Aunque la tecnología de soldadura orbital no es nueva, continúa evolucionando, volviéndose más potente y versátil, especialmente cuando se trata de soldadura de tuberías. Una entrevista con Tom Hammer, un soldador experto de Axenics en Middleton, Massachusetts, revela las muchas formas en que esta técnica se puede utilizar para resolver problemas de soldadura difíciles. Imagen cortesía de Axenics.
La soldadura orbital existe desde hace aproximadamente 60 años y ha agregado automatización al proceso GMAW. Es un método confiable y práctico para realizar múltiples soldaduras, aunque algunos fabricantes y fabricantes originales aún no han utilizado el poder de los soldadores orbitales y dependen de la soldadura manual u otras estrategias para unir tubos de metal.
Los principios de la soldadura orbital existen desde hace décadas, pero las capacidades de las nuevas soldadoras orbitales las convierten en una herramienta más potente en el conjunto de herramientas del soldador, ya que muchas ahora incorporan funciones inteligentes que facilitan la programación y el procesamiento antes de la soldadura. Comience con ajustes rápidos y precisos para garantizar soldaduras consistentes, puras y fiables.
El equipo de soldadores de Axenics en Middleton, Massachusetts, es un fabricante de componentes por contrato que guía a muchos de sus clientes en prácticas de soldadura orbital si existen los elementos adecuados para el trabajo.
“Siempre que fuera posible, queríamos eliminar el elemento humano en la soldadura, ya que los soldadores orbitales generalmente producen soldaduras de mayor calidad”, afirma Tom Hammer, un soldador experto en Axenics.
Aunque la primera soldadura se realizó hace 2000 años, la soldadura moderna es un proceso extremadamente avanzado que es parte integral de otras tecnologías y procesos modernos. Por ejemplo, la soldadura orbital se puede utilizar para crear sistemas de tuberías de alta pureza que se utilizan para producir obleas de semiconductores que se utilizan básicamente en todos los productos electrónicos actuales.
Uno de los clientes de Axenics es parte de esta cadena de suministro. Buscó un fabricante contratado para ayudar a expandir su capacidad de producción, específicamente creando e instalando canales de acero inoxidable limpios que permiten que los gases pasen a través del proceso de fabricación de obleas.
Si bien en Axenics hay unidades de soldadura orbital y mesas giratorias con abrazaderas de antorcha disponibles para la mayoría de los trabajos tubulares, estas no excluyen la soldadura manual ocasional.
Hammer y el equipo de soldadura revisaron los requisitos del cliente y formularon preguntas, teniendo en cuenta factores de costo y tiempo:
Las soldadoras orbitales rotativas cerradas utilizadas por Hammer son Swagelok M200 y Arc Machines modelo 207A. Pueden sujetar tubos de 1/16 a 4 pulgadas.
“Los microcabezales nos permiten acceder a espacios muy reducidos”, dijo. “Una limitación de la soldadura orbital es si el cabezal se adapta a una unión específica. Pero hoy en día, también se puede enrollar una cadena alrededor de la tubería que se está soldando. El soldador puede pasar por encima de la cadena, y prácticamente no hay límite para el tamaño de las soldaduras que se pueden realizar. He visto algunas configuraciones que sueldan tuberías de 20". Es impresionante lo que estas máquinas pueden hacer hoy en día”.
Teniendo en cuenta los requisitos de pureza, la cantidad de soldaduras necesarias y el espesor delgado de la pared, la soldadura orbital es una opción inteligente para este tipo de proyecto. Para trabajos de tuberías de control de procesos de flujo de aire, Hammer suelda con frecuencia acero inoxidable 316L.
Ahí es cuando la cosa se vuelve realmente sutil. Estamos hablando de soldar sobre metal extremadamente fino. Con la soldadura manual, el más mínimo ajuste puede romper la soldadura. Por eso nos gusta usar un cabezal de soldadura orbital, donde podemos ajustar cada parte del tubo y dejarla perfecta antes de colocar la pieza. Reducimos la potencia a un nivel específico para asegurarnos de que al colocar la pieza quede perfecta. A mano, el cambio se hace a ojo, y si pedaleamos demasiado, puede penetrar directamente el material.
El trabajo consiste en cientos de soldaduras que deben ser idénticas. El soldador orbital utilizado para este trabajo realiza una soldadura en tres minutos; cuando Hammer trabaja a máxima velocidad, puede soldar manualmente el mismo tubo de acero inoxidable en aproximadamente un minuto.
