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ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN

-CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.5 -1-

ÍNDICE

1. CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA, TIPOS Y CARACTERÍSTICAS (ESTÁTICAS,

GENERADORES Y SUBGRUPOS)

1.1. Principio físico del transformador1.1.1. Transformadores de soldar – forma constructiva 1: transformadores con flujo

magnético variable1.1.2. Transformadores de soldar – forma constructiva 2: transformadores con resistencia

inductiva variable1.2. Rectificadores – Semiconductores

1.2.1. Disco de selenio1.2.2. Células de cristal1.2.3. Tensión alterna de secundario1.2.4. Rectificadores para el soldeo con CC

1.3. Motogeneradores (convertidores rotativos)1.3.1. Principio del convertidor de soldeo

1.3.2. Generador de campos opuestos1.3.3. Generador de campos transversal1.3.4. Generador con campo regulador

1.4. Motosoldadora

2. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LAS FUENTES DE ENERGÍA (CURVAS ESTÁTICAS Y

CURVAS DINÁMICAS)

2.1. Características de las fuentes de alimentación2.2. Intensidad de corriente2.3. Tensión eléctrica o diferencia de potencial2.4. Resistencia

2.5. Energía eléctrica2.6. Potencia de electricidad2.7. Curvas características descendente, plana y vertical

2.7.1. Curva característica de pendiente descendente (intensidad constante)2.7.2. Curva característica plana (tensión constante)2.7.3. Curva característica vertical (intensidad constante)

3. RELACIÓN ENTRE LA CURVA ESTÁTICAS Y EL PROCESO DE SOLDEO

3.1. Tensión en vacío y tensión de arco

4. CONTROL DE LAS CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LAS CURVAS ESTÁTICAS (PLANA E

INCLINADA)

4.1. Control del arco en la curva característica de pendiente descendente4.2. Control del arco en la curva característica plana

5. ESTABILIDAD DE LA CURVA DEL ARCO PARA LOS PROCESOS PRINCIPALES (MMA, TIG,

MIG/MAG, SAW, PAW)

6. PUNTO DE OPERACIÓN

7. LA TECNOLOGÍA DEL INVERTER (INVERSOR)

8. FUENTES DE ENERGÍA CONTROLADAS POR UN ORDENADOS

9. LA ESTABILIDAD DE LOS PROCESOS EN CA Y DC

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10. FUENTES DE ENERGÍA DE CA (ONDA SINUSOIDAL Y ONDA CUADRADA)

11. FACTOR DE POTENCIA DE LOS TRANSFORMADORES

11.1. Requisitos de la conexión a la red11.2. Seguridad de la instalación

12. CLICLO DE CARGA DE UNA FUENTE DE ENERGÍA Y VALORES TÍPICOS PARA LOS

PROCESOS MÁS COMUNES DE ARCO ELÉCTRICO

12.1. Factor de utilización o factor de marcha

13. PÉRDIDAS DE VOLTAJE, RELACIÓN ENTRE LA CORRIENTE Y LA SECCIÓN DEL CABLE

13.1. Dispositivos de conexión a masa13.2. Cables, portaelectrodos13.3. Accesorios de las máquinas de soldar y su mantenimiento

14. LA TÉCNICA DEL ARCO PULSADO

15. CURVA DE CONTROL DEL ARCO Y DISPOSITIVOS, PENDIENTE ASCENDENTE Y

DESCENDENTE, PRE Y POST FLUJO

16. REGULACIÓN DE LA CORRIENTE Y EL VOLTAJE (DISPOSITIVOS ELECTROMAGNÉTICOS Y

ELECTRÓNICOS)

16.1. Control de la corriente de soldeo16.2. Instrumentación16.3. Selección de la fuente de energía

17. BIBLIOGRAFÍA

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1. CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA, TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

(ESTÁTICAS, GENERADORES, Y SUBGRUPOS)

Las fuentes de energía se clasifican de forma genérica en transformadores, rectificadores, convertidores,

e inversores. El transformador, ya sea trifásico o monofásico, es una de las partes más importantes, puestoque disminuye la tensión de la red eléctrica a valores permisibles para el soldeo por arco, a su vez, aumenta

la intensidad de corriente a los valores requeridos para establecer el baño de fusión.

Primario

U1

I1

N1

Secundario

U2

I2

N2

El circuito primario estácompuesto por varias espirasde alambre delgado

El circuito secundario estácompuesto por pocas espirasde alambre grueso

Flujo magnéticoPrincipal.

Reluctancia

Núcleo de acero

FIGURA 1ESQUEMA DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO, SE MUESTRA LOS CIRCUITOS PRIMARIO Y SECUNDARIO, EL NÚCLEO DE ACERO Y EL

FLUJO DEL CAMPO MAGNÉTICO

1.1. Principio f ísico del Transformador

El flujo magnético es inducido en el núcleo por la corriente del circuito primario, y este flujo induce otra

corriente en el circuito secundario. Existe el principio físico del flujo magnético inducido en función de la

frecuencia de la corriente alterna, en base a este principio se tiene la transformación de la intensidad y la

tensión de acuerdo con la siguiente relación.

ϕ = 4,44 . ⎢ . N . Ø

Donde:

ϕ = Flujo magnético en Wb (Weber).

⎢ = Frecuencia en Herz (ciclos /seg).

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N = Número de espiras de la bobina.

Ø = Flujo electromagnético inducido.

siendo la frecuencia en europa de 50 hz, la ecuación anterior se reduce con una constante c ,

ϕ = C . N . Ø

Donde: C = 4,44 x 50

Entonces, para una frecuencia determinada, el flujo magnético será constante con un determinado

número de espiras. La relación de transformación depende directamente del número de espiras en el

circuito primario y en el secundario.

1

2

2

1

2

1

1

2

2

1

2

1

I

I

U

U

N

N

I

I

N

N

U

U

Donde:

U1 = Tensión del primario en Voltios (V).

I1 = Intensidad del primario en Amperios (A).

N1 = Número de espiras del primario (adimensional).

U2 = Tensión del secundario en Voltios (V).

I2 = Intensidad del secundario en Amperios (A).

N2 = Número de espiras del secundario (adimensional).

1.1.1. Transformadores de soldar – Forma constructiva 1: Transformadores con flujo magnético

variable

En los transformadores de soldar, el flujo magnético no circula totalmente por la sección del núcleo de

acero. Una parte del flujo se pierde porque circula por el aire en la parte externa de las bobinas del primario

y del secundario, induciendo en las mismas, un campo en sentido opuesto al flujo magnético que circula por

el interior de las bobinas. La fuerza electromagnética de este flujo depende de la intensidad y la tensión quecircula por las bobinas. La curva característica de la fuente de energía varía con el cambio del flujo externo,

porque éste actúa como una resistencia que se opone al flujo magnético que circula por el núcleo. Este flujo

magnético que se denomina reluctancia.

Un método para el ajuste de la corriente de soldeo, es el núcleo de dispersión, se trata de un núcleo

deslizante que, ubicado en medio del núcleo del transformador, absorbe parte del flujo magnético,

produciendo otro tipo de reluctancia. Es así como el núcleo de dispersión, al estar fuera del espacio interno

del núcleo del transformador, no afecta al flujo magnético del transformador, en consecuencia, la intensidad

en el secundario será la máxima que la fuente pueda otorgar. De acuerdo con el avance del núcleo de

dispersión dentro del espacio interno del transformador, absorberá cada vez más flujo del transformador,aumentando la reluctancia que actúa como una reactancia, dismuniyendo a la intensidad de salida del

secundario.


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Otra de las formas de ajuste de la corriente de soldeo, es la variación de la relación de transformación,

mediante las derivaciones en el circuito primario o en el secundario, o en ambos. Cambiando solamente el

número de espiras en las bobinas, para obtener un ajuste escalonado de intensidades de salida.

Evidentemente, el rango de ajuste de corriente entre dos niveles es imposible de lograr. Por ejemplo, si en

una derivación obtenemos 80 amperios, y en la siguiente 110 amperios, no es posible ajustar valores de

intensidad entre 80 y 110 amperios. La única posibilidad es hacer más derivaciones, lo cual encarece altransformador y no es una forma práctica para el uso en los talleres de soldeo. Las figuras 2C y 2 D

muestran dos transformadores con derivaciones en las bobinas del primario y del secundario.

2a) Por un núcleo de dispersión circula una parte del flujo magnético.

