SOLDADURA 34 Foto: blogsdir.cms.rrcdn.com Pistolas GMAW para soldadura Jose Luis Ordóñez Jiménez Periodista Para procesos manuales o automáticos con ciclos de hasta 100%. Las pistolas para soldadura GMAW son utilizadas en industrias que tienen como prioridad la optimización de los tiempos de producción, puesto que este sistema permite un proceso manual o automatizado, ágil y confiable. Por ello conocer los parámetros necesarios para desarrollar un trabajo de soldadura efectivo con pistolas de alta tecnología es fundamental. Las pistolas de soldadura son herramientas utilizadas para la unión de piezas metálicas con el apoyo de gases de protección, electrodos en forma de alambre y la habilidad por parte del operario para crear cordones de soldadura en trabajos como la fabricación de estructuras, automóviles y maquinaria, o la unión o reparaciones de tuberías, en sectores como la construcción; el metalmecánico; el automotriz; el petrolero y naviero, entre otros. Si bien un proceso efectivo de soldeo requiere de experiencia por parte del operario, establecer los parámetros necesarios para una correcta elección de la pistola es un punto primordial, por lo que se deben tener en cuenta características como el grado de amperios máximos a utilizar, la temperatura y los ciclos de trabajo que soporta el sistema en general. Además, conocer las partes que componen una pistola de soldadura, sus consumibles y los adelantos desarrollados WWW.METALACTUAL.COM SOLDADURA 35 para este tipo de herramienta, es ideal en un proceso con pistolas para soldadura GMAW, y alcanzar una competitividad y productividad industrial de calidad. Al momento de realizar un proceso de soldeo, con el apoyo de pistolas de soldadura, lo que un operario busca es que la herramienta tenga un desempeño continuo, que minimice los tiempos muertos por el cambio de consumibles, y que a su vez permita una fluidez en el trabajo con amperajes que no excedan la temperatura que perjudique la salud del operario, la vida útil de la pistola (por recalentamiento), y las características físicas de los metales a trabajar. Para alcanzar dicha fluidez en un proceso de soldadura, las pistolas han sido diseñadas con características para fácil manejo, con mangos ergonómicamente funcionales; fácil cambio de consumibles y un peso que permita una buena maniobrabilidad por parte del operario. Y para un desempeño óptimo con este tipo de herramienta, el operario debe conocer la clasificación de las pistolas, las cuales están definidas por el rango de amperaje y el tipo de refrigeración. Además, debe tenerse en cuenta que las pistolas cuentan con ciclos de trabajo definidos en porcentajes, que les permite trabajar de manera estable por un espacio determinado de tiempo, por lo que, dependiendo del tipo de trabajo a desarrollar, se debe escoger la pistola con el ciclo de trabajo adecuado. Por otra parte, el diámetro del electrodo a utilizar en el proceso, es otro de los parámetros a tener en cuenta en el momento de elección de una pistola. A continuación se especificarán cada una de las anteriores características para una buena elección de una pistola para soldadura, con el propósito de que el operario tenga una guía que le sirva como referencia al WWW.METALACTUAL.COM Foto: image.mustangandfords.com Una correcta elección Dentro de los factores que se deben tener en cuenta para una correcta elección se encuentran, el amperaje, el tipo de refrigeración y diámetro del electrodo. momento de iniciar un trabajo que requiera del uso de una pistola para soldadura GMAW. • Amperaje: Conocer el amperaje (A) o la intensidad de corriente con la que trabajan los sistemas de alimentación de energía para las pistolas, es de vital importancia puesto que este es el encargado de controlar la velocidad de salida del electrodo. Un mayor nivel de amperaje permite genera cordones de soldadura más gruesos –ideales para rellenar grandes espacios en uniones– debido a que un incremento en la potencia, aumenta la velocidad de