SOLDADURA MIG-PLASMA.

La presente invención se refiere a un sistema para soldar una pieza a soldar y a un procedimiento de soldadura de una pieza a soldar de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 4 respectivamente (véase, por ejemplo, el documento US 4 291 220), y más particularmente a una combinación de soldadura de metal y gas inerte (MIG) y de soldadura por arco de plasma. La tecnología de soldadura MIG se conoce bien desde hace muchos años y se usa extensamente en aplicaciones industriales. El procedimiento MIG, que también se conoce como soldadura de arco metálico con gas (GMAW), incorpora una alimentación automática de un electrodo consumible continuo, estando el electrodo consumible protegido de la atmósfera mediante un gas suministrado de forma externa. De una importancia especial es la transferencia de metal desde el electrodo consumible hasta la pieza a soldar. La transferencia puede tener lugar a través de uno cualquiera de los siguientes tres modos básicos: (a) transferencia por cortocircuito; (b) transferencia globular; y (c) transferencia por pulverización. El modo (a), transferencia por cortocircuito, se caracteriza por las bajas corrientes de soldadura y unos pequeños diámetros de electrodo. El metal se transfiere sólo mientras que el electrodo se encuentra en contacto con el baño de fusión de la soldadura. No se transporta metal a lo largo del espacio del arco. Este modo es adecuado principalmente para unir secciones delgadas y para realizar una unión a través de unas aberturas de la raíz grandes. La velocidad de procesamiento y la productividad global resultante del procedimiento son muy bajas, y la penetración es poco profunda. El modo (b), transferencia globular, se caracteriza por la transferencia de gotas de metal con un diámetro más grande que el diámetro del electrodo. La gravedad tiene un efecto muy significativo sobre estas gotas grandes, lo que limita la soldadura con éxito a piezas a soldar que se encuentran sustancialmente horizontalmente por debajo del arco de soldadura. Además, si la longitud de arco es demasiado corta, tal como se produce cuando el voltaje está cerca del voltaje de transferencia por cortocircuito, las gotas grandes pueden dar lugar a un cortocircuito entre el electrodo y la pieza a soldar, produciendo por lo tanto una salpicadura considerable. El arco ha de ser por lo tanto lo bastante largo para evitar tal cortocircuitación. No obstante, una soldadura hecha usando un voltaje más alto a menudo no puede inaceptarse debido a una falta de fusión, una penetración insuficiente y una deposición excesiva de metal no necesario. Estas características limitan significativamente el uso del modo de transferencia globular en las aplicaciones de producción. El modo (c), modo de transferencia por pulverización, es posible en un gas de protección rico en argón. La pulverización es un flujo muy dirigido de gotas discretas, acelerándose las gotas mediante unas fuerzas de arco lo suficientemente intensas para vencer los efectos de la gravedad. El modo de transferencia por pulverización es posible si la corriente del arco es más elevada que la así denominada corriente de transición, el valor de la cual depende del diámetro del hilo y del tipo de material. Operar en un modo de transferencia por pulverización es muy deseable. No obstante, la elevada velocidad de deposición típica del modo de transferencia por pulverización puede producir un baño de fusión de la soldadura demasiado grande para soportarse por la tensión superficial en las posiciones en vertical o suspendida. Tal como se ilustra en la gráfica de la figura 1, la velocidad de deposición aumenta a medida que la corriente de soldadura aumenta, y la velocidad de aumento aumenta a medida que la corriente de soldadura aumenta. Esto conduce una fusión del electrodo excesiva y a un consumo de metal de relleno excesivo. Las consideraciones anteriores limitan la velocidad de soldadura y el espesor del material que puede soldarse de una pasada cuando se opera en cualquiera de estos tres modos, lo que conduce a la necesidad de una soldadura con múltiples pasadas con diferentes tipos de canal. Además, el gran baño de fusión de la soldadura produce un nivel elevado de distorsión de soldadura. Si la velocidad de transferencia de calor a la pieza a soldar puede acelerarse sin aumentar la velocidad de deposición del metal de relleno, pueden aumentarse drásticamente la profundidad de penetración y la velocidad de soldadura. Una combinación de una soldadura MIG de uso común con una soldadura por plasma puede mejorar la fusión de soldadura y aumentar la productividad. En la patente de los Estados Unidos n.