ES2654191T3

ES2654191T3 - Método de soldadura por arco estirado con regulación de la energía del arco

Info

Publication number: ES2654191T3
Application number: ES11401540.7T
Authority: ES
Inventors: Christopher Hsu; Jeffrey J. Krupp
Original assignee: Nelson Stud Welding Inc
Current assignee: Nelson Stud Welding Inc
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2018-02-12
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: EP2404696A3; EP2404696B1; US20120006801A1; EP2404696A2; US8513569B2

Abstract

Un proceso de soldadura por arco estirado que comprende las etapas de: - proporcionar una pieza de trabajo; - proporcionar una herramienta de soldar que sujeta un objeto metálico a la pieza de trabajo; - proporcionar una fuente de alimentación que suministra una corriente preestablecida; - proporcionar un dispositivo sensor de voltaje de arco; - elevar el objeto metálico y estirar una corriente de arco piloto; y - activar una corriente de soldadura fundiendo localmente el objeto metálico y formando un baño de soldadura en la pieza de trabajo; caracterizado por las etapas de: - suministrar una corriente preestablecida mediante la fuente de alimentación; - medir el voltaje de arco en múltiples fases de medición, incluyendo una primera fase que presenta una fusión inicial de una superficie o de un revestimiento de superficie de la pieza de trabajo donde el voltaje de arco medido no es almacenado y utilizado en una etapa de predicción y fases adicionales donde el voltaje de arco es si es medido y almacenado; - pronosticar el voltaje de arco para un tiempo restante del proceso de soldadura; - calcular el tiempo del proceso de soldadura restante de manera que la suma de la energía de arco acumulada y la energía de arco restante sea igual a dicha consigna de energía deseada y - sumergir el objeto metálico en la pieza de trabajo localmente fundida formando una soldadura entre el objeto metálico y la pieza de trabajo para alcanzar el tiempo calculado de soldadura restante; o - regular el tiempo del proceso de soldadura donde el voltaje de arco medido y el voltaje de arco pronosticado se utilizan para controlar dicha consigna de entrada de energía deseada; - y sumergir el objeto metálico en la pieza de trabajo localmente fundida formando una soldadura entre el objeto metálico y la pieza de trabajo.

Description

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Ejemplos

Los siguientes ejemplos están representados en las Figuras 2-20 y detallan los cambios en las

5 condiciones de soldadura incluyendo el montaje de la pistola de soldar así como diferentes propiedades de los materiales de soldadura. Los ejemplos incluyen una entrada constante de energía y una entrada no constante de energía detallando las diferencias causadas por una entrada constante de energía cuando se cambian las condiciones típicas de soldadura.

10 Los ejemplos representados en las Figuras 2-8 incluyen el uso de un suministro de energía Nelweld N1500i. Se utilizó una pistola de mano de resistencia media Nelson NS-40 con un núcleo de ciclo corto y sin amortiguador de inmersión. En los diversos ejemplos se emplearon varios pernos y casquillos con un perno de arco estirado de 3/8 de pulgada y se incluyó el uso de un casquillo de arco estirado. Los ejemplos de ciclo corto detallados en las Figuras 9-17 incluyen el uso de un perno de ciclo corto. Se utilizó

15 un cable de soldar incluyendo un cable 1 AWG de 25 pies para conectar la pistola de soldar al suministro eléctrico. La pistola de soldar incluía un perno de polaridad negativa.

El procedimiento experimental incluyó realizar una soldadura que se establece como objetivo. A continuación se realiza una soldadura de referencia que muestra coherencia con la consigna. Tras la

20 soldadura de referencia, se cambiaron diversas condiciones de soldadura para demostrar un cambio en el voltaje que alteraría por lo general la entrada de energía total en una operación de soldadura. A continuación se habilita una función de energía constante de acuerdo con el proceso y se realizan los ajustes convenientes para superar los cambios de voltaje y proporcionar una cantidad similar de energía como la de la soldadura del objetivo.

25 Las Figuras 2-8 detallan resultados experimentales de un proceso de soldadura incluyendo un perno de 3/8 pulgadas en el que se ajustan diversos parámetros de proceso tanto con una entrada constante de energía como sin entrada constante de energía. Los resultados detallados en las Figuras 2-8 se muestran en la Tabla 1 que indican la corriente de arco, voltaje de arco, tiempo de arco, energía, elevación de

30 pistola, y porcentaje de energía del objetivo.