alimentación del material de aporte; y un menor amperaje generará cordones de soldadura más delgados. En este sentido, las pistolas de soldadura son clasificadas por los amperios máximos a los que se puede trabajar, desde 150 A hasta 600 A. “No se puede colocar una pistola de bajo amperaje en una máquina de alto amperaje porque la pistola se recalienta; pero si se podría colocar una pistola de alto amperaje en un sistema de bajo amperaje puesto que la antorcha trabajaría más refrigerada, más fría, y el operario no sentirá el calentamiento de la antorcha”, resalta Francisco Rivera director de línea de West Arco. El rango de los precios para este tipo de pistolas se encuentran entre los US$ 350 para las de 250 amperios, y US$ 450 para la de 450 amperios. • Ciclos de trabajo: Determinar cuáles son los ciclos de trabajo a los que puede operar una pistola, o el tiempo efectivo que puede trabajar el dispositivo, sin llegar a exceder la temperatura óptima para su funcionamiento, es fundamental para definir el tipo de trabajo a desarrollar. Los periodos de trabajo efectivo son de 10 minutos, lo que equivalen a un rango de 100%. Algunos tipos de pistolas son diseñadas para trabajos manuales de 80% con mezcla de gases; si se utiliza CO2 el ciclo de trabajo es del 100%, debido a que el CO2 es un gas frío, por lo que los tiempos de refrigeración son menores. Los ciclos de trabajo de los operarios no superan los 10 minutos. Por lo que se estima que un operario puede trabajar de manera fluida y continua en un promedio cuatro a cinco minutos. 36 SOLDADURA La refrigeración de pistolas por aire utiliza el gas de protección existente en el proceso para hacer descender la temperatura de la herramienta. Foto: weaponsman.com “Los sistemas refrigerados por aire, son menos costosos, ya que no requieren un sistema de refrigeración independiente ni mangueras adicionales que están asociados con los sistemas refrigerados por agua. Son más fáciles de operar, montar, mantener y brindar soporte técnico. Estas pistolas generalmente están disponibles en una gama de amperajes entre los 150 A a 400 A, aunque se fabrican incluso hasta 600 A.”, resalta Elkin Mejia Cortes, de Codinter. Los cuellos de las pistolas pueden variar entre los 45º y 60º Si el soldeo se realiza en un ciclo de 60%, esto indica que tanto el operario como la pistola pueden trabajar seis minutos de manera continua, con un periodo de cuatro minutos para descanso y refrigeración del sistema. En este sentido se debe determinar el ciclo de trabajo a desarrollar, para elegir la pistola indicada. Por su parte, las máquinas o robots de soldadura, son diseñadas para realizar ciclos completos (100%), debido a que los robots mantienen un ritmo de trabajo constante y no depende del estado físico del operario, por lo que las pistolas en este proceso están diseñadas para resistir el tiempo y las temperaturas a las que se están expuestas. en un proceso de 100%, generalmente automatizado, es un proceso en el que el líquido circula por un cable que llega al difusor de gas ubicado al extremo de la antorcha, lo que genera una reducción en la temperatura en el sistema. También se utilizan líquidos libres de cloro, con el propósito de evitar la oxidación en algunos componentes de la pistola. En el país el rango de precios de las pistolas se encuentra entre los $300.000 y $700.000 lo que depende de la marca y del amperaje a trabajar. En Europa, según datos referidos por Fernando López Perez, ingeniero de Auseba Importaciones con sede en la ciudad de Gijón, España, las pistolas con refrigeración por aire oscilan entre los €65 hasta los €250; y entre €250 hasta los €500 para las refrigeradas por agua. En el país el 95% del proceso de soldeo es manual, por lo que dicho sistema de refrigeración es el más popular. Los tipos de refrigeración utilizados son agua y aire. La refrigeración por agua, utilizada para ciclos de trabajo Foto: www.capacitaciongratis.cl • Refrigeración: Debido a las altas temperaturas que manejan