WP-317 Cámaras

10W QuickPurgePipeWeldPurgeSystem

Las aleaciones metálicas que utilizamos hoy en día han evolucionado a través de décadas de investigación y muchas representan el pináculo del logro en términos de solidez y resistencia a la corrosión. Sin estos materiales, los notables avances que han tenido lugar en la energía nuclear, la medicina, los productos farmacéuticos, la generación de energía y la petroquímica no se podrían haber realizado.

Uno de los primeros hallazgos más importantes sucedió en 1912 en Sheffield cuando se descubrió que las aleaciones de cromo/hierro eran resistentes a la corrosión. Desde entonces hemos sido testigos de la introducción de aceros resistentes a la fluencia de baja aleación, aleaciones a base de níquel con propiedades de temperatura elevada y, más recientemente, el desarrollo de aleaciones ligeras de titanio que ofrecen características de alta resistencia al peso.

Las propiedades óptimas de todos estos materiales solo se logran controlando con precisión el equilibrio de los elementos. La composición ideal para cada aplicación solo se ha conseguido gracias a un intenso trabajo de investigación por parte de los metalúrgicos, pero si se pierden elementos durante los procesos de fabricación posteriores, como la soldadura u otros procedimientos a temperatura elevada, la corrosión y las propiedades mecánicas pueden verse afectadas de manera importante.

La soldadura por fusión de aceros inoxidables proporciona un buen ejemplo donde la pérdida de resistencia a la corrosión puede ser importante. Si la soldadura se lleva a cabo al aire e incluso a niveles de oxígeno tan bajos como 50 ppm, el contenido efectivo de cromo puede reducirse y, dado que este es el elemento principal añadido para la resistencia a la corrosión, es una consideración importante.

Otra consecuencia de la pérdida de cromo durante la soldadura es el efecto sobre las propiedades mecánicas. En los materiales de cromo/molibdeno/vanadio, por ejemplo, desarrollados por su resistencia a la fluencia a altas temperaturas, mayor temple, resistencia al desgaste, resistencia al impacto y mecanización, cualquier reducción en el contenido de cromo puede afectar a estas propiedades. Además, hay que tener en cuenta la sensibilidad de estos materiales a productos contaminantes como el hidrógeno en los gases de protección. Se debe tener cuidado en la selección de los materiales consumibles y es esencial que los gases de protección sean de alta pureza.

Los ciclos térmicos junto con cualquier contaminación local implicada en las aleaciones de titanio de soldadura por fusión pueden dar lugar a la fragilización de la aleación. Su naturaleza reactiva hace que sea esencial abordar el requisito de una limpieza previa exhaustiva y, en particular, de oxidación a las altas temperaturas implicadas en la soldadura por arco.

En definitiva, entonces, es sumamente importante eliminar el oxígeno y otros contaminantes de la localidad de la soldadura mediante la purga con gas inerte como el argón. Se ha desarrollado una amplia variedad de soluciones de purga para combatir el problema, incluidos los sistemas y los escudos protectores para soldadura de tuberías, pero hay una creciente demanda de componentes tridimensionales complejos que utilizan aleaciones que son sensibles a la oxidación y la contaminación. Estos se fabrican mejor en cámaras selladas en las que toda la operación de soldadura se lleva a cabo en una atmósfera inerte donde se puede eliminar la contaminación y reducir los niveles de oxígeno a muy por debajo de 10 ppm.

Cuando la calidad y la ausencia de oxidación y contaminación son cruciales, la protección total se obtiene mediante el uso de cámaras de soldadura. Las cámaras de metal y las guanteras han estado en uso durante décadas, y estas son eficaces para proporcionar una atmósfera totalmente inerte durante la soldadura por fusión. 

PurgEye® 600 Weld Purge Monitor® reading accurately down to 10 ppm  
Fig 1. Las uniones de múltiples tubos son difíciles de proteger eficazmente sin el uso de una cámara con gas inerte. Para aplicaciones cruciales de seguridad, como el ciclismo de competición y el motociclismo y en las carreras de automóviles donde este tipo de unión es común, la protección total es esencial.  

 

Halo Structure 
Fig 2. El accidente del piloto de Fórmula 1 Romain Grosjean en el circuito de Bahréin en 2020 podría haber sido fatal si no fuera por la protección de la cabeza proporcionada por la estructura «Halo». Esto tipifica una aplicación donde la integridad estructural es vital. La protección completa de la zona de fusión de aleación de titanio durante la soldadura es esencial y se proporciona mediante el uso de una cámara flexible con gas inerte.