TABLA 1

ID Soldadura: Condiciones Función Energía Constante Corriente (A) Voltaje (V) Tiempo de Arco (ms) Energía (J) Elevación Pistola (mm) % Energía objetivo

Soldadura objetivo (arco estirado): OFF 550 28.6 323 5075 2.0 --

A: Soldadura de referencia (arco estirado) Igual que ajustes del objetivo OFF 551 28.3 322 5017 2.0 99

B: Elevación incrementada (arco estirado) OFF 551 32.8 319 5772 2.7 114

C: Elevación incrementada (arco estirado) ON 549 32.8 277 4986 2.7 98

D: Elevación disminuida (arco estirado) OFF 554 25.7 321 4577 1.0 90

E: Elevación disminuida (arco estirado) ON 551 25.8 355 5054 1.0 100

F: Aceite de corte aplicado a superficie (arco estirado) OFF 551 33.2 329 6065 2.0 119

G: Aceite de corte aplicado a superficie (arco estirado) ON 550 32.4 288 5132 2.0 101

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Soldadura objetivo (Ciclo Corto): OFF 608 25.4 51 788 1.0 --

H: Soldadura de referencia (Ciclo corto) Igual que ajustes del blanco OFF 602 25.5 50 768 1.0 97

I: Aceite de corte aplicado a superficie (ciclo corto) OFF 613 31.9 51 996 1.0 126

J: Aceite de corte aplicado a superficie (ciclo corto) ON 606 31,7 46 882 1.0 112

K: Elevación incrementada (ciclo corto) OFF 607 32.5 50 985 2.0 125

L: Elevación incrementada (ciclo corto) ON 606 31.0 41 769 2.0 97

M: Elevación disminuida (ciclo corto) OFF 614 22.4 51 699 0.5 89

N: Elevación disminuida (ciclo corto) ON 611 22.3 54 735 0,5 93

O: Galvanizado C-90 (ciclo corto) OFF 611 22.6 51 705 1.0 89

P: Galvanizado C-90 (ciclo corto) ON 606 24.0 55 800 1.0 102

Las Figuras 9-17 detallan resultados experimentales de un proceso de soldadura que incluye un perno de 9,52 mm (3/8 de pulgada) en el que se ajustan diversos parámetros de proceso tanto con una entrada constante de energía como sin entrada constante de energía. Los resultados detallados en las Figuras 9

5 17 se muestran en la Tabla 1 que indican la corriente de arco, voltaje de arco, tiempo de arco, energía, elevación de pistola, y porcentaje de energía del objetivo para una soldadura de ciclo corto.

Como puede verse por los resultados detallados en la Tabla 1, la entrada constante de energía tal como se realiza en el proceso reduce de manera significativa la diferencia de energía de soldadura aplicada al 10 proceso de soldadura cuando se cambian varias condiciones. Por ejemplo, cuando se aumenta la elevación de la pistola la diferencia de energía de soldadura aplicada a la soldadura sin el empleo del proceso con entrada de energía constante produce una diferencia del 14% en la energía aplicada a la soldadura. Esto es en comparación con la diferencia del 2% de una diferencia de energía de soldadura aplicada al proceso de soldadura cuando se utiliza la entrada de energía constante tal como se realiza en

15 el proceso. Se elimina un error resultante del 12% como resultado del proceso que incluye la entrada constante de energía. En la Tabla 2 se detallan diversos sumarios del porcentaje eliminado así como las diferencias corregidas de energía aplicada a las soldaduras.

TABLA 2 20

Proceso: Cambio en condiciones Diferencia en la energía de soldadura (sin CE) Diferencia corregida en la energía de soldadura (con CE) Error eliminado

Arco estriado: Elevación pistola incrementada +14% -2% 12%

Arco estriado: Elevación pistola disminuida -10% +0% 10%

Arco estriado: Aceite de corte contaminante +19% +1% 18%

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Ciclo corto: Elevación pistola incrementada +25% -3% 22%

Ciclo corto: Elevación pistola disminuida -11% -7% 4%

Ciclo corto: Aceite de corte contaminante +26% +12% 14%

Ciclo corto: Material base galvanizado -11% +2% 9%

Como puede verse en la tabla 2, el proceso que utiliza una entrada de energía constante reduce los errores totales de los diversos cambios en las condiciones del proceso tanto en un proceso de arco estirado como de ciclo corto tal como se detalla en las diversas figuras.

