Iván AguirreCatedrático Universidad del Valle – CochabambaDr. en Ingeniería Mecánica

 RESUMEN

El Proceso de Soldadura Mig/Mag o Gas metal arc welding (GMAW) es muy utilizado en muchos tipos de industria manufacturera y de mantenimiento. Las principales características de este proceso son la productividad y la calidad.

En este trabajo, se analiza el modelado analítico y experimental del proceso GMAW y se desarrolla un software para la predicción de la geometría del cordón de soldadura. En la primera parte, se describe el proceso de soldadura GMAW y se analiza las relaciones entre la variables de soldadura con la geometría del cordón y su calidad. Posteriormente, se analizan las técnicas de modelado usualmente utilizadas para modelar soldadura, implementando un modelo basado en la interrelación de las variables físicas, que ocurren en el arco voltaico.

Adicionalmente, se describe el software GeoSolda desarrollado para predecir la geometría del cordón de soldadura en función de las variables secundarias y primarias del proceso de soldadura GMAW.

Palabras clave: GMAW, MIG/MAG, Modelado, Variables de soldadura

INTRODUCCIÓN

La Soldadura es una técnica de unión que garantiza, en la pieza fabricada o reparada, una continuidad de las propiedades mecánicas y metalúrgicas. De los innumerables procedimientos que existen para unir piezas metálicas, se destacan los procesos de soldadura basadas en fusión; en éstos, los bordes de las piezas se unen por la fusión del metal de las mismas piezas, pudiendo ser opcionalmente adicionado un metal de aporte.

A nivel de aplicaciones industriales, la familia de proceso de soldadura por fusión más importante es la que obtiene su energía del arco voltaico. De esta familia, el proceso que tiene mayor difusión en la soldadura de fabricación es el proceso MIG/MAG ("Metal Inert/Active Gas"), también conocido por GMAW ("Gas Metal Arc Welding").

Actualmente, existe una tendencia muy marcada a la automatización de los procesos de soldadura. Para automatizar los procesos de soldadura, es necesario contar con modelos que permitan predecir y simular el proceso de soldadura en su conjunto global, pues estos modelos posibilitan aplicar mejores estrategias de control y soldar con parámetros optimizados.

La complejidad de los procesos de soldadura es muy grande. Hay aproximadamente una docena de variables que influye directa o indirectamente en la geometría del cordón de soldadura y a su calidad; por ello, modelar estos sistemas es siempre un gran desafío.

Se debe destacar que la tendencia a la automatización total de este proceso obedece a varias causas, entre la que se destaca: Incremento de la calidad, Incremento de de la confiabilidad y Mayor productividad. También se considera que los procesos de soldadura son de riesgo para la salud e integridad de los operadores. En los procesos de arco voltaico, se producen emisiones intensas de luz visible, de rayos infrarrojos y ultravioletas. También es inevitable la formación de gases y humos tóxicos en cualquier proceso de soldadura; cabe destacar que se producen gases aún más tóxicos y peligrosos cuando se suelda sobre materiales oxidados, pintados o sucios con aceites o grasas. De ahí, también surge la importancia de que las piezas deban limpiarse meticulosamente, antes de ser soldadas.

Los motivos anteriormente descritos dan realmente un argumento sólido para mejorar las

condiciones de trabajo del soldador, usando sistemas automáticos de soldadura.

EL PROCESO MIG/MAG

En un Proceso MIG, se usa un gas inerte como protección que puede ser Argón, Helio o una combinación de ambos. En un proceso MAG, se usa como gas de soldadura Dióxido de Carbono (CO2); cabe destacar que este gas sólo se utiliza para soldar aceros no aleados.