Aunque una guantera de metal tradicional puede proporcionar una protección adecuada, tiene una serie de limitaciones. Estas se han abordado satisfactoriamente con las alternativas flexibles actualmente disponibles.

  • Hay una gran diferencia de costes. Por lo general, las cámaras metálicas cuestan diez veces más que las alternativas flexibles, de tamaño a tamaño. A medida que aumenta el tamaño, esta relación aumenta.
  • La diferencia de peso significa que el envío y el movimiento son mucho más fáciles, por lo general, una cámara de metal pesa significativamente más que una alternativa flexible. 
  • Las cámaras flexibles se pueden desinflar y almacenar cuando no se requieran. Sin inflar, un modelo de 1,25 metros de diámetro ocupa apenas 0,2 metros cúbicos y pesa solo 8 kg.
  • Los tiempos de fabricación de las guanteras metálicas pueden ser muy largos, extendiéndose a semanas. Algunas cámaras flexibles están disponibles en existencia: las versiones a medida se pueden producir en menos de 8 semanas.
  • Las cámaras flexibles no tienen esquinas afiladas y, por lo tanto, no hay probabilidad de atrapar bolsas de aire.
09W WeldTrailingShields conventional metal glove box
Fig. 3. Flexible Welding Enclosure® (cámara para soldadura flexible) que muestra un excelente acceso y una visibilidad completa junto con un bajo peso. Fig. 4. La guantera metálica convencional ofrece visibilidad y acceso limitados. La maniobrabilidad durante la soldadura está restringida.

 

Ha habido avances considerables en el desarrollo de cámaras desde que se introdujo el concepto hace más de dos décadas. Por ejemplo, Huntingdon Fusion Techniques en el Reino Unido ha encabezado un impulso para diseñar sistemas específicamente para la industria de la soldadura. La compañía ha estado a la vanguardia en el desarrollo de estas cámaras y ha aprovechado las oportunidades que ofrecen los polímeros de ingeniería avanzada.

Estos productos innovadores ofrecen importantes atractivos sobre las alternativas de guanteras metálicas; una reducción importante en el coste, un espacio ocupado muy pequeño y la disponibilidad de una gama muy amplia de tamaños. El producto de HFT® se ha convertido rápidamente en la cámara alternativa preferida a nivel mundial. La opción flexible ha desempeñado un papel importante en la producción en 3D y la fabricación aditiva mediante soldadura por arco se está llevando a cabo ahora con sistemas CNC o robots, junto con la fábrica de soldadura, todas alojadas en el interior de las cámaras, algunas del tamaño de pequeñas habitaciones.

Una filial comercial de la Universidad de Cranfield en el Reino Unido utiliza cámaras flexibles para producir piezas aeroespaciales con el proceso de fabricación aditiva mediante arco e hilo (WAAM).

Especificaciones técnicas de cámaras flexibles

Se utiliza una combinación de material de PVC translúcido y lámina ópticamente transparente en función de los requisitos de visualización del cliente. A lo largo de toda la fabricación se utilizan polímeros diseñados estabilizados por ultravioleta. El espesor del material es nominalmente de 0,5 mm (480 micrómetros).

Vienen equipadas con grandes cremalleras de acceso principales y se pueden proporcionar puntos de entrada adicionales para los guantes de los operarios. Un panel de servicio incorpora puntos de acceso para los sopletes de soldadura y para cables eléctricos. Un punto de entrada de gas de purga y una válvula de escape para ventilar el gas desplazado a la atmósfera vienen incorporados en cada cámara.

Gran área de visualización

Se pueden fabricar grandes secciones utilizando polímeros diseñados ópticamente transparentes. Esto ofrece la oportunidad de utilizarse por varios operarios al mismo tiempo, ideal para fines de capacitación.

Múltiples puntos de acceso

Los sistemas se pueden fabricar con numerosos puntos para guantes y entradas de gas/electricidad. Las grandes cremalleras estancas facilitan el acceso a los componentes. 

20W FlexibleWeldingEnclosures
Fig. 5. Cámara con múltiples accesos fabricada para permitir que varias fabricaciones más pequeñas se suelden en el mismo ciclo de gas. Alternativamente, también se puede utilizar para un solo elemento grande que requiere acceso a varias uniones. Se puede llevar a cabo una capacitación múltiple simultáneamente.


