Soldadura orbital

Es muy difícil alcanzar los más altos estándares de calidad y seguridad con la soldadura manual. ^{[ 4 ]} Esto se debe a que ciertas posiciones de soldadura, como la soldadura por encima de la cabeza o hacia abajo, suelen provocar soldaduras defectuosas debido al acceso restringido del usuario en dichas posiciones. Para tener un control total sobre el baño de fusión , debe mantenerse un equilibrio perfecto entre la fuerza gravitatoria y la tensión superficial en cada posición de la antorcha. Mediante variantes mecanizadas de la técnica, ciertas partes del proceso de soldadura se realizan con componentes mecánicos. Cabe destacar que un soldador supervisa y controla el proceso en todo momento. En una situación ideal, todos los parámetros de soldadura estarían completamente programados antes de comenzar. Sin embargo, en la práctica, la presencia de restricciones variables implica que a menudo es necesario que el soldador realice intervenciones correctivas y cree programas personalizados para la aplicación.

La soldadura orbital de tubos puede utilizar cabezales de soldadura abiertos y cerrados. Cada tipo de cabezal de soldadura utiliza el proceso de fusión descrito en la Sección IX de ASME. ^{[ 5 ]} No se añade material de aporte .

Una soldadura orbital exitosa es 100% automática y repetible siempre que el operador supervise las variables y realice inspecciones periódicas de la soldadura para asegurar una penetración completa. Detectar cambios en las variables durante el proceso de soldadura es una habilidad esencial para los técnicos y operadores de soldadura orbital, pero que puede pasar desapercibida fácilmente. Se requiere capacitación y experiencia para que un operador logre producir soldaduras de alta precisión, repetibles y aceptables de manera consistente, cumpliendo con los estándares actuales.

Diversas variables críticas pueden afectar el éxito de una soldadura orbital. Entre ellas se incluye el uso del programa de soldadura adecuado en la fuente de alimentación o controlador de soldadura orbital, para ajustar la configuración al diámetro, espesor de pared y material de la tubería. Otros factores clave son la preparación y el acabado de la tubería, el correcto posicionamiento del cabezal de soldadura sobre el tubo y la cantidad de oxígeno presente durante el proceso de soldadura.

El mantenimiento del cabezal de soldadura suele ser un factor determinante para la repetibilidad de las soldaduras. El interior del cabezal puede carbonizarse por un uso inadecuado. Esta carbonización consiste en depósitos de carbono que pueden conducir electricidad y provocar un cortocircuito en el flujo de corriente del tungsteno. Los cabezales de soldadura orbitales contienen un sistema de engranajes planetarios de precisión que pueden desgastarse con el tiempo. Por lo tanto, se requiere una limpieza y un mantenimiento adecuados.

La soldadura orbital exitosa también depende del uso de tubos de alta calidad. Normalmente, para la soldadura orbital automática se utilizan tubos y accesorios de acero inoxidable 316L (no tuberías), que se obtienen de diversos fabricantes especializados. La calidad de la soldadura depende de contar con una fuente de argón razonablemente limpia para el gas de respaldo y protección. La pureza mínima requerida para aplicaciones industriales típicas es del 99,995 %. Para algunas aplicaciones, es necesario utilizar argón de ultra alta pureza (99,9998 %), lo que requiere el uso de equipos de purga de alta pureza (válvulas, reguladores y control de flujo). Por lo general, no se pueden utilizar componentes de caucho en los aparatos de gas de purga, ya que el caucho absorbe y libera humedad y oxígeno en la corriente de argón. La humedad y el oxígeno (en el argón) son contaminantes perjudiciales para una soldadura orbital automática exitosa.

Las probetas de soldadura, piezas de metal utilizadas para evaluar la habilidad de un soldador, ^{[ 6 ]} se preparan normalmente al inicio de un turno de soldadura, cada vez que se ajusta o cambia alguna variable y al final del turno (y con mayor frecuencia si lo requiere un inspector). Cada probeta debe examinarse interna y externamente para verificar la penetración completa, el ancho adecuado del cordón y otros criterios. En tuberías de menor diámetro, suele ser necesario abrir la probeta seccionada para examinar el cordón de soldadura. Todas las probetas deben mostrar una penetración completa y un ancho de cordón uniforme. Las variaciones en la uniformidad indican un problema que debe resolverse antes de continuar.

La soldadura orbital se realiza con mayor frecuencia en tubos que en tuberías por varias razones, la más importante de las cuales es que la producción de tubos produce diámetros exteriores muy uniformes, lo cual es fundamental para un ajuste adecuado en el cabezal de soldadura.

