¿Cómo funciona la soldadura por transferencia de metal en frío?
Esencialmente, CMT funciona mediante pulsos precisos entre la base y las fases de corriente alta. Este proceso difiere de la soldadura MIG/MAG.
Porque el metal depositado y la corriente aplicada se controlan digitalmente, lo que permite un control térmico nunca antes logrado.
La soldadura CMT utiliza equipos muy similares al proceso de soldadura MIG. La abrazadera de tierra, la antorcha MIG, el alimentador de alambre y el gas de protección no son muy diferentes. La diferencia más significativa está en la máquina de soldar.
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Mientras que el proceso de soldadura de gas inerte de metal estándar funciona según el principio de cortocircuito continuo, el proceso CMT utiliza corrientes bajas y altas en momentos específicos para evitar cortocircuitos con corrientes altas. En el lado del metal de aporte, controla digitalmente el movimiento del alambre hacia adelante y hacia atrás para ayudar a la deposición.
Hay dos fases cruciales del proceso CMT:
En pocas palabras, el proceso de soldadura CMT alterna entre las dos fases descritas muchas veces por segundo. La entrada de calor solo ocurre en la fase muy breve cuando el alambre se empuja hacia el baño de soldadura.
No es necesario que el alambre reciba energía continuamente mientras se retrae porque ya está listo para fundirse en el baño de soldadura. Entonces, dado que el cable ya no está energizado a medida que se retrae, las salpicaduras se reducen al mínimo y la entrada de calor se reduce drásticamente.
Esencialmente, el proceso de soldadura CMT es una versión mucho más eficiente del proceso de soldadura MIG. El inventor del proceso de soldadura CMT es el fabricante austriaco Fronius International GMbH, y describen la transferencia de metal frío como una secuencia de corriente «caliente-fría-caliente-fría».
Selección de gas de protección
Los parámetros de soldadura por transferencia de metal en frío dependen mucho del material soldado. Lo mismo se aplica a la elección del gas de protección. En pocas palabras, el CMT todavía se basa en el proceso de soldadura MIG, por lo que los gases de protección son similares.
CMT requiere una mezcla de argón y dióxido de carbono, dióxido de carbono puro o tri-mixes para acero inoxidable.
También existen numerosas mezclas de gases de soldadura con adiciones de oxígeno, helio, hidrógeno y otros en casos de uso especializados.
CMT de cerca
Diferentes tipos de soldadura por transferencia de metal en frío
Hay cuatro tipos diferentes de procesos de soldadura por transferencia de metal en frío. Entonces, describamos cada uno en breve.
Pulso de transferencia de metal frío
El pulso de transferencia de metal frío utiliza polaridad positiva de electrodo de corriente continua (DCEP): negativa de pinza de tierra, electrodo positivo.
Esta polaridad concentra el 70 % del calor en el alambre de soldadura (electrodo), mientras que la pieza de trabajo está sujeta al 30 % de calor solamente.
Esto es favorable cuando se sueldan productos de chapa delgada porque evita una entrada de calor excesiva.
Transferencia de metal en frío avanzada
El proceso avanzado de soldadura por transferencia de metal en frío utiliza corriente alterna. Entonces, la polaridad del electrodo cambia muchas veces en un segundo entre positivo y negativo (DCEP y DCEN).
La inversión de polaridad tiene lugar en la fase de cortocircuito (el breve momento en que el hilo de soldadura toca el metal base). El DCEN mejora la tasa de deposición, mientras que el DCEP es responsable de la transferencia de gotas específicas.
Pulso de transferencia de metal frío avanzado
El proceso de soldadura pulsada avanzada CMT combina los ciclos CMT estándar con una polaridad negativa del electrodo y una fase pulsada con polaridad positiva.
Como resultado, el proceso logra una mejor tasa de deposición del metal de aporte durante la fase negativa con menor aporte de calor. La fase de pulso le da al operador la ventaja de la transferencia de gotas de metal sin cortocircuito.
Dinámica de transferencia de metal frío
La dinámica CMT se caracteriza por una acción de avance y retroceso del cable de alta frecuencia (hasta 130 veces por segundo).
Esto da como resultado una tasa de deposición más alta y una penetración más profunda. CMT dinámico es más adecuado para soldar placas gruesas, pero no está diseñado para aplicaciones de revestimiento.
¿Dónde se utiliza la soldadura por transferencia de metal en frío?
El proceso de soldadura por transferencia de metal en frío tiene múltiples ventajas sobre el proceso de soldadura MIG convencional. Por lo tanto, encuentra uso en muchas industrias, pero se usa principalmente como un método automatizado de soldadura por transferencia de metal en frío.
Industria del automóvil
La industria del automóvil ha adoptado los procesos de soldadura CMT. Muchas marcas de vehículos utilizan CMT en su beneficio para producir mejores soldaduras más rápido. Esto es especialmente cierto cuando el aluminio es un material principal para el chasis de un vehículo.
Por ejemplo, la estructura del automóvil Tesla Model S está hecha de aluminio para reducir el peso del vehículo y mejorar la autonomía de la batería. La soldadura por transferencia de metal en frío se utiliza para crear los paneles principales de la carrocería del Model S como alternativa a la soldadura MIG.