2b) Variación del flujo mediante una bobina deslizante.

2c) Variación mediante derivaciones en el circuito primario distribuido en una bobina principal y una

complementaria.

2d) Variación mediante derivaciones en el circuito secundario para transformadores de poca potencia.

FIGURA 2

ESQUEMAS DE LOS TRANSFORMADORES DE SOLDAR CON FLUJO MAGNÉTICO VARIABLE, NÚCLEO DE DISPERSIÓN 2 A Y 2B O

DERIVACIONES EN LAS BOBINAS 2C Y 2D

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1.1.2. Transformadores de soldar – Forma constructiva 2: Transformadores con resistencia inductiva

variable

FIGURA 3

ESQUEMA DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO CON UN TRANSDUCTOR EN EL CIRCUITO SECUNDARIO. MEDIANTE LA INDUCTANCIA

VARIABLE SE CONTROLA EFICAZMENTE LA CORRIENTE DEL SECUNDARIO EN UN AMPLIO RANGO DE INTENSIDAD, SIN DISMINUIR LA

TENSIÓN EN VACIO

Mediante una inductancia variable se ajusta la intensidad de la corriente de salida del circuito secundario.

Estas resistencias inductivas pueden ser de los siguientes tipos:

FIGURA 4 A) FIGURA 4B)TRANSFORMADOR CON DERIVACIONES BOBINA CON NÚCLEO DE DISPERSIÓN

FIGURA 4C) FIGURA 4D)TRANSDUCTOR CON CONTROL ALIMENTADO POR ESQUEMA GENÉRICO DE UN TRANSDUCTOR, LA RESITENCIA CORRIENTE CONTINUA VARIABLE SIRVE PARA AJUSTAR EL FLUJO DE CORRIENTE

W A1, W A2 – INDUCTANCIA POR LA BOBINA DE CONTROL. EL SISTEMA ES ALIMENTADO WS – BOBINA DE CONTROL POR UNA DERIVACIÓN DE LA RED DE ALIMENTACIÓN Y CON

UN BANCO DE RECTIFICADORES W A – INDUCTANCIA DEL TRANSDUCTOR WS – BOBINA DE CONTROL

FIGURA 4ESQUEMAS DE LOS TRANSFORMADORES DE INDUCTANCIA PARA LOS TRANSDUCTORES

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La corriente alterna tiene una inductancia L, cuyo efecto se representa como una “resistencia de corriente

alterna”. De acuerdo a la forma constructiva, se tiene una inductancia interna a consecuencia de la

inductancia propia del transformador (forma constructiva 1) o de una resistencia externa mediante la

resistencia inductiva variable del transductor (forma constructiva 2). Durante la carga se presenta una caída

de tensión ∆U por la inductancia IωL, que es proporcional al aumento de la intensidad efectiva I. Con mayor

carga habrá una menor tensión disponible para el consumidor.

La corriente alterna es suficiente para establecer el arco eléctrico para el soldeo, sin embargo no ofrece

las ventajas de la corriente continua con la que se obtiene un arco más estable. Los efectos del cambio de

polaridad sobre la penetración se anulan, resultando una penetración promedio entre el máximo y el mínimo

que se obtienen en polaridad inversa y directa. La corriente alterna no es apta para los procesos

semiautomáticos ni para el proceso TIG para el soldeo de aceros.

Las ventajas de las fuentes de corriente alterna son el bajo coste del equipo, y la ausencia del efecto del

soplo de arco, conocido también como soplo magnético. También en el soldeo de aluminio se utiliza la onda

positiva de la corriente alterna para producir el efecto sobre el baño de fusión.

1.2.- Rectificadores - Semiconductores

1.2.1.- Disco de Selenio

1 Base (plato portante de Aluminio, Cu o Hierro)2 Capa de Selenio3 Capa de bloqueo, (filtro)4 Tapa electrodo (Aleación Bi-Cn-Cd)5 Conexión

FIGURA 5RECTIFICADOR DE DISCO DE SELENIO

La capa de bloqueo 3 se forma mediante una reacción química entre las capas 2 y 4.


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1.2.2. Células de cristal

1 Disco de cristal individual (Si, Ge)2 Plato base3 Armadura4 Aislamiento5 Conexión

FIGURA 6RECTIFICADOR DE CÉLULA DE CRISTAL

En un cristal no conductor (n - conductor) se origina por difusión, una zona conductora (p - conductor).

Entre las zonas n – conductor y p – conductor se forma una capa de bloqueo (filtro) que permite el flujo de

electrones en un solo sentido. Los diodos más adecuados para las fuentes de energía son los de silicio.

Propiedades (Valores límites) Se Ge SiDensidad de corriente con refrigeración externa A/mm2

Temperatura admisible de la capa de bloqueo oCTensión de bloqueo por cada elemento V

0,685,025,0

25070110

600180400

TABLA 1PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS RECTIFICADORES

Como puede verse en la tabla 1, los diodos de silicio tienen la mayor densidad de corriente, la mayor

temperatura de operación (temperatura admisible de la capa de bloqueo) y la mayor tensión de bloqueo por

cada elemento. Los diodos de silicio son los más usados en las fuentes de energía para el soldeo por arco.

Circuitos de los rectificadores:

⎢: Frecuencia de la tensión alterna.

W: Ondulación de la onda

W = Valor efectivo de la tensión alterna

/ valor promedio de la tensión continua.

FIGURA 7ONDA DE LA TENSIÓN ALTERNA DEL SECUNDARIO

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1.2.3. Tensión alterna del secundario

Circuito de un solo diodo (E)


FIGURA 8CIRCUITO MONOFÁSICO CON UN RECTIFICADOR EN EL SECUNDARIO, ONDA RECTIFICADA CON UN DIODO

Con un solo diodo se rectifica solamente una semionda, la energía de la otra semionda se pierde

disipándose en forma de calor.

FIGURA 9

CONECTANDO CUATRO DIODOS EN UN CIRCUITO MONOFÁSICO, Y SEIS DIODOS EN UN CIRCUITO TRIFÁSICO, SE RECTIFICAN LAS

SEMIONDAS NEGATIVAS DE LA CORRIENTE ALTERNA. LA ONDULACIÓN DE LA CORRIENTE ES IMPORTANTE PARA EL SOLDEO, PUESTO

QUE LA DISMINUCIÓN DE LA ONDULACIÓN FAVORECE LA ESTABILIDAD DEL ARCO ELÉCTRICO

1.2.4. Rectificadores para el soldeo con CC

Con el desarrollo de los procesos de soldeo, se tuvo que mejorar la fuentes de energía, uno de los

primeros requisitos era obtener corriente continua, lo que se logró mediante los convertidores usando

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dínamos. Sin embargo, estas fuentes son caras y ruidosas, debido a los elementos rotativos que posee,

además los costes de fabricación encarecen a las fuentes de energía con partes móviles. El desarrollo de

los diodos contribuyó a la optimización del diseño de los rectificadores, actualmente son las fuentes de

energía de mayor potencia.

Rectifi cadores para el soldeo con CC (forma constructiva 1)

El rectificador consiste en un transformador con núcleo de dispersión y un banco de diodos, es

alimentado con corriente trifásica. La dispersión parcial del flujo magnético ocasiona una caída de tensión,

para una mayor carga se obtiene una curva de pendiente descendente con menor tensión en vacío.

FIGURA 10RECTIFICADOR TRIFÁSICO CON DOS NÚCLEOS DE DISPERSIÓN SK

Rectifi cadores para el soldeo con CC. (forma constructiva 2)

Control mediante resistencias inductivas variables

El rectificador de soldar consiste en un transformador trifásico, un control trifásico con resistencias

inductivas variables, y el banco de diodos. Para un incremento de inductancia, se obtiene una curva

característica de pendiente descendente con igual tensión en vacío.


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FIGURA 11RECTIFICADOR TRIFÁSICO CON REGULACIÓN MEDIANTE TRANSDUCTORES

Circuito del rectif icador para el soldeo con CC. De la forma construct iva 2:

En la posición de encendido fuerte el conmutador 7 permite el paso de la corriente del transductor 4 hacia

las bobinas adicionales, manteniendo una premagnetización constante (auto excitación). La resistencia

inductiva del transductor es independiente de la carga del arco. El comportamiento dinámico de la corriente

de corto circuito en el encendido del arco es fuerte, después cae lentamente al valor estático.