º 3.612.807, A. J. Lifkens y W. G. Essers presentan un procedimiento y aparato para la soldadura por plasma con una alimentación axial del hilo de relleno. Este trabajo se ha desarrollado adicionalmente, tal como se observa adicionalmente en las patentes de los Estados Unidos, n. os 4.016.397, 2 E03772614 10-11-2011   4.039.800, 4.220.844, 4.205.215, 4.234.778, y 4.142.090. La figura 2 muestra una realización típica del aparato que se presenta en la patente de los Estados Unidos con n.º 3.612.807 que se menciona anteriormente. Un primer arco 21 (arco de plasma) se mantiene entre el electrodo 20 no consumible y la pieza 12 a soldar en el interior de un flujo de gas que fluye a partir de la entrada 9 de gas. El flujo 15 de plasma se estrecha mediante la boquilla 6. El flujo 15 de plasma pasa a través de la boquilla 6 de estrechamiento súbito y continúa en el interior del flujo 22 hacia la pieza 12 a soldar. El electrodo 3 consumible se guía al interior del flujo 22 de forma coaxial con el mismo, y un segundo arco (arco de MIG) se mantiene entre el extremo del electrodo 3 consumible y la pieza 12 a soldar. Tanto el extremo del electrodo 3 consumible como el arco de MIG se sumergen en el flujo 22 de plasma. Una consideración cuidadosa de esta disposición de la técnica anterior, así como de la física tras esta invención de la técnica anterior, muestra claramente que para conseguir el objetivo reivindicado de la invención, así como para que el cabezal de soldadura sea operativo, el electrodo 3 y el electrodo 20 han de ser ambos de la misma polaridad, o bien ambos positivos o bien ambos negativos. De hecho, si los electrodos 3 y 20 son de diferentes polaridades, se produce inmediatamente una descarga eléctrica entre estos electrodos 3 y 20, y en consecuencia la corriente eléctrica no pasa a través de la pieza 12 a soldar y no tiene lugar una fusión de la pieza 12 a soldar por el arco. Además, debido a la alimentación axial del hilo 3 de relleno, el hilo 3 de relleno tiene una zona de contacto larga con el arco de plasma, lo que conduce a un calentamiento adicional del hilo 3 de relleno. Esto da como resultado unas velocidades de deposición extremadamente elevadas, sin una penetración real de la pieza 12 a soldar. En el caso en el que ambos electrodos 3 y 20 son de polaridad positiva la ventana operativa para la corriente del arco de plasma se limita a un máximo de aproximadamente 100 amperios, debido al riesgo de sobrecalentamiento del electrodo 20 no consumible. El efecto anterior se conoce ampliamente para la soldadura por arco de plasma normal cuando el electrodo 20 de plasma es de polaridad positiva. Esto da como resultado una penetración poco profunda y sólo permite una velocidad de soldadura relativamente lenta. Es posible aumentar la velocidad de deposición sólo aumentando la corriente de MIG, y no se obtienen unas soldaduras de penetración profunda. Es mucho más deseable que el electrodo 20 de arco de plasma sea negativo, debido a que ésta es la polaridad para la soldadura por arco de plasma que se usa normalmente. Véase por ejemplo, el Manual de Soldadura de la Sociedad de Soldadura Americana, Octava Edición, Sociedad de Soldadura Americana, 1991, Capítulo 10, Soldadura por arco de plasma, que se incorpora por referencia a todos los efectos como si se hubiera expuesto por completo en el presente documento. No obstante, un arco de MIG de polaridad negativa tiende a ser muy inestable, siendo esta inestabilidad un problema ampliamente conocido y bien investigado para el procedimiento de soldadura MIG. Véase por ejemplo, el Manual de Soldadura de la Sociedad de Soldadura Americana, Octava Edición, Sociedad de Soldadura Americana, 1991, Volumen 2, que se incorpora por referencia a todos los efectos como si se hubiera expuesto por completo en el presente documento, en particular la página 119. Además, la polaridad negativa da lugar a que el electrodo 3 de MIG consumible se funda a una velocidad más elevada que cuando el electrodo 3 de MIG es de polaridad positiva. Por lo tanto, como en el caso en el que ambos electrodos 3 y 20 son de polaridad positiva, el resultado cuando ambos electrodos 3 y 20 son de polaridad negativa será unas velocidades de deposición... