El costo total de la soldadura MIG
¿Cómo afecta la transferencia de arco corto a los costos?
La transferencia de arco corto ofrece una entrada térmica baja para reducir la distorsión de la pieza y funciona en todas las posiciones. Por ejemplo, si se utiliza un cable sólido de 0,045 pulg. de diámetro (E70S-3), se produce un arco corto entre 90 y 220 amperios. Se crea un cortocircuito cuando la punta del alambre toca el charco de soldadura. La corriente de salida de la máquina de soldar luego aumenta a un mínimo de 370 amperios para separar el alambre del charco de soldadura.
Las fuentes de alimentación para soldadura de hoy en día vienen con configuraciones de voltaje fijo o controles de pendiente dinámicamente variables que ajustan el voltaje de salida con un amperaje creciente. Ambos tipos controlan la energía disponible para separar el cable del charco.
Esto es fundamental porque demasiada energía da como resultado una salpicadura excesiva y reduce la eficiencia de la deposición. Por otro lado, muy poca energía conduce a la acumulación de hilos, lo que da como resultado una fusión incompleta y una soldadura de mala calidad.
Configuración de la soldadora MIG
Además, las fuentes de alimentación para soldadura cuentan con inductancia fija o variable para controlar la tasa de aumento de corriente. A medida que aumenta la inductancia, también aumenta el tiempo de arco. Este tiempo adicional de encendido del arco produce un charco de soldadura fluido, lo que genera un cordón de soldadura más plano con una buena humectación en los bordes.
El proceso de cortocircuito ocurre entre 50 y 230 veces por segundo, según la aplicación. Por lo tanto, los parámetros operativos de la fuente de alimentación y la inductancia impactan en la convexidad o concavidad del cordón de soldadura, lo que puede afectar la capacidad de carga de la junta.
Con los parámetros correctos para la aplicación, la salpicadura es una fina niebla y la secuencia de soldadura produce un sonido de «fritura».
Efectos del gas de protección
Las velocidades de enfriamiento, las estructuras metalográficas, la distorsión, la posición y el gas de protección deben tenerse en cuenta en el procedimiento de soldadura. Por ejemplo, el gas de protección altera la transferencia de energía y la eficiencia de deposición. El dióxido de carbono produce plasma de arco que tiene un núcleo interno estrecho con una temperatura de envoltura externa baja debido a la baja conductividad térmica del gas.
El uso de CO2 produce un perfil de penetración estrecho y profundo que puede causar quemaduras y distorsión parcial en materiales delgados.
Además, la transferencia desde el alambre tiende a ser violenta, lo que provoca salpicaduras excesivas y produce eficiencias de deposición del 85 al 93%. Esto es especialmente cierto cuando los operadores intentan extraer más del proceso de lo prudente.
Además, debido a la naturaleza oxidante del CO2 puro, las propiedades mecánicas tienden a debilitarse, lo que requiere cables sólidos de alta calidad con desoxidantes adicionales de manganeso y silicio.
Agregar una mezcla de gases que contenga hasta un 80 % de argón y dióxido de carbono balanceado produce una coronación más pequeña, una mejor unión de los bordes y eficiencias de deposición de 94 a 98 %. Esto se debe a que el bajo potencial de ionización del argón logra una mejor ignición y estabilidad del arco. El argón también tiene una conductividad térmica baja que produce una constricción de arco similar pero un perfil de penetración menos profundo que el dióxido de carbono. Esto permite tasas de deposición más altas con salpicaduras mínimas en una gama más amplia de materiales. Las mezclas de dióxido de argóncarbono producen una alta deposición y pocas salpicaduras, ideales para soldadura en todas las posiciones y materiales delgados.
A medida que se aplica corriente adicional, el extremo del alambre de soldadura se sobrecalienta y forma bolas de 1,5 a 3 veces el diámetro del alambre. Esto crea una longitud de arco larga. Luego, la gravedad dirige la transferencia de metal, produciendo inestabilidad y salpicaduras excesivas. Dependiendo de los parámetros del gas y del proceso, la eficiencia de deposición tiende a caer entre 80-90%. Por esta razón y las limitaciones de la posición de soldadura, los soldadores deben permanecer fuera del rango de transición globular de 200 a 220 amperios cuando usan 0,045 pulg. alambre sólido de diámetro.
El uso del gas de protección adecuado permite que la soldadura de arco corto se use en acero dulce o inoxidable en aplicaciones marinas, alimentarias, químicas y de baja temperatura donde es esencial conservar las propiedades mecánicas del material base.
Costos y resultado de la transferencia de Spray Arc
La transferencia de arco por pulverización es otro modo GMAW. Según el gas, la corriente de transición mínima para la transferencia del arco de rociado se produce entre 220 y 250 amperios para el cable sólido de 0,045 pulgadas de diámetro.
Por encima de este rango, el extremo del electrodo de alambre desarrolla una forma cónica que emite finas gotas de metal a lo largo del arco prácticamente sin salpicaduras, lo que produce una eficiencia de deposición del 97-99 %.
El modo de transferencia por aspersión produce altas velocidades de desplazamiento y tasas de deposición debido a la buena estabilidad del arco y la alta tasa de gotas.
Sin embargo, la alta entrada de calor limita la soldadura a la posición plana. Por lo tanto, el gas de protección y la fuente de alimentación son elementos críticos para determinar el rango de transición del rociado.
Avances en fuentes de alimentación
La tecnología de fuente de alimentación del inversor actual funciona a frecuencias tan altas que puede reducir la entrada de energía promedio mientras mantiene el modo de transferencia de pulverización. Como resultado, estas nuevas fuentes de alimentación reducen la distorsión del calor, reducen la emisión de humos, eliminan las salpicaduras, reducen el consumo de energía y brindan capacidades de soldadura en todas las posiciones.
