Welding Journal en Espanol 201301

La revista de la Sociedad Americana de Soldadura

EN ESPAÑOLEnero 2013

Invierno

Además: Procesos de corte • Nuevos productos y literatura • Noticias internacionales • Preguntas y respuestas de acero inoxidable • Tecnología

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CONTENIDO14 Un estudio holístico de costos de un sistema

automatizado de plasmaSe toma un enfoque general para evaluar los costosreales mientras se mejora la productivided.POR J. P. KINOS Y D. OTT

20 ¿Qué proceso de corte de metal es el mejorpara tu aplicación?Considera la calida de corte y los costos de operación al elegir tecnologías de corte por oxicombustible, plasma y láser.POR MICHELLE AVILA

25 Selección de recolectores de emisiones paraapplicaciones de soldaduraElegir un sistema de recolección de emisiones decartucho que protegerá a soldadores y operaráeficientemente involucra el estudio y la atención a los detalles.POR GREG SCHREIER

30 Pruebas en arreglo de fases de soldaduras depunto por resistenciaUna sonda ultrasónica de arreglo en fases de matriz3-D ha sido diseñada y probade para realizar pruebasno destructivas de soldaduras de puntos por resistencia en chasises automotrices.POR JEONG K. NA

36 Respuestas a preguntas frecuentes sobre laautomatización de soldaduraDesde la punta de contacto hasta el robot, se presentan ocho preguntas prácticas con respuestas detalladas.POR DAN IMUS

Secciones6 Editorial8 Noticias internacionales

10 Preguntas y respuestas acero inoxidable

12 Nuevos productos y literatura44 Tecnología50 Índice de anunciantes

Artículos14

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36

Enero 2013 — Invierno • Tomo 6 • Número 1

Sitio Web www.aws.org

Director Andrew Cullison

Editorial Editor Welding Journal en español Carlos Guzmán

Editora Welding Journal Mary Ruth JohnsenEditor Asociado Howard M. Woodward

Editora Asociada Kristin CampbellCoordinadora de Artículos Técnicos Melissa Gomez

Diseño y Producción Gerente de Producción de Arte Zaida Chavez

Coordinadora de Producción Brenda Flores

PublicidadDirector Nacional de Ventas Rob Saltzstein

Agente de Ventas Lea PanecaAgente de Ventas Sandra Jorgensen

Gerente de Producción de Publicidad Frank Wilson

American Welding Society8669 Doral Blvd, Suite 130, Doral, FL 33166

(305) 443-9353

Publicaciones – Exposiciones –Comité de Mercadeo

D. L. Doench, ChairHobart Brothers Co.

S. Bartholomew, Vice ChairESAB Welding & Cutting Prod.

J. D. Weber, SecretaryAmerican Welding SocietyD. Brown, Weiler Brush

T. Coco, Victor Technologies InternationalL. Davis, ORS Nasco

J. Deckrow, HyperthermD. DeCorte, RoMan Mfg.

J. R. Franklin, Sellstrom Mfg. Co.F. H. Kasnick, Praxair

D. Levin, AirgasE. C. Lipphardt, Consultant

R. Madden, HyperthermD. Marquard, IBEDA Superflash

J. F. Saenger Jr., ConsultantS. Smith, Weld-Aid Products

D. Wilson, Well-Dean EnterprisesN. C. Cole, Ex Off., NCC Engineering

J. N. DuPont, Ex Off., Lehigh UniversityL. G. Kvidahl, Ex Off., Northrup Grumman Ship Systems

D. J. Landon, Ex Off., Vermeer Mfg.S. P. Moran, Ex Off., Weir American Hydro

E. Norman, Ex Off., Southwest Area Career CenterR. G. Pali, Ex Off., J. P. Nissen Co.

N. Scotchmer, Ex Off., Huys IndustriesR. W. Shook, Ex Off., American Welding Society

5WELDING JOURNAL EN ESPAÑOL

Welding Journal en español (ISSN 2155-5559). Lectoresdel Welding Journal en español pueden hacer copias deartículos para uso personal, educacional, e investigación,pero este contenido no se puede vender. Favor indicar

crédito apropiado a los autores de los artículos. No osb-tante, los artículos marcados con asterisco (*) tienen dere-chos reservados y no se pueden copiar. Para más infor-mación, favor contactar a nuestro departamento editorial.

Jan 2013 Final_Layout 1 1/22/13 1:49 PM

Mi año como presidente de la Sociedad Americana de Soldadura (AWS, por sussiglas en inglés) llega rápidamente a su fin, pero durante los últimos doce meses hevisto suficientes cambios positivos que me mantendrán motivado por mucho tiempo.Aquellos de ustedes que asistieron a la reunión de negocios de AWS el noviembrepasado en Las Vegas me escucharon hablar acerca de éxitos recientes con nuestrosprogramas de capacitación American Welding Online, la mudanza de AWS a su nuevasede central, la Insignia al Mérito en Soldadura presentada por los Boy Scouts deAmérica, así como del trabajo que estamos llevando a cabo para desarrollar nuevosnegocios alrededor del mundo. Sin embargo, quizá el proyecto más importante en elque AWS está involucrada en este momento es el programa de desarrollo de la fuerzalaboral actualmente gestionado por medio de la Fundación AWS.

Estoy seguro de que ya están familiarizados con el escenario: 1) una fuerza laboralen envejecimiento de profesionales con habilidades que decae aproximadamente un10% por año, principalmente por causas de retiro o jubilación; 2) una cantidad insufi-ciente de gente joven está entrando al campo para reemplazarlos; y 3) el país estáenfrentando una escasez de personas calificadas en muchos campos de la soldaduraque podría alcanzar 238,000 para 2019.

La AWS está trabajando con esmero para hacer frente a lo que nosotros llamamos“escasez de soldadores”. Muchos programas se han puesto en marcha para informar alos estudiantes, padres de familia, consejeros de carrera, e incluso a profesionales amitad de su carrera, acerca de las numerosas oportunidades en el ámbito de la solda-dura. Esto se está realizando mediante la publicación de guías de carrera, exhibicionesen una variedad de exposiciones comerciales, buscando la atención de los medios decomunicación impresos y masivos, y alertando a las autoridades públicas sobre el pro-blema. Sin embargo, el paso más grande y visible en el desarrollo de la fuerza laboralpudiera ser el lanzamiento del Tráiler de Carreras de Soldadura AWS/Lincoln Electric.

Veamos cómo se desarrolló esta última iniciativa. Hace un par de años, se me mos-tró un tráiler de entrenamiento para soldadores que Ken Stockton, ex Director deDistrito de AWS, había construido. Me quedé impresionado y llevé la idea de haceralgo similar al Consejo de la AWS — esta vez con equipo de soldadura virtual basadoen computadores lo cual tiene un atractivo especial para la gente joven. El tráiler fueformalmente inaugurado durante la Expo FABTECH 2011 en Chicago. Desde enton-ces ha enseñado a muchos miles de personas acerca de oportunidades de trabajo ensoldadura en su recorrido por todo Norte América. Este año, el Tráiler de Carreras deSoldadura visitó el evento “Estado del Estado” en Ohio, FABTECH Canadá enToronto, el Encuentro de Boy Scouts en Ohio, la carrera de automóviles Indy 500, laExhibición Aérea Airventure en Wisconsin, varias expos estatales, la Expo IMTS enChicago, FABTECH 2012 en Las Vegas, y otros numerosos eventos.

Y esto es sólo el principio. Tenemos mucho trabajo por hacer para informar alpúblico sobre la importancia de la soldadura en nuestras vidas, las múltiples oportuni-dades de empleo en este campo, y cómo obtener la capacitación necesaria para ini-ciarse en esta emocionante ruta de carrera. A juzgar por la atención de los medios anuestros esfuerzos, y por el rápido crecimiento de la matrícula en los programas deentrenamiento de soldadores, hemos conseguido la atención del público. Ademástenemos la atención de organizaciones de manufactura y soldadura en otros países, loscuales están enfrentando tipos similares de dificultades para ocupar los puestos en losoficios de habilidades. Hemos visto una respuesta entusiasta a nuestros esfuerzos dedesarrollo de la fuerza laboral de organizaciones de oficios y de soldadura en Europa,Asia y Australia — después de todo, es un problema que exige la cooperación para

encontrar soluciones que sirvan para ensalzar el perfil de la tec-nología de la soldadura en todas partes.

Como presidente de la AWS éste ha sido un año muycorto, pero hemos podido lanzar un esfuerzo de construcción decarrera que servirá a nuestra industria y a nuestro país a largoplazo. Vienen a mi mente muy pocas cosas tan gratificantescomo ver que esto llegue a suceder.

Founded in 1919 to Advance the Science,Technology and Application of Welding

Haciendo frente a la escasez de fuerza laboral ensoldadura

Bill Rice, Ex Presidente de AWS

OfficersPresident Nancy C. Cole

NCC Engineering

Vice President Dean R. WilsonWell-Dean Enterprises

Vice President David J. LandonVermeer Mfg. Co.

Vice President David L. McQuaidD. L. McQuaid and Associates, Inc.

Treasurer Robert G. PaliJ. P. Nissen Co.

Executive Director Ray W. ShookAmerican Welding Society

DirectorsT. Anderson (At Large), ITW Global Welding Tech. Center

U. Aschemeier (Dist. 7), Miami Diver

J. R. Bray (Dist. 18), Affiliated Machinery, Inc.

R. E. Brenner (Dist. 10), CnD Industries, Inc.

G. Fairbanks (Dist. 9), Fairbanks Inspection & Testing Services

T. A. Ferri (Dist. 1), Victor Technologies

D. A. Flood (At Large), Tri Tool, Inc.

S. A. Harris (Dist. 4), Altech Industries

K. L. Johnson (Dist. 19), Vigor Shipyards

J. Jones (Dist. 17), Victor Technologies

W. A. Komlos (Dist. 20), ArcTech, LLC

T. J. Lienert (At Large), Los Alamos National Laboratory

J. Livesay (Dist. 8), Tennessee Technology Center

M. J. Lucas Jr. (At Large), Belcan Engineering

D. E. Lynnes (Dist. 15), Lynnes Welding Training

C. Matricardi (Dist. 5), Welding Solutions, Inc.

J. L. Mendoza (Past President), Lone Star Welding

S. P. Moran (At Large), Weir American Hydro

K. A. Phy (Dist. 6), KA Phy Services, Inc.

W. A. Rice (Past President), OKI Bering

R. L. Richwine (Dist. 14), Ivy Tech State College

D. J. Roland (Dist. 12), Marinette Marine Corp.

N. Saminich (Dist. 21), Desert Rose H.S. and Career Center

K. E. Shatell (Dist. 22), Pacific Gas & Electric Co.

T. A. Siewert (At Large), NIST (ret.)

H. W. Thompson (Dist. 2), Underwriters Laboratories, Inc.

R. P. Wilcox (Dist. 11), ACH Co.

J. A. Willard (Dist. 13), Kankakee Community College

M. R. Wiswesser (Dist. 3), Welder Training & Testing Institute

D. Wright (Dist. 16), Zephyr Products, Inc.

ENERO 20136

EDITORIAL

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Existe gran demanda de soldadores certificados en normasinternacionales, tanto en México como en el resto del mundo.El estado, las empresas privadas y el CAST de Guadalupe hanrespondido con la creación de este centro que se dedica a laformación de estudiantes en avanzadas materias de soldadura.El centro recibió casi 1.2 millones de dólares a través del fondomixto de Conacyt (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología),capital que se utilizó para la construcción del nuevo edificio yadquisición de maquinarias y equipos de vanguardia.

La ceremonia de inauguración se desarrolló en el CAST-Guadalupe, por el Gobernador del Estado, Lic. Rodrigo Me-dina de la Cruz, acompañado del Secretario de Educación, Ing.José Antonio González Treviño y el Director General de CONALEP N.L., Ing. Alejandro Jaimes García, entre otras autoridades.

Adicionalmente, se ha desarrollado el programa JuventudUnida en conjunto con la Fundación Caterpillar y la Interna-tional Youth Foundation (IYF), organismo que convoca a em-presas, gobiernos y organizaciones sociales y civiles a partici-par en programas de empleabilidad para la juventud vulnera-ble. Este programa contempla una donación de 450 mil dólaresde la Fundación Caterpillar para la formación en soldadura de300 jóvenes en un plazo de 3 años.

El CIDTS ofrece una gran variedad de programas de capa-citación, como lo son los cursos para soldador certificado (Cer-tified Welder, o CW, por su siglas en inglés); certificaciones la-borales de competencia para las empresas en procesos comoOFC, SMAW, GMAW, FCAW, GTAW y OAW; y cursos paramétodos no destructivos y destructivos de inspección bajo lanormatividad de la ASNT. Además se ofrecen tres diplomadoscon opción a un posgrado de especialidad: tecnologías de sol-dadura, reacondicionamiento de piezas y estructuras, automa-tización y robótica. Al egresar después de 12 meses de estudiocomo valor agregado se contará con la certificación AWS comoCW, CWE, CWI o CRAW, según corresponda el perfil de cadaestudiante. El principal requisito es que los candidatos debentener el grado de ingeniería, contar con el aval de una empresa

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NOTICIASINTERNACIONALES

Autoridades estatales y empresarios en el corte delistón, encabezados por el Lic. Rodrigo Medina dela Cruz, Gobernador del Estado de Nuevo León.

De izquierda a derecha: Ing. Alejandro Jaimes García, DirectorGeneral de CONALEP Nuevo León; Ing. Antonio González Treviño,Secretario de Educación del Estado; Lic. Máximo Vedoya, Presi-dente Ejecutivo Ternium México; Lic. Rodrigo Medina de la Cruz,Gobernador del Estado de Nuevo León; Ing. René de Luna Alanis,Responsable Técnico del Proyecto y Miembro de la AWS. Se puedever también un robot articulado de 6 ejes FANUC, modelo Arc Mate100ic, con fuente Power Wave 400 de Lincoln Electric.

Nuevo programa de capacitación en soldadura se iniciaen Guadalupe, Nuevo León

El nuevo Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Soldadura (CIDTS) inicia opera-ciones en Monterrey, con un nuevo edificio al lado del Centro de Asistencia y Servicios Tecnoló-gicos (CAST) en Guadalupe, ambos centros pertenecientes al CONALEP Nuevo León, institu-ción que lanzan el Programa Internacional para la Empleabilidad “Jóvenes Preparados/JuventudUnida Progresando”, todo esto gracias a una ejemplar colaboración entre entidades del estado yempresas privadas, con el fin de preparar a estudiantes en las últimas tecnologías de soldadura.

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para desarrollar el proyecto de corte tecnológico para solucio-nar un problema en específico en alguna de las opciones termi-nales del programa.

El centro es el primero en México en su tipo (y el primeroen México y Latinoamérica con enseñanzas en soldadura robó-tica) y cuenta con instructores certificados por la Sociedad Ame-ricana de Soldaduras (AWS). Además, el CIDTS está ya en elproceso de hacerse Centro Acreditado de Pruebas de la AWS(Accredited Test Facility, o ATF, por su siglas en inglés).


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René de Luna Alanis, Responsable Técnico del Proyecto, explica lasventajas de la soldadura digital. Se muestra el equipo Thermal Arc252i empleado en el programa IYF-CAT.

Docentes de CONALEP NL y especialistas del CAST en CorpusCristi, Texas al presentar su examen de certificación CWE/CWI.

Un ejemplo de los modernos equipos encontrados en el CIDTS: RobotReis Robotics con fuente Fronius.

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— Continúa en la página 48


P: Nosotros hemos hecho algo de reves-tido con electrodos recubiertos de aceroinoxidable de AWS A5.4 clase E309LMo-16. Recientemente, por primera vez, com-pramos alambre de acero inoxidablepara revestido por arco sumergido anun-ciado como ER309LMo. Pero cuando serealizó nuestra inspección de materialde entrada, el alambre fue rechazado enbase a que no cumplía con los requeri-mientos de composición de AWS A5.9Clase ER309LMo. Particularmente, elcromo era bajo (un poco más del 21%) yel níquel era alto (cerca del 15%). Poste-riormente, nosotros tratamos de encon-trar otra fuente que cumpliera con losrequerimientos del ER309LMo, pero notuvimos éxito. Pareciera que todo pro-ducto que podemos encontrar que seanuncia como ER309LMo se ajusta almismo patrón de bajo cromo y alto ní-quel. ¿Qué pasa aquí y qué podemoshacer para encontrar ER309LMo de verdad?

R: A menos que compren EC309LMo connúcleo de metal, yo dudo que puedan en-contrar en el mercado alambre para arcosumergido (o alambre para soldadura porarco metálico protegido con gas, para el caso) que cumpla con los requerimien-tos de composición de AWS A5.9ER309LMo. Esta situación se deriva dela economía del mercado. Esto requierealgo de explicación. Primero, ustedes de-berían darse cuenta de que los electrodosrecubiertos de la clase E309LMo-16 noestán hechos de alambre para núcleo309LMo. Lo más probable es que esténhechos de alambre de núcleo 309L, o in-cluso de una aleación aún más esbelta queel 309L, y mucho de la aleación se en-cuentra en el revestimiento.