estas herramientas, ya sea manual o automática, las pistolas de soldadura requieren de una refrigeración en medio de cada ciclo de trabajo para que los consumibles no excedan la temperatura a la que pueden trabajar, y lleguen a presentar problemas en la continuidad de los cordones de soldadura. Los sistemas de refrigeración permiten disminuir la temperatura de la pistola en medio de los ciclos de trabajo. WWW.METALACTUAL.COM SOLDADURA • Diámetro del electrodo: La elección del diámetro del electrodo depende del espesor del cordón de soldadura que se requiere depositar, el cual está ligado al tipo de material a unir y el espacio ente ellos; por lo que el operario debe tener en cuenta el rango de amperios a los que puede trabajar la pistola, para elegir el diámetro del electrodo indicado, y con ello realizar el cordón de soldadura requerido. (Véase tabla 1) Tabla 1 Amperios y diámetros Hasta 160 amperios para alambre con diámetro de 0.6 – 0.8 mm Hasta 250 amperios para alambre con diámetro de 0.8 - 1.0 mm Hasta 350 amperios para alambre con diámetro de 1.0 - 1.2 mm Hasta 400 amperios para alambre con diámetro de 1.2 – 1.6 mm Hasta 400 amperios para alambre con diámetro de 1.2 – 1.6 mm Hasta 500 amperios para alambre con diámetro de 1.2 – 1.6 mm Hasta 600 amperios para alambre con de más de diámetro de 1.6 mm La definición de los anteriores parámetros permitirá a los operarios tener un concepto claro del tipo de pistola a utilizar; el debido ajuste de los consumibles; y los amperajes permitidos, para desarrollar con confianza cordones de soldadura carentes de porosidad y problemas de cohesión en la soldadura. Una mirada al interior de las pistolas Si bien es de suma importancia conocer las diferentes características de las pistolas para elegir la adecuada en determinado proceso, se debe tener una idea clara de los componentes que hacen posible el proceso de soldeo en un pistola de soldadura GMAW, con el propósito de detectar los posibles inconvenientes que se presenten en medio de un proceso y realizar los ajustes correspondientes. Las partes que componen una pistolas de soldadura son: mango o empuñadura; Gatillo o accionador, y un cuello metálico –por el que se direcciona el alambre (electrodo), el gas protector y la corriente hacia la zona de soldadura– con un ángulo que puede variar entre los 60º y 45º. 37 38 SOLDADURA que su cuidado y correcto funcionamiento definirá el tipo de cordón de la soldadura. Estos elementos son: rango de precio entre los $ 2.500 y $ 4.000; las toberas y difusores ente los $ 15.000 y $ 40.000. • Los contac tip o puntas de contacto, hechas de cobre, que permiten la transferencia de corriente al alambre consumible. Por otra parte, las pistolas de soldadura cuentan con un terminal que le permite conectarse con el equipo o fuente de corriente con el que se realizará el trabajo. Cada uno de los equipos de soldar existentes en el mercado, dependiendo del amperaje que esta maneje, poseen un tipo de conexión diferente. En un trabajo de producción continua, estos pueden durar unas ocho horas con arco encendido –contando solo el tiempo durante el cual el soldador hace arco–; posteriormente deben ser remplazados. Si el operario toca el metal a soldar con el contac tip, este consumible se funde y debe cambiarse inmediatamente. En los más recientes modelos de pistolas, existentes en el mercado nacional, los contac tip tienen una duración de hasta cuatro semanas, entre cinco y seis veces más que los consumibles de un modelo estándar. Foto: www.tregaskiss.com • La tobera, fabricadas de cobre o latón semiduro con acabados lisos para minimizar la acumulación de salpicaduras de soldadura, tiene como función enfocar el flujo de gas para proteger el arco de soldadura. El cambio de este consumible se hace después de realizar entre diez a veinte cambios de contac tip. Los contac tip, las toberas y los difusores consumibles son los consumibles que más cambio requieren. La variación del ángulo en el cuello de la pistola