En la posición de encendido normal se utiliza la caída de tensión de las bobinas de la corriente de soldeo

en el transductor para la premagntetización (excitación propia). La resistencia inductiva desciende con elincremento de la carga. En el encendido de arco se ajusta rápidamente la corriente estática de cortocircuito.

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FIGURA 13DISPOSICIÓN INTERNA DE UN RECTIFICADOR PARA SOLDAR

1.3. Motogeneradores (convertidores rotativos)

1.3.1. Principio del Convertidor de Soldeo

Los convertidores y grupos electrógenos están formados por un motor y un generador de corriente. El

motor puede ser eléctrico o puede ser de combustión interna. El generador puede ser de corriente continua

(también llamando dínamo) o de corriente alterna. Tanto los convertidores como los grupos electrógenos se

denominan también equipos giratorios o dinámicos por tener partes móviles.

Los convertidores de soldeo son fuentes de energía que se usaron extensivamente antes de la aparición

de los rectificadores, las desventajas en comparación con estos últimos, son el mayor coste, el mayor peso

y el mayor nivel de ruidos que producen durante su funcionamiento.

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FIGURA 14ESQUEMA GENÉRICO DE UN CONVERTIDOS

1.3.2. Generador de campos opuestos

Cuando la corriente de soldeocircula por los campos opuestosWG, se produce un campo endependencia de la carga, el cual

se opone al campo principal deexcitación WE. El ajuste de lacurva característica se realizamediante el conmutador decampos (I, II) y la resistencia R.

FIGURA 15ESQUEMA DEL GENERADOR DE CAMPOS OPUESTOS

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1.3.3. Generador de campo transversal

Mediante el cortocircuito de las escobillasauxiliares b1 y b2 en el colector se origina un

campo transversal F, que induce una tensión en elrotor, la que se transmite a las escobillas B1 y B2

al estator. La corriente de soldeo que circula por elcampo del rotor excita un campo F3, el que esatenuado por el campo principal F1. El ajuste de lacurva característica se logra mediante elconmutador de las bobinas del estator y un núcleode dispersión T.

FIGURA 16ESQUEMA DEL GENERADOR DE CAMPO TRANSVERSAL

1.3.4. Generador con campo regulador

Los polos desfasados por dondecircula la corriente del soldeoabsorben, con el incremento de lacarga, una creciente parte delcampo principal. La curvacaracterística se ajusta mediante laresistencia R y el conmutador decampos I y II.La bobina adicional WU sirve tantopara el cambio de la polaridad

como una protección del sentidodel flujo para la polaridad.

FIGURA 17ESQUEMA DEL GENERADOR CON CAMPO REGULADOR

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1.4. Motosoldadora

Normalmente al conjunto motor eléctrico - dinamo se le denomina convertidor, y al conjunto motor de

combustión interna - generador de corriente alterna se denomina grupo electrógeno de corriente alterna,

siendo el conjunto motor de combustión interna-dinamo un grupo electrógeno de corriente continua.

FIGURA 18MOTOSOLDADORA O GRUPO ELECTRÓGENO DE SOLDEO

Los grupos electrógenos, también llamados motosoldadoras se utilizan cuando no existe energía eléctrica

disponible. Estos grupos pueden estar provistas de un motor diesel o a gasolina. Los grupos modernos

generan corriente alterna que después es rectificada para los procesos de soldeo, además tienen la

posibilidad de generar corriente trifásica de 220 V para facilitar la utilización de herramientas manuales enlas obras, como son los esmeriles angulares y los taladros.

2. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LAS FUENTES DE ENERGÍA (CURVAS

ESTÁTICAS Y CURVAS DINÁMICAS)

Las características eléctricas de los grupos de soldar están indicados en la placa de los datos de la

fuente, y también están detalladas en los catálogos. Las curvas estáticas son gráficos que describen el

funcionamiento de las fuentes de energía con respecto a la tensión y la intensidad de corriente.

2.1. Característ icas de las fuentes de alimentación

Están relacionadas con los parámetros eléctricos para el soldeo, estos son:

2.2. Intensidad de corriente

La intensidad de corriente se representa normalmente por la letra I. La unidad de la corriente, o de la

intensidad de corriente, en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) es el amperio (A). En general, a

mayor intensidad habrá mayor penetración del cordón de soldadura sobre el metal base. Demasiada

intensidad forma mordeduras y proyecciones quedando el cordón con una apariencia inadecuada.

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2.3. Tensión eléctrica o diferencia de potencial

Para obtener una circulación de agua por el serpentín de la figura 19, es preciso que en el circuito

hidráulico exista una diferencia de presión entre la entrada y la salida del mismo, esta presión es otorgada

por una bomba. Para que circulen los electrones en el circuito eléctrico, será necesario una diferencia de

potencial o tensión eléctrica que la proporciona el generador o fuente de energía.

Circuito eléctrico de las fuentes de energía para soldar, comparación con el circuito h idráulico

FIGURA 19REPRESENTACIÓN DEL CIRCUITO ELÉCTRICO EN COMPARACIÓN CON EL CIRCUITO HIDRÁULICO

La función de cualquier generador es, por lo tanto, crear una diferencia de potencial para que se

establezca el flujo de electrones. La diferencia de potencial o tensión, se representa normalmente por la

letra U. La unidad de medida de la diferencia de potencial en el Sistema Internacional es el voltio (V).

2.4. Resistencia

Las tuberías del circuito hidráulico de la figura 19, tienen una resistencia a la circulación del agua debido

al rozamiento del fluido con las paredes de la tubería. Esta resistencia es mayor cuando aumenta la

longitud, disminuye el diámetro, y más rugosas son sus paredes interiores. También será mayor cuando

aumenta el caudal del agua, porque a mayor velocidad del fluido, habrá mayor oposición a su movimiento

por la tubería.

Así también los conductores del circuito eléctrico, tienen una resistencia al paso de los electrones, queserá mayor cuando el conductor sea más largo, menor sea su diámetro, y la naturaleza del material del

conductor se oponga más al movimiento de los electrones. Esta última propiedad se denomina resistividad

del metal, que es inversamente proporcional a la conductividad eléctrica del mismo.

La resistencia eléctrica se representa normalmente por la letra R y se mide en ohmios, cuyo símbolo

abreviado es Ω.

En la tabla 2 se representan las magnitudes eléctricas antes descritas, así como sus unidades y

abreviaturas normalmente utilizadas.

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Magnitudes Hidráulicas Magnitudes eléctricas Nomenclatura UnidadPresión Tensión eléctrica U V (Voltio)Caudal Intensidad de corriente I A (Amperio)

Resistencia a lacirculación

Resistencia eléctrica R Ω (Ohmio)

TABLA 2

Ley de Ohm

R

VI

sistenciaRe

TensióncorrientedeIntensidad

La resistencia eléctrica del arco voltaico varía con su longitud, a menor separación entre los polos, la

resistencia es menor, y a mayor separación entre ellos, la resistencia es mayor. En forma ideal podemos

representar la resistencia constante del arco como una recta en un diagrama entre la tensión y la intensidadde corriente tal como se observa en la figura 20.

La representación es ideal porque el arco real no tiene una altura constante, por lo que su resistencia no

será constante sino variable. Entonces se tienen los extremos, la menor longitud posible entre los polos se

denomina arco corto y la mayor longitud posible se llama arco largo, ambas resistencias representan dos

rectas en cuyo intervalo se establece el arco.

FIGURA 20RELACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ARCO ELÉCTRICO CON RESPECTO A LA VARIACIÓN DE LA INTENSIDAD Y LA TENSIÓN, IDEALMENTE

SE REPRESENTA EN ESTE GRÁFICO PARA UNA RESISTENCIA DE 0,2 OHMIOS

2.5. Energía eléctr ica

La electricidad es una forma más de energía que se obtiene por transformación de otras energías como

la química, la mecánica, etc.

A su vez, la energía eléctrica se puede transformar en otros muchos tipos de energía: calorífica,

luminosa, mecánica, química, etc.


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La energía es la capacidad de los cuerpos para producir trabajo. La energía eléctrica es una de las

formas de energía más utilizadas y encuentra numerosas aplicaciones para el alumbrado, calefacción,

máquinas eléctricas, aparatos electrodomésticos, etc.

La energía eléctrica es el trabajo realizado por los electrones al desplazarse a lo largo de un conductor,

debido a la diferencia de potencial entre sus extremos.

