Fuente de alimentación para soldadura

Una fuente de alimentación para soldadura es un dispositivo que proporciona o modula una corriente eléctrica para realizar soldadura por arco . ^[1] Existen múltiples procesos de soldadura por arco que van desde la soldadura por arco metálico protegido (SMAW) hasta la soldadura por arco metálico con gas de protección inerte (GMAW) o la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) . Las fuentes de alimentación para soldadura sirven principalmente como dispositivos que permiten al soldador controlar si la corriente es corriente alterna (CA) o corriente continua (CC) , así como la cantidad de corriente y voltaje.

Las fuentes de alimentación para procesos de soldadura que utilizan gas de protección también ofrecen conexiones para gas y métodos para controlar el flujo de gas. El operador puede configurar estos factores dentro de los parámetros necesarios según el tipo de metal, el espesor y la técnica que se utilizará. La mayoría de las fuentes de alimentación para soldadura no generan energía, sino que funcionan como transformadores controlables que permiten al operador ajustar las propiedades eléctricas según sea necesario. Sin embargo, en algunas aplicaciones de soldadura, en particular SMAW, que se utilizan en áreas aisladas de las redes eléctricas, se utilizan fuentes de alimentación para soldadura que combinan las funciones de generación eléctrica y modulación de corriente en una sola unidad móvil montada en un vehículo o remolque remolcado.

Las máquinas de soldar se clasifican generalmente como de corriente constante (CC) o de voltaje constante (CV); una máquina de corriente constante varía su voltaje de salida para mantener una corriente constante, mientras que una máquina de voltaje constante fluctuará su corriente de salida para mantener un voltaje establecido. La soldadura por arco metálico protegido y la soldadura por arco de tungsteno con gas utilizan una fuente de corriente constante, mientras que la soldadura por arco metálico con gas y la soldadura por arco con núcleo fundente suelen utilizar fuentes de voltaje constante, pero la corriente constante también es posible con un alimentador de alambre con detección de voltaje.

Las fuentes de corriente constante se utilizan para las operaciones de soldadura que se realizan manualmente, como la soldadura por arco metálico protegido o la soldadura por arco de tungsteno con gas. Al ser procesos manuales, la longitud del arco no es constante durante toda la operación. Esto se debe a que requiere una gran habilidad para mantener la mano exactamente en la misma posición sobre la pieza de trabajo durante toda la soldadura. El uso de una fuente de corriente constante garantiza que, incluso si la longitud del arco cambia, lo que provoca un cambio en el voltaje del arco, la corriente de soldadura no cambia mucho y el aporte de calor a la zona de soldadura permanece más o menos constante durante toda la operación.

La naturaleza de la máquina CV es necesaria para la soldadura por arco metálico con gas y la soldadura por arco con núcleo fundente porque el soldador no puede controlar la longitud del arco manualmente. ^{[ cita requerida ]} Si un soldador intentara utilizar una máquina CV para una tarea de soldadura por arco metálico protegido (SMAW), las pequeñas fluctuaciones en la distancia del arco causarían fluctuaciones significativas en la salida de corriente de la máquina. Con una máquina CC, el soldador puede contar con una cantidad fija de amperios que llegan al material, independientemente de lo corto o largo que sea el arco eléctrico.

Las fuentes de alimentación de soldadura más comunes se pueden clasificar en los siguientes tipos:

Una fuente de alimentación para soldadura con transformador convierte la corriente y el voltaje moderados de la red eléctrica (normalmente 230 o 115 V CA) en una fuente de alta corriente y bajo voltaje, normalmente entre 17 y 45 voltios (circuito abierto) y entre 55 y 590 amperios . Un rectificador convierte la CA en CC en máquinas más caras.

Este diseño permite al soldador seleccionar la corriente de salida moviendo un devanado primario más cerca o más lejos de un devanado secundario, moviendo una derivación magnética dentro y fuera del núcleo del transformador, utilizando un reactor de saturación en serie con una técnica de saturación variable en serie con la salida de corriente secundaria, o simplemente permitiendo al soldador seleccionar el voltaje de salida de un conjunto de tomas en el devanado secundario del transformador. Estas máquinas de tipo transformador suelen ser las menos costosas.

