiento. Entrando en tabla 8º.4.5.A. con Itp. x 1,05 = 37 x 1,05 = 39 A. es admisible un cable de 4 mm2. Sección de los cables por criterio de caída de tensión Entrando en la tabla 8º.4.5.B con Imp. x Ll. = 122 x 50 = 6100 observamos que es necesaria una sección de 16 mm 2 para tener una caída de unos 15 V. pues con 10 mm2 sobrepasaríamos los 20 V. de caída y que con menos mm2 de sección sería inviable el funcionamiento. La línea tiene que ser con cable de 16 mm2. Máquina de pedestal de corriente alterna monofásica de 100kVA

Datos según 8.7.1., 8.7.2. y 8.7.3 Ep. (tensión de la red de alimentación) 400 V. Ll. (longitud de la línea eléctrica necesaria para la conexión) 40 m. P agua (presión de la red donde se conecta la máquina) 400 kP. L agua (longitud de las tuberías de agua para la máquina) 100 m. P aire. (presión de la red de aire comprimido) 600 kP. L aire (longitud de tuberías a instalar para la máquina) 50 m. Es. 10 V. Icc. 35.000 A. Its. 7.000 A. Capítulo VIII

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(caudal de aire necesario) 1,3 Nm3 de aire para 1000 soldaduras. Q agua (caudal de agua necesario) 8 l. / m. Fm. 8 %. En estas máquinas puede alcanzarse este valor. Q aire

Valores calculados Pt. (potencia térmica) Pt = Es. x Its. = 10 x 7000 = 70.000 VA = 70 kVA Pn. (potencia nominal) Pn. = Pt. x √2 = 70 x 1,41 = 98 kVA La Pn. casi coincide con la denominación comercial; pero, no siempre es así. Pm. (potencia máxima de soldadura) Pm = Icc. x Es. x 0,8 = 35.000. x 10 x 0,8 = 280.000 VA = 280 kVA Pc. (potencia de conexión) Pc. = Pm x √Fm = 280 x √0,08 = 280 x 0,283 = 79 kVA Itp. (Intensidad térmica primaria) Itp. = Pt. / Ep. = 70.000 / 400 = 175 A. Ic (Intensidad de conexión) Ic. = Pc. / Ep. = 79.000 / 400 = 198 A. Imp. (Intensidad máxima primaria) Imp. = Pm. / Ep. = 280.000 / 400 = 700 A.

Componentes a emplear en la instalación. Seccionador: Itp = 200 A. Fusibles retardados: Ic. = 200 A. Magnetotérmico: Ic. = 200 A. Regulación magnetotérmico: Itp. = 175 A. Capacidad libre necesaria en el transformador trifásico de distribución Pt. x √3 = 70 x 1,73 = 120 kVA. Potencia necesaria del transformador trifásico de distribución Pm. x √3 = 280 x 1,73 = 480 kVA ( ver 8º.7.2.1. ) . Sección de los cables de alimentación por criterio de calentamiento. Entrando en tabla 8º.4.5.A. con Itp. x 1,05 = 175 x 1,05 = 184 A. es admisible un cable de 70 mm2. Sección de los cables por criterio de caída de tensión. Entrando en la tabla 8º.4.5.B con Imp. x Ll. = 700 x 40 = 28.000 observamos que con esos 70 mm2 tenemos una caída de unos 16 V. Lo cual es admisible. La línea tiene que ser con cable de 70 mm2

Capítulo VIII

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Máquina de corriente continua por rectificación trifásica de 100 kVA

Datos según 8.7.1., 8.7.2. y 8.7.3 Ep. (tensión de la red de alimentación) 400 V. Ll. (longitud de la línea eléctrica necesaria para la conexión) 40 m. Esat. 6,3 V. Icc. 55.000 A. Its. 11.000 A. Fm. 6 %. Es un valor para usos generales, que puede superarse en trabajos seriados bien preparados. Valores calculados Esdc. (tensión secundaria en continua) Esdc. = Esat. x 1.34 (este factor es el correspondiente al tipo de rectificación de estrella exafásica que es el normalmente empleado por exigir diodos menos dimensionados) = 6.3 x 1,34 = 8,44 V. Pt. (potencia térmica). Pt. = Esdc x Its. = 8,44 x 7000 = 92.860 VA = 93 kVA Pn. (potencia nominal). Pn. = Pt. x √2 = 93 x 1,41 = 131 kVA La Pn. no coincide con la denominación comercial, lo cual ocurre con frecuencia por diferentes motivos. Pm. = Icc. x Esdc. x 0,8 = 55.000. x 8,44 x 0,8 = 371,360 VA = 360 kVA Pc. (potencia de conexión) Pc. = Pm x √Fm = 360 x √0,06 = 280 x 0,245 = 69 kVA Itp. (Intensidad térmica primaria) Itp. = Pt. / Ep. = 93.000 / 400/ √3 = 135 A. Ic. (Intensidad de conexión) Ic. = Pc. / Ep. = 69.000 / 400/ √3 = 100 A. Imp. (Intensidad máxima primaria) Imp. = Pm. / Ep. = 360.000 / 400/ √3 = 520 A.

Componentes a emplear en la instalación. Seccionador: Itp. = 160 A. Fusibles retardados: Ic. pero no menor que Itp = 125 A. Magnetotérmico: Ic. ó Itp. = 160 A. Regulación magnetotérmico: Itp. = 135 A. Capacidad libre necesaria en el transformador trifásico de distribución Pt. = 93 kVA Potencia necesaria del transformador trifásico de distribución Pm. = 360 kVA ( ver 8º.7.2.1. ) . Capítulo VIII

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Sección de los cables de alimentación por criterio de calentamiento Entrando en tabla 8º.4.5.A. con Itp. x 1,05 = 135 x 1,05 = 142 A. es admisible un cable de 50 mm2. Sección de los cables por criterio de caída de tensión Entrando en la tabla 8º.4.5.B con Imp. x Ll. = 520 x 40 = 20.800 observamos que con esos 50 mm2 tenemos una caída de unos 16 V. Lo cual es admisible. La línea tiene que ser con cable de 50 mm2. Pueden comprobar que empleando una máquina de continua precisan de menos costes en transformador y en línea eléctrica y necesitan una acometida de red de menos potencia y, eso lo consiguen con una máquina de continua que da una corriente de soldadura máxima de 44000 A. contra 28000 A. de la de alterna. por lo que de utilizar máquinas con la misma intensidad máxima de soldadura el ahorro de transformador y línea sería mayor todavía. Calculo de las instalaciones de aire y agua para estas máquinas de 100kVA (suponemos los mismos datos para las dos máquina salvo en el caudal de agua, Q agua que será de 12 l. / m. en la máquina de continua Compresor. Supondremos 20 soldaduras por minuto a su máxima capacidad. Capacidad compresor libre para la máquina 13 x 20 x 60 = 15,6 Nm3 / hora

Instalación necesaria. Supondremos que la carrera de acercamiento que utilizaremos será del 50% de la máxima y que el acercamiento es la mitad del consumo y el retorno la otra mitad. Consumo de aire durante el acercamiento 13 x 0,5 x 0,5 = 3,25 l. El acercamiento lo supondremos de 8 periodos.

La red y el compresor deben poder suministrar esos 20 l. /s. que de no disponer de aire acumulado en ellos significaría una capacidad de suministro necesaria de 72 Nm 3 /hora. Tuberías. Entrando en el ábaco 13-8 por la horizontal correspondiente a 20 l/s alcanzamos la vertical correspondiente a los 600 kP con que trabajamos en un punto y desde ese punto trazamos una línea paralela a las rayas inclinadas del ábaco. Capítulo VIII

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Esa línea que hemos trazado se cruza con las líneas horizontales correspondiendo a cada diámetro de tubería. La vertical descendiente desde cada cruce indica en el eje de abscisas la perdida de carga para cada diámetro de tubería. Observaremos que con tubería de 1” caen 140 Pascales por metro, 420 con la de 3/4” y 1600 P. con la de 1/2”. El aparellaje, codos, Tes., válvulas, empalmes, etc. suponemos equivalen a unos 16 m. de tubería La caída de presión aceptable es de un 6% como límite máximo, o sea 36 kP, y por tanto empleando la de 3/4” la caída será de (50 + 16) x 420 = 27,72 kP y por tanto elegiremos esa medida como la mínima a emplear . Si se instalan tubos de aire sobredimensionados actúan como depósito a presión auxiliar y permite añadir en el futuro otros consumos no previstos actualmente. Si la máquina está dotada de depósito de aire auxiliar debidamente dimensionado cualquier dimensionamiento de la red es suficiente. Recomendamos, no obstante, utilizar tuberías de al menos 3/4”. Instalación de agua. La longitud de tuberías indicada de 100 m. ya suponemos que es la suma de los tramos rectos mas los metros equivalentes ( ver 8º.6.2. ) de las curvas y aparellaje que compone la instalación Para 8 l/m. y 12 l/m. corresponden unas caídas de presión por metro según la tubería empleada de ( ver el ábaco 15-8 ) Tubo de 1” 38 Pascales y 60 P 3.800 y 6.000 Pascales en 100 m. Velocidad del agua 0,25 m/s. y 0,38 m/s. Tubo de 3/4” 130 P y 240 P 13.000 y 240.000 P en 100 m. Velocidad del agua 0,48 m/s. y 0,62 m/s. Tubo de 1/2” 600 P y 900 P 60.000 y 900.000 P en 100 m. Velocidad del agua 0,75 m. /s. y 1,1m. /s. Al necesitar las máquinas 250 kP y disponer de 400 kP en la red podemos permitirnos una caída de 150 kP. o sea 150.000 Pascales observamos que por criterios de caída de presión pueden instalarse con tuberías de 1/2” Aplicando el criterio de velocidad del agua en las tuberías emplearemos este diámetro de 1/2” si son aguas que puedan depositar lodos y la de 3/4” si no se da esa posibilidad y se prevé algún otro consumo futuro en ese ramal de la instalación. Prensa de soldadura de 315 kVA, alterna, monofásica Datos según 8.7.1., 8.7.2. y 8.7.3. Ep. (tensión de la red de alimentación) 400 V. Ll. (longitud de la línea eléctrica necesaria para la conexión) 40 m. Es. 13.8 V. Capítulo VIII

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Icc. 88.000 A. Its. 16.200 A. Fm. 4 %. En estas máquinas es difícil superar este valor.

Valores calculados Pt. (potencia térmica) Pt. = Es. x Its. = 13.8 x 16.200 = 223.560 VA = 224 kVA Pn. (potencia nominal) Pn. = Pt. x √2 = 224 x 1,41 = 315 kVA La Pn. coincide con la denominación comercial; pero, no siempre es así. Pm. (potencia máxima de soldadura) Pm. = Icc. x Es. x 0,8 = 88.000 x 13.8 x 0,8 = 971.500 VA = 970 kVA Pc. (potencia de conexión) Pc. = Pm x √Fm = 970 x √0,04 = 970 x 0,2 = 194 kVA Itp. (Intensidad térmica primaria) Itp. = Pt. / Ep. = 224.000 / 400 = 560 A. Ic. (Intensidad de conexión) Ic. = Pc. / Ep. = 194.000 / 400 = 485 A. Imp. (Intensidad máxima primaria) Imp. = Pm. / Ep. = 970.000 / 400 = 2.450 A.

Componentes a emplear en la instalación. Seccionador: Itp = 630 A. Fusibles retardados: Ic. pero próximo a Itp = 500 A. Magnetotérmico: Ic. ó Itp. = 630 A. Regulación magnetotérmico Itp. = 560 A. Capacidad libre necesaria en el transformador trifásico de distribución Pt. x √3 = 224 x 1,73 = 388 kVA. Potencia necesaria del transformador trifásico de distribución Pm. x √3 = 970 x 1,73 = 1.680 kVA ( ver 8º.7.2.1. ) Sección de los cables de alimentación por criterio de calentamiento Entrando en tabla 8º.4.5.A. con Itp. x 1,05 = 560 x 1,05 = 590 A. es admisible un cable de 500 mm2. Sección de los cables por criterio de caída de tensión. Entrando en la tabla 8º.4.5.B con Imp. x Ll. = 2450 x 40 = 98.000 observamos que con esos 500 mm2 tenemos una caída de unos 6 V. Como este valor es muy reducido podemos dividir la línea y conducir los 590 A. con dos cables en paralelo que conducirían cada uno 290 A. y que por criterio de calentamiento serían de 150 mm2. Capítulo VIII

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Con esa nueva sección de 300 mm2 volvemos a entrar en la tabla y vemos que la caída de tensión es de unos 13 V., aceptable. La línea tiene que hacerse con dos cables en paralelo de 150 mm2 cada uno. Prensa de soldadura de 315 kVA trifásica soldando con corriente continua

Datos según 8.7.1., 8.7.2. y 8.7.3. Ep. (tensión de la red de alimentación) 400 V. Ll. (longitud de la línea eléctrica necesaria para la conexión) 40 m. Esat. 9.5 V. Icc. 130000 A. (ver la diferencia de prestaciones respecto a la de alterna) Its. 17000 A. Fm. 4 %. Este valor es difícil de superar con los trabajos que se hacen con estas máquinas. Valores calculados. Esdc. (tensión secundaria en continua) Esdc = Esat. x 1.34 (este factor es el correspondiente al tipo de rectificación de estrella exafásica que es el normalmente empleado por exigir diodos menos dimensionados) = 9.5 x 1,34 = 12.73 V. Pt. (potencia térmica) Pt. = Esdc x Its. = 12.73 x 17.000 = 216.410 VA = 216 kVA. Pn. (potencia nominal) Pn. = Pt. x √2 = 216 x 1,41 = 304 kVA. La Pn. no coincide con la denominación comercial; lo cual ocurre con frecuencia por diferentes motivos. Pm = Icc. x Esdc. x 0,8 = 130.000 x 12.73 x 0,8 = 1.324 kVA. Pc. (potencia de conexión) Pc. = Pm x √Fm = 1.324 x √0,04 = 1.324 x 0,2 = 265 kVA. Itp. (Intensidad térmica primaria) Itp. = Pt. / Ep. = 216.000 / 400/ √3 = 312 A. Ic. (Intensidad de conexión) Ic. = Pc. / Ep. = 265.000 / 400/ √3 = 383 A. Imp. (Intensidad máxima primaria) Imp. = Pm. / Ep. = 1.324.000 / 400/ √3 = 1.900 A.

Componentes a emplear en la instalación. Seccionador: = Itp = 315 A. Fusibles retardados: = Ic. pero no menor que Itp = 400 A. Magnetotérmico: = Ic. ó Itp. = 315. Capítulo VIII

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Regulación magnetotérmico = Itp. = 315. Capacidad libre necesaria en el transformador trifásico de distribución Pt. = 300 kVA. Potencia necesaria del transformador trifásico de distribución. Pm. = 1.300 kVA ( ver 8º.7.2.1. ) . Sección de los cables de alimentación por criterio de calentamiento Entrando en tabla 8º.4.5.A. con Itp. x 1,05 = 312 x 1,05 = 327 A. es admisible un cable de 185 mm2. Sección de los cables por criterio de caída de tensión Entrando en la tabla 8º.4.5.B con Imp. x Ll. = 1.900 x 40 = 76.000 observamos que con esos 185 mm2 tenemos una caída de unos 16 V. Lo cual es admisible La línea puede ser con cable de 185 mm2. Pinzas con transformador incorporado de alterna de 32 kVA

Datos según 8.7.1., 8.7.2. y 8.7.3. Ep. Ll. m. Es. Icc. Its. Fm.

(tensión de la red de alimentación) 380 V. (longitud de la línea eléctrica necesaria para la conexión) 40 5.6 V. 20.000 A. 4.000 A. 8 %. En estas máquinas se alcanza este valor.

Valores calculados Pt. (potencia térmica) Pt. = Es. x Its. = 5.6 x 4.000 = 22.400 VA = 22.4 kVA Pn. (potencia nominal) Pn. = Pt. x √2 = 22.4 x 1,41 = 31.6 kVA La Pn. coincide con la denominación comercial; pero, no siempre es así Pm. (potencia máxima de soldadura) Pm. = Icc. x Es. x 0,8 = 20.000 x 5.6 x 0,8 = 89.600 VA = 90 kVA Pc. (potencia de conexión) Pc. = Pm x √Fm = 90 x √0,08 = 90 x 0,283 = 26 kVA Itp. (Intensidad térmica primaria) Itp. = Pt. / Ep. = 22.400 / 380 = 59 A. Ic (Intensidad de conexión) Ic. = Pc. / Ep. = 26.000 / 380 = 68 A. Imp. (Intensidad máxima primaria) Imp. = Pm. / Ep. = 89.600 / 380 = 236 A. Capítulo VIII

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Componentes a emplear en la instalación. Seccionador: = Itp = 63 A. Fusibles retardados: = Ic. ó Itp. = 3 A. Magnetotérmico: = Ic. = 63 A. Regulación magnetotérmico = Itp. =59 A. Capacidad libre necesaria en el transformador trifásico de distribución Pt. x √3 = 22.4 x 1,73 = 40 kVA Potencia necesaria del transformador trifásico de distribución Pm. x √3 = 90 x 1,73 = 155 kVA ( ver 8º.7.2.1. ) . Sección de los cables de alimentación por criterio de calentamiento Entrando en tabla 8º.4.5.A. con Itp. x 1,05 = 59 x 1,05 = 62 A. es admisible un cable de 10 mm2. Sección de los cables por criterio de caída de tensión Entrando en la tabla 8º.4.5.B con Imp. x Ll. = 236 x 40 = 9440 observamos que es necesaria una sección de 25 mm 2 para tener una caída de unos 15 V. pues con 16 mm2 sobrepasaríamos los 20 V. de caída y que con menos mm2 de sección sería inviable el funcionamiento. La línea tiene que ser con cable de 25 mm2 Pinza con transformador incorporado alimentada por un inverter y soldando con corriente continua, de 32 kVA

Datos según 8.7.1., 8.7.2. y 8.7.3. Ep. (tensión de la red de alimentación) 400 V. Ll. (longitud de la línea eléctrica necesaria para la conexión) 40 m. Esdc. 5.6 V. Icc. 19.000 A. Its. 3.600 A. Fm. 8%. Es un valor para usos generales. Valores calculados. Pt. (potencia térmica) Pt. = Esdc x Its. / cos ϕ = 5.6 x 3.600/0.8 = 25000 VA = 25 kVA Pn. (potencia nominal) Pn. al 50 % de Fm. = Pt. x √2 = 25 x 1,41 = 35 kVA Pn. al 20 % de Fm. = Pt. x 2.22 = 55 kVA Aunque no esté establecido como norma varios fabricantes dan la Pn al 20% de Fm por lo que hemos añadido este valor para facilitar las comparaciones. Capítulo VIII

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Los kVA comerciales acostumbran a diferir de estos cálculos. Pm = Icc. (Ims) x Esdc. = 19.000. x 5.6 /cos ϕ = 133.000 VA = 133 kVA Las máquinas equipadas con “invertir” son prácticamente de intensidad constante y la Icc. y la Ims son iguales Pc. (potencia de conexión) Pc. = Pm x √Fm = 49.4 x √0,08 = 133 x 0,283 = 38 kVA Itp. (Intensidad térmica primaria) Itp. = Pt. / Ep. = 25000/ 380/ √3 = 38 A. Ic (Intensidad de conexión) Ic. = Pc. / Ep. = 38.000 / 380/ √3 = 58 A. Imp. (Intensidad máxima primaria) Imp. = Pm. / Ep. = 133.000 / 380/ √3 = 202 A.

Componentes a emplear en la instalación. Seccionador: = Itp = 40 A. Fusibles retardados: = Ic. pero no menor que Itp = 50 A. Magnetotérmico: = Ic. ó Itp. = 63 A. Regulación magnetotérmico = Itp. = 38 A. Capacidad libre necesaria en el transformador trifásico de distribución. Pt. = 25 kVA Potencia necesaria del transformador trifásico de distribución Pm. = 133 kVA ( ver 8º.7.2.1. ) . Sección de los cables de alimentación por criterio de calentamiento. Entrando en tabla 8º.4.5.A. con Itp. x 1,05 = 38 x 1,05 = 40 A. es admisible un cable de 6 mm2. Sección de los cables por criterio de caída de tensión Entrando en la tabla 8º.4.5.B con Imp. x Ll. = 202 x 40 = 8080 observamos que con esos 6 mm 2 tenemos una caída inadmisible. La línea tiene que ser con cable de16 mm2 (caerán unos 19 V.) Para calcular lo necesario en una máquina especial se precisa conocer los datos de cada elemento soldante, su Ic. (pueden ser valores muy diferentes los Fm. de cada elemento) y la simultaneidad en su funcionamiento - Agua: Está funcionando permanentemente y la instalación debe calcularse para la suma de todos los consumos parciales. - Aire: El caudal máximo es el de la suma mayor de los acercamientos o movimientos simultáneos. Puede ser indispensable un depósito o pulmón incorporado a la máquina - Seccionador: Su intensidad nominal tiene que ser igual a la mayor de las sumas de las Itp. que actúen simultáneamente Capítulo VIII

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- Fusibles: Su intensidad nominal debe ser igual o superior a la suma de las Ic. - Magnetotérmico: Su intensidad nominal debe ser igual a la suma de todas las Ic. y no menor de la mayor de las Itp. Cuando hay fuertes diferencias entre los consumos de los elementos soldantes y simultaneidades, algunos elementos quedan insuficientemente protegidos y necesitarían protecciones parciales sectoriales de ser muy importante su protección. El criterio térmico para la sección de cobre de la línea es aplicar la necesaria para la suma de todas las Ic. El criterio de caída de tensión debe tomarse para el mayor valor de las sumas de las Im. que actúen simultáneamente. Deben tomarse los márgenes de seguridad necesarios para un posible aumento de la producción o de los parámetros de soldadura en la misma máquina; pero, difícilmente pueden modificarse los valores de trabajo en una máquina especial de forma que obligue a instalarla con los datos máximos que admite la capacidad térmica de cada elemento soldante. Es obvia la utilidad de evitar simultaneidades en los consumos cuando es fácilmente evitable variando algunos tiempos de acercamiento para conectar la soldadura en movimientos simultáneos o empleando controles con discriminador.

