En los países industrializados con industrias de fabricación de equipos avanzados, aproximadamente el 50% del valor total de la producción proviene de empresas relacionadas con la soldadura. Para mejorar la competitividad del mercado, los fabricantes exigen cada vez más una mayor eficiencia de producción y menores costos de producto. Para mejorar la eficiencia de la soldadura, se utilizan diversos enfoques, como el uso de parámetros de soldadura extraordinarios,soldadura híbridaSe pueden adoptar soldadura multihilo o multiarco y alambres de soldadura mejorados. Estos procesos de soldadura avanzados han mejorado significativamente la eficiencia de la producción de soldadura, han obtenido una amplia aplicación y han hecho importantes contribuciones aavances en la tecnología de soldadura.

Al entrar en el siglo XXI, con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, la soldadura de alta eficiencia ha recibido una atención creciente y se ha convertido en una tendencia de desarrollo en la investigación y aplicación de la tecnología de soldadura tanto a nivel nacional como internacional. Anteriormente, en la soldadura de alta eficiencia, las mejoras en los materiales de soldadura eran el foco principal. En los últimos años, la mejora de la automatización de la soldadura ha promovido el desarrollo de la tecnología de soldadura de alta eficiencia y la soldadura de alta velocidad osoldadura de alta tasa de deposiciónSe ha convertido en la dirección del desarrollo futuro. La denominada “tecnología de soldadura de alta eficiencia” se refiere esencialmente a un conjunto de tecnologías como la soldadura de alta velocidad, la soldadura con alta tasa de deposición y la soldadura de alta eficiencia.

(1) Enfoques para mejorar la eficiencia de la soldadura

La mejora de la eficiencia de la producción de soldadura comprende dos aspectos: uno es la soldadura de alta tasa de deposición, cuyo objetivo es aumentar la velocidad de fusión de los materiales de soldadura, lo que requiere fundir más material de soldadura por unidad de tiempo, utilizada principalmente para la soldadura de placas gruesas, con una tasa de deposición de hasta 30 kg/h; el otro es la soldadura de alta velocidad, cuyo objetivo es aumentar la velocidad de soldadura, cuyo punto de partida básico es aumentar la corriente de soldadura al tiempo que se aumenta la velocidad de soldadura para mantener el aporte de calor de soldadura prácticamente sin cambios, utilizada principalmente para la soldadura de placas delgadas, con una velocidad de soldadura aproximadamente de 3 a 8 veces mayor que la de la soldadura ordinaria con protección de gas CO₂.

A partir de la situación actual de investigación, desarrollo y aplicación en la producción, existen los siguientes enfoques para mejorar la eficiencia de la producción de soldadura:

• Mejorar la velocidad máxima de fusión del alambre mediante diferentes combinaciones de gases de protección para aumentar la tasa de deposición de la soldadura.
• Utilice fuentes de calor híbridas para mejorar la eficiencia de la soldadura, como la soldadura híbrida láser-arco, la soldadura híbrida láser-arco de plasma, etc.
• Adopte la alimentación de múltiples hilos o la alimentación de hilo caliente para mejorar la eficiencia de la producción de soldadura, como la soldadura con protección de gas de doble hilo (o de múltiples hilos), la soldadura por arco sumergido de múltiples hilos, la soldadura con protección de gas de hilo caliente, etc.
• Utilizar las propiedades químicas únicas de los elementos activos para mejorar la capacidad de penetración del arco, reducir el tamaño de la sección transversal de la soldadura y mejorar la eficiencia de la soldadura, como en la soldadura A-TIG, el proceso A-Laser, etc.
• Reduzca el tamaño de la ranura para disminuir el área de la sección transversal de la soldadura y reducir la cantidad de metal depositado, como en el caso de la soldadura de espacio estrecho.
• Utilice formas de onda de salida especiales en las fuentes de alimentación de soldadura para aumentar la velocidad de soldadura.

Actualmente, la definición internacional desoldadura por gas activo metálico (MAG) de alta eficiencia(véase DVS-No.0909-1) es: para un alambre con un diámetro de 1,2 mm, la soldadura MAG con una velocidad de alimentación de alambre superior a 15 m/min o una tasa de deposición superior a 8 kg/h se denomina soldadura MAG de alta eficiencia. La eficiencia de deposición de algunas soldaduras MAG de alta eficiencia puede alcanzar los 20 kg/h.

(2) Materiales de soldadura MAG de alta eficiencia

Actualmente, entre los métodos para mejorar la eficiencia de deposición en la soldadura MAG, el más utilizado consiste en sustituir los alambres macizos por alambres tubulares con fundente. El uso de alambres tubulares con polvo de hierro puede aumentar la eficiencia de deposición en más de un 50 % en comparación con los alambres macizos. Además, ajustar la composición del gas de protección puede mejorar significativamente la eficiencia de deposición del alambre.