Hay dos razones principales para que-rer usar el ER309LMo como se especi-fica en la AWS A5.9. La primera es paraobtener un contenido calculado de fe-rrita bastante alto en el metal de solda-dura sin diluir (típicamente de 20 a 30

FN usando el Diagrama WRC-1992) parapermitir mucha dilución en una junta demetal disimilar o revestido en acero alcarbón o acero bajo en aleación. El altocontenido calculado de ferrita permitela solidificación del metal de soldaduradiluido en el modo primario de solidifi-cación de ferrita, lo cual proporciona altaresistencia al agrietamiento por solidifi-cación. La segunda razón es para pro-porcionar algo de molibdeno en la pri-mera capa diluida de revestido de formatal que una segunda capa, depositada conER316L, pueda lograr el 2% mínimo deMo de un metal de soldadura 316L.

El problema económico con elER309LMo es que la composición de altaferrita es difícil de formar en alambre, oincluso de rodar en forma de varilla antesde darle la forma de alambre. El mate-rial se comporta más como un acero ino-xidable dúplex que como un acero inoxi-dable austenítico, lo cual lo vuelve bas-tante caro de producir. Requiere reco-cido más cuidadoso y más frecuente quelas composiciones ordinarias de aceroinoxidable austenítico. El recocido másfrecuente se debe a la alta resistencia yendurecimiento rápido de trabajo delmaterial más alto en ferrita, y el cuidadoen el recocido se debe a la necesidad detemperaturas de control para evitar laformación de fase sigma en la varilla oalambre a medida que se reduce en diá-metro. Europa, Japón y otros reacciona-ron a esta situación produciendo alam-bre del tipo que comprabas y rechazabas.Debido a que el cromo promueve la fe-rrita mientras que el níquel promueve laaustenita, el cromo más bajo y el níquelmás alto resultan en un más bajo conte-nido calculado de ferrita para el alam-bre, en el orden de 15 FN como se cal-cula desde el Diagrama WRC-1992. Estacomposición modificada es menos resis-tente a la dilución excesiva y a las ten-dencias resultantes de agrietamiento porsolidificación que la composición AWSA5.9 ER309LMo, así es que requiere máslimitación en la dilución, la primera

razón para especificar el ER309LMo.Pero, sirve bien a la segunda razón, yaque proporciona molibdeno en una pri-mera capa de revestimiento para ayudara lograr el 2% mínimo de Mo en una segunda capa depositada usando elER316L.

Hasta ahora, la especificación AWSA5.9 no ha acogido a esta composiciónmodificada. Puede encontrarse en la es-pecificación ISO 14343 actual y en la es-pecificación EN12072 anterior. El Co-mité A5 de la AWS para Metales deAporte y Materiales Afines, a través desu Subcomité A5D, parece estar en ca-mino a la adopción ISO 14343 comoAWS A5.9 en el futuro no muy lejano.Este paso pondrá la composición modi-ficada en la especificación AWS A5.9 yfinalmente en el Código ASME si todoprocede de acuerdo al plan.

La Tabla 1 proporciona una compara-ción de la composición de los requeri-mientos de composición del ER309LMode la AWS A5.9 con aquellos del ISO14343 S 23 12 2 L. Esta última es, casi conseguridad, lo que ustedes en realidadcompraron y rechazaron.

Pueden ver que hay mucho traslapeen los dos juegos de rangos de composi-ción. De hecho, el rango de composicióndel ER309LMo está completamente den-tro del rango de composición del S 22 122 L. Ustedes podrían pensar que las dosaleaciones son básicamente lo mismo.Sin embargo, necesitan apreciar que lafusión del acero inoxidable no usa ya ob-jetivos de medio rango para los elemen-tos individuales de aleación como lo hizoalguna vez. Si las varillas S 22 12 2 L sefundieran a medio rango, serían ademásmuy altas en ferrita. Pero los proveedo-res de hoy día invariablemente buscan elextremo bajo del rango de cromo y el ex-tremo alto del rango de níquel en estasaleaciones, para reducir la necesidadtanto del número de recocidos como decuidado en el recocido ya que el mate-rial vaciado es procesado en varillas yeventualmente en alambre. Así que estas

ENERO 201310

POR DAMIAN J. KOTECKI

PREGUNTAS Y RESPUESTAS ACERO INOXIDABLE

Tabla 1 — Comparación del AWS A5.9 Clase ER309LMo y el ISO 14343-A Clase S 22 12 2 L

Clase Composición (peso-%) (valor individual es un máximo)

C Mn P S Si Cr Ni Mo CuER309LMo 0.03 1.0–2.5 0.03 0.03 0.30–0.65 23.0–25.0 12.0–14.0 2.0–3.0 0.75S 22 12 2 L 0.03 1.0–2.5 0.03 0.02 1.0 21.0–25.0 11.0–15.5 2.0–3.5 0.75

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dos aleaciones realmente no son lomismo en la práctica.

Si ustedes pueden limitar la dilución,y si pueden convencer a su cliente deaceptar usar la composición modificada,entonces deberían poder usar la compo-sición modificada de la clasificación S 2212 2 L en el ISO 14343 en lugar del ac-tual AWS A5.9 clase ER309LMo.

Si no pueden hacer estas cosas, en-tonces su única alternativa, creo, es com-prar alambre con núcleo de metal AWSA.9 Clase EC309LMo. El alambre connúcleo de metal, en este rango de com-posición para soldadura por arco sumer-gido, es probable que sea producido apartir de tiras de acero dulce bajo en car-bón, con todos los elementos de aleaciónpresentes en el núcleo. En diámetros máspequeños, como para GMAW, es proba-ble que se produzca a partir de tira 304Lo 316L, con los elementos de aleaciónrestantes en el núcleo de metal. Si elalambre con núcleo de metal se producea partir de tira de acero dulce, el alam-bre será bastante blando y tendrá carac-terísticas de alimentación muy diferen-tes a aquellas del alambre de acero ino-xidable sólido. Es probable que necesi-ten rodillos de tracción con ranura en Upara evitar moler o aplastar el alambre,y una baja presión de rodillo de tracción.La fragilidad del alambre con núcleo demetal alto en aleación hecho de tira deacero dulce requiere de cierta delicadezaal manejar y alimentar el alambre. Porotro lado, si encuentran alambreEC309LMo hecho de tira 304L o 316L,será considerablemente menos frágil yrequerirá menos cuidado durante la ali-mentación. Además, sepan que es pro-bable que la deformación de los alam-bres altos en aleación con núcleo demetal conduzca a fuga del aporte, lo cualpuede desgastar las puntas de contactoy, en caso extremo, resultar en bajo contenido de aleación en el metal de soldadura.◆

DAMIAN J. KOTECKI es presidente de

Damian Kotecki Consultores en Soldadura,

Inc. Es tesorero del IIW y miembro del Sub-

comité A5D sobre Metales de Aporte de

Acero Inoxidable, del Subcomité D1K sobre

Soldadura Estructural de Acero Inoxidable;

y del Subcomité WRC sobre la Soldadura de

Aceros Inoxidables y Aleaciones de Níquel.

Él es ex presidente del Comité A5 para Me-

tales de Aporte y Materiales Afines, y fungió

como presidente de la AWS (2005-2006).

Envía tus preguntas a damian@ damianko-tecki.com, o a Damian Kotecki, c/o Welding

Journal Dept., 8669 Doral Blvd., Ste. 130,

Doral, FL 33166.


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ducto al automáticamente obtener infor-mación geométrica y de características apartir de un modelo CAD, además deusar sus modelos de costo para determi-nar parámetros preestablecidos razona-bles una vez que el usuario ha seleccio-nado el proceso de manufactura, mate-riales y fábrica o región donde se realizala producción. Ya que un producto evo-luciona a través del ciclo de vida, losusuarios tienen la habilidad de refinar elcosto proporcionando entradas detalla-das y actualizando manualmente los pa-rámetros preestablecidos para crear uncosto sugerido para negociación o un es-timado de manufactura. A medida quese hacen cambios de diseño, o que se in-troducen nuevas especificaciones de losproductos, el software automáticamentereevalúa y proporciona un costo actuali-zado del producto. Así mismo, las habi-lidades se extienden a componentes plás-ticos de costos, incluyendo partes de pie-zas y costos de herramental. Los nuevos

modelos de costos de referencia consis-ten en lo siguiente: termoformado, mol-deado de inyección por reacción y es-puma estructural, integración de costosde sistema cruzado, una infraestructurade internacionalización y análisis auto-matizado a granel para un rendimientoincrementado.

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der el óxido de hierro del acero, es másseguro para los trabajadores y el am-biente debido a que no usa ácidos tóxi-cos y corrosivos. Como parte de las So-luciones Ambientalistas Bio-Círculo dela empresa, el producto está libre de com-puestos orgánicos volátiles, solventes yfosfatos. Para usarlo, los trabajadores su-mergen las partes en el líquido a tempe-ratura ambiente. Tiene una alta carga detrabajo y puede retirar 1.0 Kg de óxidode hierro por cada 20 L de su líquido.Una vez que el óxido se ha retirado, eltrabajador enjuaga las partes con agua,e inmediatamente después aplica un producto de protección contra la corro-sión o un inhibidor de la corrosión a largoplazo.

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Rexroth Bosch Group presenta aplicación GoToProducts para iPhone®

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ción de los productos. Los menús gráfi-cos y el control de pantalla sensible altacto fácil de usar hacen muy sencillo elacceso a detalles específicos de produc-tos para la manufactura, la automatiza-ción y la ingeniería de maquinaria. Losusuarios pueden buscar por categoría deproducto, seleccionando desde un direc-torio maestro de productos, o mediantelas herramientas de búsqueda incluidasde la aplicación. Los servicios de locali-zación GPS y las características de auto

marcación hacen muy fácil el ordenar ohacer pedidos al distribuidor más cer-cano. La aplicación puede bajarse gra-tuitamente mediante iTunes. Para mayorinformación, visita el sitio Web que se indica.

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— Continúa en la página 50



Se toma un enfoque general para evaluar los costos realesmientras se mejora la productividad

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¿Cuál es el costo real de poseer y ope-rar una máquina automatizada de corteplasma? Esa pregunta requiere una res-puesta en tres partes, ya que como conlas impresoras, hay costos de adquisición,costos de consumibles, costos de manode obra y otros costos operativos. Unaimpresora de chorro de tinta cuesta $60dólares estadounidenses, pero su cartu-cho de $13 USD solamente imprime 250páginas. Una impresora laser cuesta $250USD, pero su cartucho de $20 imprimehasta 2100 páginas. Disminuye el costode cinco a dos centavos por página, perola mano de obra y el tiempo de ciclousualmente no son problemas dominan-tes. Para imprimir, compaginar y engra-par 200 copias de una presentación de 30páginas – y hacerlo de manera confiabledía tras día para no perder clientes – una

impresora comercial de $15,000 dólaresagrega el mayor valor a un negocio.

Para medir el costo real de un sistemaautomatizado de plasma, los buenos in-dicadores incluyen el costo total de ope-raciones durante un periodo de variosaños, de forma tal que se vaya a la par deuna agenda de depreciación de capitalde 5 años, y el costo por pie cortado. Unbuen socio en la automatización traba-jará contigo para evaluar todos estos fac-tores y proporcionar cálculos de costos.

El gasto capital para un sistema auto-matizado de plasma consiste en un con-trolador, una fuente de eneregía deplasma, un control de altura de antorcha(elevador), el sistema de movimiento dela antorcha (pórtico, motor de caja detransmisión y sus consumibles (capuchade protección, punta, y electrodo), y una

caja de control para flujo y presión de gasde protección y plasma.

Algunos factores de costos son obvios(los sistemas de mayor amperaje son máscostosos) y este artículo no se refiere aellos. En su lugar, toma una postura másholística en cuanto a costos y señala loscostos reales que se requieren para en-tregar la parte final al consumidor o elsiguiente paso de ensamble.

Inteligencia e integración

Un controlador básico usualmente estaconformado por un computador personalcargado con el software de CAD/CAM ycontroles de corte (el driver de la antor-cha). Tal sistema cuesta de $2500 a $7000dólares estadounidenses. Pondrá a fun-cionar una mesa de corte por plasma y pu-

Un estudio holístico decostos de un sistemaautomatizado de plasma

J. P. KINOS es vicepresidente, gestión demarca, automatización de plasma, y D. OTT es vicepresidente, marca globalde automatización de plasma, VictorTechnologies, St. Louis, Missouri.

POR J. P. KINOS Y D. OTT

El proceso de agua de nitrógeno produce cortes de precisión enmetales no ferrosos y puede disminuir los costos en un 20%.

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diera ser todo lo que un pequeño fabri-cante llegase a necesitar. Sin embargo,existen algunas consideraciones.

Primero, los computadores persona-les estándar no están diseñados para am-bientes industriales. La mugre y el polvometálico del esmerilado o pulido, la altafrecuencia usada por algunos sistemas desoldadura y corte por plasma para iniciaro mantener el arco interfieren de maneranotoria con los controles electrónicos.Los errores y el tiempo muerto son másprobables con un computador personalestándar, lo cual pudiera ser completa-mente aceptable en algunas situaciones.

Si el tiempo muerto es costoso, ten encuenta que los fabricantes de CNC hacensus controles más resistentes específica-mente para los rigores del uso industrial.Además, en caso de que surja un pro-blema, proporcionan mejor soporte. Ide-almente un controlador CNC deberíatener capacidades de diagnóstico porcontrol remoto por internet. Esto per-mite al representante de servicio alcliente tomar control del CNC, resolverproblemas y/u optimizar el proceso y pro-grama de corte. El tiempo muerto quizáse limite solamente a minutos en lugarde a horas o días.

Segundo, el proceso de plasma auto-matizado requiere de coordinación demilisegundos y tolerancias precisas paracerca de una docena de variables. Dehecho, es muy parecido a una sinfonía;cada instrumento tiene que tocar perfec-tamente en conjunto o el resultado no seoirá muy bien. En comparación con unaopción de un tercero, un controlador ysistema integrado desde abajo para un

desempeño sincronizado siempre produ-cirá más alta calidad de corte y menorcosto del mismo.

Anticipa pagar de $10,000 a $25,000dólares por un CNC de uno de los prin-cipales proveedores, mas entre $8,000 y$12,000 por el software. Sin embargo,toma en cuenta que los CNCs no sola-mente controlan el proceso de corte. Pu-dieran proporcionar una variedad de he-rramientas que pueden incrementar laproductividad y reducir el costo, y hacertodo ello sin ninguna experticia en pro-gramación o en corte con plasma. Dehecho, los CNCs de hoy día empoderana los operadores para producir el “cortemás rápido” o “la mejor calidad de corte”usando una pantalla táctil. Solamente ne-cesitan ingresar el tipo de material, gro-sor, y opciones de gas. El sistema puedetotal y automáticamente optimizar las va-riables de corte y otros parámetros parala tarea a realizar, y hacerlo de maneraindependiente del software de oficina.

La mayoría de los fabricantes deCNCs ofrecen varios niveles de paque-tes de software con una variedad de he-rramientas, muchas de las cuales operancon una facilidad de apunte y haga clicde forma tal que cualquier persona las puede utilizar. Estas herramientas incluyen:

• Calculadoras de costo para la coti-zación de tareas, lo cual puede incre-mentar la competitividad en propuestasy/o márgenes de ganancias.

• Habilidad para importar archivosDXF directo al CNC, evitando la inge-niería (software de anidamiento de ofi-cina) en general.

• Herramientas puente que asignansegmentos de corte entre las partes parareducir el número de perforaciones ytiempo de ciclo. Solamente con esta he-rramienta son posibles ahorros de hasta40%.

• Herramientas automáticas de ani-damiento que reducen los costos de ma-nufactura disminuyendo el desperdiciode placa y el tiempo de ciclo. Algunas he-rramientas de placa pueden incluso crearpartes dentro del “desperdicio” de otraspartes.

• Herramientas CAD y bibliotecas deformas de partes estándar que permitenal operador diseñar y/o modificar el ar-chivo de patrones de corte y partes. Estoelimina la necesidad de regresar a inge-niería a modificar el archivo de la parte,potencialmente ahorrando horas detiempo muerto.

• Tecnología de optimización de per-foraciones, la cual programa los paráme-tros de corte para crear hoyos “listos parael perno” o para producir calidad de pre-cisión de corte sobre radios. Los usua-rios sencillamente mueven el “mouse”sobre el hoyo/radio, lo seleccionan, y danclic en la herramienta de optimización.Nota que aunque hay varias tecnologíasdisponibles para el acero dulce, el soft-ware Diameter PRO™ de Victor/Ther-mal Dynamics, en combinación con sutecnología Water Mist Secondary™(WMS), puede cortar hoyos listos parael perno en aluminio.