está sujeta al tipo de posición en la que se vaya a realizar el soldeo. En la industria nacional el ángulo más utilizado es el de 60º ya que permite trabajar en todo tipo de posición para soldeo. En el extremo de la pistola se encuentran los componentes de mayor cuidado, debido a que son los que están en contacto permanente con los metales a soldar y altas temperaturas en medio del proceso; por lo • Los difusores de gas, en cobre aleado para que tenga resistencia al calor, a las altas temperaturas y a la abrasión, son los encargados de conducir el gas de protección a la zona de soldadura. Generalmente tienen una relación de un difusor por 50 a 100 puntas de contacto Dichas piezas son clasificadas como consumibles, y son las que más cambio requieren, por lo que deben ser remplazadas con un intervalo de tiempo que depende directamente del uso y cuidado que se le de a la pistola. Si bien dichos consumibles son de medida estándar, se debe tener en cuenta la marca y modelos de la antorcha, puesto que cada fabricante maneja sus propios tipos acople y no existe compatibilidad entre marcas. En Colombia los contac tip tienen un Dicho acople, está acompañado de un cable de potencia de diferentes medidas, que va desde los 10 pies (3 m) el más corto, hasta el más largo de 25 pies (7.5 m). En Colombia la longitud más utilizada es la de 15 pies (4.6 m), pero su elección depende del tipo de trabajo a realizar. Si la operación de soldeo se hace en lugares de difícil acceso es recomendable una extensión de cable larga para la pistola, para que el operario pueda desarrollar diferentes posiciones de soldadura sin inconvenientes. Otro componente importante en las pistolas, que no presenta un desgaste constante a comparación de los consumibles, es la guaya, un cable encargado de transporta el alambre o material de aporte al interior de la pistola, el cual puede encontrase en diámetros desde 0.6 mm hasta los 3 mm, –con un precio promedio de US$ 15– y que se encuentran en modelos para trabajos de aceros al carbono y otros para aluminio o aceros inoxidables. Las guayas pueden llegar a durar entre seis meses a un año, y pueden durar más si se les hace un mantenimiento regular. Finalmente, una parte fundamental para el manejo de la pistola es la empuñadura, la cual es fabricada en plástico dieléctrico, con un diseño que varía por la marca de la pistola. Esta pieza cuenta con un switch o gatillo, colocado en la parte inferior del mango, con el objetivo de activar el circuito para que la máquina inicie la alimentación del alambre, y a su vez, de paso al gas de protección. WWW.METALACTUAL.COM 1 2 3 4 5 6 7 7b 8 9 9a 9b 9c 10a 10b NS 11a 11b NS 12a 12b 13 13a 13b 14 15 Partes Funda roscada de acero inoxidable Collarín de tobera Resorte de arandela de presión Retenedor de resorte de arandela de presión Conjunto de tubo conductor Mango – Spray Master estándar Mango – Programación doble (interruptor basculante) Mango – Accionador con bloqueo Accionador – Estándar y programación doble Accionador – Con bloqueo Interruptor basculante de programación doble Conjunto de cuchilla del accionador Conjunto Cablehoz - 10 pies (3 m) Conjunto Cablehoz - 12 pies (4 m) Conjunto Cablehoz - 15 pies (5 m) Conjunto Cablehoz - 25 pies (8 m) Conector mecánico delantero Cablehoz Juego de repuesto Conector mecánico trasero Cablehoz Juego de repuesto Conector mecánico trasero Cablehoz Juego de repuesto para Estilo Europeo Conector trasero Alambre de control y enchufe Alambre de control y enchufe Miller de programación doble Conector trasero Alambre de control Alambre de control y enchufe de programación doble Conector trasero Lincoln Alambre de control y enchufe Lincoln Conjunto de conexión Tuerca Caja de conector Conducto Tornillo de la funda WWW.METALACTUAL.COM 39 SOLDADURA En algunos sistemas, el mango está equipado con un display que permite ver valores como el amperaje con el que se está desarrollando el proceso de soldeo. Este dispositivo visual está equipado con un cable de