Seguimiento del contenido de oxígeno en el gas de purga

El hecho de que incluso cantidades muy pequeñas de oxígeno en el gas de purga pueden causar decoloración alrededor del cordón inferior de soldadura hace que sea deseable que se empleen instrumentos sensibles para medir el oxígeno residual.

Dos características esenciales de un instrumento adecuado son que debe tener un intervalo de medición adecuado y que debe muestrear el gas para determinar el contenido de oxígeno dentro del volumen de purga.

Aunque están disponibles muchos sistemas de seguimiento comerciales, estos generalmente no son lo suficientemente sensibles como para cumplir con los requisitos para la soldadura de calidad de aleaciones como las aleaciones de algunos aceros inoxidables y de la mayoría de las de titanio donde la presencia de niveles de oxígeno tan bajos como 20 ppm son esenciales si se quiere evitar la pérdida de resistencia a la corrosión y la reducción de las propiedades mecánicas.

La familia de instrumentos PurgEye® de Huntingdon Fusion Techniques Ltd en el Reino Unido es típica de los sistemas de seguimiento avanzados, de los cuales el recientemente presentado PurgEye® 500 Desk de Argweld® es totalmente compatible con los requisitos para supervisar continuamente los niveles de oxígeno en cámaras flexibles.

01W PurgEye500 WeldPurgeMonitor
Fig. 6. Es necesario supervisar el gas protector continuamente para asegurar que se mantenga un bajo contenido de oxígeno. Un instrumento avanzado como el PurgEye 500® cumple con estos requisitos con un intervalo de medición preciso hasta 10 ppm.


El instrumento viene equipado con una bomba integral para suministrar un flujo uniforme de gas de purga de soldadura de escape al sensor de oxígeno para garantizar mediciones y lecturas constantes. Se utiliza un software avanzado con fines de control y comunicación.

  • PurgeLog™ se emplea para la interfaz informática, la adquisición de datos, el almacenamiento y la impresión de resultados y gráficos con fines de control de calidad.
  • PurgeNet™ se utiliza para comunicar la lectura de oxígeno actual a otro equipo, como un monitor de punto de rocío con supervisión adicional de temperatura entre pases.
  • PurgeAlarm™ es una alarma visual con clasificación IP66 que muestra un indicador rojo cuando el nivel de oxígeno lee un valor mayor que el umbral de alarma establecido por el usuario. Se puede instalar un indicador verde opcional por encima del indicador rojo estándar y se iluminará solo si la alarma está activa y lee un valor inferior al umbral de alarma establecido por el usuario. Está disponible una sirena como otra opción para proporcionar una alarma audible en lugar de una luz.

Referencias

  1. Heat Tint Poses Corrosion Hazard in Stainless Steel. Welding Journal December 2014 (El tinte por calor representa un peligro de corrosión en acero inoxidable. Revista de soldadura, diciembre 2014).
  2. TWI Job Knowledge. Welding of ferritic creep-resistant steels (Conocimiento del trabajo de TWI. Soldadura de aceros ferríticos resistentes a la fluencia).
  3. Asociación Británica de Acero Inoxidable. https://www.bssa.org.uk
  4. Documentación técnica n.º 307 Soldadura de metales reactivos. Huntingdon Fusion Techniques Ltd.
  5. Lockett, Jialuo, Williams, Stewart, Filomeno Martina (2017). Design for Wire + Arc Additive Manufacture: Journal of Engineering Design (Diseño para la fabricación aditiva mediante hilo y arco: Revista de Diseño de Ingeniería), 28(7-9)
  6. WAAM3D Ltd, Milton Keynes, Reino Unido

 Por Michael Fletcher, PhD. Metallurgy
Universidad de Leeds
Delta Consultants  

 

DESCARGAR DOCUMENTACIÓN TÉCNICA NÚMERO 317 - CÁMARAS

 


Esta documentación técnica se publica satisfactoriamente en revistas internacionales, puede leer el artículo haciendo clic en el logotipo:

Logo South African Fusion  
   

 


Huntingdon Fusion Techniques HFT® son miembros orgullosos de:

American Welding Society The Welding Institue  


No está permitido usar ni copiar nada de este material o de su contenido sin el permiso por escrito de Huntingdon Fusion Techniques HFT®, protegido por derechos de autor. Todos los derechos pertenecen exclusivamente a Huntingdon Fusion Techniques HFT®. No se puede reproducir sin su consentimiento.