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SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW)

La soldadura por arco sumergido (SAW) es el proceso adecuado para usted?

ABRIL 18, 2018

Figura 1 
La producción de tubos es una aplicación donde cobra sentido la soldadura por arco sumergido.

El proceso de soldadura por arco su-mergido (SAW) tiene el potencial de mejorar sustancialmente los ritmos de deposición y la productividad, además de brindar una calidad de soldadura repetible. Sin embargo, es más adecuada para unas aplicaciones que para otras (vea la Figura 1). Si está pensando en la posibilidad de usar la SAW, considere los numerosos factores que afectan el éxito del proceso; el espesor del material, el diseño de la unión, la preparación y la longitud, todo tiene que evaluarse.

Además, tenga presente que lograr el máximo éxito con la SAW requiere algo de preparación y una inversión inicial en equipo, pero la inversión puede dar una recuperación significativa y rápida en muchos casos.

Cómo funciona la SAW

La SAW es un proceso alimentado por alambre, como la soldadura por arco metálico con gas (GMAW o MIG). El alambre se alimenta a través de una antorcha que típicamente se mueve a lo largo de la unión de soldadura por mecanización. Entender y controlar la SAW no es significativamente diferente a entender y controlar la GMAW. La configuración de la máquina es similar, y muchas variables de soldadura siguen siendo las mismas: el voltaje sigue influyendo en el ancho del cordón, el amperaje sigue influyendo en la penetración, y aumentar la velocidad de alimentación del alambre eleva el amperaje y la deposición (suponiendo una distancia constante de la punta de contacto con la pieza de trabajo y el uso de una fuente de poder de voltaje constante, CV).

A diferencia de la GMAW, la SAW usa un fundente granular para proteger el arco de la atmósfera. El arco está enterrado (sumergido) en el fundente y no es visible durante la operación normal. Conforme el arco funde el alambre, el fundente y el material base para formar el pozo de soldadura, el fundente fundido hace funciones importantes como desoxidar, alear, dar forma y generar una atmósfera protectora para el depósito de soldadura.

Qué se puede obtener

Un proceso optimizado de SAW puede brindar ganancias en la producción, aho-rros de tiempo, calidad de la soldadura y consistencia, así como un mejor ambiente para el operador.

Las aplicaciones de un solo alambre pueden lograr velocidades de deposición significativas (vea la Figura 2), depediendo del tamaño del alambre, del tipo y de la polaridad. Puede ser bastante fácil usar la SAW para mejorar las velocidades de deposición con respecto a un proceso común de GMAW, soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW) o soldadura por arco de metal protegido (SMAW, o electrodo). Los fabricantes de equipo para soldar y metales de aportación pueden ayudarlo a determinar los parámetros iniciales y darle una idea sobre el potencial de mejora.

Además de las ganancias en productividad, el proceso puede brindar una calidad de soldadura repetible. La SAW es casi exclusivamente un proceso mecanizado. La maquinaria de movimiento de la pieza de trabajo y/o arco mantiene velocidades consistentes de viaje y posicionamiento de la antorcha, por lo que los operadores con menos experiencia en soldadura práctica pueden supervisarla fácilmente. Así que las compañías pueden asignar a su personal más experimentado a las áreas más difíciles de la operación.

El proceso además ofrece un mejor ambiente de trabajo debido a su baja ge-neración de vapores y a la ausencia de arco visible. Esto minimiza la exposición UV, así que no es necesario usar casco ni chaqueta para soldar, y es más fácil que se hagan otras tareas cerca de la operación de soldadura en progreso.

Por último, la SAW produce excelentes propiedades mecánicas en la soldadura acabada. Muchas combinaciones de alambre/fundente con una basicidad entre media y alta pueden obtener una alta robustez, incluso a -60 grados Celcius o abajo, lo cual puede ser difícil incluso para alambres de FCAW bien diseñados basados en rutilo. Ciertos alambres y fundentes de SAW también pueden ayudar a mantener las propiedades a altas entradas de calor, optimizando aún más las velocidades potenciales de deposición.

El equipo que usted necesita

La SAW puede ofrecer ganancias sustanciales en productividad en ciertas aplicaciones, pero lograr esos resultados requiere invertir en el equipo adecuado, además de la fuente de poder y del alimentador de alambre. Por lo tanto, el proceso típicamente tiene una inversión económica más alta que otros procesos.