8.8.

SEGURIDADES Y PROTECCIONES

Se puede considerar que casi todas las actividades industriales manufactureras tienen unos riesgos potenciales para aquellos que trabajan dentro del ciclo de producción. Las máquinas de soldar por resistencia no tienen mayor riesgo que las diversas máquinas que se emplean en las industrias; pero, es indispensable, cumplir unos requisitos básicos propios: a.- La máquina debe estar bien instalada por personal cualificado y que se haya instruido sobre lo que el fabricante indica al respecto. b.- Los que trabajen en la máquina tienen que haber sido instruidos en cuanto al manejo, precauciones, riesgos de su trabajo y material de seguridad de uso obligatorio. Este apartado es especialmente importante cuando se emplea personal cuyo idioma no es el del país o el de las instrucciones, o si es personal con muy poca experiencia industrial. c.- La programación, el montaje de útiles, la puesta a punto ,etc. tiene que ser realizada por personal debidamente preparado para ello y seguir el principio que cuando se interviene en máquinas con movimientos que puedan causar daños no puede haber ninguna otra persona distinta al que esta trabajando en ello cerca de los mandos de la máquina. Capítulo VIII

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Podemos distinguir entre las protecciones relacionadas con las máquinas y las relacionadas con el trabajo que se realiza en ellas. Tomando como objetivo principal la seguridad de las personas es importante saber que el operador trabaja normalmente con unas piezas que pueden cortar y pinchar por posibles rebabas, tanto en las manos como en los pies, que también pueden producir quemaduras, y que pueden producirse inopinadamente proyecciones de partículas fundidas a gran velocidad. Estos condicionamientos hace que sea absolutamente obligatorio trabajar con gafas protectoras, con cristales transparentes que puedan ser graduados, y, que impidan la entrada de partículas por la zona lateral, y que se deba trabajar con guantes y con calzado protector. Según el puesto de trabajo también es conveniente el uso de un delantal de cuero y el proteger el cabello con algún tipo de casco o gorra. El uso de las gafas protectoras y de calzado apropiado es indispensable que sea usado por todos aquellos que estén o se desplacen en los alrededores de los puestos de soldadura por resistencia. En lugares bien visibles deben situarse los pictogramas ( cap 11 ) señalando la obligatoriedad de usar los elementos de protección personal. Es aconsejable el que sea considerado falta laboral muy grave el no usar gafas de protección. Los accidentes que pueden ser causados por las máquinas bien instaladas son aquellos motivados por sus órganos en movimiento y afectan principalmente a las manos o miembros superiores que puede ser agarrados entre los electrodos, plataformas, mordazas, etc… Enumeramos algunas de las muchas posibilidades de disminuir el peligro de accidente, aunque, repetimos, son riesgos no superiores a los de muchos otros tipos de maquinaria empleados en la industria. Siempre que sea posible emplear el mando a dos manos en las prensas de soldadura. Establecer una carrera de trabajo lo más corta posible en todo tipo de máquinas. Evitar que las pinzas y pistolas portátiles se deban introducir en espacios limitados o con esquinas. Organizar el puesto de trabajo haciendo que las piezas sean sujetas y referenciadas entre si mediante útiles o mordazas, lo cual, además de conseguir una mejor regularidad en la calidad del trabajo permite mantener alejadas las manos de las partes en movimiento. Utilizar cargas y descargas automáticas. Limitar el espacio de carga permitiendo que solo pasen las piezas y que no quepan las manos. Capítulo VIII

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Utilizar barreras lumínicas o puertas automáticas que impidan la carga si existe la posibilidad de que esté o se ponga en movimiento la máquina. Etc…, etc... Una particularidad de este tipo de máquinas es la de producir intensos campos electromagnéticos debidos a las elevadas intensidades que se usan y las personas con marcapasos u otras prótesis electrónicas deben consultar con su médico sobre la posible afectación por esta causa. Al instalarlas deben situarse en lugar visible los pictogramas normalizados por ISO o por la costumbre previniendo contra esos riesgos. Estos campos pueden afectar a soportes magnéticos de datos, bandas magnéticas, etc... que se empleen en la misma máquina u otras, por lo que su almacenaje o uso tiene que estar apartado de ellos. En estas máquinas intervienen muchos circuitos de refrigeración con sus correspondientes empalmes y conexiones. La instalación debe prever que fugas en aquellos puntos en que pueda haberlas no deben afectar a ningún elemento sensible. Normalmente las máquinas están equipadas con protecciones que minimizan los problemas que pueden ocurrir por manejo inapropiado. Algunas de las protecciones más comunes son: Termostato en el circuito primario del transformador que desconecta la máquina si alcanza los 140º. Termostato en el circuito secundario del transformador que desconecta la máquina si alcanza los 80º. Termostato en el circuito de tiristores que desconecta si se alcanzan los 70º Caudalímetro para el control de la circulación de agua. Cierre del agua y soplado del circuito de refrigeración de los electrodos para facilitar el cambio de estos. Presostato para interrumpir el funcionamiento si falta la presión de aire. Circuito de entrada de aire con reconexión manual para evitar movimientos imprevistos al retornar la presión a la red. Mandos a dos manos no manipulables. Pedales de seguridad. Pantallas anti-chispas con descenso automático antes de soldar. Y, se podría continuar la lista que no es exhaustiva al respecto. Lo importante no es un exceso de seguridades que puedan complicar la operativa de trabajo sino el conocer las que lleva la máquina, tener bien estudiadas las necesarias para nuestras necesidades y que se controle periódicamente que funcionan y se aplican bien. Aunque no sea un problema de seguridad y protección antiinfortunio tenemos que hacer notar que es aconsejable el uso de sistemas de accionamiento por aire comprimido que no precisen Capítulo VIII

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nebulización de aceite para evitar tener que respirar en un ambiente cargado con derivados del petróleo, facilitar el mantenimiento de la limpieza en las instalaciones y evitar posteriores problemas en el pintado de las piezas.

8.9.

MANTENIMIENTO

Quien mejor puede orientar sobre el mantenimiento necesario en una máquina es su fabricante y se deben leer atentamente sus instrucciones al respecto. De no recibir instrucciones para ello, consultar datos para organizar un mantenimiento preventivo de acuerdo con la producción que se realice. Vamos a enumerar unas recomendaciones generales propias de las máquinas de soldar por resistencia. Los circuitos de refrigeración y sus seguridades son muy importantes. Dado que circuitos como el interruptor por thiristores, SCR, y los transformadores encapsulados son muy rápidamente dañados por la falta de agua no se debe comprobar el funcionamiento simplemente cortando el agua si no se hace con mucho cuidado y, en el caso de los SCR en ningún caso, pues si se han quedado en seco, sin agua alguna en su interior, se averían en la primera conexión antes de que actúe el termostato de protección. Tienen que comprobarse periódicamente que en los circuitos del agua, a igualdad de presión, circula el mismo caudal que se consideró suficiente cuando se puso en marcha la máquina y de no ocurrir comprobar el porqué, empleando para ello algún sistema de medida o comparativo propio puesto que los fabricantes, salvo en las de mayor precio, raramente equipan sus máquinas con caudalímetros en sus circuitos de agua. Creemos que el usuario debería instalarse sistemas de medición de caudal de los circuitos del agua si la máquina no los lleva incorporados. Si la falta de caudal es por deposiciones de cal en los conductos internos, elegir en el mercado el desincrustante mas apropiado teniendo en cuenta que prácticamente todo el circuito es de cobre y materiales cúpricos y si ya esta totalmente atorado algún circuito, consultar con un especialista por si puede encontrarse alguna solución química antes de acudir a soluciones mecánicas cuyos resultados son dudosos. Por posibles problemas de electrólisis no debe nunca sustituirse un racord o empalme por otro de distinto material ni reducir la longitud de las conexiones con tubo de goma ni cambiar su calidad. Para evitar pérdidas de agua en el acoplamiento de electrodos a sus portaelectrodos no utilizar ningún producto extraño, tiene que rectificarse y dejar en condiciones el cono o la superficie de contacto. Capítulo VIII

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Un punto a comprobar con frecuencia es el estado de los conductos de agua que llegan hasta los electrodos, el cual debe tener las medidas y estar a las distancias recomendadas ( ver 29-1 ). Otro punto importante para el mantenimiento son las zonas de contacto en el circuito de paso de la corriente de soldadura. Cuando se deba sustituir la conexión flexible, o por cualquier causa deba actuarse sobre algún empalme, las superficies de contacto deben limpiarse cuidadosamente sin emplear productos abrasivos que puedan rayar la superficie o quitarle el baño de plata si lo lleva. De encontrarse una superficie de contacto muy dañada e irregular debe desmontarse la pieza y planear y pulir la superficie con medios adecuados antes de volverse a montar, lo cual debe hacerse empleando material igual al original, protegiendo con grasa especial conductora ( cap. 6º.3. ) y apretando los tornillos en aspa cruzada con dos o tres vueltas. Los alojamientos de los brazos, especialmente si el contacto es cobre con aluminio, deben revisarse periódicamente, cada tres meses, reengrasándolos con grasa conductora, para evitar que su inamovilidad y falta de revisión los deje “soldados” e indesmontables. Las superficies de las plataformas de las prensas deben limpiarse siempre en toda su superficie y evitar el que vayan perdiendo su planitud por el uso continuado de las mismas zonas de trabajo. Son de aleaciones cúpricas de baja dureza y sensibles al mal trato. Es prudente dotarla de una protección cuando no se usan y que estén protegidas las zonas que no se usen durante la producción. En las máquinas de soldar por roldanas, si por cualquier circunstancia se tiene que desmontar la zona de contacto giratorio del cabezal, debe marcarse la situación de las piezas de frotamiento para montarlas exactamente igual, y, antes de hacer pasar corriente por el cabezal tiene que estar mas de 48 horas consecutivas girando sin corriente y sin presión y antes de empezar a soldar hacer algunos metros de soldadura con solo el 50% de la corriente normal. Se recomienda conectar con el fabricante antes de intervenir en el cabezal. En las máquinas de soldar a tope por centelleo es indispensable efectuar limpiezas muy frecuente debido a que a pesar de las protecciones que llevan instaladas, las partículas incandescentes llegan a todas partes. Las partes conductoras de plataformas o mordazas que no se estén usando en la aplicación en curso tienen que protegerse para evitar su deterioro y en zonas de difícil protección untarlas con un engrudo donde se queden enganchadas las partículas y que sea fácilmente eliminable. En los circuitos de aire deben revisarse periódicamente los silenciadores y, si no es de descarga automática, vaciar el agua que acumula el vaso del deshumidificador Si el circuito neumático Capítulo VIII

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de la máquina precisa de aire con nebulización de aceite revisar la aportación de aceite, pues su exceso, a lo que normalmente se tiende, es perjudicial para el ambiente de los talleres. El resto de mantenimiento necesario para cilindros, guías, ejes, etc... es el normal de esos mecanismos ya usados en muchas otras instalaciones. Y, limpieza, limpieza, y limpieza, los soldadores deberíamos tener nuestras máquinas tan limpias como acostumbran a estarlo los barcos de guerra en tiempo de paz.

8.9.1.

TEMPERATURAS ADMISIBLES

Cada uno de los componentes de una máquina o instalación adquiere una cierta temperatura durante su funcionamiento sin que ello signifique anormalidad alguna. Para evitarse desplazamientos y reclamaciones innecesarias creemos que los fabricantes deberían indicar las temperaturas admisibles en los diversos puntos del circuito y evitar dejar ese concepto de calentamiento admisible a la subjetividad de observadores con criterios que pueden ser erróneos pero difíciles de discutir a posteriori. Salvo mejor información del fabricante adjuntamos unos datos sobre este tema. La palma de una mano, no excesivamente “curtida”, no soporta más de un segundo una temperatura de unos 60ºC. que es la que varias normas aceptan para elementos que se pueden tocar en la máquina, sea accidentalmente o por trabajos no habituales y tan solo unos 10 s. una de 50ºC. sin que sea doloroso continuar con el contacto, y por ello juzgar que algo se calienta demasiado porque no se puede tocar es un criterio inadmisible para muchos puntos de un circuito. Los bobinados internos de los transformadores encapsulados están protegidos con termostatos de 140ºC. y sus aislamientos, clase F, pueden alcanzar los 155ºC. sin problemas. Como consecuencia, la superficie externa de un transformador puede estar a 70ºC. y ser normal. Los cables y conexiones pueden trabajar normalmente a unos 50ºC Las conexiones flexibles sin refrigerar pueden trabajar a unos 100ºC. en el punto mas alejado de sus zonas de contacto por donde se les evacua el calor. Las zonas de contacto en el circuito de alta intensidad pueden alcanzar los 70ºC. Los brazos, tanto de máquinas fijas como de pinzas alcanzan los 50ºC. (una de las razones que obligan al uso de guantes). Los portaelectrodos, adaptadores, cuerpo de los electrodos, cobres de útiles, etc... pueden alcanzar los 75ºC. Capítulo VIII

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Es obvio que se precisa un termómetro de contacto para conocer las temperaturas y que las apreciaciones “personales” no sirven para cualquier consulta o reclamación si se sospecha la existencia de alguna anomalía.

8.10.

COSTO DE UNA SOLDADURA

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

8.10.1.

COSTES DIRECTOS

8.10.1.1.

Energía eléctrica

Este coste es el más exactamente calculable. Tiene poca importancia respecto al coste total. La fórmula que damos es aproximada pero muy suficiente para el destino que se le da al resultado. Los kWh consumidos por soldadura responden a la siguiente formula: 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 fi es el factor de potencia, relación entre la potencia aparente y la real, el cual lo Capítulo VIII

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estimaremos en 0,8 como límite alto, para que compensen las pérdidas de la línea de alimentación. a limentación. Estas máquinas tienen un consumo de energía totalmente desestimable cuando no están realizando la soldadura. 8.10.1.2.

Agua

El consumo de agua puede tener costes muy variables según el sistema que se emplee y la procedencia del agua, Si se emplea agua potable de la red pública su coste puede ser importante. El consumo de agua por hora necesario para una máquina lo indican las instrucciones del fabricante; pero, en el caso de no disponer ese dato, lo encontrarán en ( cap. 8º.6.1. ) con suficiente precisión para este cálculo de costes. Como el agua no debe interrumpirse en ningún momento el consumo de agua por soldadura es igual al consumo horario multiplicado por las horas de la jornada de trabajo y dividido por la cantidad de soldaduras realizadas en una jornada. El coste dependerá de ese consumo y del precio a que nos salga el agua según el sistema que empleemos ( cap. 8º.6.3. ) . 8.10.1.3.

Aire comprimido

Conocida la presión de trabajo y la carrera de los movimientos se puede calcular el volumen de aire normal no rmal por soldadura. La máquina solo consume aire cuando suelda. El coste del aire depende de la instalación de que se disponga y de si se emplea ya para otros usos, en cuyo caso este coste del aire y de la parte de costo que le corresponda por el mantenimiento de la red . Puede ser marginal y poco importante. 8.10.1.4.

Consumo de electrodos o útiles para soldar

Es un costo al que hay que q ue dedicarle atención. El consumo de electrodos debe siempre tenerse presente cuando se calculan costos, y este consumo es muy variable 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 protuberancias. Soldando por puntos, una ayuda suficiente para conocer la cantidad de soldaduras que se pueden realizar con un juego de electrodos la encontraran en ( cap. 6º.8.7. ) aunque no obstante en este punto debe intervenir el experto en los procesos de soldeo

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por cuanto es muy importante conocer con que tipo de electrodo y de que forma se va a efectuar el soldeo. 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 soldadura por protuberancias la vida de un útil llega a los 4 o 5 años o unas 800000 piezas, sustituyendo las pastillas de cobre, electrodos, cada 200000 piezas, con rectificaciones intermedias. Lógicamente estos valores son muy a “grosso modo” y pueden sufrir grandes variaciones según el trabajo, el como se realice y, principalmente la complejidad y buen o mal diseño del útil. 8.10.1.5.

Mano de obra empleada en soldar

En ( cap. 11º.7. ) encontrarán unas orientaciones para prever los tiempos necesarios para el soldeo de piezas; pero, la experiencia propia es la base mas sólida para calcular esos tiempos. 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 máquina de soldar depende de su complejidad, pero, aun en máquinas standard poco complejas debe preverse tan solo de un 80% pues los tiempos para cambio de electrodos, limpiezas, 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 facilidad para la carga y la descarga también es un factor importante. El tiempo empleado en aportar los materiales a pie de máquina es un costo a tener en cuenta.

8.10.2.

COSTES INDIRECTOS

Los costos indirectos son importantes 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 apliquen los suyos particularmente y luego los vuelva a recibir a través de un precio hora o de algún coeficiente general.

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8.10.2.1.

Amortización de la instalación instalación eléctrica, neumática, de refrigeración y de la máquina

Estos costes pueden ser muy importantes si tenemos que realizar todo el gasto de la instalación, incluido el que haya afectado a la estación transformadora de la compañía suministradora de energía, o ser menos gravoso si utilizamos gran parte de la instalación existente. Estas instalaciones son permanentes y totalmente utilizables para piezas a soldar en el futuro o incluso para otros trabajos por lo que esta amortización debe calcularse con criterios más empresariales que técnicos. 8.10.2.2.

Amortización del coste de la máquina

En el coste de una máquina intervienen dos componentes distintos, uno que forma el conjunto básico de la máquina que será útil con otros muchos trabajos futuros y cuya amortización se hará con criterio empresarial y otro que es el conjunto de elementos que son específicamente aptos para la pieza cuya producción se esta estudiando. Este componente específico es muy elevado en las máquinas y útiles especiales, y poco importante en las máquinas estándar. El coste de éstos elementos, mas el de volver a dejar la máquina con su conformación básica, debe amortizarse totalmente con la producción de piezas prevista. Como ejemplos podemos comparar el alimentador automático de tuercas o tornillos cuyo automatismo solo requiere el cambio de ciertos componentes poco costosos para cada medida, con la producción de soldaduras por protuberancias con un útil con muy poco valor residual cuando cesa de producir aquello para lo que estaba diseñado y con una máquina especialmente diseñada para una producción especifica determinada cuya readaptación para otra tarea, aun cuando pueda tener un valor residual apreciable, siempre es costoso. 8.10.2.3.

Amortización de los útiles de fijación de las piezas.

Estos útiles, aun cuando no formen parte de la máquina o instalación de soldadura deben considerarse una parte de d e ella y su amortización tiene que ser total con la producción de piezas prevista. Parte de sus aprietes o referenciadores pueden ser reutilizados en otros útiles; pero, es prudente amortizar la totalidad de su valor. Capítulo VIII

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8.10.2.4.

Amortización del sistema de aporte y retirada de las piezas antes y después de soldarse

En algunos casos carece de importancia y en algunos otros puede llegar a ser un costo importante al obligar a modificar espacios existentes o a adquirir o instalar nuevos medios de movimiento. 8.10.2.5.

Contribución al gasto de los equipos de mantenimiento

Según el sistema de costos empleado puede ser este un componente del costo a tener en cuenta.

8.10.3.

EJEMPLO DE CÁLCULO DEL COSTE DE SOLDAR UNA PIEZA

Datos de partida para el cálculo. Chapas de acero limpias de 0,8 + 0,8 mm. 18 puntos de soldadura por pieza. 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. e xistente. La máquina no ha requerido ninguna instalación especial. Máquina de 63 kVA, 700daN con 7,1 V. de Es y un cos fi de 0,8. Soldando los puntos con 9000 A. de promedio y 8 periodos. Consumo de agua: 8 l. / m. Con control que permite aumentos escalonados de intensidad. Precio de la máquina: 8000 Euro. Coste de la energía: 0.075 Euro/kWH Coste del agua : 1,00 Euro/m3 Coste de la mano de obra: 20 Euro/Hora Coste de 1 electrodo: 6 Euro

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8.10.3.1.

Energía eléctrica

Coste por 1000 piezas = 40,9 x 0,075 = 3,07 Euro. 8.10.3.2.

Agua

9 h. x 60 m. x 8 l. = 4320 l. / día = 4,32 m 3 / día

11 m3 x 1 = 11 Euro/1000 piezas 8.10.3.3.

Aire

Suponemos un gasto testimonial de 0,5 Euro al día,

8.10.3.4.

Electrodos

Suponemos que con 8 escalonados de intensidad podremos hacer 3600 soldeos sin reavivar y que podremos reavivar los puntos 5 veces. Con dos electrodos haremos 18000 puntos, o sea, 1000 piezas Los 5 reavivados nos ocuparan 10 m. realizados fuera de la máquina 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 6 E. = 12 Euro/1000 p. Coste del tiempo de reavivados 10 m. / 60 x 20 = 3,33 Euro/1000p.

Capítulo VIII

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8.10.3.5.

Mano de obra

Por cálculo previo sobre la pieza y la eficiencia posible se determina que se producirán 400 piezas diarias.

20 horas x 20 €. = 400 Euro/1000 piezas 8.10.3.6.

Amortización máquina

Suponemos que la máquina tiene un valor residual a los 5 años de un 25% de su valor y que solo hará estas piezas.

Como la máquina e instalación que empleamos es de un tipo estándar simple, el resto de costes indirectos anteriormente señalados no los tendremos en cuenta y los suponemos incluidos en el coste de la mano de obra. Coste total por 1000 piezas Electricidad Agua Aire Electrodos Mano de obra Amortización máquina Total

3,07 Euros 11,00 Euros 1,25 Euros 15,33 Euros 400,00 Euros 12,00 Euros —————— 442,65 Euros

En estos costes 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 máquina más horas al día. C.- Prestar atención al tipo electrodos empleados y a su buen bue n uso. D.- Emplear otra solución para el agua de refrigeración. E.- Estudiar la pieza y el proceso de fabricación para hacerla con protuberancias soldadas con un solo golpe de prensa, o, emplear un montaje de máquina especial realice los puntos automáticamente y se descargue mientras el operador evacua lo soldado y prepara una nueva carga de pieza, o, sustituir al operario por un robot equipado con una pinza que lleve la pieza a Capítulo VIII

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la máquina, o, etc..., etc…

Capítulo VIII

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CAPITULO IX SUMARIO 9.