La contrapartida de la reducción de costes es que los diseños de transformadores puros suelen ser voluminosos y masivos porque funcionan a la frecuencia de la red eléctrica de 50 o 60 Hz. Estos transformadores de baja frecuencia deben tener una inductancia de magnetización alta para evitar corrientes de derivación desperdiciadoras. El transformador también puede tener una inductancia de fuga significativa para la protección contra cortocircuitos en caso de que una varilla de soldadura se atasque en la pieza de trabajo. La inductancia de fuga puede ser variable para que el operador pueda configurar la corriente de salida.

Las fuentes de alimentación para soldadura también pueden utilizar generadores o alternadores para convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Los diseños modernos suelen estar accionados por un motor de combustión interna , pero las máquinas más antiguas pueden utilizar un motor eléctrico para accionar un alternador o generador. En esta configuración, la energía de la red se convierte primero en energía mecánica y luego nuevamente en energía eléctrica para lograr el efecto reductor similar al de un transformador. Debido a que la salida del generador puede ser de corriente continua, o incluso de corriente alterna de mayor frecuencia, estas máquinas más antiguas pueden producir corriente continua a partir de corriente alterna sin necesidad de rectificadores de ningún tipo, o también se pueden utilizar para implementar variaciones utilizadas anteriormente en los llamados soldadores heliarc (ahora más comúnmente llamados TIG ), donde se evita la necesidad de una caja de módulo adicional de mayor frecuencia porque el alternador simplemente produce corriente alterna de mayor frecuencia directamente.

Desde la aparición de semiconductores de alta potencia, como el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) , ahora es posible construir una fuente de alimentación de modo conmutado capaz de hacer frente a las altas cargas de la soldadura por arco. Estos diseños se conocen como unidades de soldadura con inversor. Por lo general, primero rectifican la energía de CA de la red a CC; luego conmutan (invierten) la energía de CC en un transformador reductor para producir el voltaje o la corriente de soldadura deseados. La frecuencia de conmutación suele ser de 10 kHz o superior. Aunque la alta frecuencia de conmutación requiere componentes y circuitos sofisticados, reduce drásticamente el volumen del transformador reductor, ya que la masa de los componentes magnéticos (transformadores e inductores) que se requiere para lograr un nivel de potencia determinado disminuye rápidamente a medida que aumenta la frecuencia de operación (conmutación). Los circuitos del inversor también pueden proporcionar funciones como control de potencia y protección contra sobrecargas. Las máquinas de soldadura basadas en inversores de alta frecuencia suelen ser más eficientes y proporcionan un mejor control de los parámetros funcionales variables que las máquinas de soldadura sin inversor.

Los IGBT de una máquina basada en inversor están controlados por un microcontrolador , de modo que las características eléctricas de la potencia de soldadura se pueden cambiar mediante software en tiempo real, incluso ciclo por ciclo, en lugar de realizar cambios lentamente a lo largo de cientos o miles de ciclos. Normalmente, el software del controlador implementará funciones como pulsar la corriente de soldadura, proporcionar relaciones y densidades de corriente variables a lo largo de un ciclo de soldadura, habilitar frecuencias variables de barrido o escalonadas y proporcionar la temporización necesaria para implementar la soldadura por puntos automática; todas estas funciones serían prohibitivamente caras de diseñar en una máquina basada en transformador, pero solo requieren espacio de memoria de programa en una máquina inversora controlada por software. De manera similar, es posible agregar nuevas funciones a una máquina inversora controlada por software si es necesario, a través de una actualización de software, en lugar de tener que comprar una soldadora más moderna.

Además de los tipos que utilizan transformadores, motor/generador e inversores, también existen otros tipos de soldadores. Por ejemplo, también existen soldadores láser, que requieren un tipo de diseño de fuente de alimentación de soldadura completamente diferente que no se incluye en ninguno de los tipos de fuentes de alimentación de soldadura que se analizaron anteriormente. Asimismo, los soldadores por puntos requieren un tipo diferente de fuente de alimentación de soldadura, que normalmente contiene circuitos de sincronización elaborados y grandes bancos de condensadores que no se encuentran comúnmente en ningún otro tipo de fuente de alimentación de soldadura.

• Nota de prensa de Miller Electric sobre la tecnología IGBT para inversores de soldadura 8 de abril de 2003 Archivado el 2 de junio de 2008 en Wayback Machine
• Frank G. Armao, Fuentes de alimentación para soldadura con inversor para soldar aluminio, The Lincoln Electric Company (tutorial de Lincoln Electric sobre máquinas de soldadura con inversor)
• ¿Cómo funciona un soldador inverter?