Figura 2 
La SAW de un solo alambre puede alcanzar ritmos de deposición de hasta 40 libras (18 kg) por hora, dependiendo del tamaño, tipo y polaridad del alambre.

Para ayudar a optimizar la mecanización—y para brindar niveles variables de flexibilidad dependiendo de las necesidades de la aplicación—existen diversos accesorios.

En algunas aplicaciones, la antorcha se mantiene fija y la pieza de trabajo se mueve usando equipo de posicionamiento. Cuando se requiere movimiento del arco, existen varias opciones:

  • Los tractores de SAW ofrecen portabilidad y flexibilidad para llevar la soldadura a trabajos ubicados por todo el taller o en un sitio de trabajo (vea la Figura 3).
  • Los brazos laterales o configuraciones de puente no son portátiles, son una instalación fija que requiere que el trabajo sea traído a la celda de soldadura; esto reduce el tiempo que se gasta en configuraciones y cambios, pero también reduce la flexibilidad.
  • Un integrador puede ayudar a diseñar un sistema a la medida, como por ejemplo soldadura de circunferencia para recipientes de almacenamiento y soldadores circulares para fijar boquillas. Algunos sistemas pueden integrarse con equipo de posicionamiento para soldar geometrías más complejas como las silletas de tubo.

Si se compara con la soldadura robótica, la mecanización de la SAW es mucho más accesible; típicamente, implementarla y familiarizarse con ella es más simple. Aunque se requiere atención del operador con este proceso, con frecuencia es más fácil hacer ajustes durante la soldadura en comparación con una operación de soldadura robótica. Además, el equipo de SAW generalmente está diseñado para ser robusto y confiable.

Sin embargo, tenga en mente que este proceso está limitado a soldadura en posición plana y horizontal, lo cual permite el uso de parámetros de alta corriente y alta deposición. El usar la SAW para piezas soldadas completas con múltiples soldaduras puede requerir equipo grande de posicionamiento; las diversas opciones incluyen configuraciones de descarga por inclinación, cabezal de soporte y contracabezal. A veces este equipo de posicionamiento puede ser económicamente prohibitivo, pero en otros casos la recuperación de la inversión puede justificarlo rápidamente y el proceso comparado con soldar fuera de posición con otro proceso.

Además, debido a que no se puede ver la posición del arco durante la soldadura, pue-de requerirse equipo de rastreo de unión. Las opciones van desde las sencillas como por ejemplo un láser que indica la posición futura del arco de soldadura, hasta las más complejas, como por ejemplo una sonda táctil que puede ajustar automáticamente la posición de la antorcha.

Un integrador o fabricante de equipo puede ayudarle a determinar la combinación de equipo que maximice el potencial, y determinar la recuperación de la inversión de una operación de SAW.

Partes ideales para la SAW

Hay varios factores que hacen que una pieza sea adecuada para SAW. El tipo de material y el espesor son dos consideraciones importantes.

La SAW es más adecuada para aceros al carbón y de baja aleación, pero también pue-de usarse para acero inoxidable y aleaciones basadas en níquel. Aun cuando la SAW de materiales gruesos es la más común, es un error creer que el proceso sólo puede usarse para materiales gruesos.

La SAW se usa con éxito en materiales delgados en muchas aplicaciones, como por ejemplo en tanques de propano y calentadores de agua. Aunque se usan altos amperajes, la velocidad de viaje aumenta significativamente en estos casos para que la entrada de calor resultante sea baja. Por ejemplo, la SAW de una sola antorcha puede usarse para soldar material de 6.5 mm en una sola pasada a 800 amperes con una velocidad de viaje de 76.2 cm por minuto (o más, dependiendo del diseño de la unión). Observe que para soldar materiales más delgados también se requiere mayor atención a la “suavidad” de la mecanización, el rastreo de unión y la consistencia de la preparación de la unión. El refuerzo de la unión usando cobre y/o fundente de soldadura es una opción popular para mejorar la repetibilidad.

Independientemente del espesor del material, las consideraciones clave para la implementación exitosa de la SAW incluyen lo siguiente:


Figura 3 
Los tractores de SAW ofrecen flexibilidad para aplicaciones donde se necesita portabilidad, como por ejemplo trabajar dentro de un recipiente.