La unidad de energía en el Sistema Internacional es el Julio y se representa con la letra J. Este valor es

pequeño, con la intención de expresar cantidades mayores se utiliza el Kilowat - hora. (1Kwh = 3,6 x 106 J).

2.6. Potencia de eléctr ica

La energía eléctrica que aporta un generador es función del tiempo durante el cual el circuito está

conectado. La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo.

En los aparatos eléctricos se obtiene multiplicando la tensión en Voltios (V), por la intensidad de corriente

en Amperios (A), y se expresa en Watios (W).

P = V . I

P = Potencia eléctrica, medida en watios (W).

V = Diferencia de potencial, medida en voltios (V).

I = Intensidad de corriente, medida en amperios (A).

Por ejemplo, un arco eléctrico por el que circula una corriente de 75 Amperios bajo una tensión de 25

Voltios tiene una potencia de 1875 W (1,875 KW)

P = 75A x 25V = 1875W

Potencia del arco

La potencia del arco voltaico varía con la regulación de la tensión y la corriente, si elevamos la corriente

en una máquina de soldar la potencia será mayor, entonces se podrá soldar también con electrodos de

mayor diámetro. En forma ideal se representa la potencia del arco como el área resultante del producto de

la tensión por la intensidad de corriente.

Es evidente que para soldar chapa gruesa será necesario ajustar valores elevados de intensidad, por el

contrario, para soldar chapa delgada será necesario ajustar bajos niveles de intensidad y tensión.

POTENCIA = TENSIÓN x INTENSIDAD P = V x I Watt = Voltios x Amperios

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FIGURA 21RELACIÓN DE LA POTENCIA EN FUNCIÓN DE LOS PARÁMETROS DE SOLDEO, PARA UNA RESISTENCIA DE ARCO CONSTANTE

En la figura 21 se representa la relación entre la tensión V en Voltios y la Intensidad I en Amperios. Para

una resistencia de arco de 0.2 Ohmios se tiene aproximadamente 26 Voltios y 130 Amperios, el producto

será:

26 V x 130 A = 3,380 Watt

2.7. Curvas características descendente, plana y vertical

Para los diferentes procesos de soldeo son necesarias diferentes características de las fuentes de

energía. Estas son diseñadas especialmente por la facilidad que brindan en el control del arco para cada

proceso. Las curvas características definen el comportamiento de cada fuente de energía.

2.7.1. Curva característica de pendiente descendente (intensidad constante)

El arco no tiene una altura constante por el efecto del control manual por parte del soldador, por lo tanto

tendrá que variar entre las tensiones de arco largo y arco corto, Con el arco corto la resistencia es menor y

con el arco largo la resistencia será mayor. Tal como se expresa de acuerdo a la ley de Ohm. Para esa

variación de la tensión entre ambas longitudes de arco, la variación de la intensidad será mínima. Esta es la

característica de las máquinas de corriente constante (figura 22).

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FIGURA 22CURVA CARACTERÍSTICA DE PENDIENTE DESCENDENTE

2.7.2. Curva característica plana (tensión constante)

Esta curva es característica de las fuentes de energía para procesos semiautomáticos. La variación de la

intensidad de corriente es muy amplia para una pequeña variación de tensión, obteniéndose una altura de

arco casi constante aún con alambres delgados, como se aprecia en la figura 23.

FIGURA 23CURVA CARACTERÍSTICA PLANA PARA LAS FUENTES DE TENSIÓN CONSTANTE


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Las fuentes de voltaje o tensión constante son adecuadas para los procesos semiautomáticos y

automáticos como los procesos MAG, alambre tubular y arco sumergido, porque estos procesos necesitan

una regulación interna de la corriente para mantener una altura de arco constante mientras se mantiene la

velocidad de alimentación del alambre.

2.7.3. Curva característica vertical (intensidad constante)

Es una curva especial para los procesos TIG y TIG plasma. La característica principal es que la

intensidad es absolutamente constante, sea cual fuere la altura del arco, este caso se representa en la

figura 24. Existen equipos de soldeo TIG, en los que después de encender el arco, se puede levantar la

pistola hasta una altura mayor a 500 mm con la intensidad de soldeo constante.

FIGURA 24CURVA DE PENDIENTE VERTICAL

3. RELACIÓN ENTRE LA CURVA ESTÁTICA Y EL PROCESO DE SOLDEO

3.1. Tensión en vacío y tensión de arco

Una máquina de soldeo por arco, de intensidad constante es aquélla que sirve para ajustar la corriente

del arco y que tiene una característica estática que tiende a producir una intensidad de corriente

relativamente constante. Una fuente de este tipo se denomina de intensidad constante o característica

descendente.

La tensión en vacío (Vo) es la máxima tensión que puede suministrar la fuente y es la tensión existente en

los bornes de la fuente cuando no se está soldando. La tensión en vacío del circuito abierto puede ser de

hasta 80 voltios, siendo usualmente mayor al doble de la tensión de soldeo, se emplea principalmente para

asegurar la facilidad de encendido y el mantenimiento del arco.


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FIGURA 25CARACTERÍSTICA DE UNA FUENTE DE ENERGÍA DE INTENSIDAD CONSTANTE

La intensidad de cortocircuito (Icc) es la corriente máxima que suministra la fuente. Para encender el arco

se produce un cortocircuito, en este momento se anula la tensión y la intensidad que circula es la máxima

(Icc), gracias a esto se calienta el electrodo y se puede cebar el arco. Este tipo de característica es la más

adecuada para el soldeo TIG y soldeo con electrodos revestidos. Con este tipo de fuentes los cambios de

longitud del arco producidos de forma natural por el soldador, no provocan grandes cambios en la

intensidad de soldeo y se puede obtener un arco estable.

FIGURA 26EFECTOS DE LA VARIACIÓN DE LA ALTURA DEL ARCO EN UNA FUENTE DE CORRIENTE CONSTANTE

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La variación de la longitud del arco no produce grandes cambios en la intensidad de soldeo cuando se

utiliza una fuente de intensidad constante

4. CONTROL DE LAS CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LAS CURVAS

ESTÁTICAS (PLANA E INCLINADA)

Al variar la corriente de salida mediante la inductancia variable del transductor en una fuente de energía

de intensidad constante, cambia la curva característica como se indica en la figura 27. La tensión en vacío

Uo es constante.

FIGURA 27VARIACIÓN DE LA CORRIENTE EN UNA FUENTE DE ENERGÍA DE INTENSIDAD CONSTANTE

La fuente de energía también puede tener un ajuste de la tensión en vacío, además de un control sobre la

intensidad de la corriente de salida. Esto se logra mediante derivaciones en el circuito primario o en el

circuito secundario, un ejemplo se tiene en las figuras 2, 10, 15 y 27.

La variación de la corriente de soldeo se realiza con el transductor en el rango preseleccionado. Así como

las fuentes de energía que tienen dos rangos de intensidad de soldeo, rango alto con intensidades mayores

a 150 amperios y rango bajo con intensidades menores a 200 amperios.


FIGURA 28 AJUSTE DE LA TENSIÓN EN VACÍO

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4.1. Control del arco en la curva característica de pendiente descendente

Los dispositivos de regulación deberán permitir el ajuste de la tensión del arco de acuerdo con la

siguiente fórmula establecida por la VDE.

Tensión del arco normalizada por la VDE – Asociación Alemana de Electrónicos.

U = 20 + (0,04 x I) [V] (sobre los 600 A, U = 44V)

4.2. Contro l del arco en la curva característica plana

Los dispositivos de regulación deberán permitir el ajuste de la tensión del arco de acuerdo con la

siguiente fórmula establecida por la VDE.

Tensión del arco normalizada por la VDE – Asociación Alemana de Electrónicos.

U = 14 + (0,05 x I) [V] (sobre los 600 A, U = 44V)

5. ESTABILIDAD DE LA CURVA DEL ARCO PARA LOS PROCESOS PRINCIPALES

(MMA, TIG, MIG/MAG, SAW, PAW)

Las fuentes de alimentación modernas tienen dispositivos electrónicos que permiten mantener la

estabilidad del arco para cada proceso.