Las empresas en una situación de ac-tualización pudieran querer un CNC queles permita continuar usando su softwarede oficina y los programas de anida-

Tabla 1 — Comparación de sistemas de aire-plasma y sistemas de plasma automatizados convencionales

Costo estimado de actualización Sistema aire-plasma de 120 A Sistema de corte de plasma convencional de 200 A

Costo capital $5257 $10,800Productividad por mesGrosor del material (acero dulce) 1⁄2 in. 1⁄2 in.Tasa de alimentación material de 70 75

½ pulgada (pulgada/minuto)Pies de corte por turno de 8 horas 933 1000Turnos por mes 20 20Pies corte por mes 18,660 20,000Utilidad por mesIngreso por pie (a) $0.50 $0.50

Costo total por pie de corte (b) $0.0397 $0.0243Utilidad por pie $0.4602 $0.4757Utilidad por mes $8,589.20 $9,514.00Ahorros por mes $924.80Tiempo de retorno 5.994 months

a Cantidad deseable que el fabricante quisiera cobrar por sus servicios.b Diferencia de costos principalmente derivados de la vida de los consumibles.


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miento existentes. Esto elimina la nece-sidad de reentrenar empleados y de com-prar software en paquete que pudiera deotra forma quedarse sin usar. Así quepara que los operadores no se queden sinactividad, además considera un CNC queles permita monitorear una tarea en pro-greso al tiempo que preparan otro pro-grama de corte en una segunda ventana.

Tecnología de fuente deenergía

Las fuentes de energía automatizadasde plasma pueden agruparse en tres ca-tegorías. Variando en sofisticación, desdela más baja a la más alta, son sistemas deaire-plasma, de corte convencional, y decorte de precisión automatizados.

La opción más económica, un sistemaaire-plasma con una antorcha enfriadacon aire, cuesta de $3000 a $5000 dóla-res y usa principalmente la misma tecno-logía que un sistema de corte plasma ma-nual, pero tiene una interface integrada

de CNC. Esta tecnología tiene muchosentido para fabricantes con tasas bajasde utilización de mesa, ya que les da laflexibilidad de desconectar la antorchade máquina y usar una antorcha manualpara aplicaciones portátiles. Los siste-mas de antorcha enfriada con aire estándisponibles de 40 a 120 A, lo cual pro-porciona hasta una capacidad de corte yperforación de 0.625 pulgadas. Los sis-temas de aire-plasma con una antorchacon refrigeración líquida también estándisponibles; cortan acero de hasta 1¼pulgadas, pero a cerca de 50 libras no sonportátiles.

La industria llama al aire-plasma unatecnología básica ya que es con frecuen-cia la primera incursión de un fabri-cante en la automatización, típicamentecuando la empresa gana un contrato querequiere precisión y reproductibilidad encorridas de partes más grandes. Las ga-nancias en productividad y los ahorrosen mano de obra con frecuencia produ-cen un retorno de inversión en meses, si

no es que en el primer contrato. Aunque los sistemas de aire-plasma

tienen la barrera más baja de entrada,además tienen los costos de operaciónmás altos. El aire-plasma produce másescoria que cualquier otro proceso, y lasuperficie de corte contienen nitrurosque contaminarían una soldadura. Entreel retiro de escoria y el pulido de la su-perficie de corte para cumplir con los re-quisitos de código de soldadura, los cos-tos de mano de obra serán más altos.Además, aunque los costos de consumi-bles son bajos (quizá $18 dólares porjuego), los consumibles tienen una vidamucho más corta.

Costos de consumibles

Cuando la utilización de la mesa decorte alcanza cierto umbral, es lógicosubir un paso a un sistema dedicado au-tomatizado de plasma que tenga una an-torcha con refrigeración líquida y otratecnología avanzada. Los consumibles

Fig. 1 — Esta punta usa múltiples insertosde hafnio para incrementar los inicios dearco de un promedio de 900 a 1 300 porjuego de consumibles

Tabla 2 — Nueva tecnología de consumibles reduce costo

Costo por pie de corte Insertos individuales de hafnio Insertos múltiples de hafnio

Energía $0.0087 $0.0120Gas (O2/aire en acero dulce) $0.0016 $0.00112Consumibles de antorcha $0.0237 $0.0153Costo total por pie de corte $0.0340 $0.0285Costo anual (240 pies de corte) $8160 $6840Ahorros anual $1320

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costarán $45 dólares o más, pero aún unsistema básico puede proporcionar 1200perforaciones por juego, aproximada-mente cuatro veces más que el aire-plasma.

La Tabla 1 demuestra cómo reducir elcosto por pie de corte produce un retornode seis meses.

Los propietarios de un sistema deplasma se quejan de los costos de consu-mibles pero no se dan cuenta de que mu-chas de las capacidades de un sistema deplasma son resultado de las miles dehoras de ingeniería invertidos en diseñode antorchas y consumibles. Así también,los fabricantes continúan dando pasosagigantados para aumentar la vida de losconsumibles.

Por ejemplo, Victor/Thermal Dyna-mics ha desarrollado un nuevo tipo deconsumible para cortar a 300+ A el cualutiliza múltiples insertos de hafnio enlugar de un solo inserto – Fig. 1. Las prue-

bas muestran que esto puede incremen-tar los inicios de arco de un promedio de900 a 1300 por juego de consumibles,produciendo ahorros anuales de $1320dólares (Tabla 2).

La tecnología de copa de proteccióntambién ha mejorado recientemente conla introducción de copas de dos piezasque enfrían la copa hasta el orificio. Elmejor enfriamiento aumenta la vida dela copa al perforar a amperajes más altos,algo más común a medida que los siste-mas de plasma se vuelven más prominen-tes para cortar metal en el rango de ¾ a2 pulgadas.

Costos de corte convencional y deprecisión

Para corte de alto volumen, las em-presas elegirán entre un sistema de corte

convencional o uno de corte de precisión,así que a este punto es importante defi-nir la calidad de corte. La especificaciónISO 9013-2002 (Tabla 3) proporciona unestándar basado en el ángulo de la super-ficie de corte en relación al grosor delmaterial.

En el corte plasma automatizado, uncorte de precisión tiene calidad Clase 3o superior y la superficie tiene las si-guientes características: cara recta (bisel< 3 grados); terso, con líneas de arras-tre casi verticales; poco o nada de nitru-ros u óxidos; poco o nada de escoria(cualquier escoria presente debería serfácil de remover); zona afectada térmi-camente y capa refundida mínimas; y de-muestra buenas propiedades mecánicasen los componentes soldados.

En lo más posible, un corte de preci-sión elimina la necesidad de pulido pos-terior al corte u otra actividad para pre-parar las partes para la soldadura, el si-

Tabla 3 — Corte de alta precisión

Especificación ISO 3013:2002 (E)

Grosor del material (pulg.) Clase 1 Clase 2 Clase 3 Clase 4 Class 5

Ángulo

0.125 2.0 5.7 14.0 25.8 35.30.25 0.8 2.2 5.1 10.2 15.40.375 0.5 1.5 3.4 6.7 10.30.5 0.4 1.2 2.6 5.2 8.10.75 0.3 0.9 1.9 3.8 5.91.0 0.3 0.8 1.5 3.1 4.9

Tabla 4 — Una breve comparación de gases de protección y plasma

Metal y calidad de corte Plasma Escudo Ventajas

Acero dulce — corte de precisión (50–400 A) O2 Aire Superficie de corte lista para soldarAcero dulce — corte de precisión a 30 A O2 O2 Superficie de corte lista para soldarNo ferroso – corte de precisión N2 H2O Mejor cualidad de corte ≤ 11⁄4 in., superficie lista, (tecnología Water Mist Secondary) costo más bajo por pieNo ferroso – corte de precisión H35 N2 Corte más rápido en > 11⁄4 pulg.,

superficie de corte lista para soldar.Costo total es aproximadamente 20–30% más alto en materiales ≤ 11⁄4 pulg.

Acero dulce — corte convencional Aire Aire Económico, buena calidad de corte.Acero dulce — corte convencional O2 Air Mejor calidad de corte — pueden estar

lista para soldar si el bisel no es problema. No ferroso — corte convencional Aire Aire Económico, pero se requiere limpieza

posterior a la soldadura.No ferroso — corte convencional N2 N2 Mejor vida de las partes que aire, mejor (material delgado ≤ 3⁄8 pulg.) superficie de corte. No ferroso — corte convencional N2 H2O Corte libre de nitruros, pero tendrá más bisel y(tecnología Water Mist Secondary) un mayor ancho de corte mayor que precisión.


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guiente paso de ensamble o envío. Junto a la precisión viene la veloci-

dad. Por ejemplo, en el acero dulce de ½pulgada que utiliza protección plasma/aire de O2, un sistema convencional cortaa 57 pulgadas/minuto, donde un sistemade precisión corta a 100 pulgadas/mi-nuto. Un sistema de precisión ademásaumenta la vida de consumibles por casi100%. Donde el sistema convencional enla Tabla a produjo 1200 inicios de arcopor juego de consumible en acero dulcede ½ pulgada, un sistema de corte de pre-cisión puede producir 2000 inicios o máspor juego.

Dados los costos de mano de obra enNorteamérica y Europa, muchas empre-sas pueden justificar fácilmente la inver-sión en una fuente de energía de cortede precisión, la cual cuesta de $25,000 a$45,000, o aproximadamente el doble delcosto de un sistema convencional decorte. De cualquier forma, asegúrate deincluir la mano de obra al calcular elcosto por pie de corte.

Costos de gas y calidad de corte

Tanto los sistemas de corte conven-cional como los sistemas de plasma au-tomatizados de corte de precisión ofre-cen la flexibilidad de usar diferenteplasma y gases de protección para mejo-rar la calidad de corte, eliminar escoriae incrementar aún más la vida de los con-sumibles. La Tabla 4 muestra algunas delas opciones disponibles.

Para cortar partes de acero dulce quevan a ser soldadas o donde es importanteel buen ajuste, la mayoría de los fabri-cantes hoy eligen usar sistemas de cortede precisión y oxígeno como el gasplasma. Para ayudar a las compañías aevaluar los costos de corte y calidad, pideal fabricante del sistema proporcionarmuestras de corte para la comparación.

Para cortar aluminio o acero inoxida-ble, la tecnología Water Mist Secondaryusa nitrógeno como el gas plasma y aguadel grifo ordinaria como el gas de pro-tección, por lo cual con frecuencia se re-fiere a ello como el proceso nitrógeno-agua. Durante el corte, la energía del gasplasma divide el agua en la antorcha ensus principales componentes (hidrógenoy oxígeno). El hidrógeno crea una atmós-fera reducida en la zona de corte, aislán-dola de elementos contaminantes, y pro-duciendo una superficie de corte limpialibre de nitruros y de escoria.

Aunque el H35 además hace cortes li-bres de nitruro en metales no ferrosos,

cuesta mucho más que el agua y la velo-cidad de corte es aproximadamente 20%más lento (105 vs. 130 pulgadas/minutopara la tecnología WMS en material de½ pulgada). El hidrógeno además intro-duce más calor a la parte; se forma esco-ria y las partes a menudo requieren lim-pieza antes de soldar o ensamblar. En ge-neral el H35 cuesta 30% más que nitró-geno-agua.

Otros costos: Controles demovimiento, elevadores ygasas de gas

Como se señaló, un sistema automa-tizado de plasma requiere sincronizaciónperfecta. En situaciones de renovacio-nes, usualmente será necesario actuali-zar el engranaje, motores, y controlado-res que manejan los movimientos X, Y yZ de la antorcha para obtener cortes deprecisión. Hay muchos cálculos y consi-deraciones que se requieren para com-binar correctamente los componentes,así es que confía en la experiencia de unexperto en actualizaciones.

Nota que un elevador de antorchasensible combinado con un CNC es esen-cial para preservar la vida del consumi-ble y asegurar la calidad de corte. Con-trolar la elevación de la antorcha en va-rias fases del perforado de placa de acerodulce de 1 pulgada de grueso propor-ciona un buen ejemplo.

La altura ideal de la antorcha es apro-ximadamente ½ pulgada. El CNC daráinstrucciones al piloto de la fuente depoder para que encienda y dirigirá la co-rriente para ionizar el gas de plasma.Después, la antorcha pasa por un “re-pliegue de perforación” o ajuste de al-tura de elevación de otra ½ pulgada. Elsistema sostiene esa altura hasta que elchorro de plasma perfora el metal (unretraso de perforación). La antorcha pos-teriormente baja a la altura de corte.

Si en algún punto del proceso la al-tura de la antorcha está desfasada por unmilímetro o fuera de sincronización pormilisegundos, cualquier cantidad de con-secuencias indeseadas puede ocurrir.Esto incluye metal fundido que salpicaen la protección de la antorcha (desgastede la copa); un arco piloto que continua-mente trata de encender (desgasta depunta); un arco demasiado prolongado(desgaste de punta); un retraso inco-rrecto de perforación que ranurará elmetal (llevando a retrabajo o desperdi-cio); y una pobre altura de corte (lo cualcontrola de manera importante la cali-dad de corte).

El buen control de gas además contri-buye a la calidad del corte y a la vida delos consumibles – probablemente más delo que la gente piensa. Por ejemplo, losparámetros incorrectos de gas de protec-ción y plasma cambian completamentelas características del arco. Si la presióndel plasma es demasiado alta o dema-siado baja, el arco pudiera ser más difí-cil de iniciar. Además consume más rá-pido al electrodo, tal y como lo hará elaire sucio, graso o húmedo, lo cual enfa-tiza la necesidad de un filtro y secadora.

Aunque están disponibles las cajas decontrol manual de gas, la industria estáfavoreciendo de manera importante loscontroladores automáticos de gas en con-junto con un CNC como parte de una ten-dencia aún mayor hacia sistemas integra-dos. Debido a que el CNC puede instan-táneamente fijar y controlar la presióndel gas, proporciona un mejor nivel decontrol de calidad y elimina el tiempo decambio que se asocia con los controlesmanuales.

Conclusión

Dada la economía actual, con sus ga-nancias esporádicas en la demanda delacero y una incertidumbre reflejada enun Índice de Gerentes de Compras quemuy frecuentemente baja por debajo de50, los manufactureros y fabricantes sonnaturalmente cuidadosos al considerargastos de capital. Los autores esperanque este artículo ayude a aquellos quetoman decisiones a entender los costosverdaderos del sistema de plasma auto-matizado, debido a que el desarrollo deun panorama holístico de fuentes de cos-tos tiene profundas implicaciones parala habilidad de una empresa para con-vertir su tabla de corte en un centro decostos altamente redituable.♦

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Por siglos la humanidad ha es-tado tomando el metal bruto ylo ha convertido en algo útil. Eloro, la plata y el cobre eran usa-dos para crear monedas y se le

daba forma al hierro para hacer herra-mientas y armas rudimentarias. En eseentonces, no había muchas opcionescuando se trabajaba con metal. Habíauna opción: Suavizar el metal con fuegoy luego darle la forma deseada. Afortu-nadamente, hoy tenemos muchas másopciones. Algunos quizá dirán que exis-ten demasiadas opciones, lo cual puededificultar decidir qué método usar parael corte de metal.

Los expertos dicen que el método decorte que elijas depende del tipo, grosory cantidad de metal que necesites cortarasí como también de la calidad de corteque requieras. Este artículo examina las ventajas y desventajas de tres proce-sos comunes de corte (oxicombus-tible, plasma y láser) y posteriormenteexplica cómo elegir el mejor para tus necesidades.

Corte con oxicombustible

El primero es el corte con oxicombus-tible (Fig. 1). Desde alrededor del prin-cipio de los años 1900, el corte con oxi-combustible usa gases combustibles y oxí-geno para cortar metal. Este funciona alcrear una reacción química entre el oxí-geno y el acero tan caliente que el metalse suaviza y luego se funde. Una de lasmagníficas cosas del corte con oxicom-bustible es que el equipo en sí no cuestamucho. Además, no necesitas aire com-primido o acceso a la corriente eléctrica.Una desventaja es que el proceso esbueno solamente para cortar acero al car-bón. El corte con oxicombustible no esefectivo en otros tipos de metal como elacero inoxidable o aluminio. Otro asuntoa considerar sobre el oxicombustible esque la curva de aprendizaje del operadores relativamente alta. Se necesita muchapráctica, destreza y experiencia para pro-ducir buenos cortes. Así también, las an-torchas para oxicombustible necesitan

precalentarse. Como un horno, la antor-cha necesita tiempo para subir a la tem-peratura correcta.