CONTROL DE CALIDAD Y DETECCIÓN DE DEFECTOS EN LOS RESULTADOS OBTENIDOS Y EN LOS MEDIOS EMPLEADOS EMPLEADOS......... .................. .................. .................. .................. ............. 3 9.1. ¿QUE GRADO DE ACABADO, DE ASPECTO Y RESISTENCIA, DESEAMOS? ......... ................. ................. .................. ............. ....44 9.1.1. ASPECTO SUPERFICIAL ................. .......................... .................. ............... ......44 9.1.2. RESISTENCIA DE LA SOLDADURA........................4 9.2. SISTEMAS DE CONTROL Y VERIFICACIÓN ........... .............. ... 6 9.2.1. CONTROL VISUAL................... VISUAL............................ .................. .................. ............... ......99 En soldaduras por puntos .................... .............................. ..................... ............. 9 En soldadura por protuberancias................. protuberancias............................. ............10 10 9.2.2. CONTROL DEFORMATORIO NO DESTRUCTIVO12 9.2.3. CONTROL CONTROL DESTRUCTIVO ..................... ............................... ............... .....12 12 9.3. CONTROL MEDIANTE TÉCNICAS ESPECIALES ..... .....14 14 9.3.1. POR ULTRASONIDOS.......... ULTRASONIDOS ................... .................. .................. ................ .......14 14 9.3.2. POR RAYOS ULTRAVIOLETAS .................. ............................ ............ 14 9.3.3. POR EL SONIDO PRODUCIDO DURANTE EL PASO DE LA CORRIENTE DE SOLDEO ............... ...............14 14 9.3.4. POR RAYOS X ................. .......................... .................. .................. .................. ............ ...15 15 9.3.5. POR COMPROBACIÓN PERMANENTE DE LOS PARÁMETROS APLICADOS EN LAS SOLDADURAS .................. ........................... .................. ................... ................... ........... 15

Capítulo IX

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9.4. DEFECTOS EN LOS MEDIOS DE PRODUCCIÓN QUE AFECTAN A LA CALIDAD ................... ............................ .............. .....15 15 9.4.1. ESFUERZO............... ESFUERZO........................ .................. .................. .................. ................. ........... ...15 15 9.4.2. REFRIGERACIÓN......... REFRIGERACIÓN .................. .................. .................. .................. ............... ......16 16 9.4.3. PIEZAS ................. .......................... ................. ................. .................. .................. ................ .......16 16 9.4.4. CALOR, ENERGÍA .................. ........................... ................... ................... ............. ....17 17 9.4.5. CAÍDAS DE TENSIÓN EN LA RED ................... ........................ .....17 17 9.4.6. ELECTRODOS ................. ........................... ................... .................. .................. .............18 18 9.4.7. CIRCUITO MECÁNICO DE LAS MÁQUINAS.........18 9.5. ADIESTRAMIENTO......................................................18

Capítulo IX

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9.

CONTROL DE CALIDAD Y DETECCIÓN DE DEFECTOS EN LOS RESULTADOS OBTENIDOS Y EN LOS MEDIOS EMPLEADOS

En los trabajos de soldadura por resistencia es importante, como en cualquier trabajo industrial, comprobar que los resultados obtenidos corresponden a lo que se espera de ellos. Esta verificación no es fácil y se está luchando por obtener, sin conseguirlo hasta ahora, algún sistema cómodo y eficaz de comprobación que sin destruir la pieza garantice que la calidad de la soldadura que se está produciendo es la deseada. Lo que por el momento se está consiguiendo es tener unos controles de corriente, tiempo y presión, y unas máquinas que gracias a su tecnología nos permiten confiar en los resultados obtenidos si se presta la debida atención humana a circunstancias como el comportamiento de la cara activa de los electrodos, la suciedad o deformación de las piezas, la ubicación de los puntos si está es manual, etc... Es obvio que no tiene las mismas exigencias de aspecto una soldadura realizada en lo que será la superficie exterior visible de un automóvil o un electrodoméstico y la que se realiza en piezas que luego quedan ocultas de esos mismos artículos. También es obvio que la garantía de resistencia de una o unas soldaduras ubicadas en piezas de compromiso de un avión o un automóvil no será la exigible para una carretilla manual o un pasapurés. Las normativas para el control de calidad obtenibles en las publicaciones especializadas de los Institutos de Soldadura así como las de la mayoría de los departamentos de carrocería de los fabricantes de automóviles, empresas aeronáuticas o industria militar acostumbran a ser completísimas y están normalizados hasta los detalles mas nimios. Para cada tipo de soldadura y pieza están determinados los porcentajes admisibles de cada uno de los defectos según la clasificación a que pertenecen. El comprender y cumplir total y rigurosamente con esas normativas no es fácil y su grado de cumplimiento probablemente es variable, no solamente entre diversas fábricas de un mismo grupo, sino incluso en una misma fábrica según sea época de gran demanda de producción o mas calmada. Para los soldadores que no dominan o no necesitan aplicar esas estrictas y muy extensas y complejas normas hemos desarrollado este capitulo, pues en la realidad no existen unas calidades específicas para cada caso concreto. Cada empresa las adecua a Capítulo IX

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sus necesidades y pueden ser diferentes para los diversos trabajos que realice. Ante las grandes diferencias entre lo exigible a una soldadura, es importante preguntarse.

9.1.

¿QUE GRADO DE ACABADO, DE ASPECTO, y RESISTENCIA, DESEAMOS?

Es el propio usuario quien debe establecer sus propias exigencias y contestarse unas preguntas, para lo cual damos unas orientaciones sobre ello.

9.1.1.

ASPECTO SUPERFICIAL

Para el aspecto superficial de la soldadura se acostumbran a establecer tres categorías 1ª.- Sobre la superficie donde se ha realizado la soldadura tiene que poderse pintar con muy leve preparación previa sin que se note después la presencia de la soldadura. Este es el tipo de soldadura que se le llama “sin huella”, aun cuando la ausencia total de huella en puntos realizados durante la producción es muy difícil de conseguir. 2ª.- La soldadura ha dejado una huella regular y limpia de una profundidad no superior al 12% del espesor de la plancha. 3ª.- La soldadura ha dejado una huella que puede ser irregular en cuanto a su forma y de una profundidad no superior al 24% del espesor de la plancha. Los bordes deben estar limpios y exentos de rebabas o puntos cortantes.

El aspecto externo no es suficiente indicio de la calidad de la soldadura en cuanto a su resistencia mecánica.

9.1.2.

RESISTENCIA DE LA SOLDADURA

En la resistencia exigida también podemos establecer tres categorías según lo que el fallo de ellas pueda provocar: 1ª.- Peligro físico para personas o graves daños materiales. Aquí están incluidos los llamados “puntos de seguridad” Capítulo IX

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2ª.- Paros en la instalación productiva o no aceptación del producto por el cliente. 3ª.- Es necesaria pero no critica, solo provoca perjuicio si se une a otros fallos o circunstancias de baja probabilidad.

La determinación de la resistencia que deseamos podemos fijarla en función de los medios que utilizaremos para su comprobación, los cuales pueden coexistir perfectamente con diferente periodicidad en las comprobaciones. Pueden ver en 1-9 una orientación de las resistencias al cizallado y a la desbotonadura para lentejas en su valor mínimo admisible con diversos gruesos de chapa y otra curva 2-9 con los diámetros de las lentejas para cada grueso de chapa.

1-9

2-9 Capítulo IX

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Los diámetros de lentejas que se obtienen en las soldaduras por protuberancias varían entre el 1.1 y el 1.6 del diámetro de la protuberancia. En la soldadura por roldanas la anchura del cordón obtenido oscila entre el 0.6 y 0.8 de la anchura de la cara activa de la roldana. La máxima resistencia a la rotura por tracción que puede tener una lenteja que desbotona se puede calcular a partir de la superficie de la rotura, la cual será el DL medio de la lenteja x π x Ech de la chapa mas delgada. La máxima resistencia a la rotura por cizallamiento se puede calcular a partir de la superficie de rotura, que en este caso es la sección de la lenteja, o sea, DL² x π/4. Según sea la resistencia por mm2 del material con que estamos trabajando será la carga de rotura de esa lenteja. Esos valores máximos quedan disminuidos aplicándole un coeficiente reductor por si existen defectos en la soldadura o si han variado las características metalúrgicas con el calentamiento durante el soldeo. En ( 3-9 ) tienen una orientación para pruebas de resistencias en el caso particular de la soldadura de tuercas por protuberancias.

3-9

9.2.

SISTEMAS DE CONTROL Y VERIFICACIÓN

1º.- Observar visualmente el resultado obtenido sobre la misma máquina. 2º.- Determinar la penetración de un cincel ( ver 4-9 ) y ( 5-9 ) entre las planchas y la deformación que debe alcanzar la pieza, realizando siempre las pruebas en las mismas condiciones. Esta prueba no entraña la destrucción de la pieza pues puede ser recuperada. 3º.- Fijar el diámetro medio mínimo aceptable del botón producido por arrancamiento (desbotonado) con un útil preparado para ello ( ver 6-9 ) ( 7-9 ) y ( 8-9) Capítulo IX

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4-9

5-9

6-9

7-9 Capítulo IX

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4º.- Establecer la carga de rotura que deberá alcanzar en una máquina de tracción equipada con medios de sujeción adecuados ( ver 8-9 ).

8-9 5º.- Corte de una lenteja ( ver 9-9 ) y preparación de la superficie para realizar una macrografia para determinar las inclusiones u oquedades que se hayan podido producir. Con esta misma muestra son determinables características físicas de la lenteja como son sus medidas y las del “crisol” que la envuelve, y las huellas y bordes. En función de la calidad exigida y de los medios físicos y humanos de que disponga la empresa se escogerán las pruebas a realizar dentro de las indicadas.

9-9

Independientemente de lo importante que es el realizar un control periódico de la calidad, el mejor modo de obtenerla es realizando un buen estudio previo a la producción para determinar los parámetros a aplicar en los controles de gobierno de la máquina y una vez comprobado que son los correctos mediante pruebas destructivas, vigilar que las máquinas estén en buen estado y trabajen siempre de acuerdo con lo ordenado, prestando especial atención a los aspectos mas susceptibles de variación como son Capítulo IX

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la conservación de la cara activa del electrodo dentro de los límites y estado predeterminados y la adecuada presentación de las piezas a soldar.

9.2.1.

CONTROL VISUAL

El control visual es muy efectivo cuando lo realizan técnicos con experiencia y es el único que puede realizarse muy frecuentemente durante la producción. Cuando se inicia el estudio previo de parametrización de un proceso con controles deformatorios o destructivos, es una gran ayuda el “ojo” del experto y reduce mucho el tiempo del proceso. Entre los defectos visibles a ojo desnudo podemos destacar los siguientes, cuyas posibles causas son descritas a continuación. En soldadura por puntos

Capítulo IX

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Capítulo IX

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En soldaduras por protuberencias

Las causas indicadas ya llevan implícito el remedio, solución o actuación correspondiente. Las figuras ( 10-9 ) y ( 11-9 ) muestran algunos de los defectos indicados.

10-9

Capítulo IX

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11-9

9.2.2.

CONTROL DEFORMATORIO NO DESTRUCTIVO

Este sistema de control permite confirmar periódicamente lo que el control visual esta dando por bueno y consiste en la introducción de un buril o cincel ( ver 4-9 ) entre las dos piezas soldadas provocando una deformación de las piezas sin llegar a romper la soldadura. Esta deformación se puede corregir posteriormente para que la pieza continúe en el ciclo de producción. En la norma ISO 10447/1991 y la ISO 14270/2000 pueden ampliarse detalles sobre su aplicación, la cual exige una cierta experiencia para que los resultados sean realmente comparativos.

9.2.3.

CONTROL DESTRUCTIVO

Las grietas, oquedades internas, grano del material fundido, etc. que pueden detectarse con este control destructivo, así como la falta de resistencia del punto soldado, no se han podido detectar con los controles anteriores. Capítulo IX

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El corregir esos defectos requiere generalmente un reajuste de parámetros, presión aplicada, intensidad y tiempos. Este tipo de control nos informa realmente de la resistencia que TENÍA una soldadura. Antes de realizar este control tenemos que conocer bien los parámetros con que se ha realizado la soldadura que se destruye y todos los detalles del control visual y de la prueba deformatoria para poder corregir los criterios aplicados si la prueba destructiva no resulta satisfactoria. Una repetición periódica de esta prueba es conveniente para evitar un deslizamiento en las exigencias de los controles no destructivos. Para la realización de las pruebas de ruptura por tracción o por cizallamiento es preciso disponer de unos útiles ( ver 8-9 ) y ( 12-9 ) de una máquina de tracción que no es preciso que tenga precisiones de laboratorio metalúrgico.

12-9

Para chapas delgadas una prueba simple se puede efectuar con un útil especial ( ver 13-9 ).

13-9

Seguir las normas ISO 14.271 / 2.000, ISO 14.272 / 2.000 y la ISO 14.273 / 2.000 o aplicar los muy completos estándar de la R. W. M. A. da una elevada seguridad a la calidad obtenida. En los gráficos de las áreas de soldabilidad ( ver cap. 10º ) para cada grueso y material se da una indicación de las resistencias a la rotura por tracción obtenibles para los diferentes diámetros de lenteja y diferentes gruesos de chapas. En el proyecto de uniones soldadas generalmente se calcula que los puntos de soldadura trabajen a una carga equivalente al 30% de la rotura mínima en los casos de soldaduras sin compromiso y Capítulo IX

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de un 15% en las de elevada responsabilidad y seguridad. Por su importancia y frecuencia repetiremos aquí lo del “efecto cremallera” en el proyecto de uniones soldadas. Cuando el esfuerzo a resistir precisa el uso de varios puntos de soldadura estos no pueden estar alineados de forma que la mayor parte del esfuerzo recaiga sobre un punto solamente, el cual cedería y así lo harían sucesivamente los demás puntos.

9.3.

CONTROL MEDIANTE TÉCNICAS ESPECIALES

En la permanente y hasta ahora infructuosa búsqueda de un método no destructivo que controle la calidad de las soldaduras que se están realizando y que sea práctico de aplicar y solucione mas problemas de los que el mismo pueda crear, se han ensayado varios métodos que enumeramos.

9.3.1.

POR ULTRASONIDOS

Se han obtenido buenos resultados en la comprobación de soldaduras a tope y, en la soldadura por puntos se emplea a pesar de la subjetividad necesaria en el análisis de los ecos, con resultados aceptables solo en casos muy concretos de piezas muy repetitivas de poco tamaño.

9.3.2.

POR RAYOS ULTRAVIOLETAS

Permiten la detección de grietas en laboratorio. Muy poco usado.

9.3.3.

POR EL SONIDO PRODUCIDO DURANTE EL PASO DE LA CORRIENTE DE SOLDEO

Este procedimiento parece prometedor y permitiría un permanente control de calidad de cada soldadura mientras se realiza el soldeo. A pesar de no haberse conseguido todavía una aplicación práctica que pueda generalizarse en los mas de 20 años que se esta trabajando en ello, se sigue investigando.

Capítulo IX

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9.3.4.

POR RAYOS X

Por su complejidad y demanda de alta definición solo se usa para los casos con mucha responsabilidad en la industria aeronáutica.

9.3.5.

POR COMPROBACIÓN PERMANENTE DE LOS PARÁMETROS APLICADOS EN LAS SOLDADURAS

Cuando se exige un exhaustivo control de los puntos producidos pueden emplearse unos controles con un software especial y conectados a un PC de los que se puede obtener una información completa de los valores de todas las funciones. Se puede tener información gráfica, o en forma de listado, del comportamiento de todos esos valores eléctricos y de esfuerzo durante la realización de cada punto con indicación de si se apartan de los valores programados ( ver cap. 5º. ). Nos indica que muy probablemente estamos realizando un buen soldeo pero no puede considerarse un control de la calidad obtenida en la soldadura, sino de la calidad del proceso.

9.4.

DEFECTOS EN LOS MEDIOS DE PRODUCCIÓN QUE AFECTAN A LA CALIDAD

Las averías o defectos que pueden presentarse en cualquier tipo de máquina compleja como son las soldadoras por resistencia pueden ser muchos y variados. A efectos de control de calidad solo vamos a referirnos a los que puedan afectar a las soldaduras que se están produciendo, así pues, el que se queme un transformador o una electroválvula no son averías a comentar ya que la máquina deja de trabajar y lo que necesita es un ingeniero de mantenimiento y no un soldador.

9.4.1.

ESFUERZO

Cuando en las soldaduras aparecen defectos que pueden ser debidos a falta de esfuerzo, de presión en la soldadura, tenemos que comprobar, con un dinamómetro si se dispone de él, si el esfuerzo que recibe la soldadura (según el tipo de dinamómetro la lectura puede quedar falseada por el impacto inicial) es el que Capítulo IX

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corresponde a la presión de entrada de aire y al diámetro del cilindro neumático del cabezal móvil, y debe comprobarse: Si el manómetro en la entrada de aire a la máquina ofrece una lectura falsa. Si el cilindro ha llegado a fin de carrera sin haber alcanzado a aplicar presión a las piezas. Si el ciclo neumático es correcto y actúan todas las electroválvulas cuando les corresponde. Si las guías tienen algún problema de deslizamiento o engripamiento. Si se ha roto alguna empaquetadura del cilindro y se intercomunican cámaras que debían ser estancas entre si.

9.4.2.

REFRIGERACIÓN

Cuando los defectos pueden ser causados por falta de refrigeración tenemos que comprobar que los electrodos reciben el agua en la forma apropiada ( ver 18-1 ) y que circula el caudal necesario ( cap. 1º.4.2. ) y comprobar que no se forman bolsas de vapor durante la soldadura en alguna parte del circuito que impidan que el agua incida con velocidad contra la pared interna del electrodo. Se puede comprobar realizando varias soldaduras consecutivas observando la salida del agua, la cual sale a borbotones e irregularmente cuando se forman bolsas de vapor, y, observando el fondo del electrodo, el cual adquiere un color blanquecino cuando es allí donde se forma la bolsa de vapor.

9.4.3.

PIEZAS

Cuando los defectos pueden ser debidos a suciedad o irregularidad en la presentación de las piezas, tenemos que analizar el porqué las piezas no se presentan igual que cuando se estudió el proceso de producción y corregir la causa. Si no es posible corregirla deberá volver a estudiarse el ciclo de soldadura establecido y substituirlo por otro que tenga en cuenta las nuevas circunstancias. Es frecuente que se tengan que solucionar en el proceso de soldadura defectos provenientes de las fases previas de preparación y conformación de las piezas debido a que los costos y dificultades para solucionar el problema donde se produce son mas elevados. También es muy frecuente pretender que la máquina y el control de soldadura solucionen problemas derivados de la pieza que son Capítulo IX

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imposibles de solucionar y el soldador debe rechazar esa responsabilidad.

9.4.4.

CALOR, ENERGÍA

Cuando los defectos parecen ser debidos a una menor aportación de calor a la soldadura, tiene que comprobarse que el circuito de alta intensidad este en perfectas condiciones, que no genera puntos calientes en él y con cuantos amperios, medidos con amperímetro, estamos soldando. Se tiene que prestar especial atención a las zonas de contacto entre las diversas piezas que forman parte de ese circuito, y, a la rotura parcial de los cables o conexiones flexibles. También tendremos que comprobar si los parámetros que se usan en el ciclo de trabajo que gobierna el control electrónico corresponden a los estudiados y establecidos previamente, o han sufrido variaciones por manejo indebido por parte de personal autorizado o no. Si se tienen dudas sobre el funcionamiento correcto del control electrónico y se dispone de uno de recambio, lo mas práctico es cambiarlo.

9.4.5.

CAÍDAS DE TENSIÓN EN LA RED

La instalación también la podemos considerar un componente de los medios de producción y nuestra experiencia es que cuando no se trata de instalaciones en grandes factorías esas caídas de tensión también contribuyen a la falta de regularidad en la calidad. La tensión en la red puede variar según la hora del día o por coincidencias aleatorias con otras puntas de consumo. Recordamos que una caída de tensión de una duración de pocos periodos, lo que dura una soldadura, debe medirse con un voltímetro electrónico con memoria. El uso en la máquina de controles electrónicos que compensan ese problema dentro de ciertos límites y, o, que tengan sistemas anticoincidencia con otras máquinas de soldar instaladas en la misma red es lo mas aconsejable.

Capítulo IX

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9.4.6.

ELECTRODOS

En su correspondiente capítulo ( ver 6º.8. ) ya se ha comentado la gran importancia que tienen los electrodos para la obtención con regularidad de una buena calidad de soldadura. La composición del cobre no se puede conocer a simple vista y por ello es conveniente no tener electrodos iguales con cobres de distinta aleación para evitar los problemas de calidad que sobrevendrían si se mezclan o hay confusión sobre cual se usa. Una degradación del sistema de reavivado de los electrodos altera la calidad obtenida por lo que debe controlarse el estado de las cuchillas de corte.

9.4.7.

CIRCUITO MECÁNICO DE LAS MÁQUINAS

Cuando por cualquier circunstancia adquiere juego o se deforma algún componente del circuito mecánico se producen desalineamientos o movimientos de las caras activas de los electrodos durante el soldeo con el subsiguiente problema de calidad.

9.5.

ADIESTRAMIENTO

Aunque este concepto es aplicable a cualquier otro capitulo del Manual y a cualquier aspecto de la producción queremos hacer hincapié en que para conseguir calidad en un proceso es indispensable que todos los que intervienen, cualquiera sea su nivel, además de conocer y estar debidamente adiestrados en su trabajo sientan el objetivo calidad como el mas importante y que son responsables de ella y tengan el orgullo de conseguirla, pues es el hombre el único capaz de detectar muchos pequeños detalles que la afectan con una atención permanente y responsable. Los soldadores en máquinas por resistencia creemos que deberían adiestrarse y homologarse como ocurre con los de arco, y esta exigencia ya se empieza a aplicar en algunas empresas importantes.

Capítulo IX

Página 18


CAPITULO X SUMARIO 10.