En el proceso de electrodo revestido existe una regulación de mayor corriente de arranque en un

porcentaje de la corriente de soldeo, una vez encendido el arco la intensidad se mantiene estable en el valor

ajustado. También existe otro dispositivo que es útil para los electrodos celulósicos en el soldeo deoleoductos (posición PG), donde es posible producir corto circuito en el proceso de soldeo manual,

haciendo contacto del extremo del electrodo sobre el baño de fusión. Este cortocircuito se anula porque la

fuente responde con un impulso de corriente de alta intensidad, fundiendo el extremo del electrodo y

manteniendo el arco estable a pesar de hacer contacto con el baño de fusión. Esto facilita hacer unas

pasadas de raíz con buena penetración. Un ejemplo de este principio se observa en la figura 12, con el

encendido fuerte.

Para los procesos TIG y Plasma se prefieren las curvas de pendiente vertical, adicionalmente existe un

programa de operación que sincroniza la intensidad de inicio, intensidad de soldeo, y la intensidad final.

Existen dispositivos que permiten ajustar el arco en la punta del electrodo, teniendo la posibilidad de realizarcordones angostos de buena penetración, o cordones planos de poca penetración.

Las curvas características planas son adecuadas para los proceso MIG/MAG y Arco sumergido, debido a

la alta densidad de corriente que circula por el alambre electrodo, el cual es alimentado automáticamente.

En las fuentes de energía para los procesos semiautomáticos, la velocidad de alimentación está

sincronizada con la intensidad de corriente, a mayor velocidad de alambre habrá mayor intensidad, esto

permitirá mantener un arco estable tanto con arco largo como con arco corto.

La velocidad de alambre es ajustada en el alimentador de las fuentes de energía de los procesos

semiautomáticos. Para un ajuste correcto es imprescindible el correcto ajuste de la tensión del arco, esto se

logra mediante la observación del cordón de soldadura, el sonido del arco y el comportamiento de la

transferencia de metal.

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En las máquinas de arco sumergido, la velocidad de alambre es casi constante, no se ajusta como en los

procesos semiautomáticos, pero se regula automáticamente en la máquina. Además en algunas fuentes

automáticas se ajusta la distancia entre la boquilla y la chapa mediante un palpador o seguidor que está en

contacto directo con la chapa. Esto es muy útil para el soldeo de virolas, dado que los diámetros máximo y

mínimo de las virolas hacen que varíe la distancia entre la boquilla y la chapa.

6. EL PUNTO DE OPERACIÓN


FIGURA 29VARIACIÓN DE LA ALTURA DE ARCO PARA UNA TENSIÓN CONSTANTE, EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD DE ALAMBRE Y LA INTENSIDAD

DE SOLDEO. EL PERFIL DEL CORDÓN Y EL RENDIMIENTO DE FUSIÓN VARÍAN NOTABLEMENTE

En los procesos de soldeo manual, el punto de funcionamiento dependerá de la habilidad del soldador

para mantener un arco corto. El arco largo es totalmente negativo para el soldeo, produciendo salpicaduras

y defectos en el depósito de soldadura. También es un método para determinar el pulso del soldador,

puesto que si se registra la variación de la tensión en el tiempo, mediante un registrador de tensión,

aquellos que mantengan un arco irregular producirán una curva muy inestable, mientras los que mantienenun arco regular producirán una curva de muy poca oscilación. La estabilidad del arco se refleja en la mínima

variación de la tensión del arco.

En los procesos semiautomáticos la altura de arco es constante debido a la regulación interna de la

fuente de energía, esto es posible gracias a la curva característica plana.

La figura 29 ilustra la variación del punto de funcionamiento en función a la variación de la velocidad de

alambre. En cada caso la altura de arco será constante a pesar de la variación de al altura de la pistola con

respecto a la chapa. El rendimiento de fusión aumenta directamente en proporción a la velocidad de

alambre y la intensidad del arco.

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7. LA TECNOLOGÍA DEL INVERTER (INVERSOR)

FIGURA 30PRINCIPIO DEL INVERSOR PARA SOLDEO

Las fuentes de energía de última generación son los inversores, como se aprecia en la figura 30, estos

equipos rectifican la corriente alterna de la red, la corriente continua resultante es transformada en corriente

alterna de alta frecuencia y de onda cuadrada mediante un banco de transistores. De acuerdo al principio

del flujo magnético en función a la frecuencia de la corriente, con la alta frecuencia se produce un flujo de

alta densidad, el que circula por un núcleo especial de ferrita para flujo de alta densidad. Este principio

permite reducir ostensiblemente el tamaño del transformador. La ventaja principal es la reducción del peso

de la fuente de energía, teniéndose equipos de 3 a 40 kilos para corrientes de 150 a 500 Amperios. Esto esespecialmente ventajoso para los trabajos en obra donde el transporte de los equipos es siempre una

dificultad y un coste a considerar.

Los inversores se fabrican tanto para los procesos con curva característica de pendiente descendente

como para los de curva característica plana. Son especialmente adecuados para la curva característica

vertical para el proceso TIG. Existen también equipos multiprocesos con ambos tipos de curva.

8. FUENTES DE ENERGÍA CONTROLADAS POR UN ORDENADOR

Las fuentes de energía más sofisticadas tienen un control adicional con programas de operación, con

memorias y hasta con ordenadores para variar los programas, son conocidas como fuentes sinérgicas.

Las fuentes sinérgicas para los procesos semiautomáticos tienen programas donde el soldador

selecciona el punto de operación dando los datos de diámetro de alambre, tipo de metal y tipo de gas

protector. Con esta combinación el programa arroja un punto de operación inicial de intensidad, velocidad

de alambre y tensión, éste puede ser ajustado manualmente por el soldador hasta determinar el punto más

óptimo, cuyos valores finales son almacenados en una memoria. Se pueden almacenar diferentes puntos de

operación en diferentes memorias para la técnica de varias pasadas, o para diferentes posiciones de

soldeo. Estos datos se pueden registrar mediante una conexión a un ordenador personal.

Otros equipos de soldadura orbital tienen la posibilidad de programar los parámetros de soldeo medianteun ordenador, en el que se ajusta la frecuencia de arco pulsado, la intensidad de la corriente de los

impulsos, la intensidad de base, los tiempos individuales de los impulsos y de la corriente de base. Estos

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parámetros son ajustados para cuatro cuadrantes cuando el tubo está con el eje horizontal, de modo que

dos cuadrantes son en progresión descendente, y dos en progresión ascendente. Los parámetros una vez

ajustados son controlados automáticamente durante el soldeo en cada cuadrante. También es posible el

ajuste de parámetros en varias pasadas.

Además existen equipos de arco pulsado, donde es posible programar las variables de los impulsos dearco, como son la intensidad de pico, la intensidad de base y la frecuencia de los impulsos. Las versiones

para robots permiten sincronizar todas las variables para la ejecución de cada cordón en la fabricación en

serie, por ejemplo en la industria automotriz, un robot debe soldar diferentes cordones con diferentes

parámetros, en diferentes posiciones y trayectorias, donde cada cordón tiene unos parámetros de soldeo

diferente. Esto es posible gracias a los modernos sistemas de control, permitiendo programar los

movimientos del robot con los parámetros correspondientes a cada cordón.

Otros equipos robotizados combinan también los movimientos del utillaje para permitir en los posible el

soldeo en posición plana, de modo que la productividad del robot sea la más óptima.

En los equipos multiproceso, existe la posibilidad de programar un solo robot para el soldeo con dos

procesos, unos brazos y pistolas intercambiables permiten realizar el cambio de pistola del proceso

semiautomático al proceso TIG y viceversa.

9. LA ESTABILIDAD DE LOS PROCESOS EN CA Y DC

Para el proceso TIG en corriente alterna se produce el encendido del arco y el mantenimiento del mismo

mediante la generación de impulsos de alta frecuencia y alta tensión. Esto es favorable especialmente para

el soldeo de aluminio y de magnesio. Debido a la capa de óxido de la superficie de estos metales que no

permite el soldeo en corriente continua electrodo al negativo, y que solamente es posible romper esa

tensión superficial en polaridad inversa. Pero en esta polaridad se funde el electrodo de tunsteno, por lo

tanto es necesario emplear la corriente alterna, si los impulsos de alta frecuencia en cada semionda no se

podría establecer el arco en corriente alterna para el soldeo de aluminio. Esto se representa en la figura 31.

Para el soldeo con corriente continua existen fuentes que permiten mantener un arco hasta con una

intensidad de 3 Amperios. En el proceso de soldeo TIG plasma esto es incluso posible con 0,05 Amperios.

Esta característica es muy útil para el soldeo de láminas muy delgadas de metal.