Corte por plasma

El corte por plasma (Fig. 2), inven-tado en los años de la década de 1950, esun proceso de alta velocidad que usa unarco eléctrico controlado a precisiónpara cortar los metales más comunes. Unpequeño orificio en la boquilla y el flujode gas a alta velocidad generan un arcode densidad de alta energía de muy ele-vada temperatura. El ranurado y cortepor plasma requieren de un gas de pro-ceso (como el aire o nitrógeno) un sumi-nistro de energía y consumibles, inclu-yendo un electrodo y boquilla. Esto hacedel plasma una buena opción para genteque necesita cortar un rango de diferen-tes metales. De hecho, ese es uno de lospuntos clave para la venta del plasma:versatilidad. Puede cortar casi todo tipode metal (acero dulce, acero inoxidable,

Considera la calidad de corte y los costos de operación alelegir tecnologías de corte poroxicombustible, plasma y láser

POR MICHELLE AVILA

MICHELLE AVILA ([email protected])es gerente de relaciones públicas, Hypertherm, Inc., Hanover, N.H.

Fig. 1 — Los sistemas de oxicombustible sobresalen en el corte de acero al carbón.

¿Qué proceso de cortede metal es el mejorpara tu aplicación?

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aluminio, cobre, latón y otros) inclusometales que estén oxidados, pintados osucios. El plasma además puede cortarmetal expandido y es bueno para cortartanto metales gruesos como delgados. Ladesventaja del plasma es que el equipocuesta más que comprar un sistema deoxicombustible, y aunque la calidad decorte es muy buena y se mejora con eltiempo, no es tan bueno como el láserpara cortar materiales más delgados.

Corte por haz láser

El tercer método, corte por láser (Fig.3), usa un haz de alta energía de luz paracalentar, fundir parcialmente, y vapori-zar el metal. Los láseres se conocen porproducir excelente calidad de corte enmetal delgado. Hay dos tipos principalesde láseres: gas (CO2) y en estado sólido(Granate de itrio-aluminio, o YAG;disco, y fibra). Los láseres de gas puedencortar la mayoría de los metales exceptomateriales altamente reflejantes. Paraellos, necesitas usar un láser de estado

sólido ya que su método de entrega cortamás materiales. El láser típicamente seusa cuando se requiere el corte de carac-terísticas finas o para placa muy delgada(calibre hasta ¼ pulg.) donde se deseaalta productividad. Los láseres puedencortar metal de más de una pulgada degrosor, aunque se requiere de un láser demayor energía. La desventaja de un láseres el precio de compra inicial. Aunque elcosto total de poseer un sistema láser escomparable, por decir, a un sistema deplasma de alta calidad, los sistemas láserson caros. Un sistema tradicional de CO2puede costar cientos de miles de dólares.Los láseres de fibra son más accesiblesque los de CO2, pero más costosos quelos de plasma.

Calidad de corte

Aunque las explicaciones anterioresayudan a reducir tus opciones (por ejem-plo, si necesitas cortar metal delgado ocualquier tipo de inoxidable, puedes eli-minar al oxicombustible de tu lista), no te

ayudan a determinar qué método tienemás sentido desde una postura de nego-cios. Para ello, necesitas una comprensiónmás profunda de la calidad de corte y pro-ductividad de la que cada método escapaz. Entender qué método te costarámenos dinero no solo al comprarlo sinoal operarlo, así como comprender quémétodo te permitirá producir la mayorcantidad de partes por hora, es vital parapermanecer competitivo.

Comencemos por definir calidad decorte. Generalmente, la calidad de uncorte (o falta de ella) se basa en las si-guientes propiedades:

• Angularidad, o ángulo. Un corte per-fectamente recto, con poco o sin ángulo,se considera el mejor. • Ancho de corte. Un ancho más redu-cido es mejor.• Zona afectada térmicamente (ZAT).Una ZAT más pequeña protege mejor laintegridad del metal. • Escoria, la cantidad de escoria produ-cida.

Fig. 2 — Se muestra un sistema de plasmacortando un bloque grueso de aluminio.



Fig. 3 — Un láser de fibra hace cortes deprecisión en placa delgada.

ENERO 201322

• Tolerancias. Las tolerancias más res-tringidas requieren de un corte más pre-ciso. En general, los láseres pueden pro-ducir tolerancias entre ±0.006 a 0.015 depulgada. Las tolerancias de plasma estánen un rango desde ± 0.015 a 0.030, y lastolerancias de oxicombustibles van desde± 0.020 a 0.030 pulg.

Si tú consideras la angularidad, anchode corte, ZAT, escoria y tolerancia de cor-tes hechos por cada uno de los tres méto-dos, el láser tiende a resultar ser el supe-rior. Los cortes hechos con láser tienenpoca o ninguna angularidad, un ancho re-ducido y una ZAT pequeña. Además, elláser deja poca escoria en el corte, y en-trega tolerancias restringidas. La calidaddel corte láser es seguida por el plasma,y finalmente por el oxicombustible.

ProductividadLa calidad de corte es un factor im-

portante a considerar, pero también loes la productividad. Después de todo, labuena calidad de corte no significamucho si no eres capaz de producir sufi-cientes partes para cubrir la demanda.Cuando la gente piensa en productivi-dad, la mayoría de las veces piensan envelocidad de corte; sin embargo, hayotros factores a considerar. Esos facto-res incluyen la cantidad de tiempo quese necesita para preparar el sistema paracortar, perforar el metal y desempeñaroperaciones secundarias. Comencemosprimero por examinar la velocidad decorte. La velocidad lograda por cada unode los tres métodos depende del grosordel metal a cortar. Pero generalmente eloxicombustible produce las velocidadesde corte más lentas, plasma es el más rá-pido y el láser cae más o menos en medio.

Conocer la velocidad de corte quecada método produce es la mitad de lainformación que se necesita para calcu-lar las partes/hora. La otra mitad es lalongitud lineal de la parte a cortar. Porejemplo, la longitud lineal de un cua-

drado de 12 x 12 pulgadas es 48 pulgadas(12 pulg. x cuatro lados) igual a cuatropies. Una vez que tienes estos dos datos,es fácil calcular cuantas partes puedescortar.

Lo primero que tú querrás hacer estomar la cantidad de pulg./minuto y mul-tiplicarla por 60 para determinar el nú-mero de pulgadas de corte en una hora.En el siguiente ejemplo, se asume que eloxicombustible corta 20 pulg./minuto ó1200 pulg./hora (20 x 60). El paso 2 tieneque ver con dividir la cantidad depulg./hora entre 12 para determinar laproporción de corte pies/hora. Comopaso final, simplemente toma la propor-ción de corte pies/hora (100 en este ejem-plo) y divídelo por la medida de la parte

en pies (4 pies). La Tabla 1 muestra elejemplo que se acaba de describir, asícomo los cálculos para los diferentes mé-todos de corte.

Como puedes ver por medio de laTabla 1, la plasma de alta definición (Hy-Definition) produce la mayor cantidadde partes/hora (144 partes). Sin embargo,como se mencionó anteriormente, otrosfactores también contribuyen a la pro-ductividad, como por ejemplo el tiempode perforación y precalentamiento y eltiempo necesario para desempeñar ope-raciones secundarias como la remociónde escoria. De los tres métodos, el oxi-combustible requiere la mayor cantidadde tiempo ya que necesita precalenta-miento.


Costos de operaciónAdemás de la calidad de corte y pro-

ductividad, querrás considerar los costosde operación de cada método. En otraspalabras, cuánto te costar operar cual-quiera de los sistemas que escojas. Mu-chos factores — consumibles, energía,gas y otros costos que se asocian con elmantenimiento y reemplazo de partes —tienen impacto en el costo general deoperación.

Los consumibles constituyen la mayorporción de los costos de operacióncuando se corta con plasma. Sin em-bargo, con la llegada de consumibles másdurables eso está cambiando.

Los costos de energía pueden ser pa-sados por alto para el oxicombustible,más elevados para plasma, aún más altos

para láser de fibra y mucho más elevadospara láser de CO2.

El gas es el costo más alto asociadocon el láser de CO2 debido a las altastasas de flujo.

Las partes de reemplazo constituyenun factor principal a considerar para elláser de CO2. Aunque artículos como len-tes y espejos no se cambian con frecuen-cia, cuando fallan son costosos de reem-plazar, en términos tanto de costo decompra y como el tiempo muerto que seinvolucra al reemplazarlos. Por ello, deberías incluir una porción de este costoal calcular tus gastos diarios de opera-ción.

La Tabla 2 muestra el costo estimadopor hora para cada método de corte ba-sándose en las especificaciones del fabri-cante.

Aunque el costo de operación para eloxicombustible parece bastante bajo a$6.26/h, no es necesariamente el sistemamás económico de operar. Esto se debea que la tabla considera el costo de ope-ración por hora cuando el costo a consi-derar es el costo/parte. Un sistema cuyaoperación cuesta $20/h, pero que sola-mente produce unas cuantas partes/h, noes tan eficiente como uno que cuesta$20/h pero que produce 100 partes.

Para determinar el costo/parte, divideel costo de operación/hora (de la Tabla2) entre el número de partes produci-das/hora (calculado en la Tabla 1).

•El oxicombustible produjo 25 par-tes/hora, llevando el costo/parte a 25 cen-tavos.

•El plasma de un solo gas produjo 100partes/hora para un costo de 11 centa-vos/parte.

•El plasma HyDefinition produjo 144partes/hora, lo cual es igual a 10 centa-vos/parte.

•El láser de fibra produjo 125 partespara un costo total/parte de alrededor de0.5 centavos.

•El láser de CO2 produjo 125 partespara un costo total/parte de 18 centavos.

•El costo/parte para ambos tipos de

Tabla 1 — Comparación de productividad para varios procesos

Velocidad × 60 = ÷ 12 = Partes/hora(pulg./min) (pulg lineal) (pie corte/hora) (pie corte/hora ÷

tamaño de parte [pie])Oxicombustible 20 1200 100 25

Plasma de un solo gas 80 4800 400 100(200 A cortando acero dulce de ½ pulgada)

Plasma de alta definición 115 6900 575 144(200 A cortando acero dulce de ½ pulgada)

Láser de fibra100 6000 500 125(Sistema 2 kW cortando acero dulce de 3⁄16 pulg.)

Láser de CO2100 6000 500 125(Sistema de 4 kW cortando acero dulce de 3⁄16 pulg.)

Tabla 2 — Costo por hora de corte

Oxicombustible Plasma de un solo gas Plasma de alta definición Láser de fibra Láser de CO2

Consumibles $0.06 $6.60 $9.00 $0.35 $0.70

Energía $0.00 $3.00 $2.50 $0.10 $0.50

Gas $6.20 $1.50 $3.90 $0.30 $0.70

Partes y mantenimiento $0.00 $0.00 $0.00 $0.00 $21.00

Costo de operación/hora $6.26 $11.10 $15.40 $0.80 $22.90

Nota: Las estimaciones de costo vienen de especificaciones del fabricante. El láser de CO2 asume mantenimiento anual de $20,000 dólares y reemplazos de turbina cada6000 horas. Los costos reales pudieran variar.

Tabla 3 — Ganancia hipotética/Parte

Precio de ventas Costo/Parte Ganancia/ParteOxicombustible $1 $0.25 $0.75Plasma de un solo gas $1 $0.11 $0.89Plasma de alta definición $1 $0.10 $0.90Láser de fibra $1 $0.005 $0.995Láser de CO2 $1 $0.18 $0.82



plasma es aproximadamente igual; sinembargo, vale la pena notar que elplasma tipo alta precisión produce mejorcalidad de corte.

Calcular el valor de lainversión

¿Qué pasa si descubres que tendríamás sentido usar un método diferente decorte? ¿Sería recomendable simple-mente que salieras a comprar un nuevosistema de corte? No necesariamente.Primero querrás verificar el sistema enparticular que estés considerando quevale la inversión. Para hacer esto, deter-mina el número de partes que esperasproducir por día y multiplica este númeroparte tu ganancia/parte esperada, la cualvariará dependiendo del método queuses. Para no complicar los cálculos, asu-mamos que el precio al público de laparte que estás produciendo es de $1dólar. Con láser de fibra, puedes esperarque la parte costar medio centavo dedólar para dejar una ganancia de $0.995($1 de ganancia/parte – $0.005). Tu ga-nancia por esa misma parte usando el oxi-combustible sería de aproximadamente$0.75 ($1 de ganancia/parte – $0.25 decosto/parte).

Ahora, toma el costo del sistema queestés considerando y divídelo por tu ga-nancia diaria esperada. Los costos capi-tales por estos sistemas están alrededorde $50,000 por el oxicombustible,$35,000 por el plasma de un solo gas,$130,000 por el plasma de HyDefinition,$400,000 por el láser de fibra, y $600,000dólares por el láser de CO2. Estos costoscapitales estimados están basados en lassiguientes especificaciones:

Oxicombutible, máquina de corte 5 ×10 con una antorcha de oxicombustible,control de computador personal, controlde altura de oxicombustible y softwarede anidamiento.

Plasma de un solo gas, máquina decorte 5 × 10 con tracción de un solo lado,bola de rodillo y sistema de plasma de unsolo gas.

El plasma de HyDefinition, máquinade corte 5 × 10 con control de computa-dor personal, software de anidamiento,plasma de clase de alto desempeño de130 A.

El láser de fibra, sistema de 2 kW, má-quina de corte de precisión de 5 × 10,CNC, y software de anidamiento.

El láser de CO2, sistema de 4 kW, má-quina de corte de precisión de 5 × 10,CNC y software de anidamiento.

Basado en este ejemplo, necesitarías

producir 67,000 partes para recuperar los$50,000 dólares necesarios para comprarun sistema de oxicombustible, y más de400,000 partes para recuperar los$400,000 necesarios para adquirir un sis-tema de láser de fibra. Recuerda quehemos fijado el costo al público/parte en$1 dólar, limitando así la ganancia po-tencial/parte, y no hemos incluido manode obra y los otros costos inherentes encada empresa. Por esta razón, los esce-narios del mundo real con seguridad sonmuy diferentes.

FlexibilidadEl factor final a considerar es la can-

tidad de flexibilidad que tu operaciónparticular requiere. Como se mencionóanteriormente, se considera al plasmacomo el más versátil de los métodos de-bido a su habilidad para cortar un ampliorango de tipos de metal y grosores, y a suhabilidad para marcar y ranurar ademásde cortar. Los negocios que requierenmás flexibilidad quizá querrán conside-rar usar más de una tecnología en unasola mesa. Al trabajar juntos, el oxicom-bustible y el plasma, o el láser de fibra yplasma pueden proporcionar un arreglode opciones casi ilimitado.

ResumenEl corte por oxicombustible, láser y

por plasma son procesos térmicos bienestablecidos. Sin embargo, cada unotiene sus beneficios y desventajas que de-berían ser tomados en cuenta al decidirsepor un método de corte.

El oxicombustible tiene la menor in-versión de capital y puede ser una buenaelección si no necesitas cortar muchaspartes. Los talleres que necesitan cortarmuchas partes casi siempre están mejorusando otro método.

El plasma proporciona un buen ba-lance en cuanto a costos capitales y unamezcla óptima de calidad de corte, pro-ductividad y costo de operación. Ofreceun rango significativo de grosor y flexi-bilidad de material y proporciona las másaltas velocidades de corte.

El láser proporciona excelente cali-dad de corte, alta productividad y en elcaso de láser de fibra, bajo costo de ope-ración en materiales más delgado. Aun-que es capaz de cortar metal más grueso(hasta de 1 ¼ pulg.), el número de par-tes a cortar, tipo y grosor de metal y lacalidad de corte requerida necesitan con-siderarse cuidadosamente.◆

ENERO 201324

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Par

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Un sistema de recolección de humoy polvo de cartucho bien diseñadoy con buen mantenimiento puede

ayudar a prevenir problemas respirato-rios y de salud y a mantener las opera-ciones de soldadura de conformidad conlos requerimientos de los reglamentos.Tales sistemas filtraran apropiadamentehumos de soldadura y otros contaminan-tes de riesgo, y el aire que se haya lim-piado puede regresarse para que circuledentro de las instalaciones o expulsadode ellas. Estos sistemas usan mecanis-mos de auto limpieza que retiran elpolvo de los filtros, permitiendo que lasunidades funcionen por periodos pro-

longados entre los cambios de filtros. Este artículo se enfoca en los siete

puntos más importantes a considerar alseleccionar un recolector que no sola-mente protegerá a los trabajadores ylogrará el cumplimiento, sino que ade-más funcionará eficiente y confiable-mente. Los primeros tres puntos se rela-cionan con las tres agencias que impac-tan el cumplimiento: La Agencia deProtección al Ambiente (EPA, por sussiglas en inglés), la Administración deSalud y Seguridad Ocupacional (OSHA,por sus siglas en inglés) y la Asociaciónde Nacional de Protección contra elFuego (NFPA, por sus siglas en inglés).