Las principales ventajas que ofrece el proceso MIG/MAG son:

Se puede soldar en todas las posiciones Ausencia de escoria para retirar Buen apariencia o acabado (pocos salpicados) Poca formación de gases contaminantes y tóxicos Soldadura de buena calidad radiográfica Se suelda espesores desde 0.7 á 6 mm sin preparación de bordes Proceso semiautomático o automático (menos dependiente de la habilidad de operador) Alta productividad o alta tasa de metal adicionado (principal ventaja) Las principales bondades de este proceso son la alta productividad y excelente calidad;

en otras palabras, se puede depositar grandes cantidades de metal (tres veces más que con el proceso de electrodo revestido), con una buena calidad (1)

INSUMOS (GASES Y ALAMBRES)

Se puede conseguir una gran variedad de aleaciones metálicas de los alambres-electrodos en el mercado internacional, especialmente aleaciones de aceros y aluminios. Los diámetros más comunes para electrodos de aceros están entre 0.6 mm á 1.5 mm; para aluminios, de 0.8 mm hasta 5 mm.

La normalización más difundida para clasificar los alambres es de la American Welding Society (AWS). Según esta norma, los alambres electrodos para el proceso MIG/MAG están designados por el prefijo ER, después un grupo de letras y números, los cuales definen la composición química del electrodo. Para el caso de electrodos de acero no aleados, o de baja aleación, la especificación del electrodo se relaciona también con la resistencia mecánica de la soldadura:

Ejemplo: ER 70S-6 (Electrodo-varilla de aporte con 70 Kpsi (miles de libras por pulgada cuadrada), de resistencia mínima a la tracción del metal depositado; la letra S es un indicativo de alambre sólido y el digito 6, el subgrupo de contenido de Mn y Si).

Figura Nº 1Influencia del gas de soldadura en la transferencia metálica y geometría del cordón

Fuente: (1)

Este electrodo, por su alto contenido de Silicio y Manganeso, es el más usado y difundido en Bolivia para soldar aceros no aleados por procesos MAG. Los electrodos de aceros no aleados están protegidos por una fina capa de cobre, el cual tiene las funciones de aumentar la resistencia del electrodo a la corrosión ambiental y, también, de mejorar el contacto eléctrico

con la boquilla de la pistola. En el caso de aceros de alta aleación, la norma AWS tiene una variante, pues sólo especifica la composición química según normas AISI.

Ejemplo: ER- 316 (Electrodo-varilla para MIG o TIG de acero inoxidable AISI-316: 18% Cr, 12% Ni, 2% Mn).

Los gases tienen dos funciones importantes:

Formar el arco voltaico (plasma térmico). Proteger la zona fundida y el electrodo de los gases contaminantes de la atmósfera.

La energía que se genera en el arco depende de la naturaleza del gas de protección y de los vapores que se forman a partir del metal de base; por este motivo, con algunos gases se obtiene mayor penetración que con otros.

En la atmósfera, existen gases como el hidrógeno y el oxígeno que -al entrar en contacto con el metal fundido- lo contamina, oxidando o fragilizando la región soldada; de ahí, la gran importancia de que el gas usado proteja correctamente la región fundida y al electrodo incandescente. Para procesos MIG, los gases inertes más usados son Argón, Helio o una combinación de ambos.

Los gases activos (MAG) usados son: Dióxido de carbono (para soldar aceros no aleados), Nitrógeno (para cobre y soldaduras sin responsabilidad), Dióxido de carbono + Argón (para soldar aceros no aleados y de baja aleación). El alto precio del Argón hace que en la región se use más el proceso MAG con Dióxido de Carbono.

Para lograr una mejor estabilidad del arco y hacer que la transferencia metálica sea de tipo Spray, se acostumbra a mezclar el Argón con un pequeño porcentaje de Oxígeno. El Argón, por su mayor estabilidad y disponibilidad, se puede usar para soldar cualquier tipo de material. Pero el Helio, por su mayor concentración enérgica, permite soldar con mayores penetraciones. En la Figura 1, se esquematiza esta diferencia.

Transferencia Metálica

La física del arco voltaico y cómo se procesa la transferencia del metal fundido del electrodo hacia la pieza es bastante compleja; por esta razón, sólo se da una idea general de cómo ocurre.

Existen dos formas en las que el metal se transfiere hacia la región fundida:

Con Corto Circuito: Las gotas de metal fundido en la punta del electrodo crecen hasta entrar en contacto con el metal fundido (Corto Circuito eléctrico), momento cuando ocurre la transferencia (Figura 2).