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FIGURA 31REPRESENTACIÓN DE LOS IMPULSOS DE ALTA FRECUENCIA Y ALTA TENSIÓN PARA EL ENCENDIDO DEL ARCO EN CADA SEMIONDA DE

LA CORRIENTE ALTERNA DE SOLDEO EN EL PROCESO TIG

10. FUENTES DE ENERGÍA DE CA (ONDA SINUSOIDAL Y ONDA CUADRADA)

Para el soldeo de aluminio la corriente alterna puede ser modificada con un filtro condensador, de modo

que la corriente sinusoidal es desfasada y las amplitudes de las ondas positiva y negativa son modificadas

para lograr un mayor o menor calor transferido a la chapa, lo que a su vez producirá un mayor o menor

calentamiento del electrodo de tungsteno como se observa en la figura 32. Con mayor amplitud de onda

negativa y menor amplitud de onda positiva el electrodo de tungsteno tiene menor riesgo de fundirse, pero

habrá menor penetración de la soldadura en la chapa.

FIGURA 32MODIFICACIÓN DE LAS AMPLITUDES DE LAS ONDAS POSITIVA Y NEGATIVA EN LA CORRIENTE ALTERNA DEL PROCESO TIG

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En el caso de los inversores se puede hacer el mismo efecto con la onda cuadrada de corriente alterna a

la salida del transformador. Pero además se puede variar la frecuencia de esta corriente alterna de onda

cuadrada, usándose una mayor frecuencia para las chapas delgadas y una menor frecuencia para las

chapas gruesas. Otras fuentes permiten ajustar el tiempo de las ondas positiva y negativa.

11. FACTOR DE POTENCIA DE LOS TRANSFORMADORES

11.1. Requisitos de la conexión a la red

En lo posible se deberá elegir las fuentes trifásicas, por tener una carga simétrica sobre la red, una carga

uniforme y en lo posible una carga baja. Amortiguando los choques de carga dela red sobre el puesto de

soldeo y los choques de carga del puesto de soldeo sobre la red. Esto se logra corrigiendo el factor de

potencia del circuito inductivo, mediante la instalación de condensadores en las fuentes de energía o en la

subestación del taller de soldeo, a esto se le denomina corrección o rectificación del factor de potencia.

11.2. Seguridad de la instalación

Los cables del circuito primario deben ser seleccionados de acuerdo a la sección necesaria para la

protección de los grupos de soldar. (ver en los datos característicos de la fuente). Los grupos pequeños de

conexión monofásica pueden ser protegidos mediante interruptores magnéticos de 16 A- HLS-Automáticos,

o con fusibles de 10 A.

Tipo de carga a la red Transformador Rectificador ConvertidorConexión Asimétrica Simétrica SimétricaAmplitud de energía Irregular Irregular IrregularAmortiguación de la

carga en cortocircuito(variaciones de tensión) Ninguna Ninguna Dada por el tipo de fuente

Reducción de la potenciaaparente de la red

Sí, mediantecondensadores

Sí, mediantecondensadores

Sin condensadores,debido al buen factor depotencia (cos ϕ ≅ 1)

TABLA 3COMPARACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS TRES TIPOS DE FUENTE DE ENERGÍA

La corrección producida por un banco de condensadores, reduce la reactancia y al disminuir el ángulo ϕ,

se incrementa el cos ϕ, cuyo valor máximo es 1. Así disminuye la potencia reactiva.


FIGURA 33REPRESENTACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA EN UN TRANSFORMADOR CON Y SIN CONDENSADORES

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FIGURA 34ESQUEMA DEL CIRCUITO CON CONDENSADORES EN FUENTES MONOFÁSICAS Y TRIFÁSICAS

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12. CICLO DE CARGA DE UNA FUENTE DE ENERGÍA Y VALORES TÍPICOS PARA

LOS PROCESOS MÁS COMUNES DE ARCO ELÉCTRICO

Toda fuente de energía tiene un límite de suministro de corriente en el que los circuitos internos pueden

superar la temperatura admisible del aislamiento de las bobinas del primario y del secundario, éstas sepueden sobrecalentar hasta que las espiras hacen cortocircuito. El transformador queda averiado.

12.1. Factor de utili zación o factor de marcha

El factor de marcha (o factor de operación) es el porcentaje de tiempo, durante un período cualquiera, en

el que una fuente de energía, o sus accesorios, pueden funcionar en las condiciones previstas sin

sobrecalentarse.

100xtiempodeperiododelduración

soldeodeTiempo(%)marchadeFactor

Duración del periodo = tiempo de soldeo + tiempo de descanso

FIGURA 35REPRESENTACIÓN DEL FACTOR DE MARCHA DE UNA FUENTE DE ENERGÍA

El factor de marcha dependerá de los parámetros de soldeo, cuanto mayor sea la intensidad de soldeo

menor será el factor de marcha de la máquina. Esto se puede ver en el siguiente caso práctico:

Una empresa ha comprado una fuente de energía de una corriente nominal de 360 Amperios a un ciclo

de trabajo de 35 %; ¿Cuál sería el ciclo de trabajo de la mencionada máquina para una Intensidad de 275

Amperios?.

El cálculo del nuevo factor de marcha es:

Ta = ( I / Ia )2 x T


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Donde :

T = Factor de marcha actual (%).

Ta = Factor de marcha requerido (%).

I = Intensidad para el factor de marca actual (A).

Ia = Intensidad requerida, para un caso de servicio pesado (duty cycle) (A).

Entonces:

Ta = ( 360 A / 275 A )2 x 35 %

Ta = 60%

La fuente de energía podrá funcionar con un factor de marcha del 60% con una intensidad de corriente de275 amperios.

13. PÉRDIDAS DE VOLTAJE, RELACIÓN ENTRE LA CORRIENTE Y LA SECCIÓN

DEL CABLE

13.1. Dispositivos de conexión a masa

Es el medio de conexión del cable de masa a la pieza de trabajo, y están disponibles en varios tamaños

y configuraciones para diferentes aplicaciones. La condición a cumplir es que deben estar en buen estado

de conservación y deben hacer un contacto firme con el metal base. Una pinza en mal estado no brinda laseguridad de una buena conducción eléctrica, produciendo inestabilidad en el arco durante el soldeo.

FIGURA 36DISPOSITIVOS DE TOMA DE MASA DE TENAZA O DE BORNES ATORNILLADOS O PRENSADOS


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13.2. Cables, portaelectrodos

FIGURA 37PORTAELECTRODO Y SUS PARTES

El calibre de los cables de portaelectrodo y de pinza a masa deben ser seleccionados de acuerdo a lacarga de corriente que deben soportar, y esto está en función del diámetro de electrodo y del tamaño de la

fuente de energía.

Es preferible que ambos tengan el mismo diámetro, sin embargo ocasionalmente uno se los cables,

generalmente el de conexión a masa puede se de mayor diámetro, pero nunca de menor diámetro.

Es preferible tener buenos conductores en la corriente de soldeo, en los talleres suelen utilizarse barras,

tuberías de agua, y todo tipos de elemento metálico para cerrar el circuito, lo cual conlleva muchas veces a

fallos en los cordones de soldadura.

CALIBRE DEL CABLE DE COBREFuente de energía No. AWG para una longitud combinada de electrodo y pinza de tierra

AmperiosFactor de

marcha (%)0 a 15 mt 15 a 30 mt 30 a 46 mt 46 a 61 mt 61 a 76 mt

100 20 6 4 3 2 1180 20 – 30 4 4 3 2 1200 60 2 2 2 1 1/0200 50 3 3 2 1 1/0250 30 3 3 2 1 1/0300 60 1/0 1/0 1/0 2/0 3/0400 60 2/0 2/0 2/0 3/0 4/0500 50 2/0 2/0 3/0 3/0 4/0

600 60 2/0 2/0 3/0 4/0 ** Use dos cables 3/0 en paralelo.

TABLA 4DIMENSIONES DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LOS CABLES DE SOLDEO EN FUNCIÓN DE LA INTENSIDAD DE SOLDEO Y DE LA

LONGITUD DE LOS MISMOS

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13.3. Accesorios de las Maquinas de Soldar y Su Mantenimiento

Conexión de los cables del circuito de corriente de soldar a la fuente de energía.

Acople Enchufe

Enchufe y terminal de cablecorrectamente ajustados

¡Aislar con envoltura de goma o material flexible deempalme de las extensiones!