1. Logrando la conformidad con la Regla 6x de la EPA

Por años, muchas plantas manejabanlos humos de soldadura simplementeexpulsándolos. La más reciente Regla 6xdel Estándar Nacional de Emisiones paraContaminantes Peligrosos del Aire de laEPA cambió todo aquello. Este estándarabarca a todos los procesos que usanmateriales con contenido de 0.1% decadmio, plomo, níquel o cromo y cual-quier otro material que contenga 1% demanganeso, lo cual incluye a la mayoríade las varillas y alambre de soldadura.Dicho de manera sencilla, en cualquierperiodo de prueba de 20 minutos, nopuede haber más de tres minutos deemisiones visibles (opacidad cero) deestos tipos de procesos. El estándar

Selección de recolectores deemisiones para aplicacionesde soldadura

POR GREG SCHREIER

GREG SCHREIER ([email protected])gerente de mercado de metalurgia,Camfil Farr Air Pollution Control,Jonesboro, Ark.

Elegir un sistema de recolección deemisiones de cartucho que protegeráa soldadores y operará eficientementeinvolucra el estudio y la atención a losdetalles

Fig. 1 — Se muestra un ejemplo de un sistema de recolección de polvo y humosque recircula el aire filtrado a la plantadespués del recolector. Un sistema derecirculación es la mejor manera demaximizar el retorno de la inversión conservando el aire calentado o enfriadodel taller.


Camfil Farr December_Layout 1 1/21/13 4:08 PM

especifica los métodos de pruebas ymonitoreo que se requieren para la con-formidad y señala las técnicas de controlque pueden ser usados.

Aunque este estándar entró en efectoen julio de 2011, muchas empresas aúnno saben de ello, a diferencia de algunasinstalaciones grandes han lanzado pro-gramas proactivos para lograr la confor-midad. La Regla 6x es aplicable directa-mente para la mayoría de los talleres desoldadura. Funcionar de conformidadcon ella es obligatorio, y todo aquelinvolucrado con la soldadura debe cono-cer sobre las acciones requeridas.

Una estrategia correctiva es usar unrecolector de humo y polvo con filtra-ción de cartucho de alta eficiencia. Lafiltración de cartucho se identifica en elreglamento como un instrumento acep-table de control para eliminar las emi-siones visibles y, en muchos casos, será lasolución de elección.

2. Cumpliendo con loslímites de exposición permisibles de la OSHA

Cuando el aire es expulsado de lasinstalaciones, la Regla 6x de la EPA apli-ca como se describió antes. En caso deque optes, en lugar de ello, por recircu-lar el aire filtrado más allá del recolectorde polvo y no expulsarlo hacia afuera(Fig. 1), el aire del interior de todas for-mas debe cumplir con los Límites deExposición Permisibles (PELs, por sussiglas en inglés) de la OSHA. La OSHAha establecido PELs para cientos de pol-vos basándose en una exposición prome-dio en tiempo ponderado (TWA) de 8horas. El PEL de la OSHA para el humode soldadura es 5 mg/m3, lo cual es tresveces más estricto que el PEL para polvo“molesto”.

Para verificar que un recolector depolvo cumple con los umbrales de emi-siones, requiere a tu proveedor de equi-

po que proporcione una garantía porescrito que especifique la tasa máximade emisiones para el equipo en un TWAde 8 horas. La eficiencia del filtro indi-cada como un porcentaje no es un subs-tituto aceptable, aún si el proveedor pro-mete una eficiencia del 99.9%. La preo-cupación de la OSHA es proteger lazona de respiración de los trabajadoresasegurando que los contaminantes en elaire estén por debajo de los límites esta-blecidos.

La conformidad con los reglamentosno es la única razón para mantener losniveles de emisión en el interior tanbajos como sea posible. Los trabajadoresestán más saludables y son más producti-vos cuando el aire del interior es máslimpio. Sufren de menos dolores decabeza y congestión nasal y se reducentambién enfermedades más serias delsistema respiratorio superior. El airelimpio en el taller además previene laacumulación del molesto polvo en los

paneles de control eléctricos, tablas decircuito, equipo de inspección y papelesque puede interferir con las operacionescotidianas.

3. Cumpliendo con losEstándares NFPA

También es necesario permaneceractualizado sobre los estándares relevan-tes de la NFPA. Un buen punto de inicioes el NFPA 654, Estándar para laPrevención de Fuego y Explosiones dePolvo de la Fabricación, Procesamiento yManejo de Partículas Sólidas. Este es unestándar totalmente incluyente acercade cómo diseñar un sistema seguro derecolección de polvo. Además hace refe-rencia a otros estándares relevantes parala prevención de explosiones que inclu-yen el NFPA 68, Estándar para laProtección de Explosiones por laVentilación de Deflagración; NFPA 69,

Fig. 2 — Este recolector de polvo presenta una ventilación de explosión que seabre cuando se alcanza una presión predeterminada dentro del recolector.Durante un evento explosivo de polvocombustible, el frente de flama y excesode presión se ventilan a un área segura.

ENERO 201326


Estándar para Sistemas de Prevención deExplosiones; y el NFPA 484, Estándarpara Metales Combustibles.

Es importante notar que el pulido yotras operaciones de acabado que amenudo se realizan en el área de solda-dura pueden general polvo explosivo.Estos procesos necesitan tomarse encuenta, junto con las operaciones de sol-dadura, al revisar los estándares NFPAcon tu proveedor de equipo de recolec-ción de polvo para determinar los mejo-res métodos para lograr la conformidad.

4. Salvaguardarse de lospeligros de incendio oexplosión

La NFPA señala que un análisis deriesgos, realizado ya sea internamente opor un consultor independiente, es nece-sario para evaluar el peligro y determi-nar el nivel requerido de protección con-tra explosiones e incendios. Cuando sehabla de protección contra explosiones,el primer paso es determinar las caracte-rísticas del índice explosivo (Kst) y lapresión máxima (Pmax) del polvo. Todopolvo por encima de 0 Kst se consideracomo explosivo y la mayoría de los pol-vos caen en esta categoría. Si no hay pro-tección implementada contra las explo-siones, aún un polvo con muy bajo Kstpodría resultar en un citatorio de laOSHA.

La generación de chispas es otra pre-ocupación. Los aceros crudos al carbón amenudo se recubren con aceite antes desoldar. Cuando el aceite es expuesto alcalor, algo de ello se quema y se convier-te en ceniza. El aceite que no se calientalo suficiente para hacer combustión setransforma en una bruma suspendida enel aire que puede entrar al recolector yacumularse en los ductos de aire y los fil-tros. Si una chispa ingresa al sistema,puede provocar un incendio.

La mejor manera de salvaguardarsecontra estos peligros es trabajar con unproveedor experimentado de equipoquien te pueda ayudar con las pruebaspara determinar las propiedades de ries-go de los polvos; hacer recomendacionesde ingeniería basadas en la experienciacon lugares de trabajo similares; y a pro-porcionar las tecnologías para la preven-ción de incendios y explosiones que fun-cionarán mejor para tus aplicacionesespecíficas.

Protección pasiva y activa contraexplosiones. Los sistemas de proteccióncontra las explosiones pueden ser pasi-vos o activos. Los sistemas pasivos usual-mente incorporan instrumentos mecáni-cos tanto en recolectores de polvos comoen sistemas de ductería conectados. Unejemplo es una ventila para explosión enel recolector de polvo que se abre a unapresión programada para dirigir los fren-tes de flama y la presión de una explo-sión a un área segura establecida — Fig.

2. Típicamente se usan amortiguadoresmecánicos en los sistemas de ductería deentrada y salida para crear barrerasmecánicas que bloqueen estos frentes.Las válvulas comúnmente incorporanalerones o algún otro dispositivo que semueve para bloquear el paso abierto dela ductería.

La NFPA define zonas seguras comolas localizadas afuera. Cuando los reco-lectores de polvo se ubican dentro de unedificio y demasiado lejos de una paredexterna, o fuera sin zona práctica seguraen las inmediaciones, los dispositivossupresores de flama y retención de partí-culas se usan comúnmente. Estos dispo-sitivos usualmente se fijan sobre las ven-tilaciones de explosión para reducir elescape de partículas en cantidades quepudieran soportar aún más la combus-tión, mientras al mismo tiempo reducenel calor de una explosión a niveles seguros.

Los sistemas activos comúnmenteemplean dispositivos electrónicos demonitoreo para controlar las acciones deotros instrumentos durante un eventoexplosivo. El aislamiento químico y lasupresión química son ejemplos de siste-mas actives. Cuando estos dispositivos seusan en la ductería, se le conoce común-mente como “aislamiento químico” yaque crean una barrera química dentro delos ductos que aísla la explosión dentrodel recolector de polvo separándola delos procesos anteriores y posteriores del

Fig. 3 — Cartuchos horizontalmente montados aquí mostradospermiten que el polvo quede atrapado en los pliegues en el terciosuperior de los filtros, creando un peligro potencial de incendio.Los sistemas verticalmente montados reducen la carga de polvoen los filtros y ayudan a reducir al mínimo este riesgo.

Fig. 4 — TEl filtro de monitoreo de seguridad integrado que aquíse muestra previene que el polvo recolectado vuelva a ingresar alárea de trabajo en caso de que hubiese una fuga en el sistema defiltración primario del recolector.



sistema. Cuando se usan en el mismorecolector de polvo, se les conoce como“supresión química” ya que trabajan enla supresión de la explosión dentro delrecolector de polvo a un evento mínimo.Estos dos sistemas comúnmente utilizansensores para monitorear la presión den-tro del recolector de polvo y en segundospueden desencadenar la liberación delagente químico dentro del recolector depolvo y ductería.

Otras tecnologías de protección con-tra incendio incluyen sistemas conven-cionales de rociadores y sistemas quepueden detectar chispas usando sensoresinfrarrojos que liberan agua para extin-guir las chispas antes de que puedaningresar al recolector. Dispositivosmecánicos de supresores de chispasincluyen cajas de salida, pantallas perfo-radas y otros dispositivos que crean rutastortuosas para las chispas y brasas deforma tal que tengan más tiempo de que-marse y perder su calor. Los supresoresbien diseñados dirigen las chispas lejosdel medio de filtración y al mismo tiem-po agregan muy pocas pérdidas de pre-sión estática al sistema. Agregar mediosde filtración retardadores de flamapuede proporcionar una medida extra deprotección.

Los recolectores de polvo con cartu-chos de filtración verticalmente monta-dos ofrecen riesgos reducidos de explo-sión e incendio. Los sistemas vertical-mente montados además reducen lacarga de polvo en los filtros para ayudara reducir al mínimo este riesgo.

Con los cartuchos horizontalmentemontados, el polvo puede quedarse atra-pado en los pliegues del tercio más altode los filtros — Fig. 3. Este polvo atrapa-do puede quemarse aún si el medio defiltración es retardador del fuego.

5. Configuraciones de sistema

Existen tres tipos generales de siste-mas de recolección de humos y polvo decartucho adecuados para usarse con pro-cesos de soldadura:

Los sistemas de captura de fuenteson populares para aplicaciones querelacionadas con la soldadura de adita-mentos o partes pequeñas. Típicamenteutilizan un brazo de captura de fuenteflexible o un recinto completo alrededorde la operación, como una cápsula devidrio alrededor de una celda robóticade soldar. Este enfoque usualmenteestá limitado a áreas de trabajo máspequeñas.

Los capotes se utilizan a menudopara áreas de mediana medida con unadimensión de ocupación de piso de 12 x20 pies o menos. Pudieran agregarse cor-tinas o paredes sólidas para crear unacaseta o recinto cuando las condicionesdel lugar de trabajo lo permitan.

Los sistemas de ambiente usan unrecolector central o una cantidad derecolectores más pequeños para filtrartodo el aire en el taller. Un sistema deambiente es más práctico para controlarhumos en unas instalaciones con múlti-ples operaciones. Procesos de soldaduravarios, partes grandes y soldaduras inter-mitentes son ejemplos de operacionesque son muy adecuadas para la recolec-ción de ambiente.

El mejor sistema de recolección dehumos para una operación dada nosiempre es obvio y no debería seleccio-narse simplemente buscando en laInternet. Es más sabio consultar a uningeniero de ventas que se especialice enequipo de recolección de humos y polvoy que pueda evaluar tu operación ylevantar una encuesta del sitio. El proce-so de selección tiene múltiples facetas ydebe tomar en cuenta una cantidad defactores.

Analizar la situación comienza porhacer frente a los problemas presentesque el nuevo recolector de polvo debaresolver. ¿Ocurren obstrucciones dentrodel equipo actual? ¿Están ocurriendoincendios? ¿Las preocupaciones desalud y/o de la OSHA están llevando a lanecesidad de aire interno más limpio?¿Es el ruido excesivo una preocupación?¿Dónde se ubicará el recolector?¿Estará a la intemperie o en el interior?En caso de que vaya a estar en el inte-rior, ¿el equipo se instalará a nivel depiso o en un mezzanine? ¿Cuál es laaltura del techo? Un recolector queofrece una dimensión pequeña de ocu-pación de espacio y opciones de diseñode bajo perfil puede ofrecer la mayor fle-xibilidad. Así también considera los fac-tores del proceso. ¿Cuáles son los proce-sos, los contaminantes a recolectar, lashoras de operación, las condiciones detrabajo, requerimientos eléctricos, flujode aire, y tasas de presión? ¿Cómo ope-ran los aditamentos? ¿Cómo sostienenlos posicionadores las partes de metaldurante la soldadura? ¿Qué tan grandesson las partes? ¿Qué operaciones secun-darias se están realizando?

Considerar todos estos factores ayu-dará a determinar si un brazo de capturade fuente, un capote, un sistema deambiente es mejor para una aplicaciónen particular. Las pruebas de polvo, tam-

bién son una parte esencial del procesode selección. Estas pruebas deberíandeterminar tanto las características físi-cas del polvo como los riesgos de incen-dio y explosión involucrados.

6. Optimizando las características de seguridad

La facilidad de mantenimiento debe-ría considerarse. Los filtros, tambores, obarriles deberían posicionarse para unfácil acceso y mantenimiento, y los filtrosdeberían deslizarse hacia adentro y afue-ra del bastidor con facilidad. Evita equi-po que usa conexiones de rosca en lastolvas o puertas de acceso de los filtrosya que la fuga de polvo es posible cuando las roscas no se ajustan apropia-damente.

Se deberían usar escaleras enjauladasy plataformas de conformidad con laOSHA para prevenir accidentes cuandolos trabajadores tengan acceso el reco-lector para darle mantenimiento.

Un filtro de monitoreo de seguridad(Fig. 4), a veces llamado secundario oposfiltro, es una buena inversión y es uncomponente requerido en un sistema derecolección de polvo de recirculaciónque filtra el aire de una lista de materia-les de riesgo específicos. Contiene unbanco de filtros de aire de alta eficienciapara evitar que el polvo recolectadoreingrese al lugar de trabajo en caso deque ocurra una fuga en el sistema prima-rio de filtración del recolector de polvo.Usualmente se requiere de ductería yuna sección de transición para conectareste módulo de filtración secundario alsistema de recolección de polvo, aunqueya hay nuevos diseños integrados en losque el filtro de seguridad está montadoencima del recolector de forma tal queno se requiere de espacio adicional depiso.

El ruido de abanicos puede ser unapreocupación importante de seguridad.El ruido puede causar fatiga, pérdida deloído y otros problemas de salud en eltrabajador. Considera el uso de silencia-dores o reductores de ruido personaliza-dos en el diseño de tu recolector de polvo.

7. Determinar el costototal de propiedad

No es solamente el precio inicial decompra sino el costo total de propiedadlo que cuenta. Considera los costos de

ENERO 201328


operación y mantenimiento y los reque-rimientos de aire comprimido. Consi-dera diseños que incorporen característi-cas verdes tales como variadores de fre-cuencia y motores de abanico de eficien-cia premium para reducir tus costos deenergía. Un proveedor confiable deequipo puede estimar estos costos pararecomendar las mejores formas de redu-cir el costo total de propiedad y obtenerel mejor provecho del desempeño delrecolector de polvo.

Finalmente, un filtro de monitoreode seguridad es un componente necesa-rio en un sistema de recolección depolvo de recirculación y puede ayudar acumplir con los exigentes requerimien-tos para emisiones de hoy día. Dondesea factible, la mejor manera de maximi-zar el retorno de la inversión es median-te el uso de un sistema de recirculación.Al reciclar aire calentado o enfriado enla planta, se elimina el costo de reempla-zar ese aire acondicionado. Muchasplantas reportan ahorros anuales deenergía con un rendimiento que va

desde uno a tres años. Además, los reco-lectores de polvo en talleres de soldadu-ra con techos altos a menudo puedenmejorar la eficiencia de un sistema decalefacción retirando el aire caliente deltecho y entregándolo a nivel de piso.

Lectura suplementaria

Regla 6x del Estándar Nacional deEmisiones para Contaminantes Peligrososdel Aire de la EPA www.epa.gov/ttn/atw/6x/6xpg.html.

Límites de Exposición Permisibles(PELs) de la OSHA, www.osha.gov/SLTC/pel.

Estándares de la NFPA.www.nfpa.org. Asociación Nacional deProtección contra Incendios (NFPA), 1Batterymarch Park, Quincy, MA 02169;www.nfpa.org.