“Sin embargo, la máquina no se ralentiza. La haces funcionar a máxima velocidad a primera hora de la mañana y, al final del día, sigue funcionando a máxima velocidad”, dijo Hammer. “La hago funcionar a máxima velocidad a primera hora de la mañana, pero al final, no es así”.
Es fundamental evitar que entren contaminantes en los tubos de acero inoxidable, por lo que la soldadura de alta pureza en la industria de semiconductores a menudo se realiza en una sala limpia, un entorno controlado que evita que los contaminantes entren en el área soldada.
Hammer utiliza el mismo tungsteno preafilado en sus sopletes manuales que el que utiliza en el Orbiter. Si bien el argón puro proporciona purga externa e interna en la soldadura manual y orbital, la soldadura con máquinas orbitales también se beneficia al realizarse en un espacio cerrado. Cuando sale el tungsteno, la carcasa se llena de gas y protege la soldadura de la oxidación. Cuando se utiliza un soplete manual, el gas solo se sopla hacia un lado del tubo que se está soldando en ese momento.
Las soldaduras orbitales son generalmente más limpias porque el gas cubre el tubo por más tiempo. Una vez que comienza la soldadura, el argón proporciona protección hasta que el soldador esté seguro de que la soldadura está lo suficientemente fría.
Axenics trabaja con varios clientes de energía alternativa que fabrican celdas de combustible de hidrógeno que impulsan una variedad de vehículos. Por ejemplo, algunas carretillas elevadoras construidas para uso en interiores dependen de celdas de combustible de hidrógeno para evitar que los subproductos químicos destruyan los alimentos. El único subproducto de una celda de combustible de hidrógeno es el agua.
Uno de los clientes tenía muchos de los mismos requisitos que un fabricante de semiconductores, como la pureza y la consistencia de la soldadura. Quería utilizar acero inoxidable 321 para la soldadura de paredes delgadas. Sin embargo, el trabajo consistía en crear un prototipo de un colector con múltiples bancos de válvulas, cada uno sobresaliendo en una dirección diferente, lo que dejaba poco espacio para la soldadura.
Un soldador orbital adecuado para este trabajo cuesta alrededor de 2.000 dólares y puede utilizarse para fabricar una pequeña cantidad de piezas, con un coste estimado de 250 dólares. No tiene sentido desde el punto de vista financiero. Sin embargo, Hammer tiene una solución que combina técnicas de soldadura manual y orbital.
“En este caso, usaría una mesa giratoria”, dice Hammer. “Es prácticamente lo mismo que una soldadora orbital, pero se gira el tubo, no el electrodo de tungsteno. Uso mi soplete manual, pero puedo sujetarlo con un tornillo de banco, colocándolo de forma que no tenga que usar las manos para evitar que la soldadura se dañe por el movimiento de la mano. Esto elimina en gran medida el error humano. No es tan perfecta como la soldadura orbital porque no se realiza en un entorno cerrado, pero este tipo de soldadura puede realizarse en una sala limpia para eliminar los contaminantes”.
Si bien la tecnología de soldadura orbital ofrece pureza y repetibilidad, Hammer y sus colegas soldadores saben que la integridad de la soldadura es fundamental para evitar tiempos de inactividad debido a fallas en la soldadura. La empresa utiliza pruebas no destructivas (NDT) y, a veces, pruebas destructivas, para todas las soldaduras orbitales.
“Todas las soldaduras que realizamos se confirman visualmente”, afirma Hammer. “Posteriormente, se prueban con un espectrómetro de helio. Según las especificaciones o los requisitos del cliente, algunas soldaduras se someten a pruebas radiográficas. Las pruebas destructivas también son una opción”.
Las pruebas destructivas pueden incluir pruebas de resistencia a la tracción para determinar la resistencia máxima a la tracción de la soldadura. Para medir la tensión máxima que una soldadura en un material como el acero inoxidable 316L puede soportar antes de fallar, la prueba estira y estira el metal hasta su punto de ruptura.
Las soldaduras de los clientes de energía alternativa a veces se someten a pruebas no destructivas ultrasónicas en las soldaduras de los componentes de las celdas de combustible de hidrógeno de intercambiadores de calor de tres canales que se utilizan en maquinaria y vehículos de energía alternativa.
Esta es una prueba crucial porque la mayoría de los componentes que enviamos pasan a través de gases potencialmente peligrosos. Es fundamental para nosotros y nuestros clientes que el acero inoxidable esté impecable, sin puntos de fuga, afirma Hammer.
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