DATOS Y TABLAS CON VALORES ACONSEJADOS PARA EL SOLDEO ............................................................. 4 10.1. SOLDEO DE ACEROS DESNUDOS DE BAJA ALEACIÓN .....................................................................7 10.1.1. CONSIDERACIONES GENERALES .................... 7 10.1.2. VALORES Y AREA DE SOLDABILIDAD PARA EL SOLDEO DE CHAPAS DE 0,8 A 2,5 MM ........8 10.2. SOLDEOS EN CHAPAS GALVANIZADAS ................11 10.2.1. CONSIDERACIONES GENERALES ..................11 10.2.2. VALORES Y AREA DE SOLDABILIDAD PARA EL SOLDEO DE CHAPAS DE 0,8 MM. A 2,5 MM .......................................................................12 10.3. SOLDEO DEL ACERO INOXIDABLE .........................15 10.3.1. CONSIDERACIONES GENERALES ..................16 10.3.2. TABLAS CON VALORES PARA CHAPA DE 0,8 MM. A 8 MM......................................................... 17 10.4. SOLDEO DEL ALUMINIO............................................18 10.4.1. CONSIDERACIONES GENERALES ..................19 10.4.2. VALORES PARA EL SOLDEO DE CHAPAS DESDE 0,8 MM. A 4 MM .....................................20 10.5. SOLDEO DEL LATÓN ................................................. 24

Capítulo X

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10.6. SOLDEO POR PROTUBERANCIAS Y RESALTES ...24 10.6.1. DIMENSIONES DE LAS PROTUBERANCIAS ...25 10.6.2. PROTUBERANCIAS MÚLTIPLES ......................25 10.6.3. PROTUBERANCIAS O RESALTES NATURALES O FUERA DE NORMATIVA....................26 10.6.4. TABLAS CON VALORES PARA LA APLICACIÓN Y SOLDEO DE PIEZAS POR PROTUBERANCIAS ...........................................26 10.7. SOLDEO DE ALAMBRES Y VARILLAS..................... 28 10.7.1. CONSIDERACIONES GENERALES.....................28 10.7.2. SOLDADURA ENTRE CHAPAS Y ALAMBRES O VARILLAS ........................................................ 29 10.7.3. VALORES PARA EL SOLDEO DE VARILLAS DE 1,6 MM. A 12,5 MM. DE DIÁMETRO ............29 10.8. SOLDEO DE CHAPAS GRUESAS.............................. 31 10.8.1. CONSIDERACIONES GENERALES ..................31 10.8.2. VALORES PARA CHAPAS DE ACERO DE BAJA ALEACIÓN LIMPIAS DE 2,5 MM. A 8 MM 32 10.9. SOLDEO DE TUERCAS Y TORNILLOS .....................34 10.9.1. RELACIÓN GRUESO DE CHAPA CON TAMAÑO DE TUERCA........................................34 10.9.2. RESISTENCIA A LA TORSIÓN Y ARRANQUE.. 34 10.9.3. SOLDEO DE CABEZAS DE TORNILLO CON PROTUBERANCIA ANULAR ..............................36 10.9.4. VALORES PARA SOLDADURA DE TUERCAS CON PROTUBERANCIAS ..................................36 10.10. SOLDEO DE TUBOS ..................................................38 10.10.1. CONSIDERACIONES GENERALES ..................38 10.10.2. SOLDEO DE TUBOS DE TESTA A CHAPAS MÁS DELGADAS QUE LA PARED DEL TUBO..38 10.10.3. SOLDEO DE TESTA A CHAPAS MÁS GRUESAS QUE LA PARED DEL TUBO ............38 10.10.4. SOLDEO DE TUBOS EN T .................................39 10.10.5. SOLDEO DE TUBOS EN CRUZ .........................40

Capítulo X

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10.11. SOLDEO EN SERIE POR “DOBLE PUNTO” ............ 40 10.11.1. CONSIDERACIONES GENERALES ..................41 10.11.2. DESVÍO DE CORRIENTE...................................42 10.11.3. VALORES PARA SOLDAR CHAPAS DE 0,8 MM. A 1,6 MM......................................................42 10.11.4. SOLDEO POR POLOS OPUESTOS, “PUSHPULL”...................................................................44 10.12. SOLDEO CON ROLDANAS .......................................44 10.12.1. DATOS GENERALES .........................................44 10.12.2. VALORES PARA EL SOLDEO CON ROLDANAS .........................................................46 10.12.2.1. Soldadura estanca con acero de baja aleación pulido y sin recubrimientos ...46 10.12.2.2. Soldadura estanca con chapas de acero galvanizado ...............................46 10.12.2.3. Soldeo de aleaciones ligeras por roldanas...............................................47 10.12.2.4. Soldeo del acero inoxidable con roldanas...............................................48

Capítulo X

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10.

DATOS Y TABLAS CON VALORES ACONSEJADOS PARA EL SOLDEO

Indudablemente, lo que cree idóneo quienquiera que deba realizar un trabajo de soldadura es poder acudir a unas tablas o fuente de datos que le den los valores de los parámetros a aplicar en el control y que en el 100% de los casos le quede el problema perfectamente solucionado y quedar eximido de cualquier tipo de responsabilidad o necesidad de hacer estudios propios y de tomar decisiones y, eso NO es posible . En un proceso de soldadura intervienen tal cúmulo de variantes internas y externas que hacen necesario estudiar y conocer el oficio para obtener buenos resultados con regularidad. Utilizar este Manual o cualquier otra publicación solo para tomar nota de los parámetros aconsejados y aplicarlos sin más, puede conducir a obtener unos resultados manifiestamente mejorables. Es importante tomarse el tiempo y efectuar las pruebas necesarias para enfocar correctamente como soldar lo que nuestra producción exija, la cual generalmente no presenta demasiados problemas diferentes y que no sean repetitivos, y utilizar este Manual solo como lo que pretende ser, una ayuda y un recordatorio con muchos datos y detalles, algunos muy simples y prácticos, que debidamente aplicados faciliten la labor de quienes trabajan en la Soldadura por Resistencia. Previamente a cada grupo de valores aconsejados se incluyen una corta explicación que ayuda a su interpretación, y unos cuantos datos útiles, y se hace referencia al capítulo del Manual donde se estudia la soldadura a que corresponden estos valores, el cual es muy conveniente que se relean para un mejor uso de estas tablas, aun cuando están pensadas para un uso sencillo que no obligue a acudir a otros lugares del Manual para su aplicación o interpretación. Hemos evitado en lo posible el presentar los valores aconsejados para cada trabajo en forma de tablas demasiado complejas, que aparte de su difícil consulta, no permiten mostrar para cada grueso y material los diferentes valores aplicables. Le damos a cada espesor y material una atención especifica y particular para que puedan elegir con comodidad los parámetros que más se ajusten a los medios disponibles y a sus necesidades y que permitan extrapolar otros valores para aquellos gruesos que no incluyamos en las tablas. Para todos los materiales y gruesos indicamos las dimensiones siguientes ( ver 1-10 ). Lb.- Es la distancia desde el centro de la lenteja al borde más próximo, sea la última generatriz de un canto doblado que tiene Capítulo X

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contacto pleno con la otra chapa o el extremo de una solapa o pestaña. Lp.- Es la distancia entre centros de lenteja de puntos próximos. Dca.- Es el diámetro de la cara activa del electrodo, la que está en contacto con la zona donde se realiza la soldadura. Dce.- Es el diámetro del cuerpo del electrodo. DL.- Es el diámetro medio de la lenteja, del “botón” obtenido en la prueba de arrancamiento. Ech.- Es el grueso de la chapa mas delgada que interviene en la unión soldada.

1-10

El valor mínimo de Lb se considera que es el diámetro de la lenteja que queremos obtener. Aconsejamos diseñar las piezas para valores algo superiores pues es muy frecuente que la conformación y presentación de las piezas no corresponda exactamente a lo que se proyectó sobre el papel y pequeñas irregularidades producen vaciados y malas soldaduras. El valor Lp admite variaciones, incluso apreciables, si son necesarios más puntos en menos espacio; pero tendremos que efectuar las soldaduras posteriores a la primera con un programa del control con parámetros que compensen esa mayor proximidad entre lentejas. El Dca. corresponde generalmente al que produce una lenteja con la resistencia apropiada al grueso de la chapa para que la resistencia a la rotura del núcleo de la lenteja sea similar a la de la corona perimetral de esta ( ver 2-10 ). En chapas gruesas para cumplir esa condición el diámetro Dca tiene que ser mayor al recomendado según la formula 2e + 3 pero aconsejamos seguir lo indicado en las tablas. Mayores diámetro no reportan ventajas apreciables y hacerlo menor causa problemas por un mayor Capítulo X

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desgaste inicial del electrodo y obtiene resistencias mecánicas inferiores. Respetando las densidades eléctricas y los esfuerzos por mm2. en la cara activa pueden usarse otros diámetros dentro de un corto campo de variación pues no son directamente proporcionales los resultados.

2-10

El Dce. lo limita la ubicación de los puntos de soldadura, su penetrabilidad al punto de trabajo o distancia a superficies verticales próximas que pueden impedir el uso de electrodos de mayor diámetro. Otra limitación es el mayor precio, que en muchos casos no es tal limitación por la muy superior duración que se consigue al tener una refrigeración o evacuación de calor más efectiva ( ver 3-10 ).

3-10

Todo lo que se hace y se escribe en la tecnología de la Soldadura por Resistencia es para conseguir durante el proceso de fabricación unos puntos de unión entre las chapas con un diámetro DL que tengan, con regularidad, las dimensiones y resistencia mecánica deseadas. Los valores aconsejados son para una serie de gruesos de chapas, Ech, coincidentes con números preferentes, aunque nos Capítulo X

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consta que se están utilizando muchas otras escalas de gruesos que a su vez varían de un material a otro. Esperamos que nuestros lectores puedan interpolar valores y encontrar sin dificultad los que mas convienen a su fabricación partiendo de esos valores dados tan solo como orientativos.

10.1.

SOLDEO DE ACEROS DESNUDOS DE BAJA ALEACIÓN

10.1.1.

CONSIDERACIONES GENERALES

En estos aceros se realizaban hasta hace pocos años la enorme mayoría de las soldaduras por resistencia y a partir de la década de los 90, cuando se extendió muy rápidamente el uso de las chapas galvanizadas a todos los tipos y tamaños de automóviles, comparte con éstas esa mayoría. Aunque sea necesario conocer muy bien el proceso de cómo se produce una soldadura con este material para obtener unos resultados óptimos, conseguir resultados suficientes es relativamente fácil debido a que su regulación admite una apreciable amplitud en las variaciones de los parámetros. Queremos hacer notar que debido a esta facilidad, algunos de los especialistas o técnicos en soldadura por resistencia no han profundizado en el estudio de lo que les afecta las muchas variantes posibles y están consiguiendo resultados que son fácilmente mejorables, especialmente en cuanto a vida de electrodos, coste de la soldadura, aspecto exterior de ésta, resistencia mecánica obtenida, etc... Es conveniente releerse los principios básicos de la soldadura a puntos por resistencia que están contenidos en el capítulo uno. En este capítulo incluimos para cada grueso unos valores concretos aconsejados en múltiples publicaciones y usados satisfactoriamente durante muchos años; no obstante también incluimos unos gráficos con unas áreas de soldabilidad que permiten seleccionar otros valores iniciales distintos que pueden adaptarse mejor al trabajo a realizar o a la máquina de que se disponga. El empleo de una escala de incrementos de intensidad (y de presión si la máquina y el control lo permiten) para compensar el desgaste de los electrodos ( ver 2-2 ) es muy efectiva con este material, pues no contamina mucho el electrodo y admite apreciables variaciones en el esfuerzo aplicado por lo que no es preciso reavivar la cara activa del electrodo con tanta frecuencia como en otros materiales. Capítulo X

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10.1.2. VALORES Y AREA DE SOLDABILIDAD PARA EL SOLDEO DE CHAPAS DE 0,8 A 2,5 MM

Capítulo X

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Capítulo X

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Capítulo X

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10.2.

SOLDEOS EN CHAPAS GALVANIZADAS

Aconsejamos releer el ( cap. 2º.5. ) de este Manual. En los valores que aconsejamos se puede observar que para chapas de igual grueso las intensidades son más altas que las aconsejadas para chapas desnudas sin que por ello obtengamos lentejas de mayor diámetro y más resistentes. El que circule una mayor intensidad no significa que toda ella lo haga a través de la lenteja, pues entre las dos chapas y en la zona vecina a la lenteja nos encontramos con una zona de cinc fundido, buen conductor, a través de la cual se desvía una parte de la corriente, lo que prácticamente no ocurre con la chapa desnuda. También observamos que los valores mínimos de esfuerzo aconsejados son muy superiores a los mínimos posibles para la chapa desnuda. Si la presión aplicada no permite desplazar el cinc fundido entre las chapas y que se inicie la formación de la lenteja se producen “encolados”.

10.2.1.


Proponemos unos diámetros de cara activa, Dca., algo superiores a los obtenidos con la fórmula 2e+3. No obstante si no se pueden obtener las intensidades y esfuerzos aconsejados pueden emplearse diámetros inferiores. Lo importante es que en la prueba de arrancamiento se produzca un botón neto, y que con la resistencia del botón que obtengamos podamos cumplir las necesidades de resistencia en la pieza. No se puede considerar que haya habido soldadura si en esa prueba no se produce “botón”. Para casi todos los gruesos mostramos un área de soldabilidad en la que se suponen constantes un esfuerzo y un diámetro de cara activa y de la cual se deduce que pueden aplicarse diferentes valores con resultados correctos. Si se eligen valores iniciales de la parte superior puede verse como al ir disminuyendo la intensidad debido a la contaminación del electrodo o disminuir la densidad por un ligero aumento de diámetro de la cara activa siguen consiguiéndose resultados aceptables. Los programas con incremento de intensidad o energía son muy útiles en la soldadura del galvanizado pues además de permitir unos ligeros aumentos de diámetro de la cara activa compensan la elevación de resistencia por contaminación de ésta. Las áreas de soldabilidad ayudan a determinar los programas de incrementos y en las que orientativamente adjuntamos se puede Capítulo X

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observar que las presiones e intensidades aconsejadas permiten variaciones y que en el caso de poder aplicar variaciones de esfuerzo simultáneamente a los aumentos de intensidad, en el trayecto vertical entre los dos límites se podrán efectuar más número de soldeos. Los valores aconsejados lo son para chapas galvanizadas por inmersión con gruesos de cinc regulares y de unas 240 micras de espesor. Con gruesos de más de 2,5 mm. en la chapa mas delgada los valores aplicables son similares a los de las chapas desnudas, pero nunca deben olvidarse las particularidades expuestas en este Manual sobre el galvanizado y en especial el prestar atención al posible encolado por lo que siempre deben elegirse entre los parámetros posibles los que precisen un esfuerzo mas elevado.

10.2.2.

VALORES Y AREA DE SOLDABILIDAD PARA EL SOLDEO DE CHAPAS DE 0,8 MM. A 2,5 MM

Grueso de la chapa, Ech Material del electrodo Diámetro cara activa del electrodo, Dca. Distancia mínima a bordes, Lb. Distancia mínima entre soldaduras, Lp. Diámetro medio del “botón”. DL.

0.8 mm. CuCrZr. 5,5 mm. 12 mm. 15 mm. 4.5 mm.

Grueso de la chapa, Ech Material del electrodo Diámetro cara activa del electrodo. Dca. Distancia mínima a bordes Lb

1 mm. CuCrZr. 6 mm. 14 mm.

Capítulo X

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Distancia mínima entre soldaduras Lp Diámetro medio del “botón” DL

20 mm. 5 mm.

Grueso de la chapa, Ech Material del electrodo Diámetro cara activa del electrodo Dca. Distancia mínima a bordes Lb. Distancia mínima entre soldaduras Lp. Diámetro medio del “botón” DL.

1,25 mm. CuCrZr. 6 mm. 15 mm. 25 mm. 5,5 mm.

Capítulo X

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Grueso de la chapa, Ech. Material del electrodo Diámetro cara activa del electrodo, Dca. Distancia mínima a bordes Lb. Distancia mínima entre soldaduras Lp. Diámetro medio del “botón” DL.

1,6 mm. CuCrZr. 7 mm. 18 mm. 32 mm. 6 mm.

Grueso de la chapa, Ech Material del electrodo Diámetro cara activa del electrodo, Distancia mínima a bordes Lb. Distancia mínima entre soldaduras Lp. Diámetro medio del “botón” DL.

2 mm. CuCrZr. Dca. 8 mm. 19 mm. 36 mm. 7 mm.

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Grueso de la chapa, Ech. Material del electrodo Diámetro cara activa del electrodo, Dca. Distancia mínima a bordes, Lb. Distancia mínima entre soldaduras, Lp. Diámetro medio del “botón” DL.

2,5 mm. CuCrZr. 9 mm. 25 mm. 46 mm. 8, mm.

No obtener “botón” por arrancamiento no es admisible Obtener “botones” de menos diámetro significa tener menos resistencia y el usuario debe decidir si es aceptable. Optar por ensayar en primer lugar las versiones A si la máquina lo permite Con gruesos de más de 2,5 mm. para la chapa más delgada se tienen que aplicar los valores aconsejados para chapas desnudas que emplean presiones mas elevadas para evitar encolados.

10.3.

SOLDEO DEL ACERO INOXIDABLE

Esta familia de aceros contiene una gran variedad de aceros para múltiples aplicaciones y los valores concretos que aconsejamos se refieren a la familia de la serie 300, aceros austeníticos entre los cuales está el muy popular 18-8 y el 18-8-2. Como se indica en ( cap. 2º.4 ) de este Manual, que deben releerse antes de estudiar los parámetros a aplicar en un nuevo Capítulo X

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trabajo, generalmente a las soldaduras de este material se les exige, además de resistencia mecánica, un buen acabado y el mantenimiento de la inoxidabilidad. Soldando en condiciones óptimas y con la superficie del material tratada se consiguen esas condiciones; pero, es conveniente conocer algunas soluciones que pueden ayudar en esos fines si no son suficientes los resultados que se obtengan. Si durante el soldeo por puntos se le dirige un chorrillo de agua al punto donde se está realizando el soldeo evitaremos el “amarilleo” de esa zona. Cuando queda “cobreada” la zona de contacto cobre-pieza es probable que falte presión, sobre tiempo o el material este excesivamente oxidado. Un pequeño caudal de Argón dirigido a las zonas de contacto electrodo-pieza que se inicie antes del 2º acercamiento y finalice acabado el tiempo de mantenimiento evita también oxidaciones y cambios de color. La capa de óxido de Cromo, que determina la inoxidabilidad de estos aceros, aumenta de espesor durante prolongados almacenamientos y dificulta un proceso regular en las soldaduras por lo que puede ser necesario eliminarla y efectuar los soldeos antes de que se regruese dicha ineludible e indispensable capa.

10.3.1.


a.- Para los aceros de mayor resistencia mecánica, de más de 1000 N/mm2, la intensidad indicada debe reducirse hasta en un 20%. b.- El tiempo de Mantenimiento tiene una fuerte importancia y tiene que ser del orden de 2 a 2,5 veces el de soldadura. c.- La presión durante el mantenimiento y forja es muy conveniente aplicarla y que sea de un 1,6 a 2,2 veces la de soldadura en los gruesos hasta 2 mm. y es muy necesaria para gruesos superiores. d.- En gruesos de hasta 2.5 mm. el punto de soldadura debe “desbotonar” en la prueba de arrancamiento. De no producirse en estos gruesos la soldadura no es aceptable. e.- Si debemos aplicar valores inferiores a los aconsejados, o por alguna otra causa los “botones” conseguidos por arrancamiento no son del diámetro “normal” sigue siendo una soldadura, pero de inferior resistencia y es el usuario quien debe decidir si es suficiente o precisa aumentar el numero de soldaduras que tengan que soportar la carga. f.- El desgaste de la cara activa del electrodo depende mucho del espesor, de la resistencia eléctrica, de la capa de óxido del material y por tanto es la experiencia o los ensayos de usuario Capítulo X

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quienes determinarán con que diámetro de lenteja o grado de desgaste tienen que realizarse los reavivados o cambio de electrodos. g.- Solo aconsejamos para cada espesor de chapa unos únicos valores que darán unos resultados suficientes, y el usuario o sus técnicos de procesos, en función de las prestaciones que puede dar su máquina, del material que emplea y del resultado de las pruebas destructivas irá corrigiendo esos valores. h.- Para el soldeo con esfuerzos de mas de 700 daN se aconseja probar el soldeo con electrodos en los que la cara activa sea una pastilla de cobre tungsteno ( ver 4-10 ) integrada en el resto del electrodo el cual puede ser de cobre electrolítico. i.- Las distancias Lp. entre puntos o Lb. al borde mas próximo pueden reajustarse en sus valores según sea el tipo de material que se use y la calidad en la presentación de las piezas. j.- La resistencia de las lentejas producidas se puede calcular conociendo el diámetro medio del “botón” DL en la prueba de arrancamiento y las características mecánicas del material usado ( cap. 2º. ) . Es prudente suponer un 30% menos del valor teórico resultante. k.- Si la presentación de las piezas no es muy buena es aconsejable usar el soldeo por impulsos a partir de gruesos de 2,5 mm. l.- En el caso de querer soldar acero inoxidable con aceros de baja aleación tiene que prestarse especial atención a lo indicado en ( 1º.1.2. ) sobre el equilibrio de las resistencias.

4-10

10.3.2.

TABLAS CON VALORES PARA CHAPA DE 0,8 MM. A 8 MM

Material.- Acero inoxidable de la familia 300 Material electrodo.- Clase 3, CuCoBe. Con aleaciones con resistencia de 100 daN/mm2 o más, las intensidades pueden disminuirse hasta un 20%. El tiempo de mantenimiento o forja tiene que ser el empleado en el soldeo multiplicado por 2,2. Capítulo X

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10.4.