5 Aunque las figuras y tablas de los ejemplos presentan diferentes escenarios en los que la entrada de energía constante tal como se realiza en el proceso mejora la entrada de energía total en los diversos cambios de los parámetros del proceso, también se pueden corregir otros parámetros del proceso diferentes tal como se realiza en la invención. Por ejemplo, varios contaminantes así como capas

10 aplicadas intencionadamente a la superficie de una pieza de trabajo pueden contemplarse utilizando un proceso que tiene un punto de ajuste controlado de entrada de la energía deseada.

En otro aspecto de la invención, un modo de realización alternativo de un proceso de soldadura por arco estirado puede incluir las fases de proporcionar una pieza de trabajo, proporcionar una herramienta de 15 soldar que sujete una pieza metálica en la pieza de trabajo, proporcionar un suministro de energía, proporcionar un dispositivo sensor de voltaje de arco, elevar el objeto metálico y estirar un arco piloto, medir un voltaje en el arco piloto, calcular una consigna de corriente o una consigna de duración del paso de corriente para un arco principal basado en el voltaje medido en el arco piloto, activar una corriente de arco principal fundiendo localmente el objeto metálico y formando un baño de soldadura en la pieza de

20 trabajo, sumergir el objeto metálico en la pieza de trabajo localmente fundida formando una soldadura entre el objeto metálico y la pieza de trabajo donde mantiene la entrada de energía de arco deseada.

Con referencia a las Figuras 21 y 22 se muestran gráficos del voltaje 100, 200, corriente 101, 201 y la posición del perno u objeto metálico 102, 202 en función del tiempo para una pieza de trabajo sin aceite 25 en la Figura 21 y con aceite en la Figura 22. En los gráficos mostrados, el voltaje del arco piloto varía en las figuras 21 y 22 debido a la presencia del aceite en la superficie de la pieza de trabajo. El voltaje en el arco piloto aparece mayor o aumentado debido a la presencia del aceite en la pieza de trabajo en la Figura 22. En la Figura 21 en la que la soldadura se realiza sobre una placa limpia sin aceite durante los primeros 50 milisegundos la corriente de arco piloto, de aproximadamente 15A para un voltaje de 15V

30 aproximadamente. En la Figura 22, durante la fase de arco piloto el voltaje es de 19-20 V. El voltaje de arco se mide durante la etapa de arco piloto y se determina la “consigna” de la corriente de arco principal, en base a una fórmula matemática o una tabla de referencias, y se regula según la consigna de la corriente de arco principal calculada. En la Figura 22 la corriente principal se reduce en aproximadamente 130A para compensar un mayor voltaje de arco debido al aceite.

35 El proceso que incluye la fase de medir el voltaje en el arco piloto puede modificar la consigna de corriente o de tiempo en el arco principal para compensar las condiciones variables, de manera que se pueda mantener una entrada de energía de arco deseada. En un aspecto de la invención la fase de calcular la corriente o tiempo del arco principal puede corresponder a diversas piezas de trabajo, objetos

40 metálicos y otros parámetros como el estado de la superficie. En el gráfico mostrado en la Figura 22, la fase de cálculo tiene como resultado una consigna de corriente inferior en comparación con la de la figura

21. De esta manera se puede mantener una entrada de energía de arco deseada que puede compensar las diferencias en la superficie de una pieza de trabajo u otras variaciones. En un aspecto de la invención la corriente de arco principal puede mantenerse a un nivel sustancialmente constante en el arco principal

45 tal como se indica en las Figuras 21 y 22.

La invención ha sido descrita de manera ilustrativa. Debe entenderse que la terminología que ha sido empleada pretende ser descriptiva más que limitativa. A la luz de las enseñanzas anteriores son posibles muchas modificaciones y variaciones en la invención. Por lo tanto, dentro del alcance las siguientes

50 reivindicaciones, la invención puede ponerse en práctica de otra manera diferente a la específicamente descrita.

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Claims

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