Con este proceso, el argón puro en el rociado produce alto voltaje de arco y arcos largos, lo que crea inestabilidad en el arco y socavaciones excesivas en el borde de las soldaduras.
Agregar de 5% a 20% de dióxido de carbono crea una mezcla que estabiliza la transferencia del rociado. Cuanto menor sea la cantidad de dióxido de carbono, menor será la corriente mínima de transferencia de pulverización y la posterior generación de humo.
De hecho, mezclar del 5 % al 15 % de CO2 con argón crea una combinación que se puede usar tanto en modo de transferencia por aspersión como por cortocircuito. Esta es una opción bastante simple que reduce el inventario de cilindros, facilita la mezcla en el sitio y reduce los cargos mensuales de alquiler y el tiempo de inactividad durante el cambio de cilindros.
En algunos casos, se puede agregar de 1% a 5% de oxígeno al argón para lograr una estabilidad de arco superior y una buena conexión (humectación) en el borde de la soldadura. El oxígeno tiende a proporcionar un perfil de penetración más amplio pero menos profundo en comparación con las mezclas de dióxido de carbono debido a su menor ionización y mayor conductividad térmica. El oxígeno también tiende a producir una mejor tenacidad y resistencia debido a la ausencia de retención de carbono asociada con las mezclas de dióxido de carbono.
Los fabricantes de gas proporcionan mezclas de gas de tres componentes que ofrecen los beneficios tanto del dióxido de carbono como del oxígeno para las aplicaciones GMAW de acero dulce a base de argón. Se puede obtener una calidad y una flexibilidad superiores a la media con mezclas binarias sencillas de gas de argón y CO2. Sin embargo, las mezclas tri-mix ofrecen beneficios incrementales, por lo que pueden no ser justificables en todos los casos.
El costo total de propiedad en soldadura MIG
Una comparación del costo total de un 0.045-in. alambre sólido de diámetro utilizando transferencia por aspersión con un 90 % de argón, 10 % de gas de protección de CO2; el proceso de arco corto con una mezcla de 75 % de argón y 25 % de CO2; y una para todas las posiciones de 0.045 pulg. El alambre de núcleo fundente E71T-1M que usa 90 % de argón y 10 % de CO2 revela cómo varía el costo por pie de soldadura con el proceso y el suministro de gas.
Por ejemplo, con un filete común que requiera 0.106 lb/ft. de material de relleno, una jornada laboral de ocho horas, diez estaciones de soldadura y diez cilindros de respaldo, se puede ver cómo las mejoras en el proceso y el suministro de gas reducen el costo por pie de soldadura en arco rociado hasta en un 45,35 % en comparación con transferencia de arco corto. Por ejemplo, el uso de un cable de núcleo fundente para todas las posiciones 71T-1M/T-9M con una mezcla de gas de protección de CO2 o 90 % argón y 10 % CO2 elimina los gastos de capital adicionales para el equipo de posicionamiento.
Variables del sistema
En todos estos procesos, las variables del sistema, como las materias primas, la mano de obra y los gastos generales, pesan mucho en el costo total por pie de soldadura del cliente. El modo de transferencia por aspersión aumenta la productividad debido a las tasas de deposición más altas y al tiempo reducido de limpieza de salpicaduras. También se reduce el tiempo de inactividad de los empleados causado por el manejo de cilindros.
Mezclar el gas de protección en el sitio puede producir un ahorro total del 53,76 % en comparación con la transferencia de arco corto convencional.
Sin embargo, el uso del alambre 71T-1M y un sistema de mezcla en el sitio puede proporcionar un ahorro del 42 % al mismo tiempo que iguala la flexibilidad en todas las posiciones del proceso de arco corto, con tasas de deposición más altas.
El sistema de suministro de gas del cliente es otro elemento crítico para lograr menores costos de gas cuando se utilizan líquidos criogénicos. Los sistemas de conmutación totalmente automatizados, como el IntelliSwitch, permiten a los distribuidores utilizar cilindros de líquido o de alta presión de 230, 350 o 500 psi como fuente de suministro para el mezclador de gas en el lugar. Esta flexibilidad reduce los costos del cliente por el alquiler mensual de cilindros al aprovechar el mejor método de suministro para cada gas.
Un cilindro primario de argón líquido con una reserva de argón líquido proporciona el costo más bajo con pérdidas residuales o de ventilación mínimas. Por lo tanto, se debe usar un cilindro primario de CO2 líquido con cuatro cilindros de CO2 de alta presión de 50 lb como respaldo.
El IntelliSwitch también cuenta con un economizador y una tecnología de baja pérdida que reduce las pérdidas de gas en un 83 %, lo que reduce el costo por pie de soldadura a menos de medio centavo.
En un ejemplo de aplicación, el costo del sistema de mezcla y tubería fue de $11,700. Amortizar esto durante un período de cinco años muestra que el sistema agrega solo tres centavos de costo por pie de soldadura. El cliente puede ser el propietario absoluto del equipo o puede haber arreglos de arrendamiento disponibles. Con el arrendamiento, el distribuidor le cobra al cliente una tarifa de instalación. El cliente se beneficia porque el distribuidor es responsable de todo el mantenimiento y la futura expansión del sistema. Además, los paquetes de software con alarmas y analizadores monitorean y documentan los parámetros del sistema para control de calidad y retroalimentación.
Se pueden lograr ahorros significativos mediante la comprensión de los procesos disponibles y los requisitos de calidad, un resultado tangible y poderoso de acercarse al cliente.