SOLDEO DEL ALUMINIO

La gama de posibilidades disponibles en el Aluminio en cuanto aleaciones, durezas, estados superficiales, resistencias eléctricas y mecánicas, etc... es muy amplia y con grandes diferencias entre si. Deben tomar como punto de partida uno de los tres valores aconsejados para cada grueso, o promediando si se trata de un grueso no valorado, eligiendo el valor que precise menos tiempo dentro de las posibilidades que ofrezca la máquina con la cual se debe realizar el trabajo. La composición de la aleación a soldar determina cuales son los valores más apropiados y la división en A, B, y C. no significan una categoría o escala de calidades. Inicialmente elegir tiempos de acercamiento “sobrados” y ya desde las primeras pruebas emplear la sobre-presión post-soldadura y el recocido si la máquina lo permite y, en todo caso, los tiempos de mantenimiento deben ser suficientes para el enfriamiento del electrodo. Esta sobre-presión es muy conveniente ya a partir de gruesos de tan solo 1,6 mm. Cuando se cree tener la máquina ajustada es prudente realizar unas series de soldaduras en el mismo material que se vaya a utilizar y comprobar la regularidad en la calidad obtenida, especialmente si se trabaja con chapas sin tratamiento de desoxidación previo. Las pruebas se deben realizar respetando la distancia entre puntos que habrá en el trabajo real en producción y el punto a analizar o comprobar no debe ser el primero. No se aconseja el trabajo a impulsos ni el uso de slope de subida con un tiempo superior a los 20 ms. Capítulo X

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10.4.1.


a.- Releerse ( cap. 2º.6. ) del Manual. b.- El diámetro de la lenteja, DL. depende de los valores empleados y muy poco del electrodo. c.- No emplear caras activas planas; pero, de ser indispensable solo puede usarse sobre la chapa más gruesa. d.- Si no se produce un “botón” en la prueba de arrancamiento, no hay soldadura. e.- Si los botones que podemos conseguir son inferiores a lo normal aconsejado, la soldadura sigue siendo válida; pero, de menor resistencia mecánica. f.- La capa de óxido de Aluminio, puede llegar a evitar que circule corriente entre los electrodos debido a su elevado poder aislante y siempre produce un calentamiento perjudicial en la cara activa del electrodo que reduce su vida. También produce irregularidades en la calidad obtenida. Con materiales cuya superficie se haya tratado es como se consiguen los mejores resultados y de forma regular. g.- La distancia al borde mas próximo y entre puntos próximos depende de la muy variable dureza y resistencia eléctrica de las diferentes aleaciones y también del como se suelda, por lo que los valores que se indican pueden reajustarse prácticamente. h.- La huella, su profundidad, se incrementa cuando se suelda con valores bajos de presión y corriente y tiempos largos. i.- Es necesario comprobar prácticamente la resistencia mecánica real de la lenteja, cuyo valor teórico habremos calculado. ( cap. 2º.1.3. ) Debido al efecto “rectificador” de la capa de óxido de aluminio, soldando con corriente continua el desgaste de los electrodos no es nunca simétrico y es preciso efectuar frecuentes reavivados. En ( ver 5-10 ) encontrarán un gráfico con unas áreas de soldabilidad para varios gruesos y que reconfirman la diferencia muy apreciable entre los diversos valores que se pueden aplicar para soldar un determinado grueso según unas variables propias, que tienen como principales la composición del material y el estado o preparación superficial de las chapas.

Capítulo X

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5-10

10.4.2.

VALORES PARA EL SOLDEO DE CHAPAS DESDE 0,8 MM. A 4 MM

Chapa de Aluminio de 0.8 mm.

Material del electrodo.- Clase 1.-., CuCd., CuAg. Diámetro exterior del electrodo (Dce.) 16 mm. Cara activa del electrodo.-. Esférica de radio (R) 80 mm. Distancia mínima al borde más próximo (Lb) 12mm. Distancia mínima entre soldaduras (Lp) 15 mm. Diámetro medio de lenteja aconsejado (DL) 4 a 4,5 mm. Profundidad de huella óptima (H) 0,1mm.

Capítulo X

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Manual de soldadura por resistencia Chapa de Aluminio de 1 mm.

Material del electrodo.- Clase 1.-. CuCd., CuAg. Diámetro exterior del electrodo (Dce) 16 mm. Cara activa del electrodo.- Esférica de radio (R) 80 mm. Distancia mínima al borde más próximo (Lb) 12 mm. Distancia mínima entre soldaduras (Lp) 18 mm. Diámetro medio de lenteja aconsejado (DL) 4,5 a 5 mm. Profundidad de huella óptima (H) 0,1mm.

Chapa de Aluminio de 1,25 mm.

Material del electrodo.- Clase 1.-. CuCd., CuAg. Diámetro exterior del electrodo (Dce.) 19 mm. Cara activa del electrodo.-. Esférica de radio (R) 80 mm. Distancia mínima al borde más próximo (Lb) 14 mm. Distancia mínima entre soldaduras (Lp) 20 mm. Diámetro medio de lenteja aconsejado (DL) 4,8 a 5,3 mm. Profundidad de huella óptima (H) 0,14 mm.

Chapa de Aluminio de 1,6 mm.

Material del electrodo.- Clase 1.-. CuCd., CuAg. Diámetro exterior del electrodo (Dce.) 19 mm. Cara activa del electrodo.-. Esférica de radio (R) 80 mm. Distancia mínima al borde más próximo (Lb) 16 mm. Distancia mínima entre soldaduras (Lp) 24 mm. Diámetro medio de lenteja aconsejado (DL) 5 a 6 mm. Profundidad de huella óptima (H) 0,16 mm.

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Intensidad de recocido o post-soldadura.- Un 25% inferior (x 0,75) Esfuerzo durante la post-soldadura.- Un 250% superior (x 2,5) Tiempo.- Igual Chapa de Aluminio de 2 mm.

Material del electrodo.- Clase 1.-. CuCd., CuAg. Diámetro exterior del electrodo (Dce) 19. Cara activa del electrodo.- Esférica de radio (R) 100 mm. Distancia mínima al borde más próximo (Lb) 20 mm. Distancia mínima entre soldaduras (Lp) 26 mm. Diámetro medio de lenteja aconsejado (DL) 6 a 7 mm. Profundidad de huella óptima (H) 0,2 mm.

Intensidad de recocido o post-soldadura.- Un 25% inferior (x 0,75) Esfuerzo durante la post-soldadura.- Un 250% superior (x 2,5) Tiempo.- Igual Chapa de Aluminio de 2,5 mm.

Material del electrodo.- Clase 1.-. CuCd., CuAg.. Diámetro exterior del electrodo (Dce) 19. mm. Cara activa del electrodo.- Esférica de radio (R) 130 mm. Distancia mínima al borde más próximo (Lb) 22 mm. Distancia mínima entre soldaduras (Lp) 36 mm. Diámetro medio de lenteja aconsejado (DL) 7 a 7,5 mm. Profundidad de huella óptima (H) 0,25 mm.

Intensidad de recocido o post-soldadura.- Un 25% inferior (x 0,75) Esfuerzo durante la post-soldadura.- Un 250% superior (x 2,5) Tiempo.- Igual

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Manual de soldadura por resistencia Chapa de Aluminio de 3,25 mm.

Material del electrodo.- Clase 1.-., CuCd., CuAg. Diámetro exterior del electrodo (Dce) 25. Cara activa del electrodo.- Esférica de radio (R) 130 mm. Distancia mínima al borde más próximo (Lb) 24 mm. Distancia mínima entre soldaduras (Lp) 50 mm. Diámetro medio de lenteja aconsejado (DL 8 a 8,5 mm. Profundidad de huella óptima (H) 0,32 mm.

Intensidad de recocido o post-soldadura.- Un 25% inferior (x 0,75) Esfuerzo durante la post-soldadura.- Un 250% superior (x 2,5) Tiempo.- Igual Chapa de Aluminio de 4 mm.

Material del electrodo.- Clase 1.-., CuCd., CuAg. Diámetro exterior del electrodo (Dce) 25. Cara activa del electrodo.- Esférica de radio (R) 130 mm. Distancia mínima al borde más próximo (Lb) 26 mm. Distancia mínima entre soldaduras (Lp) 60 mm. Diámetro medio de lenteja aconsejado (DL) 8,5 a 9,5 mm. Profundidad de huella óptima (H) 0,4 mm.

Intensidad de recocido o post-soldadura.- Un 25% inferior (x0.75) Esfuerzo durante la post-soldadura.- Un 250% superior (x 2,5) Tiempo.- Igual

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10.5.

SOLDEO DEL LATÓN

Esta muy común y usada aleación cúprica tiene dos principales grupos que se diferencian por tener un sistema de cristalización distinto. El latón Alfa, el mas conocido como 65/35 con un 65% de cobre y un 35% de cinc es mas dúctil y los laminados y planchas son de esta calidad. El latón Beta mas usado en fundiciones pero también en otras formas tiene aprox. un 42% de cinc y un 58% de cobre y es un 20% menos dúctil y funde a menor temperatura. Para soldarlos por resistencia damos una única tabla de valores, apta para las dos calidades aunque se suelda mejor el Alfa.

El material para los electrodos más conveniente es el CuCd y también puede emplearse el Cu. El diámetro del cuerpo, Dce. del electrodo debe ser de 16 mm. hasta 1,25mm. de grueso de 20mm. hasta 2mm. y de 25mm. para gruesos mayores. Un esfuerzo post-soldadura de un 150% es conveniente aplicarlo si la máquina lo permite.

10.6.

SOLDEO POR PROTUBERANCIAS Y RESALTES

En este proceso de soldadura no deben producirse “chispas”. Si se produce alguna debe probarse la aplicación de un ligero “slope” de un par de periodos o rebajar la intensidad. Si la máquina no permite el seguimiento rápido de la fusión debemos hacer soldaduras más lentas, menor intensidad y mayor tiempo. Es conveniente releer el ( cap. 1º.5. ) de este Manual antes de aplicar lo que a continuación se indica.

Capítulo X

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10.6.1.

DIMENSIONES DE LAS PROTUBERANCIAS

La fijación de los valores aconsejados para este tipo de soldadura están relacionados con la dimensión de la protuberancia o resalte y para un mismo grueso de plancha pueden emplearse varios dimensiones de éstas. Para las protuberancias semiesféricas, las comúnmente empleadas para chapas delgadas, tomamos como referencia la norma ISO 8167-1989. y para gruesos superiores o formas especiales aconsejamos consultar las recomendaciones de RWMA. Las protuberancias se dimensionan para obtener una lenteja de un diámetro equivalente al que se obtiene con una soldadura por puntos en material del mismo grueso, dimensión con la que se obtienen los mejores y suficientes resultados de resistencia mecánica al arrancamiento y a la cizalladura. Una orientación sobre el tamaño de las protuberancias para obtener unas lentejas de diámetro DL = 2e+3 es, Diámetro de la base Dp = DL / 1.4 y su altura H = 0,25 Dp., pero, insistimos, es mejor procurarse unas normas y adaptarse a ellas ( ver 38-1 ). En la tabla ( ver 7-10 ) se encuentran los valores de referencia para los diversos diámetros Dp. normalizados en ISO 8167 que aconsejamos. Con valores diferentes, algo inferiores a los de la tabla también se obtienen soldaduras y, cuando no se dispone de suficiente potencia en la máquina a usar pueden rebajarse esos valores si la resistencia mecánica y la presencia final deseadas en la pieza lo permiten. Para que se pueda considerar que la soldadura está bien realizada una de las condiciones indispensables a cumplir es que las dos piezas estén en íntimo contacto sin que haya separación alguna que puede ser motivada por una deficiente o incompleta fusión de alguna protuberancia.

10.6.2.

PROTUBERANCIAS MÚLTIPLES

Cuando se trata de soldar protuberancias múltiples se acostumbraba a aconsejar aplicar unos valores de intensidad y esfuerzo que eran el resultado de multiplicar los aconsejados para una protuberancia por el número de éstas y sin modificar el tiempo. La experiencia actual aconseja no actuar según ese principio pues el tiempo usado para una protuberancia es demasiado corto para que fundan bien varias protuberancias a la vez cuando existen, muy normal, ligeros desequilibrios en la aplicación del esfuerzo y en el reparto de las corrientes. Capítulo X

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Como ventaja nada despreciable complementaria a lo anterior, se exige menos potencia y esfuerzo a las máquinas en éstas soldaduras múltiples. La tabla ( ver 8-10 ) da valores aconsejados para diversos gruesos de plancha indicando el diámetro de las protuberancias que se supone se le han realizado.

10.6.3.

PROTUBERANCIAS O RESALTES NATURALES O FUERA DE NORMATIVA

En el caso de protuberancias o resaltes naturales con medidas que no se ajustan a ninguna norma, lo cual ocurre con frecuencia, no hay posibilidad de realizar tabla alguna. Aconsejamos en este caso aplicar unos valores iniciales orientativos que oscilan entre 250 A y 10 daN por cada mm2 de sección final soldada cuando sea de unos 40 a 50 mm2 y de 100 A y 6 daN por cada mm2 cuando la sección que resulte soldada alcance los 500 o mas mm2. Para valores intermedios deberán extrapolar las cifras a su criterio. El valor del tiempo total a regular para inicio de pruebas debe ser el de 1 a 2 periodos por cada 1000 A. de los previstos para una sola protuberancia. Esperamos que una fórmula tan simple como la indicada cumpla los objetivos de este Manual de dar ayudas, pero no es ni puede ser una fórmula universal y válida para cualquier caso que se presente.

10.6.4.

TABLAS CON VALORES PARA LA APLICACIÓN Y SOLDEO DE PIEZAS POR PROTUBERANCIAS

Tabla 7-10 Rango de valores aplicables a protuberancias realizadas según norma ISO 8167.

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Tabla 8-10 Valores aconsejados para la soldadura de chapas por protuberancias. Los valores indicados son por protuberancia y deben ser multiplicados por el número de estas, excepto el valor del tiempo.

En este cuadro hemos supuesto para cada grueso de chapa una sola medida de protuberancia, que hemos considerado la mas comúnmente empleada. Como es posible emplear protuberancias de diámetro distinto en cada uno de los gruesos de chapa indicados, para establecer los nuevos valores a aplicar tienen que auxiliarse de la tabla 7-10 donde se da la gama de valores para cada medida de protuberancia.

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Los valores a aplicar para chapa galvanizada son los mismos que para chapa desnuda, pero, debido al peligro del encolado, ( cap. 2º.5.• ), tienen que aplicarse los valores de presión e intensidad mayores posibles y por tanto los menores tiempos. Para el acero inoxidable los esfuerzos deben multiplicarse por 1,5 a 1,7 y las intensidades por 0,7 a 0,8. Es conveniente que el responsable de la parametrización del proceso de soldadura conozca bien los principios en que se basa esta soldadura pues es imposible dar datos exactos y convenientes para las muy numerosas formas y variantes que se pueden presentar (mala repartición de la corriente entre protuberancias, variaciones en el tamaño de estas, mal encaramiento o deformación de las piezas, velocidad de seguimiento del cabezal de soldadura, tipo de corriente empleada, etc..., etc...).

10.7.

SOLDEO DE ALAMBRES Y VARILLAS

Antes de emplear tiempo en estudiar los parámetros necesarios para un trabajo recomendamos se relean ( cap.3º.5. ) . Una primera pregunta que nos haremos es el grado de penetración de las dos varillas entre si, el cual puede quedar determinado por motivos de resistencia mecánica de la soldadura o por motivos estéticos. Por razones de resistencia mecánica se acostumbra a soldar con penetraciones del 15% y del 30 %. Por motivos estéticos llega a soldarse con penetraciones del 100%, aunque consideramos que los resultados con este tipo de penetración no son muy satisfactorios. La resistencia mecánica de un cruce soldado se conoce multiplicando los mm2 de sección soldada por la resistencia del material y por un coeficiente no superior a 0,8 debido al cambio de estructura en la zona soldada, a la posibilidad de defectos u oquedades en la estructura de la soldadura, o por pérdida de un tratamiento térmico previo.

10.7.1. CONSIDERACIONES GENERALES

Los valores que indicamos en las tablas son para un solo cruce y normalmente se indica que para soldar simultáneamente varios cruces debe mantenerse constante el tiempo y multiplicar la intensidad y el esfuerzo por el número de cruces a soldar. Nuestra experiencia nos hace considerar incorrecta dicha práctica y aconsejamos que los valores de intensidad resultantes deban Capítulo X

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reducirse en un porcentaje de hasta un 20% para 12 cruces e irse variando ese porcentaje para mayor o menor cantidad de cruces. Para alambres galvanizados, emplomados, niquelados, cromados, etc..., aplicar los mismos valores que para los desnudos. Si el material tiene porcentajes elevados de Silicio, Fósforo o Azufre se pueden producir soldaduras muy frágiles e incluso no poderse soldar.

10.7.2.

SOLDADURA ENTRE CHAPAS Y ALAMBRES O VARILLAS

Cuando el diámetro del alambre es mucho mayor que el grueso de la chapa, en proporción superior a 1/10, se obtienen buenos resultados pues aunque el centro de calor ( ver 12-1 ) se sitúa en el alambre, permite calentarse la chapa y formarse la lenteja. A medida que esa proporción va disminuyendo el centro de calor se va desplazando hacia el interior de la varilla y llega a fundirse el alambre, a “cortarse”, antes de que en la chapa haya temperatura suficiente para iniciarse la lenteja común. Por debajo de una proporción 1/8 tienen que prepararse unas protuberancias en la chapa que conviertan esa soldadura en un cruce de varillas.

10.7.3.

VALORES PARA EL SOLDEO DE VARILLAS DE 1,6 MM. A 12,5 MM. DE DIÁMETRO

Material a soldar: Alambres y varillas de acero de baja aleación desnudo o galvanizado. Material de los electrodos CuCrZr. Forma de la cara activa ( ver 11-10 ). A.- Muy usada pero es la que deja mas huella. B.- Produce menos huella. C.- Solo usada para varillas de fuerte diámetro y superficie delicada.

11-10

Capítulo X

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Valores para una penetración del 15% y para un solo cruce

Valores para penetraciones del 30% y para un solo cruce

En el soldeo de alambres y varillas de acero inoxidable aplicar valores resultantes de multiplicar el esfuerzo por 2,5 y la intensidad por 0,6. Para soldar corrugados empleados en la construcción se emplean los mismos tiempos y un 40% más de esfuerzo y de intensidad. En muchas estructuras realizadas con este material solo se precisa una resistencia que permita transportarlas sin que se deformen, y en ese caso se pueden soldar hasta con valores inferiores a los necesarios para varillas desnudas. Debemos prever que en las soldaduras de material corrugado para la construcción los elementos de la máquina de soldar deben estar sobredimensionados mecánicamente y prever que una parte importante de los esfuerzos mecánicos son necesarios para acercar las varillas entre si. Para soldaduras simultáneas de varios cruces atiendan al texto previo a las tablas de valores. Capítulo X

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10.8.

SOLDEO DE CHAPAS GRUESAS

Aconsejamos releer el capítulo. ( 3º.2.1. ) del Manual La unión por soldadura a puntos de chapas gruesas no ha sido muy empleada en el siglo pasado motivado principalmente porque se temía una cierta inseguridad en sus resultados. Este temor estaba en parte justificado debido a que los esfuerzos e intensidades exigidos así como la demanda de energía de la red y la potencia y el tamaño de las máquinas necesarias así como los controles electrónicos que se precisan limitaba el número de posibles realizadores, con garantía, de esas soldaduras y se optaba normalmente por usar la soldadura por arco o el atornillado. Actualmente se puede disponer de máquinas con menor consumo y equilibrado sobre las tres fases de la red ( cap. 4º.2.4. ) y equipadas con unos controles que permiten perfectamente afrontar las prestaciones que este tipo de materiales solicitan. Creemos que los proyectistas de piezas soldadas tienen ahora la posibilidad de efectuar fuertes economías usando este tipo de unión.

10.8.1.


En las pruebas de rotura partir de 3,2 mm. no se obtienen “botones” y “agujeros” en las probetas pero la rotura debe ser limpia, sin oclusiones ni oquedades. Los diámetros de lenteja aconsejados y los obtenibles pueden ser diferentes, lo cual afecta a la resistencia mecánica del punto y al número de puntos que precisa la pieza. Debe calcularse la resistencia según sea la sección de rotura de la lenteja aplicando unos coeficientes de reducción ya de un 20% para espesores de 4mm. y de un 40% para 8mm. Para chapa galvanizada, negra, con calamina, etc... los parámetros a aplicar son similares a los que se aconsejan para chapa limpia, pero puede ser necesaria una pendiente mas larga para la subida de la intensidad. La buena presentación y el contacto inicial entre las superficies acostumbra a no ser demasiado correcto en las chapas gruesas lo que hace prácticamente indispensable el uso de una pendiente de subida,”slope” en el inicio. No esta indicado en las tablas y el tiempo de este slope debe estar incluido en el 1º impulso. Aunque son perfectamente válidas y asumibles las soldaduras con un solo impulso de corriente es de más fácil regulación y se Capítulo X

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obtienen mejores resultados en cuanto al aspecto de la soldadura y a la vida de los electrodos empleando impulsos. Los valores aconsejados permiten apreciables variaciones que deberán probarse en cada caso concreto para adecuarse a las necesidades en los resultados a obtener, tanto en presencia externa, huella, como en la resistencia. Para un total de tiempo caliente determinado la descomposición en tiempos fríos y calientes así como el numero de impulsos admite amplias variaciones y el factor mas determinante es la temperatura en la zona de contacto del electrodo con la pieza, la cual no debe sobrepasar un rojo cereza y en ningún momento desprender proyecciones. No se tiene que efectuar una nueva soldadura hasta que el electrodo se haya enfriado. Para obtener una buena calidad con regularidad es conveniente trabajar con leves variaciones en el diámetro de la cara activa y para ello deben efectuarse los reavivados necesarios. Dada la importancia del buen enfriamiento de los electrodos es ventajoso utilizar un circuito de agua solo para ellos y controlar el buen montaje y funcionamiento de los tubitos interiores. El agua no tiene que salir a borbotones durante la operación de soldeo, pues indica una mala refrigeración. Para soldar aceros que adquieren temple y precisan tratamiento de recocidos o normalización deben conocerse bien las posibilidades del control y tener los conocimientos de metalurgia necesarios. Un caso particular que tiene que estar incluido en este apartado es el soldeo de perfiles laminados en caliente, con superficies no lisas, y el de chapas negras muy calaminadas. El estado superficial es tan variable que no pueden establecerse reglas fijas y una tabla de valores apropiados. Aconsejamos emplear presiones altas, entre 1,5 y 3 veces la aconsejada para chapa limpia desnuda y una vez ajustados los valores que nos den resultados aceptables el operador debe aplicar un control visual permanente en cada soldeo pues pueden presentarse importantes irregularidades.