La soldadura orbital automática GTA se ha convertido en el método de unión estándar para sistemas de gas y líquido de alta pureza utilizados en las industrias de fabricación de semiconductores y farmacéutica. Estos sistemas están diseñados para garantizar una pureza extrema y una estanqueidad total. Desde mediados de la década de 1980, se ha desarrollado toda una industria especializada que suministra válvulas, accesorios, reguladores, manómetros y otros componentes para soldadura orbital y su uso en aplicaciones de alta pureza. Para la soldadura de tubos en aplicaciones de alta pureza, solo se puede utilizar un cabezal de soldadura completamente cerrado.

La soldadura orbital se ha realizado casi exclusivamente mediante la técnica TIG/GTAW ( Tungsten Inert Gas ) con electrodos no consumibles y alimentación de hilo frío adicional cuando es necesario. El fácil control del aporte térmico convierte a la soldadura TIG en el método ideal para la soldadura orbital completa de tubos con cabezales de soldadura orbitales especializados, que incorporan un dispositivo de sujeción, un electrodo TIG en un dispositivo de desplazamiento orbital y una cámara de gas de protección. Se pueden soldar muchos tipos de metales: aceros de alta resistencia, de alta temperatura y resistentes a la corrosión, aceros al carbono sin alear y de baja aleación, aleaciones de níquel, titanio, cobre, aluminio y aleaciones relacionadas. Realizada en atmósfera inerte, esta técnica controlada produce resultados extremadamente limpios, con baja concentración de partículas y sin salpicaduras indeseadas. Esto permite cumplir con las más altas exigencias en cuanto a las propiedades mecánicas y ópticas de la soldadura.

Gracias a la precisión de la soldadura TIG orbital, se pueden procesar incluso los diámetros de tubo estándar más pequeños, a partir de 1,6 milímetros. A mayor escala, se pueden unir tuberías con diámetros de hasta 170 mm y paredes de hasta 3,5 mm de espesor utilizando cabezales de soldadura de cámara cerrada. Estos cabezales permiten posicionar la antorcha con gran precisión y garantizan una sujeción segura de la tubería. La atmósfera de gas inerte en la cámara cerrada evita la decoloración por calor, incluso en los materiales más sensibles. Para diámetros de tubo entre 8 y 275 mm, es posible utilizar cabezales de soldadura abiertos, más manejables (excepto en aplicaciones de alta pureza). Un sistema de mangueras flexibles suministra energía, gas inerte, agua de refrigeración y alambre de aporte al cabezal de soldadura cuando sea necesario. La necesidad de alambre de aporte durante el proceso de soldadura depende del tipo de soldadura; las paredes de tubo más gruesas y los materiales base difíciles de controlar requieren el uso de material adicional, mientras que los tubos de pared delgada se pueden soldar sin alambre adicional.

Para obtener soldaduras de alta calidad, es fundamental preparar cuidadosamente los extremos de los tubos, asegurándose de que los bordes de las piezas estén libres de incrustaciones e impurezas. Para tubos de paredes delgadas y diámetros medios, suele ser suficiente un simple corte en ángulo recto. Para tubos de paredes más gruesas, es necesario preparar los bordes con mayor precisión, por ejemplo, utilizando una sección transversal con ranura en U.

Debido a su capacidad para lograr resultados de alta pureza, la soldadura orbital se ha consolidado en la producción de componentes para salas blancas en la industria de semiconductores. Su aplicación se ha extendido a la construcción de tuberías y equipos para diversas industrias, como la alimentaria, farmacéutica, química , automotriz , biotecnológica, naval y aeroespacial. La soldadura TIG orbital automatizada también se utiliza en la construcción de centrales eléctricas (centrales térmicas). Los materiales de construcción deben soportar las enormes cargas mecánicas producidas por las altas presiones y temperaturas generadas por los fluidos que circulan por los tubos. Es fundamental evitar a toda costa las muescas, poros e inclusiones en las soldaduras, ya que crean puntos débiles que pueden provocar la formación de grietas. Estas, a su vez, pueden tener graves consecuencias en términos de fallos en los componentes. Por ello, los tubos suelen estar fabricados con materiales a base de níquel con paredes de hasta 200 mm de espesor. Un fabricante ha desarrollado un sistema de soldadura orbital de ranura estrecha con alimentación de hilo caliente específicamente para este fin, que utiliza un mecanismo de desplazamiento que se mueve sobre un anillo guía fijado alrededor del tubo. Esta nueva variante ha generado mucho interés en el sector, ya que el auge mundial en la construcción de centrales eléctricas impulsa la búsqueda constante de métodos de fabricación cada vez más productivos que utilicen nuevos tipos de aceros de alta temperatura.