Figura Nº 2Transferencia metálica con Corto Circuito

Fuente: Elaboración propia a base de (2), 2009

Este tipo de transferencia ocurre con altura del arco pequeña (Voltaje bajo) y bajas corrientes eléctricas. Sólo se debe usar este tipo de transferencia cuando soldamos en porciones fuera de la plana y para soldar planchas delgadas.

Sin Corto Circuito:

Hay dos casos:

Transferencia Globular: El metal es transferido en gotas grandes que caen lentamente (Figura 3).

Transferencia Spray: El metal cae en finísimas gotas con alta velocidad (Figura 4).

Siempre se debe preferir la transferencia tipo Spray, pues este tipo da un arco estable, una soldadura uniforme y mayor velocidad de fusión del electrodo; sólo se puede lograr este tipo de transferencia metálica con gas Argón o con una mezcla de gases, que contenga Argón. Además, debe usarse corriente continua, polaridad inversa (electrodo positivo), corrientes elevadas (encima de 200 amperios para soldar aceros).

Figura Nº 3 Transferencia metálica Sin Corto Circuito Globular

Fuente: Elaboración propia a base de (2), 2009

Con electrodo conectado al polo negativo o con otros gases diferentes al Argón, no es posible lograr transferencia Spray y se prefiere trabajar con Corto Circuito. Existe también el proceso de Mig pulsado, donde la transferencia metálica es diferente; la denominaremos Transferencia Pulsada. Se diseñó para trabajar por debajo de la intensidad de corriente de umbral; la corriente pulsa y cada pulso impele una gota de soldadura. Hay controladores sinérgicos que permiten ajustar muy finamente los parámetros de los pulsos, de acuerdo a la composición química del metal de base, al diámetro del electrodo y a la velocidad de alimentación del alambre.

Figura Nº 4Transferencia metálica sin corto circuito Spray (rocío)

Fuente: Elaboración propia a base de (2), 2009

VARIABLES DEL PROCESO

Las Variables de soldadura son los factores que pueden ser ajustados para controlar una soldadura. Para obtener los mejores resultados en el proceso, es necesario conocer el efecto de cada variable sobre las diversas características o propiedades del proceso de soldadura. Ciertas variables -que pueden ser continuamente reguladas o fácilmente medidas- constituyen controles mejores que aquéllas que no pueden ser medidas o sólo pueden ser modificadas indirectamente.

Para iniciar el proceso de soldadura, es necesario definir previamente algunas de estas variables, a las que denominaremos de Variables Preseleccionadas. Estas son: Diámetro del alambre-electrodo, Composición química del mismo, Tipo de gas y su Caudal. Los criterios que permiten una adecuada selección de estas Variables son: Tipo de material a ser soldado, su Espesor, Posición de soldadura, Régimen de transferencia metálica deseada y Propiedades mecánicas necesarias.

Las Variables Primarias son las que controlan el proceso después que las Variables Preseleccionadas fueron seleccionadas: Controlan la forma del cordón, la estabilidad del arco, el régimen de soldadura (velocidad de aporte y cantidad de metal adicionado) y la calidad de soldadura. Estas variables son: Tensión de arco, Corriente de soldadura y la Velocidad de avance (3).

Las Variables Secundarias, que pueden ser también modificadas de manera continua, son a veces difíciles de medir con precisión, especialmente en soldadura automática. No afectan directamente a la forma del cordón, pero actúan sobre una Variable Primaria, que a su vez influye en el cordón. Estas variables son: Altura de la boquilla (relacionado con la longitud del electrodo y Distancia de la tobera de gas a la pieza), Ángulo de la boquilla y Velocidad de alimentación del alambre. La altura es normalmente la distancia entre boquilla y la pieza a soldar; puede ser controlada por el operador o robot. El ángulo de la boquilla es la posición de la pistola en relación con la junta de soldadura; está definido por dos ángulos: el ángulo Longitudinal y el ángulo Transversal; el ángulo Longitudinal es denominado Positivo cuando la pistola es arrastrada y Negativo, cuando es empujada.