NFPA 68: Estándar para la Proteccióncontra Explosiones mediante Ventilaciónde Deflagración (2007).

NFPA 69: Estándar para Sistemas de

Prevención de Explosiones (2008).NFPA 484: Estándar para Metales

Combustibles (2012).NFPA 654: Estándar para la

Prevención de Incendios y Explosiones dePolvo de la Manufactura, Procesamiento yManejo de Partículas SólidasCombustibles (2006).

Administración de Salud y SeguridadOcupacional (OSHA), 200 ConstitutionAvenue, Washington, DC 20210;www.osha.gov.

Programa Nacional de Énfasis enPolvo Combustible de la OSHA(Reedición) – Número de Directriz:CPL 03-00-008; con efecto a partir del 11de marzo de 2008.

Límites de Exposición Permisibles dela OSHA (última actualización30/10/2006).

Regla e Información de Implemen-tación para Nueve Categorías de Fuentede Área de Fabricación y Acabado deMetal – 40 CFR Parte 63 Subparte 6X;23 de julio de 2008.◆

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Para reducir el peso del vehículo ymejorar la eficiencia del combus-tible, los aceros avanzados de alta

resistencia (AHSS, por sus siglas en in-glés) se han introducido a la industria au-tomotriz. Los aceros avanzados de altaresistencia continúan ganando impulsoen la industria como resultado de inicia-tivas para incrementar la rigidez de la ca-rrocería (desempeño de manejo), mejo-rar tasas de colisionabilidad y mejorar laeconomía del combustible (reducir pesopara cumplir con los requerimientos dela legislación Economía de CombustibleCorporativa Promedio, o CAFE: Corpo-rate Average Fuel Economy). Estos ace-ros han cambiado las prácticas de manu-factura en una variedad de formas, desdeel formado, pasando por la unión, hastala inspección.

Un problema importante con estosmateriales más delgados de mayor resis-tencia es la integridad de las soldadurasde puntos. Típicamente, hay entre 4000y 7000 soldaduras de puntos por resis-tencia en los automóviles de manufac-tura norteamericana, y la confiabilidadde la estructura y la seguridad de los pa-sajeros dependen en mucho de soldadu-ras sólidas. Se he encontrado que la con-

dición de esfuerzo en la soldadura, duc-tilidad de fractura de la soldadura y lapresencia de poros, grietas y regionesquebradizas en los AHSS son factoresque resultan en factores modos diferen-ciadores de fallas de los aceros conven-cionales, especialmente fallas de tipo in-terface (Ref. 1). Se ha reconocido quelos métodos de pruebas destructivas(prueba de verificación con cincel o barray descarapelado, ver Fig. 1) son costosase imprecisas cuando se aplican a AHSS.La industria automotriz demanda que sedesarrollen mejores medios no destruc-tivos como reemplazo para las pruebasdestructivas actuales a fin de asegurar laimplementación segura de los acerosAHSS.

Algunas técnicas avanzadas de eva-luación no destructiva (NDE) que pue-den proporcionar soluciones para elmercado automotriz existen ya en otrosmercados. Desafortunadamente, unatransferencia rápida de tecnología de lastécnicas NDE, ya usadas en las indus-trias del aeroespacio y la generación deenergía, hacia la industria automotriz eslimitada debido a diferencias fundamen-tales entre estos dos mercados (Ref. 2).Aún existe una brecha para validar y co-

Una sonda ultrasónica de arreglo en fases de matriz 3-D ha sido diseñada y probada para realizar pruebas nodestructivas de soldaduras de puntos por resistencia en chasises automotrices

JEONG K. NA ([email protected])es líder de tecnología, Grupo de

Evaluación No Destructiva, Edison Welding Institute,

Columbus, Ohio.

Pruebas en arreglo defases de soldaduras depunto por resistencia

POR JEONG K. NA

Fig. 1 — Métodos de pruebas de-structivas para soldaduras de pun-tos por resistencia en hojas del-gadas: A — ensayo de tracción; B — ensayo de adherencia.

1A

1B

Na Feature September 2012_Layout 1 1/21/13 4:11 PM

rrelacionar los hallazgos de técnicasNDE. El estatus deseado es reducir eltiempo para la validación e incrementarla confianza en la metodología de corre-lación con menos tiempo de laboratorio

e ingeniería. Para reducir la brecha de lareproducibilidad, la industria automotrizdesea la robustez mejorada de técnicasNDE y poca o ninguna dependencia deloperador (Ref. 2).

Se ha hecho frente a estos problemasusando tecnología ultrasónica de arre-glos pulsados de matriz (MPA, por sus si-glas en inglés) como alternativa a laspruebas destructivas de los AHSS. Ini-cialmente, una sonda bidimensionalMPA se diseñó y evaluó con propósitosde validación para la tecnología en tér-minos de dimensionamiento de pepitasde soldadura y localización de fallas enlas soldaduras. Al darle una forma a lasuperficie de la sonda que se ajustaba ala forma generalmente cóncava de lassoldaduras de punto por resistencia, seencontró que la cantidad total de ele-mentos y la frecuencia de operación po-drían reducirse. Esto, a su vez, ayuda adisminuir el costo de la sonda y electró-nicos.

Una nueva sonda MPAde alta frecuencia

Para reducir el costo y tiempo para eldesarrollo de una sonda MPA confiablede alta frecuencia con una línea de re-traso apropiada que proporcione una dis-tancia de propagación óptima para el hazultrasónico a dirigirse y enfocarse sobreuna soldadura de punto, se realizaroncon anticipación simulacros y modeloscomputacionales. Para este trabajo se usóun paquete de modelos CIVA comercial-mente disponible.

Simulaciones y modelosde sondas

Fue necesario definir parámetrostales como grosor del material y diáme-tro de soldadura de punto para los quela sonda sería usada. Una revisión de laliteratura y discusiones con clientes en laindustria automotriz revelaron que lamayoría de las aplicaciones de soldadurade puntos eran para materiales en elrango de grosor de 0.7 a 2 mm teniendo

Fig. 2 — Esquema de un elementode sonda en arreglo en fases de ma-triz 2-D.

Fig. 3 — Resultados de modeladode la dependencia de longitud detrayectoria de agua en la interfacede agua y metal.

Fig. 4 — Resultados de modeladode longitudes de trayectoria de aguaen la interface de hojas de metal de2 mm.

2

3

4



ENERO 201332

como diámetro nominal de soldadura de5 a 7 mm. Algunos cálculos iniciales demodelo de haz se hicieron para determi-nar parámetros generales para una sondaque fuera capaz de inspeccionar solda-duras de puntos en el rango objetivo.También se le dio importancia a las ca-pacidades de instrumentación MPA ac-tuales. Muchos instrumentos MPA en elmercado hoy tienen un límite máximopara el número de elementos en el ordende 128. La Figura 2 muestra un esquemade un elemento de sonda MPA en 2-Dcon parámetros de sonda evaluadosusando las herramientas de modelado dehaz. Los mismos parámetros de sondaaplican a sondas 3-D con adiciones deforma de curvatura y radio.

Para lograr un buen enfoque a unaprofundidad de 0.7 a 2 mm, fue necesa-rio que la sonda tuviera una distancia deretraso físico entre el elemento de sonday la superficie de la parte. Debido a queel agua puede ofrecer la habilidad deconformarse a las deformaciones de su-perficie causadas por los electrodos desoldadura, se asumió que la punta de lalínea de retraso estaba llena con agua.Las imágenes en la Fig. 3 muestran losresultados del perfil del haz usando unaapertura de 3 x 3 a diferentes longitudesde la trayectoria del agua cuando el so-nido pasa por el agua y la interface delmetal. Al observar estas imágenes, puedeverse que la longitud de la trayectoria delagua de 18 mm produce un haz angostocon lóbulos laterales mínimos.

Además se simuló la calidad del hazultrasónico dentro de las hojas de metalpara diferentes longitudes de trayectoriadel agua con una apertura de 3 x 3. Comose muestra en las imágenes en la Fig. 4,a la longitud de trayectoria del agua de 18 mm, el mejor efecto de enfoque de haz se logró con lóbulos laterales pequeños.

Basándose en los dos resultados de losmodelos que se muestran en las Figs. 3 y4, se diseñó y fabricó una sonda de manocon una cavidad de línea de retraso deagua al final de la sonda. Una investiga-ción de modelos subsecuente para unasonda de 64 elementos con una configu-ración de matriz de 8 x 8 operando a unafrecuencia de 12 MHz comprobó que lamisma línea de retraso de agua podríaser usada. En este caso, se le dio formaal elemento de la sonda para que tuvieseuna curvatura convexa con un radio de50 mm. El resultado del modelo de cali-dad de haz y un dibujo esquemático dela sonda MPA en 3-D se muestran en laFig. 5.

Fig. 5 — Resultado de modeladoCIVA para la calidad del hazultrasónico y dibujo esquemáticode una sonda MPA 3-D. A —Calidad del haz de sonda MPA 3-D;B — esquema de una sonda 3-D.

Fig. 6 — Imágenes de soldadurasde puntos por resistencia deambos juegos de probetas. A —Probeta No. 1 para NDE desoldadura de puntos por resisten-cia; B — ejemplo de soldaduras depuntos de juego de probetas No. 2.

5A

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6A

6B


Validación estadísticay NDE

Preparación de probetassoldadas con puntos porresistencia

Dos juegos de probetas de soldadurasde puntos con acumulados de dos hojascon grosores en el límite teórico inferior(metal en hoja de 0.7 mm de grueso) deldiseño de la sonda se prepararon. Dos hi-leras de nueve soldaduras de puntos sehicieron en la probeta No. 1. Para estaprobeta, se aplicó una corriente constantede 6 kA para todas las soldaduras mien-tras que el número de ciclos se varió de1 a 9 a un incremento de 1 ciclo por cadasoldadura. Para el juego de la probeta No.

2, la corriente de soldar se ajustó de formatal que se obtuvieran tres condiciones sol-dadas: soldadura “atascada”, donde hubofusión focalizada y resolidificación del re-cubrimiento de cinc; una pequeña condi-ción de pepita, donde el botón jalado fuemás pequeño que el generalmente acep-tado 4 √ t en diámetro; y una buena con-dición de soldadura, donde el botón ja-lado fue más grande que 4√ t en diáme-tro. Las soldaduras de puntos en ambosjuegos de probetas se sometieron a prue-bas usando el sistema de inspección MPAy luego se examinaron destructivamentepara determinar la condición real de sol-dadura y para medir la dimensión de lapepita de soldadura solamente para eljuego de la probeta No. 2. La probeta No.1 y una parte del juego de la probeta No.2 se muestran en la Fig. 6.

Resultados de laspruebas y discusiones

Los resultados de la inspección ultra-sónica MPA para los juegos de la probetaNo. 1 se muestran en la Fig. 7. El númeroen la esquina superior izquierda de cadaimagen indica el número de ciclos de co-rriente eléctrica usados para formar laspepitas de soldadura. Tanto en la hilerasuperior como en la inferior, se midióuna soldadura de puntos de dimensiónbastante aceptable después de cuatro ci-clos. Los números izquierdo y derechoque se muestran en la porción superiorde cada imagen ultrasónica indican elárea y diámetro de pepita estimados nodestructivamente, respectivamente. Senotó que la medida de la pepita no me-joraba tanto después de cinco ciclos. Paraambas hileras, el incremento general enla medida de la pepita fue menor del 10%después de cinco ciclos. Cada inspeccióntardó menos de 10 segundos.

Las soldaduras en el juego de la pro-beta No. 2 se examinaron primero con elsistema de inspección MPA antes de latécnica de metalografía plana – dondeuna de las dos hojas soldadas se pulve-rizó para revelar la pepita de soldadura– se usó para estimar destructivamentela media de la pepita. Este método pro-porcionó una vista total plana de la re-gión de la soldadura sin distorsionar elbotón de la soldadura. Los resultadosNDE se graficaron contra los datos ob-tenidos destructivamente como se mues-tra en la Fig. 8.

El resultado de la prueba del juegoNo. 2 en la Fig. 8 muestra una buena co-rrelación con la medida real de la pepita.La línea punteada en la gráfica indica ellímite de seguridad del 95% contra el in-fradimensionamiento (LUS, por sus si-glas en inglés), el cual es un parámetrocombinado entre error sistemático (pro-

Fig. 7 — Imágenes ultrasónicas depepitas de soldadura de puntospara juego de probetas No. 1. A — Hilera superior; B — hilera in-ferior.

Fig. 8 — Resultado de Probabilidadde Detección (PoD, por sus siglasen inglés) para el juego de probetasNo. 2.

7B

8

7A



medio) y la desviación. A partir de estosdatos se observa una ligera tendencia alinfradimensionamiento (llamada en falsopositiva) y el LUS calculado fue de apro-ximadamente 1 mm. Este valor LUS enel rango de 1 mm se considera ser unaconfiabilidad en evaluación no destruc-tiva.

Conclusiones

Una sonda MPA 3-D ultrasónica dealta frecuencia diseñada para realizar unarevisión no destructiva de soldaduras depuntos por resistencia en chasises auto-motrices ha sido desarrollada y probada.Los resultados NDE de soldaduras depuntos hechas en dos hojas de metal de0.7 mm con números de ciclo diferente aun nivel constante de corriente eléctricamostraron que se puede formar unabuena pepita de soldadura con diámetroy área aceptable después de cuatro ocinco ciclos. Esto significa que el númerode ciclos usado actualmente en chasisesautomotrices podría reducirse para aho-rrar tiempo y costo sin sobresoldar concantidades adicionales de ciclos. La in-vestigación de Probabilidad de Detección(PoD por sus siglas en inglés) realizadaen las dos estivas de 0.7 mm mostraronun distribución de mediad de pepita ajus-tada entre 4 y 6 mm con una buena corre-lación entre los resultados de NDE y losresultados destructivos con un factor deinfradimensionamiento de 1 mm. Sepiensa que los beneficios adicionales ob-tenidos de un diseño de una sonda esténdisminuyendo la frecuencia de operacióny el número total de elementos, lo cualpuede jugar un papel importante para re-ducir los cosos de sonda y electrónicos.♦

Referencias

1. Gould, J., y Peterson, W. 2005. Los Ma-teriales avanzados requieren de conoci-mientos avanzados — Comprendiendoel desempeño de soldaduras de puntospor resistencia en AHSS. The FabricatorVol. 35, No. 8.

2. Hopkins, D., y el Comité Directivosobre NDE. 2007. Confiabilidad en lamanufactura de alto volumen: Una pers-pectiva automotriz. Evaluación de mate-riales.

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2013weldmexCWIrev_Layout 1 1/22/13 3:46 PM

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Respuestas apreguntasfrecuentessobre la

automatización desoldadura

Los sistemas robóticos desoldadura son una excelente formapara que las compañías incremen-ten su productividad, mejoren lacalidad y reduzcan costos. Conocerlas respuestas a algunaspreguntas comunes acerca deellos puede ser clave para apoyaruna operación de soldaduraeficiente y efectiva.

Imus Feature November 2012_Layout 1 1/21/13 4:13 PM

Los sistemas robóticos de soldadura,cuando se implementan adecuada-mente y para la aplicación correcta,

pueden agregar un gran valor a una ope-ración de soldadura (ver foto principal).Además de ofrecer velocidades más rá-pidas y mayor productividad, los siste-mas robóticos de soldadura pueden me-jorar la estética de la soldadura, reducirel retrabajo y las reparaciones, disminuirlos cosos de materiales limitando la so-bresoldadura, y también reducir costosde mano de obra. La consistencia deestos sistemas y el retorno de inversióngeneralmente rápido los hacen especial-mente atractivos para empresas que bus-can ganar una ventaja competitiva.

Sin embargo, instalar un robot y se-leccionar sus componentes (los consumi-bles y la pistola, por ejemplo) puede seruna empresa complicada, especialmentepara usuarios en su primera vez. Dehecho, la simple pregunta de si automa-tizar o no pudiera ser confusa para unacompañía que no ha usado un sistema ro-bótico de soldadura antes.

Para un entendimiento de la automa-tización de soldadura, considere estasrespuestas a algunas preguntas más fre-cuentes (FAQs, por sus siglas en inglés).

¿Cuáles son las mejoresaplicaciones para unsistema robótico de soldadura?

Las aplicaciones de baja variedad yalto volumen son muy adecuadas parasoldadura robótica; sin embargo, las apli-caciones de más variedad y menor volu-men pudieran también funcionar si se im-plementan con las herramientas apropia-das. Las empresas necesitarán tomar encuenta el costo adicional de las herra-mientas para determinar si el sistema ro-bótico de soldadura puede todavía pro-porcionar un retorno sólido de la inver-sión inicial.