•Geometrías de partes y uniones: la SAW es adecuada para uniones en línea recta, pues partes con protuberancias en la soldadura requieren una mecanización más compleja y cara para manejo repetido. Aun cuando la SAW es adecuada para componentes en altos volúmenes, eso no quiere decir que esté restringida a la misma parte exacta una y otra vez; hasta los talleres pueden sacar provecho de esta tecnología. Las partes no necesitan ser idénticas, pero deben tener geometrías similares para maximizar el proceso. Por ejemplo, es común para la SAW y el equipo soldar con facilidad recipientes a presión tanto de 3.7 metros como de 3 metros de diámetro, pues las geometrías son similares. La idea es encontrar partes que puedan usar el mismo equipo de movimiento de pieza de trabajo y arco, y la colocación para minimizar el cambio, y por ende el tiempo improductivo.

  • Uniones de soldadura largas: una desventaja de la SAW es la limpieza requerida entre pasadas. Por esta razón, es más ade-cuada para uniones de soldadura largas (con frecuencia de 1.2 m o más largas), las cuales pueden limpiarse durante la soldadura. Con soldaduras más cortas, el tiempo total gastado limpiando es mayor pues hacer tareas múltiples es más difícil, y se vuelve menor la relación entre tiempo de arco activo y tiempo gastado reposicionando y reajustando equipo. Como nota al margen, también es importante considerar invertir en la recuperación de fundente y en equipo de reacondicionamiento (una bomba de vacío y un horno) para minimizar el costo de los consumibles.
  • Soldaduras circunferenciales con diámetros mayores a 200 mm: la SAW es una opción popular en aplicaciones de tubo y recipientes de presión, debido a que el recipiente o tubo puede girarse en posicionadores. Sin embargo, abajo de 200 mm de diámetro la contención del fundente se vuelve más difícil debido a que el fundente chorrea del tubo. Debido a que el ritmo de enfriamiento de la soldadura en la SAW es más lento que en otros procesos, el usarla en tubo de diámetro menor puede también dar como resultado un perfil de cordón inaceptable.
  • Partes con buen acceso: el equipo de SAW es voluminoso, lo cual hace que el espacio y el acceso a las partes sean consideraciones clave. Puede necesitarse un sistema diseñado a la medida para usarse en espacios más pequeños, pero la alimentación del alambre puede volverse un problema. Los diámetros grandes simplemente no son tan flexibles como los diámetros pequeños usados en un brazo de GMAW robótica.

Consideraciones de diseño de las uniones

Es necesaria una buena preparación de las partes para una SAW exitosa, de lo contrario habría un problema con la perforación por quemadura. Estos problemas deben compensarse antes del proceso de soldadura, y pueden requerir fijación mecánica y atención especial a la preparación de la parte.

Pueden usarse “cordones de sello” hechos usando GMAW, FCAW o SMAW para ayudar a compensar una preparación no tan ideal. Estas pasadas rápidas de soldadura extra suman tiempo a la operación, pero con frecuencia consumen menos tiempo que el requerido si toda la unión se soldara con un proceso que no fuera la SAW.

Los problemas potenciales también pue-den resolverse reconsiderando la unión. La penetración profunda del proceso de SAW puede permitir que se aumenten las caras de raíz—o que se elimine por completo la preparación de la unión.

Puede seguir siendo necesario hacer soldadura de pasadas múltiples, dependiendo del espesor del material o de las propiedades mecánicas deseadas para la aplicación. Esta estrategia puede ser mejor que aumentar significativamente el calor para completar la soldadura en un solo paso. Aun cuando los altos amperajes lle-van a velocidades de deposición más altas, la SAW no tolera de manera ilimitada la entrada de calor (un error común).

El retorno de la inversión de la SAW

El proceso de la SAW puede brindar ventajas significativas de productividad y calidad en la aplicación adecuada. Sin embargo, es importante tener un buen entendimiento de lo que implica el proceso, y asegurarse de que su aplicación específica sea adecuada para la SAW antes de hacer la inversión.

Los integradores y fabricantes de equipo pueden ofrecer ayuda en el diseño e implementación de un proceso de SAW optimizado, o aconsejar cuándo la SAW pueda no ser el proceso adecuado. En ciertas aplicaciones, el impacto en los resultados puede ser significativo.