10.8.2.

VALORES PARA CHAPAS DE ACERO DE BAJA ALEACIÓN LIMPIAS DE 2,5 MM. A 8 MM

La indicación de tiempo, ejemplo, 5(12+2) significa dar 5 impulsos de 12 periodos separados por unos tiempos fríos de 2 periodos. Normalmente es necesario aplicar la corriente del primer impulso con una pendiente de subida de aprox. 3 a 9 periodos.

Capítulo X

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Los valores que se aconsejan para el soldeo son siempre orientativos; pero, en el caso de las chapas gruesas es donde son posibles mayores oscilaciones alrededor de esos valores. Las versiones A, B y C producen calidades igualmente aceptables y es aconsejable adaptarse a lo que las prestaciones de la máquina permitan. Con la energía dada en forma de impulsos es más fácil el control visual y el ajuste de los parámetros. El diámetro Dce. de los electrodos conviene sea del tamaño superior siguiente al recomendado en ( ver 67-6 ) por la importancia que tiene la evacuación del calor en estas chapas. El material apropiado es el de la clase 2, CuCrZr.

Si la máquina lo permite tiene que aplicarse una presión de forja un 30% superior a la de soldadura para obtener una mejor calidad. También es aconsejable realizar un buen 2º acercamiento con una presión similar a la de forja. Para la soldadura del acero inoxidable no podemos dar cifras concretas y, solo advertir que deberá emplearse para los electrodos material de la clase 3 e incluso CuW. y que las presiones tienen que ser más elevadas y la intensidad más baja, con mayores diferencias a medida que la aleación a soldar tenga más resistencia eléctrica y mecánica.

Capítulo X

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10.9.

SOLDEO DE TUERCAS Y TORNILLOS

Aconsejamos releer el ( cap. 3º.7. )

10.9.1.

RELACIÓN GRUESO DE CHAPA CON TAMAÑO DE TUERCA

Una primera consideración es conocer la importancia que tiene el tamaño de las protuberancias, y por tanto de la tuerca o tornillo, respecto a la chapa donde se la quiere soldar. Aconsejamos que el grueso máximo de la chapa sea: Para roscas M4. 0,8mm., M5. 1mm., M6. 1,25 mm., M8. 1,6 mm., M10. 2 mm., M12. 3,2 mm., M14. 4 mm. Si se sueldan a chapas mas gruesas de las indicadas sus protuberancias pueden “desparramarse” ( ver 11-1 ) antes de que se caliente suficientemente la chapa y no se produce una soldadura sino un “encolado”. Cuando no se puede evitar el hacerlo e incluso en el limite máximo aconsejado tiene que emplearse el material CuW para la cara activa del electrodo en contacto con la plancha para modificar el centro de calor ( cap. 1º.1.2. ) y que se caliente mas la chapa, y, naturalmente, probar el resultado obtenido antes de iniciar la producción. En toda soldadura se tiene que estar seguro de que la resistencia mecánica obtenible responde a lo previsto y necesario, y, en el caso de las tuercas y tornillos que son soldaduras “únicas” es todavía más importante.

10.9.2. RESISTENCIA A LA TORSIÓN Y ARRANQUE

Las curvas ( ver 12-10 ) y ( ver 13-10 ) indican los valores por debajo de los cuales tuercas y tornillos de acero de baja aleación, calidad 4D. no deben romper. La prueba de rotura por torsión es fácil de realizar mediante una llave dinamométrica y es aconsejable repetirla a lo largo de la producción. Un aumento del volumen de las protuberancias produce un aumento del par torsor resistente; pero, no ocurre así si ese mayor volumen se obtiene aumentando su altura. Con superficies recubiertas se obtienen pares torsores resistentes algo inferiores a los obtenidos con chapa desnuda. Aconsejamos utilizar tuercas y tornillos normalizados con suministro y calidad regulares y garantizados, utilizar un buen Capítulo X

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sistema de electrodos ( ver 48-3 y 49-3 ) que también sea de fácil suministro o autofabricación, y, con esos ingredientes dedicar el esfuerzo a ajustar unos parámetros de regulación para la máquina de que se disponga con los que se obtenga la resistencias mecánica deseada.

12-10

13-10

Capítulo X

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Esta labor de ajuste es necesaria por la gran variedad de formas de protuberancias que se pueden encontrar y por lo que afecta la máquina que se utilice.

10.9.3.

SOLDEO DE CABEZAS DE TORNILLO CON PROTUBERANCIA ANULAR

Cuando tenemos que soldar cabezas de tornillo puede ocurrir que su protuberancia sea anular y para este caso incluimos una tabla de valores orientativos. Si tiene protuberancias independientes se sueldan con los mismos valores que precisan las tuercas con protuberancias equivalentes. Aun con esos mismos valores acostumbran a precisar una regulación con una potencia mas baja debido a la menor altura y mayor sección de paso para la corriente que tiene una cabeza de tornillo respecto a su tuerca. Tabla para tornillos con protuberancia anular.

10.9.4.

VALORES PARA SOLDADURA DE TUERCAS CON PROTUBERANCIAS

Estos valores son para tuercas con TRES protuberancias. Para tuercas con CUATRO protuberancias multiplicar los valores de esfuerzo y corriente por 4/3. Una aplicación muy común es soldar simultáneamente dos tuercas en serie que estén lo suficientemente distanciadas. Los valores de intensidad y esfuerzo a aplicar son los mismos que para una sola Capítulo X

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tuerca y a la máquina se le exige trabajar en un punto mas alto de regulación del transformador o de potencia regulada por haber aumentado a más del doble la resistencia eléctrica por donde debe circular la misma corriente de soldadura.

Hay determinados usuarios que no lo aceptan pero no conocemos ningún razonamiento válido que lo justifique. Los valores que aconsejamos para iniciar las pruebas son para soldar con máquinas estándar de corriente alterna monofásica. Si se dispone de máquina que suelde con corriente continua procedente de inverter ( cap. 4º.2.5. ) que tienen un “slope” de subida natural muy pequeño, los tiempos pueden reducirse Para soldar en superficies galvanizadas no debe reducirse el esfuerzo durante las pruebas, solamente actuar sobre la intensidad o tiempo. Para soldar acero inoxidable los esfuerzos deben multiplicarse por 1,6 y la intensidad por 0,75.

Capítulo X

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10.10.

SOLDEO DE TUBOS

10.10.1.


La soldadura de tubos es uno de los procesos de mas difícil ajuste en la soldadura por resistencia y dentro de lo que se aconseja en diversas fuentes, con valores muy dispares entre si, el usuario debe estudiar y profundizar en su problema específico y tomar lo que mas se ajuste a sus necesidades. Es muy aconsejable releerse ( cap. 3º.6. ) antes de aplicar lo que mas adelante aconsejamos nosotros.

10.10.2.

SOLDEO DE TUBOS DE TESTA A CHAPAS MÁS DELGADAS QUE LA PARED DEL TUBO

El tubo tiene que tener un “afilado centrado” con una longitud del 25% del grueso de su pared ( ver 39-3 ). Material de las mordazas para el tubo.- Clase 1 o clase 2. Material para la pieza plana que soporta la chapa.- clase 2 o clase 3. Las mordazas que sujetan el tubo lo tienen que hacer con un esfuerzo doble del que se aplica en la soldadura, salvo que haya un tope posterior mecánico que impida el deslizamiento de la pieza. En ese caso el esfuerzo debe ser igual al de la soldadura. Con el electrodo clase 3 los gruesos pueden llegar a ser iguales. Para otras dimensiones de tubos extrapolar valores con el área de la sección del tubo Ø x π x grueso pared.

10.10.3.

Capítulo X

SOLDEO DE TESTA A CHAPAS MÁS GRUESAS QUE LA PARED DEL TUBO

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Valores para cuatro protuberancias alargadas realizadas en la chapa que sueldan en su cruce con el tubo ( ver 39-3 ). Altura de la protuberancia igual al 25% de su anchura. Para otros espesores o anchuras y cantidad de protuberancias extrapolar según el área total de los cruces Bp x Et x nº prot.

10.10.4.

SOLDEO DE TUBOS EN T

Debe comprobarse cual es la presión máxima que se le puede dar con el útil y mordaza, así como máquina de que se dispone, sin que el tubo que soporta el empuje alcance en frío deformación permanente. Es una soldadura de una protuberancia anular cuya área es la sección del extremo de tubo a soldar. El diámetro de este extremo no puede exceder del 50 % del diámetro del otro tubo y de no ser así debe conificarse para conseguirlo ( ver 44-3 ) Debe sobresalir de la mordaza de sujeción una longitud similar a la del diámetro menor. El parámetro al cual se le tiene que prestar mas atención es al tiempo, el cual debe ser lo mas corto posible con objeto de conseguir la soldadura con el mínimo de deformación en las zonas vecinas a ella, para evitar una disminución de la presión de forja.

Para otras secciones extrapolar en función de la sección a soldar. El material y esfuerzos de apriete de las mordazas y electrodos es igual a lo indicado en 10º.9.2. El electrodo, acanalado con el mismo diámetro del tubo, debe abarcarlo en 180º, y el útil debe prever espacio para una ayuda a la extracción, si se da el caso de que la extracción manual fuese dificultosa. Para el dimensionado del electrodo acanalado debe tenerse en cuenta lo que se indica en 10º.9.5.

Capítulo X

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10.10.5.

SOLDEO DE TUBOS EN CRUZ

Es importante para poder aplicar un esfuerzo elevado que los electrodos abarquen los tubos 180º y ajustados a su diámetro. Debe comprobarse en frío, sin paso de corriente, que en el cruce de ambos tubos se produzca una deformación de unos 3 mm. de diámetro que al quitar la presión desaparezca. Teóricamente eso se produce con unos 800 a 900 daN en tubos de 25x1, 5 mm. con material de 42 daN/mm2 de resistencia y 24 daN/mm 2 de limite elástico. Según el resultado de la comprobación deberán aumentarse los valores aconsejados de presión y corriente y disminuir el tiempo, o, actuar en sentido contrario si se produce aplastamiento en frío con los valores aconsejados. El empuje que recibe el electrodo acanalado en su parte superior, en sentido perpendicular al esfuerzo principal, Ph, es del orden del 40 % de éste. ( ver 41-3 ) y no debe abrirse con ese esfuerzo. La lenteja formada con el material fundido recibe la presión tangencialmente pues obviamente carece de soporte alguno en el interior del tubo y por ello, si hay exceso de tiempo o de corriente y llega la zona fundida a la superficie interior del tubo, se produce un “vaciamiento” de la lenteja. Este fenómeno debe tenerse muy en cuenta al ajustar el proceso de soldadura y comprobar si existe al regular intensidades o tiempos. No aconsejamos soldar tubos con paredes de menos de 1,2 mm.

Si se produce chispeo inicial puede ser conveniente un slope de 1 a 2 periodos. Estos esfuerzos pueden parecer altos, pero la lenteja solo recibe menos del 40% de esos valores. En muchos casos conviene que el cruce de tubos pierda altura, y haya un aplastamiento de los tubos que permita un reforzamiento por arco o mejore la estética. Para ello, después de un tiempo frío que asegure que la soldadura realizada no se altera, unos 3 periodos, se le dan un par de impulsos con el 60% de la corriente de soldadura y una mayor presión hasta el final del mantenimiento que puede hacer llegar la deformación hasta un tope mecánico que garantiza la regularidad y aspecto. Capítulo X

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No es posible aconsejar los valores necesarios para soldar tubos en cruz con la preparación especial indicada en ( ver 43-3 ), para evitar tener que reasegurar por arco el cruce; pero el problema se reduce a asimilar las deformaciones realizadas en los tubos a protuberancia sobre cuyos parámetros apropiados se tengan referencias.

10.11.

SOLDEO EN SERIE POR “DOBLE PUNTO”

En 3.1.4 y 3.3.2. que aconsejamos relean vemos que este nombre incluye unas cuantas variantes que merecen trato y ajuste de valores distintos.

10.11.1.


Si son soldaduras indirectas aconsejamos no emplear este sistema para un grueso de la chapa más delgada superior a 1,6 mm. y evitarlo en las chapas galvanizadas, donde solo debe hacerse, con precauciones, en las electrocincadas con muy poco espesor de cinc. La exigencia de esfuerzos elevados y otras exigencias del soldeo del acero inoxidable hacen que, aunque sea posible, sea poco usado este procedimiento con estos materiales. Estas soldaduras indirectas tienen dos particularidades importantes. a.- una parte de la corriente de soldadura se desvía entre los electrodos antes de atravesar la zona donde debe formarse la lenteja, y por ello debemos regular una corriente mayor en una cantidad dependiente de la distancia entre puntos. b.- El “centro de calor” y la lenteja no quedan centrados en la zona de contacto entre planchas a soldar y la mayor sección de la lenteja no es la que determina la resistencia mecánica de la soldadura, la cual es algo inferior. En el resto de características es una soldadura normal y se le puede aplicar el electrodo, esfuerzo, intensidad (la real que atraviesa la lenteja) y tiempo que correspondan al grueso, material, calidad, etc... Estas soldaduras en su mayoría se efectúan en máquinas o montajes especiales utilizando cilindros multicámara, ( caps. 6º.5.1. y 7º.4. ) , conectados eléctricamente mediante cables flexibles, y por ello se acostumbran a emplear valores de esfuerzo e intensidad bajos y tiempos largos dentro del área de soldabilidad Capítulo X

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posible que también castigan menos la cara activa del electrodo por la cual siempre pasa una corriente superior a la de soldadura.

10.11.2.

DESVÍO DE CORRIENTE

En esta tabla está indicado el porcentaje aproximado de corriente que se desvía según sea la distancia entre electrodos y el grueso de la chapa en contacto con ambos electrodos.

No es conveniente, aunque es posible, trabajar con desvíos de corriente superiores al 25 %.

10.11.3.

VALORES PARA SOLDAR CHAPAS DE 0,8 MM. A 1,6 MM

Chapa de 0,8 mm.

Diámetro de la cara activa de los electrodos, Dca. 5 mm. Esfuerzo 180 daN Tiempo de soldadura 8 per. Corriente total de soldadura, sin derivaciones 8.000 A. Corriente total de soldadura con derivación de corriente entre puntos situados a: 50 mm. 63 mm. 75 mm. 100 mm. 150 mm. 200 mm.

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10.300 A. 9.800 A. 9.400 A. 9.000 A. 8.700 A. 8.400 A.

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Chapa de 1 mm.

Diámetro de la cara activa de los electrodos, Dca. 5 mm. Esfuerzo 200 daN. Tiempo de soldadura 10 per. Corriente total de soldadura sin derivaciones 9.000 A. Corriente total de soldadura con derivación de corriente entre puntos situados a: 63 mm. 12.000 A. 75 mm. 11.250 A. 100 mm. 10.600 A. 150 mm. 10.000 A. 200 mm. 9.700 A. Chapa de 1,25 mm.

Diámetro de la cara activa de los electrodos, Dca. 6 mm. Esfuerzo 240 daN Tiempo de soldadura 14 per. Corriente total de soldadura sin derivaciones 9.500 A. Corriente total de soldadura con derivación de corriente entre puntos situados a: 75 mm. 11.300 A. 100 mm. 11.700 A. 150 mm. 10.900 A. 200 mm. 10.400 A. Chapa de 1,6 mm

Diámetro de la cara activa de los electrodos 6,5 mm. Esfuerzo 300 daN Tiempo de soldadura 15 per. Corriente total de soldadura sin derivaciones 10.500 A. Corriente total de soldadura con derivación de corriente entre puntos situados a: 100 mm 14.000 A. 150 mm. 12.700 A. 200 mm. 12.000 A. El material de los electrodos tiene que ser el CuCrZr. clase 2 Las distancias al borde más próximo son las recomendadas para el soldeo normal de chapas desnudas del mismo grueso.

Capítulo X

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10.11.4.

SOLDEO POR POLOS OPUESTOS, “PUSH-PULL”

Cuando las soldaduras son directas, sistema push-pull, por polos opuestos, ( cap. 3º.1.6. ) , solo existe una pequeña intensidad desviada entre electrodos, pero la zona de la lenteja, que puede quedar bien centrada, no queda afectada por esas corrientes, las cuales tienden a anularse en cuanto se inicia la formación de la lenteja, y, se anulan totalmente si la impedancia de los dos transformadores opuestos es la misma, lo cual se consigue generalmente empleando dos transformadores que tienen una tensión secundaria ligeramente diferente. Los valores a aplicar son los que corresponden al grueso de plancha a soldar dentro de los que la máquina permita, no teniendo particularidad alguna que obligue a un trato diferente al de cualquier otra soldadura y pudiendo soldarse por este procedimiento cualquier grueso y cualquier material con los valores que para ellos se recomienden.

10.12.

SOLDEO CON ROLDANAS

Aconsejamos releer ( cap. 1º.6. ) de este Manual. Incluir tablas de valores aconsejados para todas las variables y casos que se puedan encontrar en la práctica de este tipo de soldadura, sobrepasa la capacidad del Manual, pues dichos valores no solo dependen del material y piezas a soldar y de sus características, sino también de la máquina, sus cabezales, sistema de reavivado, de tracción, etc... Las tablas, datos y consejos que incluimos esperamos sean suficientes para ayudar a iniciar las pruebas.

10.12.1.

DATOS GENERALES

Anchura de la superficie activa de la roldana. Aplicar la sencilla fórmula a = 2e+3 donde e es el espesor de la chapa que esta en contacto con la roldana. Para soldar acero inoxidable o aluminio el perfil de la roldana debe ser curvo con un radio de 75 mm. Diámetro de la roldana.

Si es conducida, arrastrada, tiene que ser mayor o igual a 100 mm. y en todo caso aplicar el mayor posible que admita el cabezal y su sistema de tracción y reavivado, dentro de los diámetros estándar de algún proveedor solvente. Capítulo X

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Material de la roldana. Para aleaciones ligeras Cu., CuCd., CuAg., (Clase 1) Para aleaciones férricas CuCrZr. (Clase 2) Reavivados y limpieza de la roldana. Es un factor importante si queremos conseguir regularidad en la calidad cualquiera sea el material con que se trabaje. Pruebas de resistencia y estanqueidad. Es indispensable realizarlas durante la puesta a punto del proceso. La pruebas de resistencia mas sencillas son las de arrancamiento por arrollado y la de estanqueidad ( cap. 9º. ). Distancia mínima a los bordes.

Por la acumulación de calor que se produce en este tipo de soldadura es muy importante respetar las distancias a los bordes teniendo en cuenta los radios de curvatura que se producen en la conformación de las piezas y prestando especial atención a las “esquinas” o curvaturas de pequeño radio en la trayectoria del cordón donde se puede necesitar o producir una disminución de velocidad o deslizamientos, con mayor aportación de calor y posible variación de la trayectoria. Si hay desprendimiento de material en forma de chispas durante el proceso hay peligro de pérdida de estanqueidad. Presentación del material.

El propio sistema impide tiempos de mantenimiento por lo que las chapas soldadas no deben quedar con tensión residual que “abra” la soldadura aun pastosa. Deben evitarse conformaciones que hayan producido “arrugas” en la zona donde se suelda. Enfriamiento.

En muchos casos; pero, especialmente con inoxidable, aluminio, chapas emplomadas, etc..., es conveniente soldar con una aportación de agua dirigida directamente a ambas caras de la soldadura. Tracción.

Siempre que sea posible elegir que las dos roldanas sean tractoras con sistemas que aseguren la misma velocidad tangencial en ambas. Como ya indicamos, las tablas que incluimos corresponden a valores con los que iniciar las pruebas pero admiten apreciables variaciones, y aconsejamos corregir al alza el calor y el esfuerzo si la máquina lo admite en las de acero de baja aleación y no disminuir el esfuerzo cuando se trata de la soldadura de galvanizados. Las aleaciones de aluminio, y también los aceros inoxidables, tienen tal variación en sus características que no podemos aconsejar en que sentido deben ir los ajustes; pero, en principio mayores resistencias mecánica y eléctrica de la aleación piden mayor esfuerzo y menor intensidad. Capítulo X

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10.12.2.

VALORES PARA EL SOLDEO CON ROLDANAS

10.12.2.1.

Soldadura estanca con acero de baja aleación pulido y sin recubrimientos

Se puede soldar sin emplear modulación de tiempos fríos y calientes con los siguientes valores aproximados. Para chapa de 0.8 mm. 10000 A. y soldando a la velocidad de 5 m./m. y para chapa de 1 mm. 12000 A. y 2,75 m/m. 10.12.2.2.

Soldadura estanca galvanizado

con

chapas

de

acero

La protección de Zn desaparece de la zona de soldadura. La limpieza de la superficie activa de la roldana tiene que ser permanente. La tracción mas aconsejada es la periférica. La aportación externa de agua en la zona donde se esta produciendo la soldadura mejora pero no soluciona sus problemas. Con estos mismos valores y soldando chapas emplomadas se obtienen depósitos estancos con todas sus zonas protegidas. Capítulo X

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10.12.2.3.

Soldeo de aleaciones ligeras por roldanas

Estos valores corresponden a un aluminio aleado; no obstante la gran gama de diferentes resistencias eléctricas y mecánicas que incluye ese nombre obliga a tomar estos valores solo como una referencia inicial. Cualquier irregularidad en la tracción durante la soldadura provoca una “combustión” luminosa del aluminio por lo que convienen ambas roldanas tractoras. El perfil de la cara activa de la roldana no tiene que ser plano, sino esférico de unos 75 mm de radio, y, la anchura del cordón formado depende tan solo de los valores de intensidad, velocidad y presión aplicados. El material tiene que estar decapado químicamente si se desean obtener unos resultados regulares. Una capa de óxido gruesa imposibilita este tipo de soldadura.

La limpieza desincrustante y el cepillado de la cara activa de la roldana es fundamental y el agua directa sobre la soldadura es muy aconsejable

Capítulo X

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10.12.2.4.