operación unido a la pistola que permite a las máquinas tener un acceso rápido a los ajustes del sistema, como la velocidad óptima de alimentación del alambre para la aplicación concreta. Los equipos que cuentan con esta opción de display permiten controlar las variables de soldadura sin que el operario deba desplazarse hasta la máquina, lo que mejora los tiempos en el proceso de soldadura. Tanto los consumibles, como las diferentes partes que componen una pistola de soldadura, deben tener Recomendaciones de uso El conservar un voltaje constante en el proceso mantiene la estabilidad del arco eléctrico, pero ello es importante que el soldador evite los movimientos bruscos oscilantes, y mantenga una distancia entre la pistola y la pieza de trabajo de ± 7 mm. Cuando el cable de energía llegue a fracturarse o golpearse, y presente un mal funcionamiento, se recomienda cambiar la pistola en su totalidad para un mejor desempeño. Además el valor del cable es casi el 70 % del valor de la antorcha. Si a una pistola con sistema de refrigeración por agua, no se le aplica algún líquido y se activa el sistema, el cable se recalentaría y la antorcha se fundiría. Por lo que se recomienda verificar el nivel de líquido en el sistema principal, antes de accionar la pistola. Revistar los parámetros de las máquinas de soldadura en cuanto a amperaje y voltaje el sistema, antes de activar la pistola, evitará problemas al interior de la herramienta. No exceder los ciclos de trabajo de las pistolas, para permitir la refrigeración del sistema. Con ello se evitará que los consumibles se fundan, y que el operario presente desgastes físicos. No se debe forrar el cuello de la pistola con cintas o mangueras puesto que estos elementos reducen la capacidad de refrigeración de la pistola, y transfiere el calor al mango. Foto: globalsoldas.com.br 40 Los operarios deben conocer cada unos de las características de los materiales a trabajar, para elegir el tipo de pistola adecuado. un constante monitoreo y mantenimiento, con el fin de tener una herramienta con un desempeño óptimo. Los tiempos de revisión del sistema, ya sean diarios, semanales o mensuales, son determinados por el operario, –puesto que es él quien está en contacto permanente con la herramienta– y deben incluir el mantenimiento de los mangos y gatillos; el estado de la guaya; los tornillos de acople, y del cable de energía. Inconvenientes de operación Durante el proceso de soldeo se pueden presentar problemas como las salpicaduras o porosidad en los cordones de soldadura –los cuales generan uniones que no cumplen las normas de calidad requeridas–, que deben ser resueltos de manera inmediata para obtener un soldeo de calidad. Una excesiva salpicadura de metal fundido en medio del proceso de soldeo, es causada por la alta generación de calor, o por la variación en la velocidad de aporte del alambre. Para evitar este problema, se debe verificar los parámetros de voltaje y amperaje con los que se está desarrollando el proceso. La porosidad de los cordones de soldadura puede ser generada por una interrupción en el suministro de gas a la pistola de soldadura, por lo que se recomienda verificar el estado de las mangueras, para que no exista interrupción en el fluido del gas, y revisar el nivel de gas en el sistema antes de iniciar el proceso. La interrupción del suministro de gas también se puede presentar por algún tipo de obstrucción en el extremo de la pistola, por ello, se debe comprobar el buen estado de los contac tip, las toberas y los difusores, antes y durante el proceso de soldeo. Avances Debido a que lo operarios al momento de trabajar con una pistolas de soldadura, buscan que estas presenten un alto rendimiento, con consumibles de larga vida, que les permita minimizar los tiempos muertos en medio del proceso, la tendencia en el desarrollo de las pistolas de soldadura está dirigido a que el operario dedique más tiempo a la aplicación de soldadura, y no al cambio de los consumibles. Los consumibles