En cualquier caso, es muy importanteque la aplicación tenga partes sencillas yconsistentes de manera tal que el robotpueda ejecutar repetidamente la solda-dura en la misma ubicación. Tener unplano o dibujo de diseño electrónico porcomputadora es útil. Los integradores derobótica pueden revisar el plano o crearuna simulación con software que puedaevaluar lo adecuado de la parte para laautomatización de la soldadura. Estasevaluaciones no solamente ayudan a vi-sualizar la calidad de la parte a soldar,sino que pueden además identificar ma-neras de afinar el herramental para op-timizar el proceso.

El flujo del trabajo también es impor-tante. Las empresas deberían asegurarsede tener un flujo suficientemente algo departes hacia la celda de soldadura robó-tica para la aplicación de forma tal quepueda operar de manera consistente. Re-trasos en la fabricación de partes másadelante puede provocar cuellos de bo-tella que resultan en costoso tiempomuerto.

¿Es mejor usarautomatización fija o un robot?

Cada tipo de automatización tiene susmejores aplicaciones. La automatizaciónfija es una forma eficiente y rentable dehacer soldaduras repetitivas redondas orectas y simples, donde la parte es rotada.Es buena para aplicaciones de alto volu-men de una sola parte. Sin embargo, lossistemas de fijación para la automatiza-ción fija pueden ser caros, por lo que lasempresas necesitarán incluir ese costo enla inversión inicial y determinar si esetipo de automatización aún es rentablea largo plazo. También necesitan deter-minar si tareas futuras requerirán nuevoherramental, ya que ello agregará máscostos.

Para las empresas que quieran tener

la flexibilidad de soldar en aplicacionesmúltiples, un sistema robótico de solda-dura es una mejor opción. Debido a queun robot puede ser programado paramúltiples trabajos, a menudo puede ma-nejar tareas de muchos sistemas de au-tomatización fijos.

¿Quién es el mejorcandidato para operar unsistema robótico de soldadura?

Los sistemas robóticos de soldadurarequieren un operador capacitado. Losoperadores de soldadura con destreza oaquellos con experiencia previa en el ma-nejo de soldadura robótica son buenoscandidatos. La persona que administreel sistema robótico de soldadura deberíapoder programarlo, corregir errores y re-alizar mantenimiento preventivo. Los fa-bricantes de equipo robótico original amenudo pueden proporcionar el entre-namiento apropiado para los empleadosque sean nuevos para la automatizaciónde la soldadura. Se recomienda buscarsoporte de capacitación continua. Algu-nos integradores de robótica o provee-dores de soluciones de soldadura ofre-cen tutoriales en-línea, información parasolucionar problemas y/o capacitaciónen-sitio como parte de su soporte depostventa.

¿Puede usarse una pistolapara GMAW robótica enfriada con aire en lugarde una pistola enfriadacon agua?

En muchos casos, sí. Sin embargo, es ab-solutamente necesario asegurarse de quela pistola para soldadura por arco metá-lico protegida con gas (GMAW) robóticaenfriada con aire esté clasificada a unciclo de trabajo y amperaje suficiente-

DAN IMUS ies gerente de cuentapara Tregaskiss and Bernard. Para

mayor información, contacta aTregaskiss, Windsor, Ont., Canada,

at [email protected] orwww.tregaskiss.com.

Desde la punta de contactohasta el robot, se presentanocho preguntas prácticas conrespuestas detalladas

POR DAN IMUS



mente alto para la aplicación (Fig. 1). Porejemplo, una pistola para GMAW robó-tica enfriada con aire clasificada a 500 Acon ciclo de trabajo de 60% usando gasesmezclados será capaz de soldar de formacontinua durante 6 minutos (de 10 minu-tos disponibles) a aproximadamente 350 A.

Al soldar con formas de onda pulsa-das, es importante revisar las corrientespico y asegurarse que no excedan 350 Aen ningún momento del proceso de sol-dadura.

Las pistolas para GMAW enfriadascon aire ofrecen la ventaja de ser menoscaras (tanto para comprar como paramantener), pero si una compañía anti-cipa necesidades de amperajes más altoso periodos más largos de soldadura, pu-diera ser necesario inclinarse hacia unapistola enfriada con agua. También exis-ten en el mercado pistolas para GMAWrobóticas “híbridas”. Estas pistolas pre-sentan un cuello durable similar al de unapistola para GMAW enfriada con aire,pero ofrecen la capacidad más alta de en-friamiento de un modelo enfriado conagua a través de líneas exteriores de agua.Estas pistolas pueden ser más fáciles demantener que una pistola para GMAW

enfriada con agua y típicamente ofrecencapacidad de soldadura de 300 a 550 Aa un ciclo de trabajo de 60% (usandogases mezclados), haciéndolas adecua-das para soldar en una variedad de apli-caciones.

¿Cuáles son los mejoresconsumibles para usar?

El estilo de los consumibles — pun-tas de contacto, difusores (o cabezalesde retención) y toberas — depende com-pletamente de la aplicación. Idealmente,los consumibles deberían ser suficiente-mente durables para aguantar el tiempode un turno de soldadura robótica paraayudar a reducir al mínimo el tiempomuerto para hacer cambios. Las aplica-ciones de alto amperaje (más de 300 A)con niveles altos de tiempo de arco en-cendido a menudo pueden beneficiarsecon los consumibles de uso rudo. Losproductos de cromo circonio son buenasopciones. Para aplicaciones de bajo am-peraje o aplicaciones con tiempos de arcocortos, son apropiados los consumiblesde uso estándar (a menudo cobre).

Las empresas también necesitan con-siderar el acceso que se requiere para al-

canzar la junta de soldadura. En algunoscasos, pudiera ser necesario usar una to-bera cónica, recta o de cuello de botella,las cuales son todas más angostas, paramaniobrar con las herramientas o haciaáreas complejas.

Es igualmente importante considerarel modo de soldadura usado. Por ejem-plo, los programas de soldadura pulsadapueden ser especialmente drásticos paralos consumibles debido a los niveles másaltos de calor que genera el proceso.Estas aplicaciones pueden a menudo be-neficiarse con consumibles de uso rudo.

¿Cuál es el beneficio dedetección de contacto?

La detección de contacto, a veces lla-mada detección de contacto de junta, esun sistema de software que emplea alalambre de soldadura o tobera para ayu-dar a localizar la junta en una aplicaciónrobótica de soldadura. Este software per-mite al robot almacenar datos de posi-ción y enviar impulsos eléctricos de re-greso al controlador una vez que haya lo-calizado la junta. Para aplicaciones quetienen ligeras variaciones en partes, ladetección de contacto ayuda a mantener

ENERO 201338

Fig. 1 — Una pistola para GMAW robóticaenfriada con aire es una alternativamenos cara a un modelo enfriado conagua y puede usarse siempre que la pis-tola ofrezca el ciclo de trabajo adecuadopara la aplicación.


la consistencia de la soldadura. Ademáses más rentable que invertir en nuevo he-rramental y sistemas de fijación para sos-tener una parte en una ubicación pre-cisa.; Aún si la parte se mueve ligera-mente, el robot puede ubicar la junta ysoldar con precisión, toda vez que lajunta tenga bordes bien definidos. La de-tección de contacto sí agrega algunos se-gundos al ciclo de trabajo, pero es unabuena opción especialmente para empre-sas que sueldan partes grandes y gruesasque serían demasiado costosas de retra-bajar en caso de que la junta fuera sol-dada de manera pobre.

Para obtener resultados óptimos, esuna buena idea combinar la detección decontacto con una pistola para GMAW ro-bótica que tenga una característica defrenado de alambre. El freno de alambredetiene al alambre de soldadura en unaposición específica mientras que el robotarticula y busca la junta de soldadura,asegurando lecturas de detección de con-tacto más precisas.

¿Es necesario agregar periféricos a un sistemarobótico de soldadura?

Siempre es aconsejable agregar peri-féricos, particularmente una estación delimpieza de toberas (también llamado es-cariador o limpiasalpicadoras), a un sis-tema de soldadura robótico (Fig. 2). Esteperiférico limpia las salpicaduras de den-tro de los consumibles de soldadura enla parte frontal de la pistola para GMAW,incluyendo toberas, puntas de contacto,y cabezales de retención. Ayuda a exten-der la vida del consumible y, con ello, re-duce el tiempo muerto para cambios du-rante la producción así como también elcosto por reemplazar consumibles. Lasestaciones de limpieza de toberas ade-más ayudan a reducir el riesgo de perderla cobertura del gas de protección (de-bido a la acumulación de salpicaduras)que potencialmente podría llevar al cos-toso retrabajo.

Así mismo, agregar un rociador o ato-mizador brinda beneficios adicionales.Este periférico puede montarse en la es-tación de limpieza de toberas y funcionaal aplicando un compuesto antisalpica-duras a los consumibles de primera líneadespués de que haya sido limpiados. Estecompuesto revise la parte interior y ex-terior de la tobera, y además la punta decontacto, creando una barrera protectoraentre los consumibles y las salpicaduras.

¿Qué tipo de retornopuede esperarse de unsistema robótico de soldadura?

El retorno en un sistema robótico desoldadura puede ser relativamente rá-pido en muchos casos. Para determi-narlo, las empresas necesitan evaluar suvolumen de partes, así como también lacantidad de tiempo que les toma soldar

esas partes manualmente, y comparar esainformación con los tiempos de trabajopotenciales de un sistema robótico desoldadura. Determinar este volumen esvital, dado que la mano de obra consti-tuye el 75% del costo de un componentesoldado manualmente. Aún y si una em-presa produce la misma cantidad de par-tes, la mano de obra podría ser reasig-nada de otra manera para incrementarla productividad y mejorar el retornosobre el sistema robótico de soldadura.

Las empresas deberían además calcu-lar los ahorros por sobre soldar a menudoasociados con aplicaciones semiautomá-ticas de soldadura. Un cordón de solda-dura 1/8 de pulg. más grande de lo nece-sario puede con frecuencia duplicar loscostos de metal de aporte. Debido a quelos robots son más precisos en su coloca-ción, las empresas deberían calcular losahorros potenciales en metales de aporteal calcular el retorno. Ya que los siste-mas robóticos de soldadura además usantambores de metal de aporte a granel querequieren menos cambios (y algunasveces tienen beneficio de descuentos porcompra a granel), los ahorros puedenconsiderarse también.

Conclusión

Como siempre, cuando las empresasencuentran problemas con un sistema ro-bótico de soldadura o tienen preguntasacerca de un programa o componente, lomejor es ponerse en contacto con un in-tegrador de robótica, distribuidor de sol-dadura o fabricante de equipo de solda-dura de confianza y pedir soporte. Lossistemas robóticos de soldadura no sonbaratos, y las empresas nunca deberíanarriesgar su inversión al adivinar el pro-cedimiento correcto a tomar. La infor-mación correcta es la mejor manera deobtener las mayores mejoras en produc-tividad, calidad y costo de un sistema ro-bótico de soldadura.◆

Fig. 2 — Agregar periféricos, como la estación de limpieza de toberas que aquíse muestra, puede ayudar a extender lavida de los consumibles y a reducir el tiempo muerto en cambios en unaaplicación robótica de soldadura.



ENERO 201340

Cuando varias tecnologías de trata-miento de superficies tienen mu-chas similitudes, puede ser difícil

elegir la más apropiada para tareas es-pecíficas. Esto ocurre frecuentemente aldecidir entre el revestido láser y la pro-yección térmica, específicamente el ro-

ciado con oxicombustible de alta veloci-dad (HVOF).

Una vez consideradas radicalmentediferentes, ambas tecnologías han avan-zado al punto que cualquiera de las doses adecuada para ciertas aplicaciones.Los revestimientos con oxicombustible

de alta velocidad se están volviendo másgruesos, mientras que los revestimientosláser se están volviendo más delgados.Además, el HVOF ha reducido la poro-sidad a niveles que rayan en ser conside-rados como totalmente densos.

Aún, las tecnologías detrás del HVOF

Eligiendo una tecnologíapara revestido superficie

La aplicación de Oxicombustible de Alta Velocidad(HVOF, por sus siglas en inglés) de carburo de tungsteno a un rollo de madera usando una pistola rociadora DJ-2600. El revestimiento es para la resistencia a la corrosión y abrasión

Peters Feature September 2012_Layout 1 1/21/13 4:15 PM

y del revestido láser — y la mayoría delas aplicaciones — permanecen funda-mentalmente distintas. El revestido conHVOF involucre rociar el material a unavelocidad y temperatura altas, lo cualablanda las partículas y forma un enlacemecánico con el substrato reforzado. Encontraste, el revestido láser funde tantoel material que se aplica como la super-ficie del substrato para formar un enlacemetalúrgico

Similitudes funcionalesTanto el revestido láser como el

HVOF continuarán convergiendo du-rante los siguientes dos a cinco años, locual a su vez creará un cambio en la eva-luación comercial. Actualmente, elHVOF es la única tecnología para reves-tidos más delgados, tales como de 200 a

300 µm (0.008 a 0.012 pulg.). Sin em-bargo, a pesar de los avances del HVOFen la producción de revestimientos másgruesos por encima de 0.5 mm (0.02pulg.), el revestido láser tiene mayor pre-ferencia que el HVOF para revestimien-tos más gruesos — Fig. 1.

Otra área de convergencia es la poro-sidad. El principio fundamental de trasde la proyección térmica necesita que laspartículas sean ablandadas aplicandocalor y que se compacten en un estadosólido, dejando pequeños espacios entreellos que tienen como resultado un re-vestimiento poroso. Los niveles de poro-sidad para el HVOF se han reducido amenos de 0.5%, lo cual está muy cercanoa ser totalmente denso. Aun así, estasbolsas pueden causar la penetración delrevestido cuando las partes están expues-tas a ambientes de alta presión o a prue-

bas de larga duración. Aunque el HVOFestá reduciendo sus niveles de porosidad,el revestido láser es una solución de aca-bado de superficies completamentedensa.

Ambas tecnologías de revestido pue-den crear esfuerzo residual en el subs-trato, distorsionándolo y potencialmenteformando grietas en el revestimiento y/oel substrato. Cuando un material para re-vestido láser se calienta, funde y solidi-fica, se encoge, y estas fluctuaciones entemperatura causan esfuerzos internosque pueden deformar una parte delgada.Aunque el revestido láser ha avanzadopara disminuir los niveles de distorsión,el HVOF todavía causa menos riesgos dedistorsión y esfuerzos debido a que el ma-terial no es ni totalmente fundido ni me-talúrgicamente unido. Los esfuerzos in-ternos en los revestimientos HVOF sonlo que limita el grosor.

Diferencia en aplicaciónUna diferencia muy importante de

aplicación entre estas dos tecnologíastiene que ver con la manera en la que losrevestimientos de adhieren al substrato.El oxicombustible de alta velocidad creaun enlace mecánico entre el revesti-

Fig. 1 — Procesos clave para el me-joramiento de superficies.

Conocer las fortalezas ydebilidades de la proyeccióntérmica con oxicombistiblede alta velocidad y elrevestido láser te ayudará aelegir el proceso correctopara tu aplicación

THOMAS PETERS es gerente deproyecto, Desarrollo de NegociosRevestido Láser, Sulzer Metco, y

THOMAS GLYNN([email protected]) es

gerente de línea de producto,Metales y Aleaciones,

Sulzer Metco, Westburg, N.Y. Foto cortesia de Sulzer Metco

Coating Services.

POR THOMAS PETERS YTHOMAS GLYNN



miento y la superficie del substrato, per-mitiendo a los fabricantes usar cualquiermaterial. El revestido láser crea una ale-ación intermetálica en la zona de inter-face entre el substrato y el material delrevestimiento y, como resultado, es limi-tada al ser capaz de unirse solamente amateriales que sean soldables. Los fabri-cantes deberían asegurarse que los ma-teriales seleccionados crearán un enlacemetalúrgico exitoso, como por ejemploun depósito de níquel a un substrato dehierro para crear una aleación níquel-hierro. Los materiales que no son com-patibles, tales como el titanio y el hierro,podrían resultar en una capa inter-metálica débil que puede agrietarse fácilmente.

Adicionalmente, el revestido lásertiene un pequeño charco de fusión, lo quequiere decir que el proceso de aplicaciónpuede tardar más que con HVOF. Porello, el tiempo adicional para la aplica-ción de materiales de revestimiento láserpuede desbalancear otros ahorros en cos-tos. El oxicombustible de alta velocidadtiene una tasa de deposición aún másalta, pero agrega tiempo con el incre-mento del grosor del revestimiento.

Condiciones de lasuperficie

Las condiciones de la superficie de laparte juegan un papel importante paradeterminar el revestido apropiado. La li-mitada resistencia del enlace del oxicom-bustible de alta velocidad es menos idealpara partes que estarán sujetas a alto es-fuerzo o carga de impacto. El enlace me-cánico pudiera causar que el revesti-miento se resquebraje o desconche si sesomete a demasiado esfuerzo, particu-larmente esfuerzos cargados en un puntotales como con un martillo. El esfuerzopudiera debilitar la aleación del revesti-miento láser pero probablemente no pro-voque que se desuna.