Soldeo del acero inoxidable con roldanas

Con las salvedades debidas a la posible pérdida de inoxidabilidad a causa de las zonas que alcanzan la temperatura critica y la mantienen unos segundos y de los cambios de color y estructura visibles, este tipo de soldadura es aplicable a estos materiales. Un factor a tener en cuenta es que con la temperatura las piezas o pestañas que se sueldan están sometidas a unas tensiones o modificaciones de formas, debido a su elevado coeficiente de dilatación, que pueden hacer inútil el sistema. Es importante estudiar bien el diseño de las piezas y el orden o sistema productivo con el que se hacen las soldaduras para evitar esos problemas. El aplicar agua directa a la zona de soldadura durante el soldeo es muy conveniente y aconsejable. La cara activa de las roldanas tiene que ser esférica con un radio de curvatura entre 25 y 50 mm. y el material debe ser de la clase 3, CuCoBe o CuW, o sea, a mayor resistencia mecánica y eléctrica de la aleación que soldamos, material mas duro y de menor conductibilidad podemos emplear.

Capítulo X

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CAPITULO XI SUMARIO 11.

INFORMACIÓN AUXILIAR .................................................4 11.1. UNIDADES DE MEDIDA SI Y SUS FACTORES DE CONVERSIÓN CON OTROS SISTEMAS .....................4 11.2. GALGAS.........................................................................7 11.3. NÚMEROS PREFERENTES ..........................................8 11.4. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE ALGUNOS METALES ....................................................................... 9 11.5. DENSIDADES ELÉCTRICAS EN CIRCUITOS SECUNDARIOS............................................................10 11.6. INSTRUMENTACIÓN Y HERRAMENTAL ..................10 11.6.1. INSTRUMENTACIÓN..........................................11 11.6.1.1. Amperímetro electrónico ..........................11 11.6.1.2. Medidores de esfuerzo.............................12 11.6.2. HERRAMENTAL..................................................13 11.7. TIEMPOS DE MANEJO DE PIEZAS Y PARA COMPLETAR UN PROCESO DE SOLDEO................13 11.8. NORMAS ISO ............................................................... 18 11.8.1. ORGANISMOS NACIONALES CORRESPONSALES AUTORIZADOS ..............................18

Capítulo XI

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11.8.2. ALGUNAS NORMAS RELACIONADAS CON LA SOLDADURA Y REFERENCIADAS EN ESTE MANUAL..............................................................19 11.9. MODELOS DE CERTIFICADOS, GARANTÍAS O DOCUMENTACIÓN QUE PUEDE ACOMPAÑAR LAS MAQUINAS ..........................................................20 11.10. MINI DICCIONARIO INGLÉS-ESPAÑOL DE TÉRMINOS EMPLEADOS EN LA SOLDADURA .......21 11.10.1. MODALIDADES DE SOLDADURA ..................... 21 11.10.2. TIPOS DE MAQUINAS........................................22 11.10.3. ELECTRODOS ....................................................23 11.10.4. PARTES DE LAS MÁQUINAS ............................23 11.10.5. MATERIALES Y PIEZAS A SOLDAR.................. 25 11.10.6. PROGRAMADOR Y CONTROL DE LA SOLDADURA..............................................................26 11.10.7. DE LA RED Y DEL EQUIPO ELÉCTRICO..........27 11.11. DATOS Y DIRECCIONES DE POSIBLE UTILIDAD ...27 11.11.1. INSTITUTOS Y ORGANISMOS PRIVADOS U OFICIALES DEDICADOS A LA SOLDADURA POR RESISTENCIA ............................................28 11.11.2. PUBLICACIONES PERIÓDICAS DEDICADAS TOTAL O PARCIALMENTE A LA SOLDADURA POR RESISTENCIA ............................................29 11.12. SIMBOLOGÍA...............................................................30 11.13. BIBLIOGRAFÍA ............................................................32 11.14. RELACIÓN DE EMPRESAS FABRICANTES DEDICADAS PRINCIPALMENTE A LA SOLDADURA POR RESISTENCIA.............................32 11.14.1. FABRICANTES DE ELECTRODOS, PORTAELECTRODOS, ROLDANAS, CABLES, ETC.....33 11.14.2. FABRICANTES DE CONTROLES ELECTRÓNICOS E INVERTERS ........................................33 11.14.3. FABRICANTES DE MAQUINAS ESPECIALES..33 11.14.4. FABRICANTES DE MAQUINAS ESTÁNDAR.....33 11.14.5. FABRICANTES DE PINZAS Y PISTOLAS..........33 Capítulo XI

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11.14.6. FABRICANTES DE TRANSFORMADORES ......33 11.14.7. FABRICANTES DE CILINDROS, BRIDAS, SUJETADORES, ALIMENTADORES DE TUERCAS, REAVIVADORES DE ELECTRODOS, Y, OTROS ACCESORIOS........33 11.14.8. LABORATORIOS DE METROLOGÍA Y CALIBRADO DE INSTRUMENTOS .................... 33

Capítulo XI

Página 3


11.

INFORMACIÓN AUXILIAR

Este capitulo no puede, y no lo pretende, ser exhaustivamente completo; pero esperamos poderlo ir completando y mejorando, con la ayuda de nuestros lectores, al igual que el resto del manual si la aceptación de este Manual permite realizar nueva ediciones.

11.1.

UNIDADES DE MEDIDA SI Y SUS FACTORES DE CONVERSIÓN CON OTROS SISTEMAS

Cualquier cosa que se quiera cuantificar necesita una unidad de referencia que sea común y aceptada por el mayor número de gentes que necesiten usarla. Esto que puede parecer simple ha sido un gran problema a lo largo de los siglos y al iniciarse una era de desarrollos técnicos extraordinarios durante el siglo XIX, la necesidad de unidades nuevas se fue incrementando y con ello el bosque de diferentes denominaciones y la selva de equivalencias entre ellas. El sistema de medidas SI creado y reconocido por la mayoría de naciones industrializadas en la segunda mitad del siglo XX es un sistema métrico lógico y simple en su uso técnico y científico, por lo que es muy probable su aplicación en todo el mundo y el que tenga una larga vida. No es objetivo de este manual enseñar a manejarse con el sistema SI, y, solamente mencionamos las principales unidades en contacto directo con la tecnología de la soldadura por resistencia y una tabla de EQUIVALENCIAS PRACTICAS, NO EXACTAS entre esas unidades y las que hasta ahora se siguen usando en diferentes lugares. Ejemplo.- Una atmósfera, atm. equivale a 101.325 Pascales, y, para un soldador no tiene sentido aplicar números tan “difíciles”, por lo que damos como valor de la equivalencia 100.000, dado que ese “error” del 1,32% no tiene la mas mínima importancia en nuestras aplicaciones practicas. Incluimos también algunas unidades que se usan en la práctica como el decaNewton (daN) por ser aproximadamente un Kilogramo Fuerza y el Kilopascal (Kpa) de manejo mas práctico que el Pascal en las magnitudes de trabajo mas habituales para las presiones.

Capítulo XI

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Capítulo XI

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11.2.

GALGAS

En los países en los que no es oficial el sistema métrico y probablemente por la complejidad de su sistema de medidas, se emplea un sistema de “galgas” para definir el grueso de alambres y chapas o láminas metálicas. Cada número de galga se corresponde a un determinado grueso. Existen con mayor o menor implantación los sistemas USS, S.W.G., B.W.G., W.M.G.,A.S.G., B.S.G., D.P., etc... etc... En nuestro manual solo incluimos una tabla de conversión aproximada de las galgas United States Standard Gauge y American Screw Wire Gauge a milímetros.

Capítulo XI

Página 7


11.3.

NÚMEROS PREFERENTES

Otra muy importante e interesante recomendación de ISO y que ya es de uso común es el emplear preferentemente unos números determinados, lo cual facilita mucho los trabajos de proyectos y la normalización a nivel mundial. Incluimos la relación de números correspondientes a las series de 5, 10, y, 20 números del 1 al 10, cuyos múltiplos por 10, 100, etc... son también números normales. Entre número y número hay un salto de aproximadamente un 60% en la serie de 5 y del 25% y el 12% en las de 10 y 20 números. Siempre que sea posible se deben emplear los de las serie mas baja. Puede ampliarse debidamente este apartado con las recomendaciones ISO y con publicaciones especializadas en el tema.

En el Manual nos hemos adaptado en lo posible a estas recomendaciones Capítulo XI

Página 8


11.4.

CARACTERÍSTICAS METALES

FÍSICAS

DE

ALGUNOS

Los valores indicados son aproximados en ± un 5% y hasta en un ± 10% los de las casillas E, F, H. En los aceros de alta aleación, aluminio de diferentes composiciones, e incluso en materiales comerciales con impurezas también pueden ser diferentes esos valores, que no obstante tienen precisión más que suficiente para los conceptos en que se usan en este Manual.

Capítulo XI

Página 9


11.5.

DENSIDADES ELÉCTRICAS SECUNDARIOS

EN

CIRCUITOS

Orientación sobre densidades de corriente en Amperios por mm2 de sección en aplicaciones normales para la construcción de útiles y componentes de máquinas de soldar por resistencia. Es aconsejable ir tomando datos sobre la experiencia propia para adaptarse mejor a los materiales de que se dispone y a las necesidades mas comunes.

11.6.

INSTRUMENTACIÓN Y HERRAMENTAL

Toda actividad industrial precisa disponer de unos instrumentos que faciliten la puesta a punto de la máquina y la comprobación de cómo se realiza el trabajo y de los resultados obtenidos. La soldadura por resistencia no es una excepción. Hemos comprobado personalmente una cierta resistencia a invertir en los instrumentos específicamente necesarios para nuestra especialidad, incluso en fábricas y talleres equipados con toda clase de instrumentos de medida y galgas para comprobaciones dimensionales u otras.

Capítulo XI

Página 10


Recomendamos disponer de:

11.6.1.

INSTRUMENTACIÓN

Amperímetro electrónico para la medición de la corriente de soldadura. Medidor del tiempo de soldadura (generalmente la mide el mismo amperímetro). Medidor del esfuerzo entre electrodos, a ser posible electrónico, piezoeléctrico. Archivo de muestras con identificación de sus datos. Podemos observar que lo mínimo necesario es saber con que intensidad, tiempo y esfuerzo se suelda, y el resultado obtenido por observación visual de la rotura de la soldadura. Esa instrumentación mínima tampoco es preciso que sea de una calidad y precisión óptimas, bastando el poder disponer de lecturas comparativas de los mismos instrumentos, aun cuando es indiscutible que unos buenos instrumentos facilitan y mejoran el trabajo. Para instalaciones de mayor responsabilidad esa instrumentación, se complementa con un laboratorio equipado para obtener y analizar macrografías de zonas soldadas, PC para la obtención de gráficos de secuencias de soldadura, etc... Para trabajos con calidad concertada el comprador puede exigir que los instrumentos de medida con que se controla el equipo productivo de sus piezas y la calidad de éstas estén contrastados periódicamente por laboratorios de metrología. Esta petición es correcta y debe cumplirse; pero, en muchos casos se exigen precisiones absolutamente desfasadas con las admisibles en la soldadura por resistencia, que solo sirven para encarecer el proceso. 11.6.1.1.

Amperímetro electrónico

El amperímetro electrónico se basa en el campo magnético que una corriente genera al pasar por un conductor. Una bobina inmersa en dicho campo genera una corriente eléctrica que debidamente procesada nos indica la intensidad, Amperios, que ha producido ese campo. Como el instrumento detecta con total precisión el tiempo que esta circulando la corriente se incluye en estos amperímetros la medición del tiempo de soldadura. Según la marca y modelo tienen diferentes escalas de medida y distintas prestaciones. Relacionamos las mas comunes:

Capítulo XI

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Corriente RMS (valor eficaz) máxima.- Corresponde a la alcanzada al menos durante un periodo de los que componen el tiempo de paso de la corriente de soldadura Corriente RMS media.- Es la media de las corrientes eficaces de todos los periodos. Igualar o aproximar os dos valores RMS indicados es mejorar el proceso. Corriente de pico máxima, positiva y negativa. Sirven para ajustar el retardo de primera inserción ( ver 5.5.1. ) y el punto de regulación del transformador mas adecuado. Estos valores se miden con varias escalas, según los modelos y fabricantes cuyos valores máximos oscilan entre 2 kA y 200 kA. Pueden medir el ángulo de conducción en grados y suelen poder guardar en memoria los valores de las últimas mediciones, muy útil para analizar soldeos con impulsos y, también pueden estar preparados para medir la corriente en procesos de soldadura por roldanas o costura. Si se conectan a un osciloscopio puede analizarse la forma de onda de las corrientes. 11.6.1.2.

Medidores de esfuerzo

Los medidores de esfuerzo se basan en dos principios distintos. El mas económico y de aparentemente mas fácil manejo consiste en un manómetro con su espiral llena con aceite de un elevado SAE que recibe la presión de los electrodos a ambos lados de una membrana flexible y traduce la presión que recibe a la escala del manómetro. Su inconveniente es que se desajusta muy rápidamente y falsea la lectura si al medir el esfuerzo recibe el impulso dinámico que la velocidad de descenso del electrodo produce. El mas seguro es el basado en el efecto piezoeléctrico de un material que genera una tensión al someterlo a presión. Esa tensión electrónicamente procesada nos permite cuantificar el esfuerzo recibido e incluso disponer gráficamente de las variaciones de esfuerzo durante la secuencia programada. Su inconveniente es su precio, mas elevado que el del amperímetro electrónico y varias veces mas caro que el del manómetro de aceite. Comúnmente miden: - Esfuerzo máximo. - Esfuerzo en el inicio del proceso. - Esfuerzo al final del proceso. Las mediciones se realizan con la máquina bajo tensión y actuando como si se estuviera realizando el soldeo que se quiere analizar, para poder determinar la presión que se aplica en cada Capítulo XI

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instante del proceso. Un aislamiento interno evita el paso de corriente. Con un transductor apropiado pueden medir la presión de la red de alimentación de aire y, se pueden conectar a un osciloscopio para mayor información. Tanto del amperímetro como del dinamómetro se pueden encontrar en el mercado equipos capaces de suministrar mayor número de informaciones y conectables a un PC.

11.6.2.

HERRAMENTAL

Cizalla y elementos de corte para la preparación de muestras. Buriles, útiles, sujeciones, etc. para poder efectuar las pruebas destructivas o de arrancamiento ( cap. 9º ). Banco y tornillo de banco sólidos donde efectuar con comodidad las pruebas de rotura con buril y de arrancamiento manual. Para instalaciones de mayor responsabilidad este equipo mínimo, se complementa con una máquina de tracción para probetas de soldadura, durómetros, útiles para desbotonado. Aunque no lo podamos incluir como herramental importante es muy conveniente disponer de pequeños útiles y herramientas auxiliares como: - Un par de alicates especiales para extraer electrodos. - Un par de mazas de nylon. - Tubos de plástico o bandejas acanaladas para un corto almacenaje de electrodos de recambio. - Calibres para comprobación de conicidades de electrodos y porta-electrodos. - Juego de llaves fijas para aprietes. - Cinta adhesiva para aislamiento de brazos. - Gafas, botas, guantes, delantal y demás equipo de protección para personas que eventualmente tengan que estar junto a la máquina trabajando.

11.7.

TIEMPOS DE MANEJO DE PIEZAS Y PARA COMPLETAR UN PROCESO DE SOLDEO

Quienes no tienen la soldadura por resistencia como una actividad importante en sus sistemas productivos, se preguntan sobre los tiempos que se emplean para producir unas determinadas piezas. Capítulo XI

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Este Manual no puede incluir la complejísima y extensa problemática que los “métodos y tiempos” significan para la producción, pero para cumplir nuestro objetivo de auxiliar con datos prácticos incluiremos a título puramente orientativo unos cuantos datos que puedan ayudar a estudiar el tema. Para aplicar unos principios básicos del sistema MTM se debe descomponer la operación de soldeo en varios componentes y luego cifrarlos. Los valores de los tiempos elementales para cada operación dependen de la instalación de que se dispone, del tipo de trabajo que se realiza, de la forma y estado de las piezas, de la problemática social, etc. etc. por lo que es imposible dar datos exactos válidos para cualquier industria o circunstancia. Sugerimos una descomposición útil para quien desee profundizar el tema. La primera subdivisión es: Tomar la pieza o piezas de donde estén previamente colocadas y colocarlas o sostenerlas en la posición necesaria para su soldeo. * Operación de soldeo realizada por la máquina. * Extraer la pieza ya soldada y depositarla donde la organización de la producción haya señalado. Según su peso varia el tres categorías: - PA, de menos de - PB, entre - PC, entre

tiempo de su manejo y lo dividiremos en 1 K. 1 y 8 K. 8 y 20 K.

La distancia (ida y vuelta) desde la cual las debemos tomar, o entregar, la dividiremos en cinco categorías: - D1 Menos de 1 m. - D2 de 1 a 1,75 m. - D3 de 1,75 a 2,50 m. - D4 de 2,50 a 3,25 m. - D5 de 3,25 a 4 m. Si cada operación la hacemos con una pieza, o lo muy normal, con dos o mas que en muchos casos tienen “mano”, también afecta a los tiempos. El como y donde están dispuestas las piezas antes de tomarlas, y el como y donde debemos entregarlas afecta a los tiempos de manejo y podemos suponer las posibilidades siguientes: - T1 Piezas PA situadas separadas unas de otras. - T2 Piezas PA revueltas.

Capítulo XI

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- T3 Piezas PB o PC en una rampa fija o de una cinta transportadora. - T4 Piezas PB o PC en una cadena aérea. - T5 Piezas en un contenedor separadas unas de otras. - T6 Piezas en un contenedor que están juntas o mezcladas. Las piezas que se cargan pueden precisar de un posicionamiento o no y la descarga puede exigir un esfuerzo o habilidad para desclavar la pieza de un útil, etc... y son factores a tener en cuenta. Determinados trabajos tiene una especial dificultad para el manejo o carga de las piezas y en algunos casos se requiere poner las piezas en una orientación determinada, e incluso introducir algún útil de comprobación antes del soldeo, y en cada uno de estos casos se deben aplicar coeficientes de corrección. Creemos que esta subdivisión es suficiente para comprender la complejidad del tema aunque por ser muy repetitivas las operaciones de soldadura por resistencia es interesante el estudio de tiempos por el sistema de análisis de tiempos que mejor se adapte a la estructura productiva de la empresa. Tiempo Máquina TM: Es el tiempo que transcurre entre pulsar el botón o pedal de inicio o que se autorice el soldeo por cualquier medio y el instante en que puede iniciarse la operación de descarga. Varía según el grueso y el tipo y material de la chapa que se suelda y del tipo de máquina. En el cuadrante que ven a continuación incluimos una visión parcial de la descomposición con tiempos orientativos en segundos. Piezas de menos de 1 kg. Tomarlas y depositarlas.

Capítulo XI

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Piezas de 1 a 8 kg. Tomarlas y depositarlas.

Los electrodos requieren ser reavivados periódicamente y precisa su tiempo.

y

cambiados

Tiempos de soldeo, E. Chapas de menos de 1 mm. 1,9 s. +/- 0,3 Chapas de 1,6 mm. 2,5 s. +/- 0,4 Chapas de 2,4 mm. 3,8 s. +/- 0,4 Estos tiempos se corresponden a los de máquinas estáticas soldando en un solo movimiento. Cuando se trata de máquinas con varios cilindros o movimientos se evalúan de forma diferente. Caso de soldar con Pinza Colgante el tiempo máquina aumenta sensiblemente en función de las dimensiones de la pinza, longitud de sus brazos, situación de los puntos y dificultad en el posicionamiento. Tomar una pinza, situarla en posición de soldadura, soldar y retirarla ocupa entre 3,5 y 6 s. Una vez en posición la pinza se pueden realizar puntos próximos en 2,5 s. Cambio de los dos electrodos manualmente aprox. 5 minutos Tiempo aprox. para un reavivado de electrodos aprox. 1 m. en automático. Colgar una pinza manual 1,2 s. Descolgar una pinza 0,6 s. Accionar una fijación de pieza 1,7 s. A cualquier tabla de tiempos se le tienen que aplicar coeficientes por fatiga, dificultad, factor de marcha, etc... Capítulo XI

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Ejemplos Soldar dos piezas de chapa desnuda de 0,8 mm., de menos de 1Kg en una punteadora de pedestal tomadas de dos cajones a menos de 0,5 m. donde están desordenadas, introducirlas a mano en la máquina, soldarlas, y depositarlas sin orden en otro cajón a esa misma distancia. Se precisan 9,3 s. y, si las piezas tienen “mano” serian 10,6 s. y si, además, se pide que después de soldadas se coloquen ordenadamente por “manos” serian 12,1 s. Cada aumento de categoría de la distancia añade 1,6 s. a estos tiempos. Soldeo en una prensa donde se coloca en un útil una pieza con chapa de 1,6 mm. y 6 Kg de peso procedente de una cinta transportadora a 1,5 m. de distancia a la cual se le sueldan dos piezas de menos de 1 Kg tomadas de unos contenedores situados a 0,8 m. donde están situadas ordenadamente. El extraer el conjunto soldado de la prensa requiere atención y un ligero esfuerzo y la pieza ya soldada se tiene que situar en una cadena aérea en movimiento, que transcurre a 1m. El tiempo necesario son unos 22 s. Carga en una máquina especial con un solo operador de una pieza de 15 Kg tomada de un carro donde están juntas, superpuestas, y situado a 2 m. a la que se le añaden para ser soldadas 2 piezas de menos de 1 Kg y 3 piezas de 3 Kg tomadas de unos contenedores independientes situados a 1,5 m. donde están desordenadas. El tiempo aprox. es de unos 45 s. En este caso mientras la máquina suelda y se descarga, el operador esta ya tomando la pieza mayor y acercándola a la máquina. Un buen estudio de los puestos de trabajo y del método operativo en los puntos de producción mas repetitivos es siempre aconsejable e insistimos en que los datos que damos son solo orientativos, y mejorables, pues piezas con los mismos datos que hemos supuesto pueden presentar dificultades muy diferentes y la instalación del entorno de la máquina, la máquina y los medios de aporte de las piezas son importantes condicionantes de los tiempos de producción.