Figura Nº 5 Esquema del cordón de soldadura y la región de la tobera de la torcha

Fuente: Elaboración propia a base de (2), 2009

Efecto de las Variables de soldadura

Cada Variable controla, de manera más o menos sensible, varias características del cordón, de manera que cada una de éstas influye en las otras.

Penetración

Es la distancia debajo de la superficie de la pieza soldada hasta donde se extiende la zona de fusión (Figura 6); ella depende principalmente del tipo de chaflán y las condiciones de soldadura.

Figura Nº 6Geometría del cordón de soldadura

Fuente: Elaboración propia, 2009

Las experiencias muestran que la Penetración depende de la tensión de arco, la velocidad de avance y, principalmente, de la corriente. Las curvas experimentales reflejan que la Penetración varía alrededor de un valor óptimo con la velocidad y la tensión; sin embargo, con la corriente la variación es lineal. Las funciones principales de la tensión (voltaje) son estabilizar del arco y proporcionar un cordón liso, sin salpicados; además, la tensión es dependiente del gas usado para la soldadura.

Figura Nº 7 Variables de entrada y salida del proceso de soldadura

Fuente: Elaboración propia, 2009

La tensión de arco no es por tanto un control muy eficaz de la Penetración, ni las Variables Secundarias (altura y velocidad del alambre), las cuales también afectan a la Penetración porque su influencia es pequeña, comparando con la influencia de la corriente.

La altura de la boquilla también influye en la Penetración; aumentando la altura, aumenta también el calentamiento de la zona de fusión, así la fuente de energía no necesita alimentar tanta corriente para fundir el alambre en un régimen de alimentación específico, debido a la característica autorreguladora de la fuente de tensión constante. Esto resulta en una disminución de la Penetración, de manera que cuando la altura disminuya, la Penetración aumenta y viceversa.

Otra Variable Secundaria que influye en la Penetración es el Ángulo de Inclinación de la boquilla, obteniéndose Penetración máxima con un ángulo Positivo de aproximadamente 25 0.

Refuerzo y ancho del cordón

Después de la Penetración, el refuerzo y el ancho del cordón son las características principales del cordón. Se puede constatar que la corriente de la soldadura y la velocidad de avance tienen un mismo efecto sobre ambas dimensiones; así por ejemplo, a velocidades bajas, la altura y ancho del cordón aumentan y, al elevar la corriente, ambas dimensiones también aumentan.

La tensión de arco no influye significativamente en el ancho del cordón; influye notablemente en el refuerzo (forma cóncava o convexa del mismo), teniéndose soldaduras planas (con tensiones altas) y abultadas (con tensiones bajas), pero siempre en el rango de tener un arco estable.

La Variable Secundaria (Ángulo de la boquilla) puede también afectar el tamaño del cordón: Un ángulo positivo tiende a dar un cordón alto y estrecho; a medida que el ángulo disminuye, el

ancho aumenta.

Las Variables Preseleccionadas pueden también afectar el perfil del cordón, sobre todo el tipo de alambre y el gas de protección. En la soldadura de acero dulce, éstas tienen poco efecto, pero pueden ejercer gran influencia en la soldadura de materiales como el acero inoxidable o aluminio. El CO2 puro proporciona un cordón más abultado, estrecho y penetrado que una mezcla de éste con Argón (Figura 1).

Tabla Nº 1Curva de iso-consumo para el electrodo ER-70S6 con protección

de Dióxido de Carbono y diámetro del alambre de 1,2 mm

Fuente: (3)

En resumen, la velocidad de avance y la corriente son las Variables Primarias de control del tamaño del cordón (ancho), la tensión del arco controla su perfil o refuerzo (Figura 6).

Defectos del cordón

También es importante que se controle las Variables del proceso de soldadura para evitar defectos como porosidades. La causa más probable de estos defectos es una contaminación de la atmósfera de soldadura debido a un mal regulado del caudal de gas; especialmente, por caudal demasiado bajo. Un caudal de gas de protección demasiado alto provoca turbulencia y, también, una protección inadecuada. Otras causas posibles de porosidades son: Altura excesiva de la boquilla, Tipo de alambre inadecuado, humedad del gas de protección, presencia en el metal base de materiales como aceites, pinturas, etc.