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para soldar una pieza (115) a soldar que comprende: a. un soplete combinado que incluye un electrodo (112) consumible y un electrodo (107) no consumible colocado de tal modo que sus ejes respectivos forman un ángulo agudo () y de tal modo que unos arcos (32, 40) que se inician a partir de los dos electrodos (107, 112) intersectan un plano de la pieza (115) a soldar para definir una distancia (D) de punto de impacto de arco; y b. una pantalla (150) magnética que se inserta entre los dos electrodos (107, 112) y que se usa para controlar la distancia (D) de punto de impacto de arco durante la soldadura; y caracterizado porque el sistema además comprende: c. una fuente de alimentación para imponer en el electrodo (112) consumible un primer potencial eléctrico en relación con la pieza (115) a soldar y para imponer en el electrodo (107) no consumible un segundo potencial eléctrico en relación con la pieza (115) a soldar, siendo el segundo potencial eléctrico opuesto al primer potencial eléctrico, incluyendo la fuente de alimentación: (i) un suministro (125) de corriente alterna que tiene un primer terminal y un segundo terminal que se diferencian en la fase, siendo el primer terminal para conectar con la pieza (115) a soldar y siendo el segundo terminal para conectar con los electrodos (107, 112), (ii) un primer diodo (126) a través del cual el segundo terminal se conecta con el electrodo (112) no consumible a través de un portacátodo (103), y (iii) un segundo diodo (127) a través del cual el segundo terminal se conecta con el electrodo (112) consumible a través de un guíahilo (103) del electrodo (112) consumible, en el que los dos diodos (126, 127) se orientan de forma opuesta en relación con el segundo terminal. 2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el electrodo (112) consumible es un electrodo de metal y gas inerte (MIG) y en el que el electrodo (107) no consumible es un electrodo que se selecciona del grupo que consiste en un electrodo de arco de plasma y un electrodo de gas inerte y tungsteno (TIG). 3. El sistema de la reivindicación 1, en el que el ángulo agudo () se encuentra en el intervalo de 0 a 30 grados y en el que la distancia (d) de punto de impacto de arco es más pequeña que 30 cm. 4. Un procedimiento de soldadura de una pieza (115) a soldar que comprende las etapas de: a. dotar a dos, primer (112) y segundo (107), electrodos de unos ejes respectivos, que se disponen espacialmente con el fin de definir un ángulo agudo () entre los mismos; b. establecer unos arcos eléctricos respectivos entre cada electrodo (107, 112) y la pieza (115) a soldar, teniendo los arcos una distancia (D) de punto de impacto de arco; y c. soldar la pieza (115) a soldar mientras que se controla la distancia (D) de punto de impacto de arco usando una pantalla (150) magnética entre los dos electrodos (107, 112); caracterizado el procedimiento porque el establecimiento de los arcos eléctricos respectivos alterna entre establecer un arco eléctrico respectivo entre el primer electrodo (112) y la pieza (115) a soldar mediante: a. proporcionar un suministro de corriente alterna que tiene un primer terminal y un segundo terminal que se diferencian en la fase; b. conectar el primer terminal a la pieza (115) a soldar; c. imponiendo un primer potencial eléctrico en relación con la pieza (115) a soldar en el primer electrodo (112) conectar el segundo terminal al primer electrodo (112) a través de un primer diodo (126) y un portacátodo (103); y d. establecer un arco eléctrico respectivo entre el segundo electrodo (107) y la pieza (115) a soldar imponiendo un segundo potencial eléctrico en relación con la pieza (115) a soldar en el segundo electrodo (107) conectando el segundo terminal al segundo electrodo (107) a través de un segundo diodo (127) y un guíahilo (103) del segundo electrodo (107), estando los dos diodos (126, 127) orientados de forma opuesta en relación con el segundo terminal de tal modo que el segundo potencial eléctrico es opuesto al primer potencial eléctrico, y de tal modo que la pieza (115) a soldar se suelda mientras que se alterna entre el establecimiento de los dos arcos eléctricos. 5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que la etapa de proporcionar unos electrodos primero (112) y segundo (107) incluye proporcionar un primer (112) electrodo consumible y un segundo (107) electrodo no consumible. 6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que proporcionar un electrodo (112) consumible incluye proporcionar un electrodo de metal y gas inerte (MIG) y en el que proporcionar un electrodo (107) no consumible incluye proporcionar un electrodo que se selecciona del grupo que consiste en un electrodo de arco de plasma y un electrodo de gas inerte y tungsteno (TIG). 12 E03772614 10-11-2011   13 E03772614 10-11-2011   14 E03772614 10-11-2011   E03772614 10-11-2011   16 E03772614 10-11-2011   17 E03772614 10-11-2011   18 E03772614 10-11-2011   19 E03772614 10-11-2011