FIGURA 38FUENTE DE ENERGÍA PARA EL SOLDEO POR ELECTRODOS REVESTIDOS Y SUS ACCESORIOS

Las conexiones deben estar limpias y correctamente ajustadas para evitar puntos de falso contacto. En

las conexiones precarias se produce calentamiento por resistencia y caída de tensión. La tensión para

encender y mantener el arco no debe ser menor de la que sale de la fuente de energía, la máxima caída de

tensión debe ser menor a 2 Voltios.

Puntos comunes de caída de tensión y calentamiento por resistencia

Conexiones sin apretar (flojas) de los cables de fuerza.

Cable de fuerza demasiado pequeño.

Cable de fuerza dañado.

Conexión a tierra (pieza de trabajo) floja o en mal estado.

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Calibración del registro de salida

Los parámetros mas importantes para el soldeo por arco con electrodo revestido son la tensión en vacío,

la tensión de carga y la corriente de carga. Adicionalmente se puede medir la tensión de arco para estar

seguros de que los cables son los adecuados y las conexiones están correctas.

La regulación de los parámetros en la fuente de energía debe acercarse a estos valores reales para que

el soldador pueda variarlos de acuerdo al tipo y diámetro de electrodo.

FIGURA 39MEDICIÓN DE LA TENSIÓN DE SALIDA DE LOS BORNES DE LA FUENTE, TENSIÓN DEL ARCO ENTRE PORTAELECTRODOS Y CHAPA, Y

CORRIENTE DE SOLDEO EN EL PROCESO DE SOLDEO POR ELECTRODOS REVESTIDOS

La tensión de arco que debe existir entre la pinza a masa y el portaelectrodo no debe ser demasiado baja

para poder soldar correctamente. La razón de usar un cable suficientemente grueso es porque la caída de

tensión, o pérdida de voltaje no debe ser mayor a 2 Voltios. Porque todo conductor eléctrico también tiene

una resistencia en función a la resistividad específica de cada material, en el caso del cobre este valor es:

ρCu = 0,0175 Ohmios x mm2 / m

La resistencia del conductor es:

Rcable = ρCu x (Longitud total de los cables / Sección del conductor). (1)

La caída de tensión no deberá ser mayor a 2 Voltios, por lo tanto, de acuerdo a la ley de Ohm.

∆V < Rcable x I (2)

∆V = 2 voltios

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I = 160 Amperios (corriente normal para un electrodo básico de 4 mm de diámetro).

Longitud del cable porta electrodo = 30 metros.

Longitud de cable de grapa a tierra = 20 metros.

Longitud total de los cables = 50 metros.

La pregunta es; ¿Cuál deberá ser la sección del cable?

Reemplazando (1) en (2) y despejando la variable de la sección se obtiene:

Sección del conductor = ρCu x I (Longitud total de los cables / ∆V )

Reemplazando valores:

Sección del conductor = ( 0,0175 Ohmios x mm

2

/ m ) x 160 Amperios ( 50 m / 2Voltios)

Entonces la sección del cable es: 0,0175 x 160 x 50 / 2 = 70 mm2

En las tablas de las secciones de los cables de soldar se podrá ver que es de un diámetro grueso. Por

eso es muy importante seleccionar los cables correctamente para evitar los problemas de calentamiento y

corte de arco por una caida de tensión demasiado elevada.

¿Qué pasaría si en lugar de usar un cable de mm2 usamos solamente un cable de 40 mm2?

La caída de tensión sería:

∆V = ρCu x (Longitud total de los cables / Sección del conductor) x I.

∆V = ( 0,0175 Ohmios x mm2 / m ) x 160 Amperios ( 50 m / 40mm2 )

∆V = 3,5 Voltios

Con lo que el arco podrá ser inestable, porque la caída de tensión es 75% mayor al valor permisible.

Además por el caso del problema de la caída de tensión del arco, toda resistencia adicional ente los

cables y en todo el circuito de soldeo será motivo de una posible caída de tensión. Por eso se debe sujetar

la grapa a tierra adecuadamente en la chapa, porque con el deslizamiento libre se producen puntos decebado y debido a que no existe un contacto firme, se tiene en toda conexión floja una resistencia que

elevará la caída de tensión de arco. Las conexiones sueltas, las extensiones con elementos metálicos

solamente incrementan la resistencia del circuito, porque son resistencia en serie, de acuerdo al siguiente

esquema.

El soldador no advierte estos peligros, cuando el arco se interrumpe cree que la intensidad de corriente

es insuficiente, entonces aumenta la corriente de soldeo en la fuente, y al soldar se da con la sorpresa de

que la intensidad está demasiado alta, porque ya se deterioró el cordón de soldadura, con lo que habrá que

realizar una reparación de la zona defectuosa.

Un circuito defectuoso de los cables de soldar se representa en la figura 40, es evidente que las

conexiones sueltas producirán una caída de tensión mayor a la permisible para la estabilidad del arco, cuyo

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valor no deberá ser mayor a 2 voltios desde la fuente de energía al portaelectrodo. Por esta razón no se

deben usar conexiones precarias, ni elementos de acero, ni tubos ni barras como conductores en lugar de

un cable a masa con una pinza en buen estado, para fijarla correctamente a la chapa o a la estructura a

soldar.

El circuito resultante tendría la suma de todas las resistencias.

RTOTAL = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + R6 + RCABLES

FIGURA 40REPRESENTACIÓN DEL CIRCUITO DE SOLDEO CON RESISTENCIA QUE PRODUCEN CAÍDA DE TENSIÓN POR CONTACTOS Y CONDUCTORES

INAPROPIADOS

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14. LA TÉCNICA DEL ARCO PULSADO

El arco pulsado es muy importante para las fuentes de energía de MAG en el soldeo de acero inoxidable

y MIG en el soldeo de aluminio, permitiendo obtener una transferencia libre de cortocircuitos, así como libre

de salpicaduras, aún en bajos niveles de energía.

FIGURA 41DESCRIPCIÓN DE LOS PRINCIPALES PARÁMETROS DEL ARCO PULSADO

Si bien las fuentes de arco pulsado son más caras que las fuentes convencionales, las ventajas en los

resultados del soldeo son enormes, y amortizan este coste en corto tiempo. Es posible usar tambiénalambre de mayor diámetro para espesores delgados de chapa, además es posible variar la frecuencia de

los impulsos.

En la figura 41 se observa que la variación de la frecuencia de los impulsos, tiene un efecto importante el

la intensidad efectiva, a mayor frecuencia de impulsos habrá mayor intensidad efectiva y mayor rendimiento

de fusión.

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15. CURVA DE CONTROL DEL ARCO Y DISPOSITIVOS, PENDIENTE ASCENDENTE

Y DESCENDENTE, PRE - Y POST- FLUJO

En las fuentes de energía para el proceso TIG se tiene un programa de operación para sincronizar los

tiempos de pre y post flujo de gas protector, además se observa una pendiente ascendente para el inicio delsoldeo y una pendiente descendente para el final. Esto se puede controlar ya en la pistola o en la antorcha,

además existe un dispositivo opcional que consiste en un reóstato que puede estar en un pedal o en la

misma pistola de la máquina.

FIGURA 42REPRESENTACIÓN DEL ARCO DE SOLDEO, LOS IMPULSOS DE ALTA FRECUENCIA Y LOS TIEMPOS DE PRE Y POST FLUJO DE GAS

PROTECTOR EN EL PROCESO DE SOLDEO TIG

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16. REGULACIÓN DE LA CORRIENTE Y EL VOLTAJE (DISPOSITIVOS

ELECTROMAGNÉTICOS Y ELECTRÓNICOS)

16.1. Control de la corriente de soldeo

Los dispositivos para controlar la corriente de soldeo son:

Interruptor escalonado con derivaciones en los circuitos primario o secundario.

Núcleo móvil o núcleo de dispersión.

Transductor con potenciómetro con una resistencia variable (reóstato), o con dispositivos electrónicos de

control.

Los dispositivos electrónicos son los más sofisticados, y los más adecuados para el control del arco en

las diferentes fuentes de energía para el soldeo, sin embargo, es conveniente controlar la corriente y la

tensión de soldeo para mantener la uniformidad de los depósitos en función a los valores dados por las

especificaciones de los procedimientos de soldeo ya cualificados, para ello es muy importante contar con

instrumentos como el multímetro o polímetro calibrado con el que se podrá contrastar también las fuentes

de energía.