• Los alambres macizos son adecuados para diámetros de 1,0 a 1,2 mm. Los alambres demasiado delgados son difíciles de adaptar a la alimentación de alambre a alta velocidad debido a su rigidez insuficiente; mientras que los alambres con un diámetro superior a 1,2 mm no son fáciles de transferir de forma estable mediante arco rotatorio, incluso con corrientes elevadas.
• Los alambres tubulares con fundente pueden tener diámetros de 1,2 a 1,6 mm. Tanto los alambres tubulares con núcleo metálico como los que forman escoria permiten una soldadura MAG de alta eficiencia con amplios parámetros de soldadura. En particular, para los alambres con núcleo metálico, debido a la alta tasa de llenado de polvo metálico (hasta un 45 %), al utilizar un alambre tubular con núcleo metálico de 1,6 mm de diámetro con parámetros de soldadura de 380 A de corriente y 38 V de voltaje, la tasa de fusión del alambre puede alcanzar los 9,6 kg/h.

La transferencia de gotas de alambres con núcleo metálico es similar a la de los alambres macizos. Los alambres con núcleo fundente se pueden soldar mediante transferencia por pulverización convencional y transferencia por cortocircuito de alta velocidad, pero no permiten la transferencia por arco rotatorio. La velocidad máxima de alimentación de los alambres con núcleo fundente de rutilo puede alcanzar los 30 m/min, mientras que el límite superior de la velocidad de alimentación de los alambres con núcleo fundente básicos es de aproximadamente 45 m/min, con una tasa de fusión del alambre de hasta 20 kg/h.

(3) Tipos de transferencia de gotas en la soldadura MAG de alta eficiencia

En la soldadura MAG convencional, a medida que aumenta la corriente de soldadura, la forma de transferencia de gotas cambia de transferencia por cortocircuito a transferencia globular y, finalmente, a transferencia por pulverización. Para garantizar una buena formación de la soldadura, la corriente límite para la transferencia por pulverización de gotas es de aproximadamente 400 A.

En la soldadura MAG de alta tasa de deposición, mediante la utilización integral de las propiedades físicas de los gases de protección multicomponentes y el aumento adecuado de la extensión del alambre, se puede incrementar considerablemente la velocidad de fusión del alambre en el rango de alta corriente y alto voltaje de la soldadura MAG no convencional. Al mismo tiempo, la morfología de transferencia de gotas también experimenta cambios esenciales. Sus formas básicas son: transferencia por pulverización ordinaria, transferencia por cortocircuito de alta velocidad, transferencia por pulverización rotatoria y transferencia por pulverización de alta velocidad.

• Arco de transferencia de pulverización ordinario: En el campo desoldadura de alta velocidadLa velocidad de alimentación del alambre del arco de transferencia por pulverización está en el rango de 15-20 m/min.
• Arco de transferencia de cortocircuito de alta velocidadSe obtiene un arco de transferencia de cortocircuito de alta velocidad reduciendo la tensión de soldadura y aumentando la extensión en seco dentro del rango de velocidad de alimentación del alambre de 15-20 m/min. Debido al aumento de la extensión en seco a 40 mm, el extremo del alambre se ablanda y comienza a girar, con un desplazamiento de 1-2 mm respecto al eje del alambre. El extremo giratorio del alambre produce una transferencia de cortocircuito periódica en ambos lados de la soldadura.
• Arco de transferencia de pulverización giratorioEl arco rotatorio se genera cuando el extremo del alambre se ablanda por la alta corriente y se desvía por la fuerza del arco. Para alambres con un diámetro de 1 a 2 mm, se requiere una velocidad de alimentación de 25 m/min o superior, y una corriente de soldadura mínima equivalente de aproximadamente 450 A. La desviación total del extremo libre del alambre con respecto a su eje es de varios milímetros, lo cual puede observarse a simple vista durante la soldadura.
• Arco de transferencia por pulverización de alta velocidadSe caracteriza por la transferencia axial de gotas, con una velocidad de alimentación del alambre superior a 20 m/min, y el tamaño de las gotas es aproximadamente igual al diámetro del alambre. En comparación con la transferencia de gotas una a una en el arco, este proceso tiene el mejor efecto. El proceso de separación de gotas se repite de la misma manera, y un haz de plasma estrecho, concentrado y deslumbrante es la característica del arco de transferencia por pulverización de alta velocidad. Cuando el extremo del alambre ablandado desciende, la longitud del arco disminuye y la columna del arco de plasma se ensancha, y luego se forma un puente líquido entre la gota fundida y el extremo del alambre. El puente líquido se comprime continuamente bajo la acción de la fuerza de contracción electromagnética, haciendo que el arco se ensanche. Cuando el puente entre el extremo del alambre y la gota se vuelve lo suficientemente pequeño, se forma plasma alrededor del puente. En el momento en que el puente se rompe, el arco de transferencia por pulverización de alta velocidad se reenciende, reformando un chorro de plasma estrecho y concentrado. Para el arco de transferencia por pulverización de alta velocidad, debido a la forma de penetración profunda pero estrecha, la raíz de la soldadura no se puede llenar completamente con metal fundido.