La falta de fusión proviene normalmente de una técnica incorrecta en el movimiento de la boquilla, especialmente si la pieza a soldar es demasiado grande; el metal fundido puede escurrir sobre el metal no soldado, provocando una falta de fusión. Es importante que el metal fundido no penetre en la junta de soldadura antes del arco. Defectos en el cráter y fisuras aparecen especialmente, cuando se mueve la pistola antes que se haya solidificado el metal

fundido.

El exceso de Penetración (perforación del metal base), es un defecto resultante de un excesivo aporte de calor ("heat imput") en la soldadura. Ello se corrige reduciendo la velocidad del alambre para tener menos corriente o aumentando la velocidad de avance. La falta de Penetración se presenta principalmente por la baja temperatura en la zona de fusión. Este defecto se corrige aumentando la velocidad del alambre para obtener una corriente más elevada y controlando la altura de la boquilla.

Los filamentos atrapados son pequeños pedazos de alambre-electrodo que caen en el cordón de soldadura, debido a la entrada del alambre dentro el baño de fusión; éstos quedan presos dentro de cordón. Este defecto se evita reduciendo a la velocidad de avance, soldando con movimientos oscilantes y es necesario aumentar la altura de la boquilla o reducir la velocidad del alambre (corriente de soldar).

MODELO DEL PROCESO MIG/MAG

Se aborda ahora la forma de desarrollar modelos que admitan la geometría del cordón en función de las Variables predeterminadas: Primarias y Secundarias. Es fundamental contar con estos modelos; no sólo para realizar un control automático más eficiente sino también para simular la posible ocurrencia de problemas de soldadura y defectos, por una mala selección de los parámetros de soldadura.

Existen tres tipos de modelos para procesos de soldadura: Empíricos (experimentales), de Elementos Finitos y Modelos basados en el análisis Físico del fenómeno.

Las curvas de iso-consumo para electrodos de soldadura Mig-Mag hacen posible obtener un modelo del proceso para predecir la geometría del cordón soldado. Este método se basa en el desarrollo experimental de las curvas, cuantificando voltaje y corriente eléctrica para un consumo de electrodo constante C en kg/h. Este consumo que depende de la velocidad del alambre Va en m/min (Tabla 1), pertenece a un electrodo ER70S6 con protección de Dióxido de Carbono y diámetro del alambre d de 1.2 mm.

C = 0.37 * Va *d2 [Kg/h]

El gráfico de la Tabla 2 muestra cómo la altura de toma de corriente t influye en el voltaje y amperaje de soldadura con un iso-consumo.

Los parámetros altura del arco a y longitud del electrodo l también varían en función de la corriente eléctrica (aun con un iso-consumo), no obstante que los otros parámetros permanecen constantes. El gráfico de la Tabla 3 ilustra el caso.

El área adicionada de la soldadura Aad puede ser calculada por la aplicación del principio de la conservación de la materia:

Vs * Aad = π/4 * d2 *Va * ηd

Donde:

Vs es la velocidad de avance de soldadura y ηd es el rendimiento de soldadura (2).

Tabla Nº 2Influencia de la altura de contacto t en la curva de iso-consumo

Fuente: (3)

Tabla Nº 3Variables t, l y a en función de la corriente de soldadura

Fuente: (3)

Tabla Nº 4

Ancho del cordón de soldadura en función de la longitud de arco

Fuente: (3)

Tomando en cuenta mediciones experimentales, la relación del área adicionada con las otras variables de la geometría del cordón es:

Aad = 0.7 * b * r + p* f

Donde:

b es el ancho del cordón, r es el refuerzo, p la Penetración y f la holgura de las chapas (3).

El gráfico de la Tabla 4 permite encontrar el ancho del cordón, en función de la longitud del arco y de la relación I/VS (corriente dividido entre Velocidad de soldadura). Este parámetro facilita aplicar entonces la ecuación siguiente que se obtiene de la manipulación algebraica de las anteriores.