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Esto es particularmente importante porque los fabricantes de automóviles y sus proveedores continúan trabajando para reducir el peso del vehículo (y, por lo tanto, el consumo de combustible y las emisiones de CO 2 ), y en la Unión Europea para cumplir con el límite de emisiones de 2012 de 130 g/km de CO 2. En otros segmentos industriales También – productos de consumo, construcción, energía – la construcción ligera ofrece beneficios notables.
Aplicaciones de revestimiento
Algunos metales sensibles requieren métodos avanzados de reparación de superficies mediante un proceso de revestimiento. Por ejemplo, la superaleación INCONEL 718, la aleación de aluminio 6061, la aleación de magnesio AZ31, la aleación Al-Si-Mn y metales similares que son difíciles para el revestimiento, han mostrado resultados favorables cuando se recubren con soldadura CMT.
Cada una de estas aleaciones requiere un enfoque específico para la soldadura CMT. Se debe establecer una frecuencia de pulso y un amperaje adecuados para el grosor del material y el resultado esperado. Por ejemplo, el revestimiento de aleación de magnesio AZ31 requiere una velocidad de soldadura de aproximadamente 1/2 pulgada por segundo.
Dado que el CMT muestra resultados favorables cuando se trata de revestimientos metálicos, se puede utilizar para reparar turbinas de gas, turbinas de vapor, piezas de motores y elementos similares desgastados.
Unión de acero galvanizado
Es posible unir acero galvanizado mediante un proceso de soldadura por transferencia de metal en frío sin dañar el revestimiento de zinc del acero. Como resultado, el acero mantiene su capa protectora de zinc y no se producen humos de soldadura peligrosos.
Los métodos de soldadura CMT no crean una entrada de calor suficiente para romper la capa de zinc. Sin embargo, la unión de acero galvanizado solo es posible mediante soldadura fuerte con el metal de aporte CuSi3.
Unión de metales diferentes
Las aplicaciones más críticas de los procesos de soldadura CMT se encuentran en industrias que requieren la soldadura de metales diferentes.
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El acero y el aluminio no se pueden unir mediante procesamiento térmico, o eso se supone. El éxito práctico de Fronius International en este objetivo es una solución revolucionaria que ha satisfecho las expectativas de los expertos en materiales, ingenieros de diseño e ingenieros de producción. Es un desarrollo bienvenido en la industria automotriz, donde los diseñadores y fabricantes apreciarán las uniones térmicas confiables y de alta carga entre el acero y el aluminio liviano.
Usando la soldadura CMT, es posible crear eficientemente una unión fuerte entre el aluminio y el acero. Esta es la razón principal para emplear el proceso de soldadura CMT. Pero también es posible unir aleaciones de aluminio y magnesio, zinc y aleaciones de aluminio, aluminio y titanio, magnesio y cobre, entre otros.
La comprensión de «libro de texto» de la tecnología de soldadura sostiene que los metales con propiedades físicas tan diferentes, como sus temperaturas de fusión (1500 °C frente a 590 °C), coeficientes de expansión (1,2 mm frente a 2,3 mm/100 °C) o electroquímica potencial: no se puede unir mediante soldadura por arco. Fronius comenzó a trabajar en este problema hace más de dos décadas y logró por primera vez uniones reproducibles con su tecnología CMT.
Ventajas de la soldadura por transferencia de metal en frío
- El arco permanece estable, incluso si se utiliza un gas de protección 100 % CO2. Lograr un arco estable es casi imposible con un proceso de soldadura MIG, especialmente con gas CO2 puro.
- Características de arco favorables: la trayectoria del arco es corta y casi perpendicular a la pieza. Además, el tiempo de arco es mínimo.
- Entrada de calor diez veces menor en la unión soldada en comparación con la soldadura MIG/MAG estándar.
- Excelente control sobre el metal de soldadura depositado.
- La alta tasa de deposición y la profunda penetración de la soldadura.
- Excelentes propiedades mecánicas de las soldaduras logradas.
- Puede soldar materiales delgados o más gruesos.
- Suelda casi todos los metales.
- Logra soldaduras casi a la par con la soldadura TIG cuando se trata de estética.
- El proceso de transferencia de metal en frío es una de las mejores formas de soldar metales diferentes.
- Permite una precisión de forma de soldadura excepcional.
- Dilución extremadamente baja durante las aplicaciones de revestimiento.
- Logra juntas de acero y aluminio aprobadas para pruebas de choque.
- Alta velocidad de soldadura.
- Excelentes capacidades de puenteo de brechas.
- Salpicaduras extremadamente bajas.
Desventajas de la soldadura por transferencia de metal en frío
- Relativamente caro.
- Todavía no se ha adoptado a gran escala, por lo que la disponibilidad de piezas puede ser un problema en algunos países. Además, no hay muchos operadores capacitados que entiendan el proceso de CMT y cómo monitorear y configurar las máquinas.
- Principalmente disponible para aplicaciones robóticas de transferencia de metal en frío. Pero, también existen máquinas de soldadura manual por transferencia de metal en frío.
Conclusión
El proceso de soldadura por transferencia de metal en frío supera a la soldadura MIG tradicional en todos los sentidos, excepto en el costo del equipo. Pero, para la fabricación a gran escala, el proceso de transferencia de metal en frío es una opción mucho mejor a largo plazo.
La retracción del hilo durante el pulso CMT cuando se produce un cortocircuito y el bajo aporte térmico gracias a la corriente de soldadura pulsada son responsables de los excepcionales parámetros de soldadura que se consiguen con un proceso CMT.