tradicionales se diseñaban con un sistema de acople WWW.METALACTUAL.COM SOLDADURA con rosca, y para que estos permanecieran fijos en su lugar, era necesario el uso de herramientas. Actualmente, los consumibles no cuentan con roscas que requieran de un acople con herramientas, lo que permite un ajuste manual a presión, con un sellamiento que mejora la transmisión de la corriente de soldadura, sin pérdidas de corriente, con lo que se optimiza los tiempos requeridos para el cambio de los consumibles. El avance de las pistolas a permito desarrollar, además, consumibles como los contac tip con nuevos materiales que permiten extender su vida útil. En el caso de los sistema robóticos, estas piezas se desarrollan en aleaciones de cobre zirconio o cobre zirconio plata, debido a que el proceso automatizado permite trabajos con ciclos del 100%, por lo que el desarrollo de los contac tip tiende a ser cada vez más resistentes, lo que además incremente su valor, pues una punta de contacto para robot, puede costar entre cinco y seis veces más que uno de uso tradicional. En cuanto al peso y optimización de los consumibles, en algunos modelos de última generación, el difusor de gas ya no se utiliza, lo que adquirir este tipo de pistolas representará ahorros, no solo en el tiempo de cambio de esta pieza, si no en su inversión económica, debido a que se pueden alcanzar ahorros de hasta US$ 300 al año por pistola. Además, los nuevos modelos de antorchas pueden ser utilizados en aplicaciones con alambres tubulares auto protegidos que no requieren de protección gaseosa. Para realizar soladuras en piezas de aluminio existen dos tipos de pistolas que pueden desarrollar este procedimiento, las SpoolGun y las Push-Pull. Los sistemas SpoolGun son pistolas MIG de carrete en el mango que mejora la alimentación de alambres blandos, mediante la localización de una pequeña bobina de alambre, por lo general alrededor de una libra y cuatro pulgadas de diámetro. El alambre recorre solo unos centímetros antes de que toque el charco de soldadura, para eliminar los posibles problemas creados al empujar alambres blandos a través de una pistola normal. En cuanto a los sistemas Push-Pull, este tipo de pistola es utilizada para unir aleaciones blandas como el aluminio; alambres inoxidables de diámetro pequeño; bronce al silicio y alambres tubulares. Este sistema dispone de un motor que empuja el alambre en el alimentador y funciona sincronizada mente con un motor de tracción en la pistola, lo que permite que el alambre pase a través de la guaya con mínima resistencia. Para Elkin Mejia Cortes, de Codinter, uno de los adelantos sobresalientes en el tema de pistolas para soldadura se encuentra en las equipadas con sistema de extracción de humos. “Las pistolas con este sistema se conectan a un sistema de extracción de humos de alto vacío, con WWW.METALACTUAL.COM control ajustable para no afectar el flujo de gas, el cual captura el humo producido en el procesol”. Este mismo sistema, para el caso de los países europeos, como lo resalta el Ingeniero Fernando López de Auseba Importaciones, “desafortunadamente no ha tenido demasiado éxito, debido a que son muy pesadas”. En Colombia ya se pueden encontrar pistolas con consumibles de alta calidad, de mayor duración y con mangos anatómicamente más cómodos para los operarios, por lo que se espera que en los próximos años se desarrollen pistolas más livianas que permitan a los operarios desarrollar ciclos de soldadura más largos y con menores tiempos de refrigeración entre pases. Fuentes • Francisco Rivera. Director de línea de West Arco - Esab Pacifico frivera@ westarco.com • Fernando J. Lopez Perez. Auseba Importaciones / Loanfer S.L. auseba@ gmail.com • Elkin Mejia Cortes. Codinter. [email protected] • Raúl Parra Puentes. Director Nacional de Máquinas. Lincoln Electric Colombia. [email protected] • www.thefabricator.com - www.materialesdesoldadura.es – www. tregaskiss.co 41
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