Vs*(0.7* b*r + p*f) = (π/4)*(C/0.37)*ηd

En esta última ecuación sólo p y r son incógnitas, pues el consumo y el ancho pueden ser determinados por las curvas experimentales; el rendimiento de soldadura es tabulado (4). Este modelo muestra que la geometría del cordón (p, b, r) puede ser determinado a través de los parámetros de soldadura; sin embargo, este modelo tiene muchas limitaciones de aplicabilidad; asimismo, se verificó que no tiene muy buena correlación con datos experimentales de extrapolación.

Los Modelos de Elementos Finitos presentan la limitación que son demasiados lentos en el procesamiento computacional, requiriéndose software especial de FEM.

Estos programas computaciones permiten dividir el problema en pequeños elementos, formando matrices matemáticas bastante grandes (5). Por este motivo, el procesamiento lleva bastante tiempo; estos modelos no serán abordados en este trabajo (Figura 8).

Figura Nº 8

Modelo de elementos Finitos de un cordón de soldadura

Fuente: Elaboración propia a base de (2), 2009

Los Modelos Experimentales/Analíticos, como el desarrollado por el Prof. Chandel de la Universidad de Singapur, son basados en una extensa experimentación; por tal motivo, son muy confiables y permiten desarrollar con facilidad un algoritmo de simulación para predecir la geometría del cordón de soldadura (6).

El área de fusión (Af en mm2) es determinada por:

Donde:

l es la longitud del electrodo mm, I corriente en amperios, V voltaje en voltios, d diámetro del electrodo en mm, Vs velocidad de soldadura en mm/s.

Las constantes de la ecuación c1, c2, c3, c4, c5 y c6 (Tabla 5) dependen del gas de protección, la composición química del electrodo y de la polaridad de soldadura (CC+ electrodo positivo, CC- electrodo negativo).

La tasa de fusión Mr en kg/h se calcula por: (6)

Tabla Nº 5 Constantes para el cálculo del área de fusión Af

Fuente: (6)

La Tabla 6 ofrece los valores de las constantes. El área adicionada Aad en mm2 (ver Figura 6) puede calcularse por:

La eficiencia porcentual de fusión del electrodo Eem(%) está definida por: (6)

Tabla Nº 6Constantes para el cálculo de la tasa de fusión Mr

Fuente: (6)

Software de simulación

En función de los parámetros predeterminados Gas de Soldadura y Material del electrodo, tomando en consideración las siguientes variables seleccionadas: Corriente de Soldadura, Voltaje, Diámetro del Electrodo, Velocidad de soldadura y Longitud del Electrodo, se calcula la geometría del cordón de soldadura:

Ancho Refuerzo Penetración Área adicionada

El software fue desarrollado en Visual Basic y su pantalla principal se la muestra en la Figura 9.

Los resultados del cordón de soldadura, que se obtienen con el Software GeoSolda, fueron validados con los resultados de otros autores (4)(5)(6)(7), dando buena correlación. Como este programa servirá de apoyo para la planeación y simulación de trayectorias de robots que harán el rellenado de cavidades, se desarrolló un módulo de comunicación con el Programa MatLab de propiedad de la empresa MathWorks, uno de los programas más usados en el ámbito académico para operaciones matemáticas con matrices. El módulo de comunicación usa un intercambio dinámico de datos DDE y, también, hace uso de comunicación por Activex.

Para desarrollar un Modelo Físico del fenómeno, basado en análisis a través de ecuaciones diferenciales, en la Figura 10 se indica cómo se relacionan los modelos dinámicos del arco voltaico con el modelo de la fusión del electrodo y la resistividad del sistema electrodo-arco voltaico, teniendo como datos de entrada la densidad de corriente eléctrica J y la velocidad de alimentación del electrodo S (8).

Figura Nº 9Interface del programa GeoSolda

Fuente: (9)

Este tipo de análisis da como resultado la ecuación de Lesnewich, que está expresada por: (8)

Donde:

ρ es la resistividad en Ohm/m, ls la longitud del electrodo en m, C1 y C2 son constantes que dependen especialmente del gas de soldadura, polaridad, y metal de soldadura.