16.2. Instrumentación

Mediante los instrumentos de medición de las variables eléctricas se puede medir la tensión y la corriente

de las fuentes de potencia.

Medición de la tensión en vacío

Se mide entre los bornes de salida de la fuente de poder, o entre la grapa a tierra y el portaelectrodo. La

fuente de poder debe estar encendida pero no se debe hacer arco ni cortocircuito con el electrodo. El valor

de la tensión en vacío puede ser aproximadamente 70 Voltios. En transformadores pequeños suele ser

menor a 50 Voltios.

Medición de la tensión de cortocircuito

Se mide entre los bornes de salida de la fuente de poder. La fuente de poder debe estar encendida, se

debe hacer cortocircuito con el electrodo, pero no se debe hacer arco. El valor de la tensión de cortocircuito

es aproximadamente cero.

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FIGURA 43DESCRIPCIÓN DE LA MEDICIÓN DE LA TENSIÓN EN VACÍO

FIGURA 44MEDICIÓN DE LA TENSIÓN DE CARGA

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Medición de la tensión de carga

Se mide entre los bornes de salida de la fuente de poder como se aprecia en la figura 44. La fuente de

energía debe estar encendida, se debe establecer el arco soldando con un electrodo. El valor de la tensión

de carga es aproximadamente 22 a 26 voltios, variando de acuerdo a la altura del arco y al tipo de

revestimiento del electrodo.

Medición de la tensión de arco

Se mide entre el portaelectrodo y la chapa del metal base mientras se está soldando, la diferencia con la

tensión de carga es una caída de tensión causada por la resistencia de los cables. La tensión de arco es

menor que la tensión de carga y su valor es menor a 25 Voltios pero mayor a 21 Voltios. Una tensión menor

a 21 Voltios no es buena para mantener la estabilidad del arco, y puede originar fallos en el depósito. La

causa puede estar en los cables si éstos son delgados, en las conexiones sueltas o sucias, o en la fuente

de energía cuando es pequeña o cuando está defectuosa.

Al final de este capítulo se tiene un ejemplo de la posible razón de la caída de la tensión del arco debida a

los cables delgados o a las conexiones defectuosas.


FIGURA 45DESCRIPCIÓN DE LA MEDICIÓN DE LA TENSIÓN DE ARCO Y COMPARACIÓN CON LA TENSIÓN DE CARGA

Comprobación de seguridad

La comprobación de seguridad consiste en medir la tensión en vacío entre el portaelectrodo y otros

puntos que pueden verse afectados por el soldeo. Por ejemplo para verificar que la corriente de soldeo no

vá a circular por rodamientos, por cables de grúas, o por la línea de protección de tierra de los circuitos deenergía eléctrica. Es peligroso cerrar un circuito con la línea de protección de la instalación eléctrica porque

puede ocasionar accidentes.

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Adicionalmente es necesario verificar la tensión entre los portaelectrodos de dos o más fuentes de

potencia de corriente alterna, porque dos transformadores conectados a fases diferentes pueden sumar las

tensiones de salida cuando los cables de portaelectrodo y pinza a tierra están en contacto con una sola

estructura a soldar. Esto puede electrocutar a los soldadores porque la tensión resultante es mayor a 100

Voltios en corriente alterna.


FIGURA 46POSIBLE SUMA DE LAS TENSIONES EN VACÍO DE DOS FUENTES DE ENERGÍA

16.3. Selección de la fuente de energía

Para una selección de las fuentes de energía se deberá considerar:

• Tipo de corriente necesaria ( continua o alterna)• Intensidad de corriente necesaria para el soldeo (rango de intensidad requerido)• Tensión en vacío permisible• Ciclo de carga (para la intensidad de corriente necesaria)• Tipo de curva característica de la fuente• Condiciones especiales de funcionamiento

p.e. relación de la tensión de la red, variaciones de tensión de la red, posibilidad de transporte de la

fuente de energía, longitud necesaria de los cables de masa y portaelectrodo, refrigeración y ventilacióninsuficientes para la fuente de energía, condiciones climáticas o ambientales, etc.

Aplicaciones genéricas de las fuentes de energía en los procesos de soldeo

Tipo de fuente de energía Convertidor Rectificador Transformador

ProcesoISO 4063 Descripc ión AWS I Cte. U Cte. I Cte. U Cte. I Cte. U Cte.

111 Electrodos revestidos SMAW X X X(1) 112 Soldeo por gravedad (X) X(2) 114 Alambre tubular sin gas FCAW X X(3) 12 Arco sumergido SAW X(∆U) X(∆I) X(∆U) X(∆I) X

78 Soldeo de espárragos X X

(4) 141 Soldeo TIG GTAW X X X(4) 15 Soldeo por plasma PAW X X(5) 13 Soldeo MIG / MAG GMAW X X

2 Soldeo por resistencia X72 Electroescoria X X X X X X

(1) = De preferencia se utiliza las fuentes de corriente alterna, con alto ciclo de carga. (350 A – 100%)(2) = Transformador con alta tensión en vacío.(3) = Dependiendo del sistema de control U o I(4) = Curva característica vertical(5) = Curva característica plana

TABLA 5 APLICACIONES DE LAS FUENTES DE ENERGÍA Y SUS CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO

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En la tabla 5 se observan las características de las fuentes de energía, y sus posibles aplicaciones en

algunos procesos de soldeo. Es evidente que para el soldeo con electrodos revestidos se utiliza fuentes de

energía de corriente constante, la curva característica es de pendiente descendente. Las de curva

característica vertical también son adecuadas para el proceso de electrodo revestido, pero el coste del

equipo se justifica solamente para los procesos de soldeo TIG y plasma.

Las fuentes de energía para los procesos semiautomáticos son siempre de curva característica plana,

pero para los procesos de arco sumergido y electroescoria, se puede utilizar de ambas características,

debido a que la velocidad de alimentación del alambre es baja, y a que el diámetro del alambre de superior

a 2,5 mm.

Es importante observar el ciclo de carga para el rango de intensidad necesario de acuerdo con los

requisitos de los consumibles y de los espesores de chapa a soldar.

Ventajas y desventajas de los diferentes tipos de fuentes de energía

Las ventajas y desventajas de los tres tipos clásicos de fuentes de energía se especifican en la tabla 6.

No se ha puesto en esta tabla las ventajas de los inversores, porque estos equipos reúnen las

características de los rectificadores, con las ventajas mayores de reducción de peso, y versatilidad para

varios procesos, así como la posibilidad de controlar los parámetros con ordenadores o control digital, dada

su velocidad de respuesta a las variaciones del arco. Además los inversores son las fuentes de energía que

más fácilmente se adaptan a los requisitos de sinergia, siendo un requisito la programación de diversos

parámetros simultáneamente.

Propiedades Convertidor Rectifi cador Transformador

Reglamentos VDE 0544 05442543

0544Conexión a la red Trifásica Trifásica Monofásica

Efecto del cortocircuito sobre lared

Amortiguado Brusco Brusco

Efectos de las variaciones detensión

No crítico (hasta15%)

Proporcional Proporcional

Eficiencia 45...60%* **

60...80%* **

80...90%Factor de potencia 0,85...0,9 0,6...0,8 0,5...0,8

Tensión en vacío permisible ≤ 113 V ≤ 113 V≤ 80 V valorefectivo

≤ 113 V ≤ 113 V≤ 48 V valorefectivoTensión en vacío permisible en

casos de alto riesgo de electrocución Prever las indicaciones de los equipos para riesgo deelectrocución “S”

Encendido de arco Muy bueno Bueno Aceptable

Estabilidad de arco Muy buena Buena a muy buenaAceptable a

buenaSoplo de arco Fuerte Fuerte Ninguno

Usos y aplicaciones Universal Universal LimitadoCoste del equipo 100% 80% 50%Mantenimiento Alto Bajo Bajo

Emisión de ruidosSi produce

disturbiosPoco, puede

producir disturbiosMuy poco

* Sin rectificación del factor de potencia.

** Con rectificación del factor de potencia.TABLA 6

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS FUENTES DE ENERGÍA

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17. BIBLIOGRAFÍA

Manual de los procesos de soldeo, volumen 1. Procesos de soldeo por arco eléctrico. (DVS), R. Killing.

Teh Welding Engineer`s Current Knowledge. (DVS)

Welding Handbook, volumen 2 AWS

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