Capítulo XI

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11.8.

NORMAS ISO

La International Organitation for Standarization es una organización cuyo objetivo lo indica claramente con su nombre y que está abierta a la colaboración de quienes puedan aportar sus ideas a través de comités de estudio o de las organizaciones nacionales asociadas. Esta breve y simplificada descripción pueden ampliarla dirigiéndose al corresponsal nacional de ella o por medio de su Web. El proceso de normalización permanente que realizan instituciones de tanto prestigio como las que fijan las normas DIN, NF, UNI, UNE, y otras ha conseguido que los problemas de intercambiabilidad entre los componentes de las máquinas como cilindros, electroválvulas, transformadores, electrodos, etc... de distintos fabricantes sean cada vez menores al quedar definidos tanto las características dimensionales como las eléctricas y los sistemas de verificación. Grandes consumidores como los fabricantes de automóviles tienen mucha normativa propia, pero la tendencia a que se reunifiquen las normas en ISO sacrificando las organizaciones nacionales y los fabricantes algunas particularidades de las suyas ya es y parece seguirá siendo un gran éxito para la tecnología y facilitará seguir manteniendo vivo el constante esfuerzo por mejorar los productos y aplicar los nuevos materiales y técnicas que se van desarrollando.

11.8.1.

ORGANISMOS NACIONALES CORRESPONSALES AUTORIZADOS

Acrónimos de los organismos que son los únicos corresponsales autorizados en cada país. Solo están relacionados los países iberoamericanos. Argentina Bolivia Brasil Chile Colombia Costa Rica Cuba Rep. Dominicana Ecuador El Salvador Capítulo XI

IRAM IBNORCA ABNT INN ICONTEC INTECO NC DIGENOR INEN CONACTI Página 18


España Guatemala Honduras México Mozambique Nicaragua Panamá Paraguay Perú Portugal Uruguay

11.8.2.

AENOR COGUANOR COHCIT DGN INNOQ DGCYT COPANIT INTN INDECOPI IPQ UNIT

ALGUNAS NORMAS RELACIONADAS CON LA SOLDADURA Y REFERENCIADAS EN ESTE MANUAL

General ISO 7286-1986 Símbolos gráficos para equip. sold. Resistencia. ISO 669-2000 Especificaciones mecánicas y eléctricas. ISO 4063-1998 Nomenclatura de procedimientos. ISO 14454-1 y 2 Calidad requerida a los materiales. Transformadores ISO 7284-1993 Transfos con dos secundarios para multipuntos. ISO 10656-1996 Transfos integrados para pinzas. ISO 12166-1997 Transfos con un secundario para multipuntos. ISO 5826-1999 Especificaciones generales para Transfos 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 útiles. 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 refrigerar. Capítulo XI

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Electrodos ISO 5184-1979 Electrodos rectos. ISO 5821-1979 Caps. ISO 1089-1980 Alojamientos cónicos. ISO 5827-1983 Bajocobres y bridas. ISO 5829-1984 Adaptadores de electrodos. ISO 5830-1984 Caps macho. ISO 5822-1988 Galgas para conicidades. ISO 9313-1989 Tubitos refrigeración. ISO 8430,1º,2º y 3º Porta-electrodos. ISO 5182-1991 Materiales para circuito alta intensidad. ISO 12145-1998. ISO 5183,1º y 2º-2000 Adaptadores. ISO 693-1982 Dimensiones de roldanas. ISO 9312-1990 Aislamientos para contra-electrodos. ISO 12145-1998 Inclinación en los electrodos. Esta relación la damos a efectos orientativos. Alguna de estas normas pueden haber sido modificadas por otras mas recientes por la perpetua puesta al día de las normativas y pueden existir o haber aparecido recientemente otras sobre temas distintos. Antes de decidir la compra de cualquiera de estas normas es prudente informarse con mas detalle de su contenido y del coste que va a suponer sea a través de la delegación de su país o de Internet.

11.9.

MODELOS DE CERTIFICADOS, GARANTÍAS O DOCUMENTACIÓN QUE PUEDE ACOMPAÑAR LAS MAQUINAS

Modelo de certificado de conformidad Membrete con nombre y dirección del fabricante que certifica

Certificamos que nuestro producto Modelo: xxxx nº de serie: xxxx objeto de este certificado, cumple los requisitos de la Norma EN50063 Conforme a las prescripciones y directivas de la UE 89/392/EEC, 91/368/EEC, 93/44/EEC, 93/68/EEC Lugar, fecha y firma de responsable

Capítulo XI

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Envases a presión Membrete con nombre y dirección del suministrador

Adjuntamos certificados (datos de estos certificados) extendidos por ............ correspondientes a los envases a presión incluidos en la máquina ........ nº ........ suministrada en fecha ........ Lugar, fecha y firma Les recordamos su obligación de cumplir este trámite de revisión con la periodicidad que la ley determina. Garantía Consultar el ( cap.8º.1.13. ) donde se concretan los diferentes extremos que conviene estén debidamente explicitados en el documento de garantía.

11.10.

MINI DICCIONARIO INGLÉS-ESPAÑOL TÉRMINOS EMPLEADOS EN LA SOLDADURA

DE

La intención de incluir este mini diccionario es facilitar la traducción de palabras técnicas usadas en la soldadura que no sean de fácil entendimiento. Este mini diccionario no resistiría un ligero análisis de un filólogo, solo pretendemos que el soldador no se quede bloqueado al leer unas instrucciones o algún folleto técnico ante la aparición de una palabra desconocida para él. No incluirá palabras como controller-programador ni AmperAmperio por lo obvio de su traducción y en algunos casos habrán dos o mas palabras en ambos idiomas que significan lo mismo pero que son usadas en zonas diferentes, como lámina y chapa. El International Institute of Welding tiene una publicación cuya 4ª parte dedicada a la soldadura por resistencia es una terminología muy completa de nuestra especialidad en 12 idiomas.

11.10.1.

MODALIDADES DE SOLDADURA

Welding. Weld. Resistance Welding RW Spot Welding Projection Welding Seam Welding Butt. Upset Welding Capítulo XI

Soldeo. Soldadura Soldeo por resistencia (SpR) Soldeo por puntos Soldeo por protuberancias resaltes Soldeo por roldanas Soldadura a tope Página 21

o


Flash Welding Capacitor Discharge Welding

Soldadura a tope por centelleo Soldeo por descarga de condensadores Direct Current Welding Soldeo con corriente continua Alternating current welding Soldeo con corriente alterna Push -Pull Welding Soldaduras con puntos directos con un transformador a cada lado de la pieza Stitch Welding Hacer costuras con máquina de puntos Push Welding Soldeo manual por una sola cara Stack Welding Soldadura directa de varios gruesos a la vez Mash seam Welding Soldadura por roldanas con aplastamiento Resistance Stud welding Soldeo de espárragos Conmutator-controlled welding Soldeo en cascada eléctrica Cross wire welding Soldadura de alambres en cruz

11.10.2.

TIPOS DE MAQUINAS

Resistance Welding Machine (RWM) Máquina para soldadura por resistencia Special Purpose Especial Portal de Pórtico Pedestal de Pedestal, de Columna Portable Portátil Bench Type de Sobremesa Manual, Hand Operated Manual Pedal, Foot Operated a Pedal Rocker arm RWM de Brazo oscilante Multi Spot Welding Multipunto C-Spot welding gun Pistola de soldadura en C Plier (pincer) spot welding gun Pistola de soldadura en X Seam Welding machine de Soldar por Roldanas Projection welding machine Prensa de soldadura Welding Press Prensa para soldar por protuberancias Three-phase RWM Máquina trifásica Transgun Pinza con transformador incorporado

Capítulo XI

Página 22


11.10.3.

ELECTRODOS

Pad, Flat electrode Cranked electrode Offset electrode Backing electrode Spot welding electrode

Electrodo plano Electrodo curvado Electrodo descentrado Contra-electrodo, Bajocobre Electrodo para soldar a puntos Contact electrode Electrodo para dar corriente Electrode shank Altura desde la punta al porta-electrodo Electrode with a female taper Electrodo con cono hembra Electrode with a male taper Electrodo con cono macho Electrode tip Punta del electrodo Weld Contact Area Cara activa. Sección de paso de la corriente de soldeo Tip diameter, Electrode Contact Area Diámetro de la cara activa del electrodo Electrode Face Cara activa del electrodo Dome tipped electrode Electrodo con punta esférica, abombada Electrode insert Insertos en pastillas o electrodos Wearing depth Desgaste del electrodo Electrodo Wear Allowance Desgaste admisible del electrodo Electrode Holder Porta-electrodo Female or Male electrode Holder Porta-electrodo con cono hembra o macho Projection Welding Die Electrodos para soldeo por protuberancias. Projection Welding Fixture Útil posicionador par el soldeo por protuberancias Electrodo Insert Electrodo con una inserción de otro material

11.10.4.

PARTES DE LAS MAQUINAS

Top arm Bottom arm, Lower arm Rocker arm Knee Slotted Platen Jig, Fixture Clamping Welding clamp Capítulo XI

Brazo superior Brazo inferior Brazo basculante Soporte brazo inferior Plataformas Ranuradas Útil, dispositivo, utillaje. Amarre, Apriete, Fijación Bridas, Mordazas Página 23


Welding jaw Backstop, Backup Cam Platen spacing Throat Gap, Throat Heigth Horn spacing, Throat Depth

Throat Depth Electrode holder Offset electrode holder Bend electrode holder Electrode wheel head Rotary welding transformer Platen Projection welding die Bolster Mandrel Equalising bolster High lift head High lift stroke Work clearance stroke Electrode gap Die gap Self equalising gun Stroke Forward Force Forward Pressure Bakward Force Upsetting Spatter Flashing travel Upset travel Loading Unloading Capítulo XI

Pastillas de apriete en la mordaza Tope Leva Separación entre plataformas Altura del escote, Distancia entre brazos o plataformas Distancia desde los ejes de electrodos o plataformas hasta el 1º obstáculo en la máquina Profundidad del escote Porta-electrodos Porta-electrodos descentrado Porta-electrodos curvado Cabezal porta-roldanas Soldadura con roldanas con transformador giratorio Plataformas, Platos de prensa Útil para soldar por protuberancias Bloque para acoplarle electrodos y portaelectrodos Mandril Bloque para compensar electrodos Cabezal de doble carrera Carrera total Carrera de aproximación Paso entre electrodos Paso entre los útiles de una prensa Pinza auto-centrante Carrera, Cursa del electrodo. Fuerza del cabezal Presión en la soldadura Fuerza de retroceso Recalcado Salpicaduras, Proyecciones Carrera de centelleo Carrera de recalcado Carga de las piezas Descarga de las piezas Página 24


Faying Surface Fusion Face

11.10.5.

Superficie de contacto Sección del área soldada

MATERIALES Y PIEZAS A SOLDAR

Plate Gauge Lap, Lap joint Weld nugget, nugged

Lámina, Chapa Galga, Calibre Solape, Unión a solape Núcleo de soldadura, Lenteja Nugget size Diámetro de la lenteja que une las piezas Plug Botón Weld nugget thickness Grueso de la lenteja Spot Weld Pitch, Pitch Paso entre puntos sucesivos Edge distance Distancia hasta el borde Lap width Anchura del solape Indentation Huella Cross Wire Weld Soldadura de alambres en cruz Single spot welding Soldadura punto a punto Projection Protuberancia Splash, Spatter Proyecciones, chispas Electrode Skid Deslizamiento del electrodo soldando Welding Primer Imprimación que permite soldar Electrode redressing Reavivador de electrodos Electrode pick-up Contaminación de la superficie activa del electrodo Surface pick-up Contaminación de la pieza por el electrodo Loading and Unloading of workpieces Carga y descarga de las piezas Faying surface Zonas de las piezas en contacto, donde deben ser soldadas. Fusion face Sección soldada Projection Protuberancia, Resalte Electrode skid Deslizamiento del electrodo durante el soldeo

Capítulo XI

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11.10.6.

PROGRAMADOR SOLDADURA

Progamme control Step power control "Phase shift control or Electronic heat control"

Y

CONTROL

DE

LA

Control de programación Aumento automático por escalones

Control del calor por defasaje Single spot welding, Non repeat oper. Ciclo único, soldar punto a punto Repeat operation Ciclo repetitivo, ciclo automático First Squeeze Acercamiento Second squeeze Segundo tiempo para el acercamiento Hold, Dwell Mantenimiento Forge Forja Chill Enfriamiento Slope up Incremento gradual de la corriente Pendiente de subida Slope down Reducción gradual de la corriente Rate of slope Porcentaje de variación de la corriente Initial slope current Corriente inicial Welding cycle time Tiempo del ciclo Pause time, Pausa Quench time Tiempo de enfriamiento Temper time Tiempo para templar Heat time Tiempo caliente Cool time Tiempo frío Off time Intervalo, en ciclos repetitivos Up slope time Tiempo del incremento de corriente Decay time Tiempo de la disminución de corriente Phase angle Ángulo de encendido Phase shift Defasaje Feed- back control Autorregulación por información permanente de lo que va sucediendo Constant current control Control a corriente constante Welding current meter Amperímetro para corriente de soldadura Capítulo XI

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Recomended welding parameters Welding cycle , Welding Programe Pulse Impulse Cycle Preheating Posheating Interval Welding Force

11.10.7.

DE LA RED Y DEL EQUIPO ELÉCTRICO

Duty cicle Cycle Three -Phase Rated Rated supply voltage Primary no load voltage On load primary voltage Secondary open -circuit voltage Supply voltage decrease Power Short circuit current Taps, Tappings Two handed switch Pedal, Foot, switch Permanent and continous current

11.11.

Parámetros recomendados para unas Soldaduras Programa o ciclo de soldeo, con todas las operaciones hasta su retorno al inicio Impulso Pulsación (varios impulsos seguidos) periodo, hertz Calentamiento previo Calentamiento posterior al del soldeo tiempo entre pulsaciones, calores, etc. Esfuerzo durante el soldeo

Factor de marcha Ciclo ,Periodo, Hertzio Trifásica Nominal Tensión nominal de alimentación Tensión de la red sin soldar Tensión de la red soldando Tensión entre electrodos en vacío Caída de tensión de la red Potencia Corriente de cortocircuito Bornes, Tomas del transformador. Interruptor a dos manos Interruptor a pedal Corriente térmica o en servicio continuo

DATOS Y DIRECCIONES DE POSIBLE UTILIDAD

Documentarse sobre nuestra especialidad no resulta fácil por cuanto es un campo reducido de la técnica y con una difusión poco amplia. Esperamos sean de utilidad a nuestros lectores. Capítulo XI

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11.11.1.

INSTITUTOS Y ORGANISMOS PRIVADOS U OFICIALES DEDICADOS A LA SOLDADURA POR RESISTENCIA

Resistance Welding Manufacturers Asocciation ( R W M A ) 1900 Arch Street Philadelphia, PA 19103 Agrupa a los principales fabricantes de maquinaria para la soldadura por resistencia en USA y sus comités de trabajo han reunido la mejor colección de experiencias en este campo. Sus recomendaciones son de indispensable consulta para los técnicos en soldadura por resistencia. American Welding Society (A W S) 550 N.W. Le Jeune Road Miami, FL 33126 Esta sociedad esta presente en prácticamente todos los estados de los USA y efectúa una gran labor especialmente en el campo de la soldadura por arco. Su extensa biblioteca de publicaciones propias es de obligada consulta ante cualquier problema. Es miembro y representante del IIW en USA International Institute of Welding, IIW Institute International pour la Soudure, IIS BP 50362, F-95942 París CDG CEDEX Este Instituto con sede en Francia ,se fundo hace mas de 50 años para promover el intercambio de información, desarrollos y tecnologías en el campo de la soldadura y actualmente son miembros de él mas de 40 países con sus respectivos institutos o agrupaciones, los cuales tienen sus grupos de trabajo o investigación, y objetivos, propios. Pueden conseguirse las direcciones de los asociados de cada país con el IIS, por ser referencia a consultar en primera instancia ante cualquier problema, no comercial, sobre soldadura. Deutscher Verband für Schweisstechnik e.v. Postfach 2725 D-40223 Düsseldorf, Germany Este prestigioso instituto alemán de la soldadura tiene muy abundante y buena documentación sobre nuestra especialidad. CEIS - CENIM Avenida Gregorio del amo 8 Cuidad Universitaria 28040 Madrid CEIS es una unión promovida por el CENIM con CESOL e INASMET y es el representante en España del IIS. Capítulo XI

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11.11.2.

PUBLICACIONES PERIÓDICAS DEDICADAS TOTAL O PARCIALMENTE A LA SOLDADURA POR RESISTENCIA

Las revistas técnicas generalistas dirigidas a la industria metalúrgica publican de forma irregular e intermitente algún artículo en el que interviene o se trata sobre temas relacionados con la soldadura por resistencia, y también algunos fabricantes se anuncian en sus páginas; pero, para obtener información actualizada debe acudirse a revistas especializadas en soldadura las cuales son generalmente los órganos de difusión de institutos o asociaciones dedicadas plenamente a la soldadura. A continuación relacionamos algunas de las mas importantes, las cuales, especialmente las de los Institutos de Soldadura, normalmente dedican mas contenido a la soldadura por arco que a la soldadura por resistencia debido a la mayor importancia de su mercado. Solo indicamos revistas correspondientes a nuestro entorno con mas trato industrial y quizá debería estar alguna otra. Recomendamos pidan información y precios previamente a cualquier pedido. Welding Journal Publicación mensual de la American Welding Society 550 N.W. LeJeune Rd., Miami, FL 33126. The Paton Welding Journal Version en ingles de Avtomaticheskaya Svarka 11,Bozhenko str., 252650 Kyiv, Ukraine Soldadura y Tecnologías de Unión Asociación Española de Soldadura Gabino Gimeno 5ºB 28026 Madrid Soudage et Techniques Connexes Publications de soudage et ses applications 90 Rue des Vanesses .ZI Paris Nord 93420 Villepinte Welding Cutting Version en ingles de Schweissen und Schneiden DVS-Verlag GmbH, Aachener Str. 172, D-40223 Düsseldorf Welding in the World Publicación del International Institute of Welding Z.I. Paris Nord 2,B.P.50362, 95942 Roissy CDG Cedex Welding International** Selección de artículos de la prensa mundial Abington Hall, Abington, Cambridge CB1 6AH, England Capítulo XI

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Rivista italiana della saldatura Instituto Italiano della Saldatura Lungobisagno Istria. 15. 16141 GENOVA, Italia Aun cuando no tenga una revista o publicación periódica es indispensable volver a mencionar aquí a la asociación que a nuestro juicio tiene las mejores publicaciones sobre soldadura por resistencia y cuyos estudios han sido una base indispensable para el actual conocimiento de la soldadura por resistencia en todo el mundo, la RWMA. Resistance Welding Manufacturers Asociation Arch Street, Philadelphia, PA. 19103

11.12.

SIMBOLOGÍA

En las instalaciones y proyectos industriales determinados mensajes o comunicaciones es preciso hacerlas mediante símbolos fáciles de interpretar. Para los planos en que interviene soldadura por resistencia se emplean los signos que indicamos a continuación ( ver 1-11 ). En muchos casos no es suficiente esa información y en los planos se incluye un listado en el que cada punto esta referenciado por sus coordenadas y con información complementaria si se necesita.

Capítulo XI

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11-1

En los cuadros de mandos de las instalaciones se emplean siempre que es posible mensajes visuales además de los escritos que se pretende sean de muy fácil interpretación ( ver 2-11 ). No conocemos una normativa común para ellos pero los creemos muy útiles y esperamos se lleguen a normalizar los que usan según normas propias los diversos fabricantes y usuarios.

Capítulo XI

Página 31


11-12

En lo correspondiente a la seguridad de las personas ya existen normativas mas comunes sobre los pictogramas a emplear.

11.13.

BIBLIOGRAFÍA

Este apartado seria larguísimo si relacionásemos todos los libros, publicaciones de empresas y asociaciones, folletos, revistas, noticias técnicas, etc... leídas o estudiadas durante nuestra larga vida profesional. De todas ellas y de nuestro trabajo hemos aprendido lo que sabemos y hemos pretendido expresar en este Manual.

11.14.

RELACIÓN DE EMPRESAS FABRICANTES DEDICADAS PRINCIPALMENTE A LA SOLDADURA POR RESISTENCIA

En estos apartado pretendemos que el usuario conozca donde dirigirse ante cualquier necesidad de suministro y con ello ayudar a solucionar un problema que tienen especialmente las empresas donde el soldar no es lo mas importante de su proceso productivo. Creemos que este manual estará en manos de quienes originan las futuras órdenes de compra y donde es difícil hacer llegar otro tipo de propaganda. Pretendemos que solo estén inscritas aquellas empresas que cumplan las condiciones siguientes: a.- Ser productora de los productos que ofrece. b.- Tener años de experiencia y tener buen nombre en el mercado. c.- Estar dispuesta a atender las demandas que le lleguen Capítulo XI

Página 32


directamente o a través de distribuidores que ella tenga autorizados y en español. d.- Cumplir las condiciones que los autores pondrán para su inscripción.

11.14.1.

FABRICANTES DE ELECTRODOS, PORTAELECTRODOS, ROLDANAS, CABLES, ETC...

11.14.2.

FABRICANTES DE CONTROLES ELECTRONICOS E INVERTER

11.14.3.

FABRICANTES DE MAQUINAS ESPECIALES

11.14.4.

FABRICNATES DE MAQUINAS ESTANDAR

11.14.5.

FABRICANTES DE PINZAS Y PISTOLAS

11.14.6.

FABRICANTES DE TRANSFORMADORES

11.14.7.

FABRICANTES DE CILINDROS, BRIDAS, SUJETADORES, ALIMENTADORES DE TUERCAS, REAVIVADORES Y OTROS ACCESORIOS

11.14.8.

LABORATORIOS DE METROLOGIA CALIBRADO DE INSTRUMENTOS

Y

Esperamos que en próximas ediciones podamos rellenar estos apartados si los fabricantes y usuarios, después de conocer el libro lo encuentran útil e interesante y se ponen en contacto con nosotros.

Capítulo XI

Página 33

Manual de Soldadura Por Resistencia

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