En variables de estado, tenemos:

x1 = x : Trayecto de la gota – mx2 = : Velocidad de la gota – m/sx3 = m : Masa de la gota – kgx4 = lS : Longitud del electrodo – mx5 = I : Corriente – A.

Las variables de control son:

u1 = S : Velocidad del alambre – m/su2 = V0C : Tensión en vacío - voltsCT = Toma de corriente – m (8)

Las variables x4 y x5 son las más importantes. Éstas reflejan en el fondo los dos parámetros más importantes de influencia en el proceso de soldadura; entonces, tenemos: (8)

Donde:

Ra y RS son las resistencias del arco y la fuente de soldadura respectivamente y RL es la resistencia del electrodo que es igual a: (8)

Donde:

ρw y rw son la densidad y radio del electrodo; V0 y Ls son la tensión en vacío e inductancia de la fuente de soldadura; Ea es un factor de longitud del arco (1500 V/m).

El calor, aportado en el proceso de soldadura (Hd), también es un parámetro muy importante a ser considerado, pues está relacionado con la calidad del proceso en cuanto a transformaciones metalúrgicas y, también, respecto a posibles distorsiones geométricas de la pieza soldada. (8)

Donde:

Vw es el voltaje de la gota, Va es el voltaje del arco y VS es la velocidad de soldadura. (8)

Donde:

V0, Ra, Ea son constantes empíricas; ρ es la resistividad en ohm/m, rd y x son respectivamente el radio y desplazamiento de la gota.

Figura Nº 10Modelo dinámicos del arco voltaico y su relación con otras variables del proceso

Fuente: Elaboración propia a base de (9), 2009

CONCLUSIONES

En este artículo, se analizó la influencia de las diversas variables involucradas en el proceso de soldadura MIG/MAG que afectan la geometría y calidad del cordón soldado; también se describió analíticamente cómo modelar este proceso, llegándose a constatar que es un proceso no lineal.

Los modelos son una herramienta muy importante en el análisis de los procesos y en su posible control automático, pues permiten desarrollar estrategias de control exitosas.

El software desarrollado es una herramienta muy importante en la planificación del proceso de soldadura MIG/MAG, permitiendo predecir cómo será la geometría del cordón de soldadura en función de la Corriente, Voltaje y Velocidad de soldadura, que son las tres principales variables que influyen en la calidad, geometría y propiedades del cordón de soldadura.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Piredda, Massimo. "Soldadura de arco metálico con protección de gas". Editorial LIMUSA. México, D. F., 1993.

2. Aguirre, Ivan. "Generación de trayectorias de manipuladores para el relleno de cavidades erosionadas por cavitación usando el proceso de soldadura MIG/MAG en turbinas Francis". Tesis de maestría, UMSS. Bolivia, 2001.

3. Dutra, J., Quites, A. y Moreno, F. "Experiencias de soldagem sob proteção gaseosa realizadas na Universidade Federal de Santa Catarina". CBECIMAT 80, Camboriu, SC - Brasil, 1980.

4. Bingul, Z.; Cook, E. "Dynamic Modeling of GMAW Process". Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics & Automation, Deitroit, Michigan, May 1999.

5. K. L. Moore, R. Yender, J. Tyler, D. S. Naidu. "Modeling, Calibration, and Control-Theoretic Analysis of the GMAW Process". Proceedings of the American Control Conference, Philadelphia, PA, June 1998.

6. R. S. Chandel, J. A. Goldak, A. S. Oddy "Computer Prediction of Weld Bead Shapes". Metals Technology Laboratories, Report: MTL 88-5, April 1985.

7. K. L. Moore, D. S. Naidu. "Gas Metal Arc Welding Control – Modeling and analysis". Second World Congress of nonlinear analysis, Athens, Greece, July 1996.

8. Mohamed AbdelRahman. "Feedback Linearization control of Current and Arc Length in GMAW Systems ". Proceedings of the American Control Conference, Philadelphia, PA, June 1998.

9. Aguirre, Iván. "Modelado del proceso de soldadura MIG/MAG". III congreso Boliviano de Ing. Mecánica y electromecánica, S.C.- Bolivia, septiembre de 2006.