La misma regla práctica puede apli-carse a partes que resistirán muchos ci-clos térmicos. Las temperaturas fluc-tuantes causan que diferentes metales seexpandan y contraigan independiente-mente. Este choque térmico puede es-forzar y debilitar la interface del enlacede HVOF, pero esto no es el caso con elrevestido láser ya que crea un enlace me-talúrgico.

CorrosiónLos revestimientos son además vulne-

rables a la corrosión, lo cual puede agra-varse con la porosidad. A pesar de losavances en el HVOF, los poros persisten-tes si están interconectados vuelven alrevestimiento vulnerable a presiones am-bientales que deterioran la superficie.Por ejemplo, una válvula revestida conel HVOF mínimamente poroso eventual-mente sucumbiría al agua de mar que sefugue a través del revestimiento, cau-sando corrosión en la interface.

Semejantes ambientes de alta presióna menudo necesitan del revestimientoláser para producir un recubrimientocompletamente denso pero estos estánlimitados a materiales soldables.

Ambiente de manufactura

Ambas tecnologías de revestido ade-más tienen diferentes requerimientos enlo que respecta a ambientes de manufac-tura. Comparado con el revestido láser,HVOF abarca un área de rociado másamplia pero es menos preciso. Las velo-cidades relativas de la pistola de rociadoy parte necesitan moverse velozmente oel se acumulará demasiado rápidamente,lo cual creará esfuerzo residual excesivoy fracaso del enlace.

Aunque la proyección térmica pudeaplicarse tanto manualmente como víatecnología automatizada, el revestidoláser requiere de un ambiente de fábricaautomatizado por razones de seguridady debido a la precisión de la aplicación.Cada riel de soldadura tiene que colo-carse con tolerancias por debajo de 1 mm(0.04 pulg.), necesitando un robot paraaplicar el revestimiento. Con un área decobertura tan pequeña, lo que el reves-tido láser gana en precisión lo pierde entiempo de aplicación. Comparando lasdos tecnologías, los revestimientos láserse aplican en una capa angosta pero re-lativamente gruesa mientras que elHVOF usa muchas capas más anchas,pero más delgadas.

Sin embargo, debido a que el HVOFse aplica en finas capas para mitigar elproblemas de esfuerzo y de encogi-miento, se debe tener cuidado de enfriarapropiadamente la parte durante el pro-ceso del rociado o el substrato pudierasobrecalentarse. Esto no es típicamenteuna preocupación con el revestido láser.Con algunos revestidos HVOF que re-quieren 50 pasos, este proceso puede re-ducir la eficiencia. El revestido láser pu-diera además requerir un periodo de es-pera para que la parte se enfríe ya que

los materiales se calientan localmente atemperatura de fusión.

Como se mencionó anteriormente, lasdiferencias en tasas de deposición, omasa material por unidad de tiempo, sonnotablemente grandes pues el HVOFpresenta tasa significativamente másalta. Aunque los revestimientos HVOFpueden alcanzar 0.5 mm (0.02 pulg.), elrevestido láser tiende a ser más eficiente— a menudo se requiere solamente unacapa.

Cuando ambas tecnologías se auto-matizan e implementan usando robotsindustriales estándar, hay mayor igual-dad en la comparación. El revestido láserque previamente había requerido de lamanipulación complicada usando espe-jos de cobre, ahora usa los fardos de fibraóptica más simplificados para controlarlos haz láser. Por otra parte, una pistolapara proyección térmica puede montarsefácilmente en el extremo de un robot ose puede manejar manualmente.

La proyección térmica además re-quiere de manipuladores veloces y al cubrir un área grande, un robot grande.Sin embargo, esto presenta una paradojaya que un robot muy grande es tambiénmás lento.

SeguridadAl incorporar tecnologías tan poten-

tes, la seguridad está al frente de las con-sideraciones. Tanto el revestido lásercomo el HVOF tienen sus respectivasprecauciones de seguridad para los tra-bajadores y siempre se realizan en unacelda cerrada y aislada. El revestido láserrequiere de la conformidad con los re-glamentos generales para láser, talescomo la protección ocular con lentes es-peciales, protección para los trabajado-res, y salvaguardas contra humos de sol-dadura y ondas de luz láser.

Con la generación de cargas de calorde hasta 1 millón de BTUs del HVOF, lascasetas para proyección térmica típica-mente requieren grandes volúmenes deintercambio de aire para mantener lastemperaturas dentro de límites razona-bles. Otro requerimiento es un recolec-tor de polvo con filtros de aire en cortocircuito para absorber el polvo que ge-nerado de las partículas por debajo de 25µm. La pistola también genera tempera-turas extremadamente altas y un ruidoensordecedor que registra por arriba delos niveles de seguridad, de forma tal quelos trabajadores necesitan usar equipode protección en caso de aplicar el reves-timiento manualmente.

ENERO 201342


Eficiencia de energía y material

Ambas tecnologías consumen energíay materiales a diferentes tasas. El reves-tido láser era antes un notorio consumi-dor de energía con una eficiencia demenos del 10%. Por ejemplo, un láser de5 kW demandaría 50 kW para alimentarlo.Afortunadamente, el revestido láserahora tiene una eficiencia del 30%, unamejora suficientemente radical para serconsiderado como eficiente en energía.

Debido al chorro de gas de energía in-tensiva que se necesita para calentar laspartículas, el rociado del HVOF se con-sidera menos eficiente que el revestidoláser.

Desde una perspectiva de materiales,el revestido láser es eficiente más del90%, superando en desempeño la efi-ciencia del 40 al 60% de la proyeccióntérmica. Esto se debe a la imprecisión delcono de rocío del HVOF, el cual no pro-yecta algunas de las partículas a una ve-locidad lo suficientemente rápida. Comoresultado, muchas partículas rebotan enel substrato y fracasan para unirse.

Aunque el revestido láser y el HVOFusan materiales en polvo a puntos de pre-cio y disponibilidad similares, las medi-das de las partículas difieren. Las partí-culas del revestido láser son menos finasy lo suficientemente pesadas como paraque no se necesite un dispositivo de fil-tración. Las partículas de la proyeccióntérmica son suficientemente ligerascomo para quedar suspendidas en el aire,necesitando el recolector de polvo y fil-tros de aire. Otro componente del des-perdicio del sobre rociado con HVOF esque algunas partículas tienen un peso tanligero que vuelan y nunca llegan al subs-trato.

Equipo de aplicaciónLa pistola de proyección térmica

puede moverse fácilmente — haciaarriba, a hacia abajo y en esquinas difíci-les — mientras que la parte objetivo per-manece estacionaria. Si la parte tiene undiseño más complicado, la pistola deHVOF puede maniobrarse con facilidadpara cubrir todos los contornos. Ademásde la aplicación manual, el HVOF es ver-sátil en que puede además usarse con unsistema automatizado. Debido a que laproyección térmica esencialmente cubreun área con un revestimiento continuo,la programación automatizada es relati-vamente sencilla en la mayoría de lasaplicaciones.

Por otra parte, el revestido láser esmucho más complejo. Cada riel de sol-dadura implica un enfoque de inicio ytérmino repetitivo donde el láser inicia yse detiene. Como se mencionó anterior-mente, cada aplicación láser es precisacomparativamente. Por ello, el esfuerzode programación es mucho más sofisti-cado y requiere las dimensiones y ubica-ción precisas de la parte. Cruciales parareducir este tardado proceso son nece-sarias herramientas de programaciónfuera de línea.

AccesoAmbas tecnologías son procesos de

línea visual con diferentes requerimien-tos de distancia. Aunque la tobera parapolvo del revestido láser necesita estar amenos de 25 mm (1 pulg.) del substratopara el HVOF, un rango típico de distan-cia es de 150 a 300 mm (6 a 12 pulg.) Alrevestir el pequeño espacio dentro de untubo, la proyección térmica puede recu-rrir al proceso de proyección con plasmaya que las pistolas especializadas inter-nas de rociado pueden colocarse fácil-mente en una parte de 100 mm. Sin em-bargo, ésta es otra área de convergenciaya que los cabezales láser continuamentese vuelven más pequeños y actual-mente pueden caber en un orificio de 3 pulgadas.

Ambas pistolas operan a temperatu-ras extremadamente altas, lo cual afectalos procesos de aplicación. El revestidoláser crea temperaturas locales por en-cima del punto de fusión del material. Alrevestir con láser, la tobera para polvodebe enfriarse debido a que un tercio dela luz láser es reflejada hacia la cabezade procesamiento y no se absorbe por elproceso de fusión. Entre más cerca seubique la tobera para polvo del substrato,mayor el riesgo de dañarla. La pistolapara HVOF usa enfriamiento con airey/o agua para disipar el calor de la com-bustión de los componentes internos dela pistola.

MantenimientoCon el uso típico, el láser mismo es

suficientemente durable para operarsesin mantenimiento por varios meses. Nohay partes movibles ni componentes óp-ticos sensibles. Debido al movimiento delrobot, los cables de fibra óptica eventual-mente necesitan reemplazarse pero esoa menudo se mide en años. Dependiendodel material que se use, las toberas parapolvo pudieran necesitar reemplazarse

después de 100-500 horas. Con el HVOF, las extremadamente

altas temperaturas y velocidades causanque los componentes se desgasten rápi-damente, midiendo la vida de la toberaen horas. Sin embargo, los reemplazosde toberas son sencillos y rápidos. Losmateriales que se usan también determi-nan la frecuencia del cambio. Los mate-riales abrasivos como los carburos seaplican a mucha más alta velocidad, ha-ciendo que las toberas y barriles deHVOF se desgasten más pronto que losmateriales metálicos, con lo cual las to-beras duran varios días.

ConclusiónExisten muchos factores para entrar

en la ecuación de si usar HVOF o reves-tido láser. Algunas son opciones obvias,tales como si se necesita un revestimientogrueso o completamente denso o si lacompatibilidad del material es un factorpara preocuparse. A medida que estastecnologías continúen evolucionando, suaplicabilidad se ampliará. Mientrastanto, es crucial que los usuarios traba-jen con proveedores de equipo y mate-rial que conozcan bien ambas tecnolo-gías para asegurar una aplicación de re-vestimiento exitosa con la solución deacabado de superficie más eficiente yrentable. ◆


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Los que toman decisiones de soldadura típicamente se pre-ocupan por alguno de los siguientes temas al soldar acero ino-xidable y componentes de aleación que requieren soldadurascon calidad de acuerdo a códigos con procesos de soldadurapor arco con núcleo de fundente, por arco metálico protegidocon gas y por arco metálico pulsado protegido con gas:

• Escasez de soldadores para tubería. • Altos costos de mano de obra, especialmente con soldadurapor arco de tungsteno protegido con gas (GTAW).• Lograr la aceptación de dimensiones y controlar la distorsiónde la soldadura. • Evitar el retrabajo de soldadura que requiere de costosas ale-aciones. • Una necesidad de lograr consistentemente las propiedadesmetalúrgicas de las partes y de soldadura. • Seguridad en lo relacionado a partículas de pulido y humosde soldadura. • Consecuencias de responsabilidad de soldaduras fallas.

Muchos soldadores norteamericanos experimentados enGTA se están retirando, un factor que impacta aún más la es-casez de soldadores capacitados para tubería. Además, la in-dustria de la soldadura está enfrentando nuevos retos influen-ciados por el incremento en la demanda de calidad de solda-dura, el aumento de complejos requerimientos de aplicacióncomo los que se encuentran en las industrias del petróleo, ener-gía, aeroespacio y defensa, y por el creciente uso de más nue-vas y complejas aleaciones.

Cuando se suelda las aplicaciones comunes de aleaciones yacero inoxidable, el taller de soldadura pudiera enfocarse endisminuir la distorsión de la soldadura o pudiera existir unapreocupación por lograr propiedades específicas de resistenciaal calor o a la corrosión u otras propiedades físicas. Con otrasaplicaciones, el interés del taller pudiera estar en los controlesde interpaso de temperatura de la soldadura, lograr propieda-des específicas de impacto o niveles de ferrita, controlar la di-lución, obtener fusión consistente con aleaciones poco reacti-vas, o disminuir las grietas en la soldadura. Con el siempre cre-ciente uso de las aleaciones dúplex, los talleres de soldadura sepreocuparán especialmente con la cantidad de entrada de calory las composiciones de austenita y ferrita logradas.

Lo que hace que soldar varias aleaciones sea interesante esla diversidad tanto de las propiedades de la soldadura como dela zona afectada térmicamente (ZAT) que pueden lograrse y lafacilidad con la cual las propiedades metalúrgicas de la solda-dura de aleación pueden alterarse dramáticamente mediantepequeños cambios en las soldaduras.

Al soldar las aleaciones inoxidables comunes puedes estarseguro de que alguien en algún lugar estará discutiendo al menosuno de los siguientes problemas: precipitación de carburo; co-rrosión de fisuras y picaduras; resistencia a la corrosión; fragi-lización; propiedades de impacto; balance de austenita, ferritao cromo; y varios tipos de grietas, incluyendo aquellas por soli-dificación de la soldadura, por corrosión por esfuerzo, induci-das por hidrógeno, recalentamiento, corrosión intragranular ygrietas en frío. La calidad de soldadura obtenida o el calor pro-ducido de la soldadura tienen influencia en todos los asuntosde soldadura de aleaciones e inoxidables.

Tú podrías pasarte toda una vida tratando de entender in-trincados diagramas de fase de inoxidables y aprendiendo lascomplejidades de la metalurgia que ocurren al soldar los gra-dos comunes de aleaciones. Y aún usando procesos de solda-dura que hayan cambiado poco en décadas, quizá tú no sepaslo suficiente para comprender por completo o controlar lo queestá pasando con la soldadura y en la ZAT de soldadura. Sinembargo, podrías también enfocarte sencillamente en los re-querimientos de solda-dura necesarios paraobtener de maneraconsistente la calidadde soldadura más altacon el menor calor desoldadura posible, y en-contrarías que la mayo-ría de los problemas desoldadura de aleaciónse han eliminado ins-tantáneamente.

Las compañías queconstruyen plantas deenergía, ensamblanplataformas petrolífe-

ENERO 201344

POR ED CRAIGTECNOLOGÍA

Proceso prueba ser benéfico para soldar con calidad decódigo y aplicaciones de aleaciones

Fig. 1 — A — El equipo TIP TIG; B — al usar el proceso, el solda-dor no necesita alimentar un consumible a la soldadura, y no es ne-cesario un control de pedal.

1A

1B

Technologia Layout Spanish_Layout 1 1/21/13 4:21 PM

ras, construyen refinerías, y sueldan partes para las industriasde defensa, farmacéutica o del aeroespacio, típicamente mane-jan aleaciones costosas y estrictos requerimientos de código desoldadura. Las aplicaciones de soldadura de aleaciones en todaposición y código requieren consideraciones de soldadura únicay las compañías tienen muchas opciones de consumibles y pro-cesos de soldadura. La última década ha visto un empuje porestándares más estrictos de calidad de soldadura. De hecho,una importante corporación petrolera global ahora exige de lasoperaciones de revestido y soldadura de aleaciones que las sol-daduras entregadas tengan cero defectos.

Siguiendo una descripción del proceso “TIP TIG”, el cuales una nueva variación del proceso GTAW. TIP TIG puede pro-ducir consistentemente soldaduras con calidad de código. Lassoldaduras con calidad de código como se definen aquí se re-fieren a la habilidad del soldador y el proceso de soldadura se-leccionado para cumplir consistentemente al 100% con los re-querimientos de rayos X de la Sección IX del Código de Con-tenedores a Presión y Calderas de la ASME.

Una solución de proceso para soldadurasde calidad de código

Siegfried Plasch, un ingeniero en soldadura austriaco, in-ventó el proceso de patente pendiente. TIP TIG proporcionaun alambre de soldadura alimentado constantemente que essúperimpuesto por una oscilación secundaria de alta velocidad.La acción mecánica proporcionada sobre un sistema único deentrega de tracción de cuatro rodillos genera la oscilación —Fig. 1. La acción mecánica del alambre crea una vibración enel alambre de soldadura, y la vibración es transferida a travésdel alambre a la soldadura agitando el charco de soldadura fun-dido. El proceso además proporciona corriente de alambre ca-liente que combina con la agitación de la soldadura para agre-gar energía del alambre de soldadura. La agitación de la solda-dura constantemente perturba la tensión de la superficie de lasoldadura, y disminuye la velocidad de la solidificación delcharco de soldadura. El cambio en la dinámica de la soldaduraGTA incrementa la receptividad de la soldadura a tasas másaltas de alimentación de alambre. El alambre incrementadopermite corriente de soldadura más alta, tasas más altas de de-posición, y velocidades mucho más rápidas de soldadura.

Los talleres de soldadura deberían saber que en la tarea de

obtener soldaduras de calidad de código en todas las aplicacio-nes de aleaciones y aceros con este proceso pueden lograr lacalidad manual o automatizada más alta con el más bajo calorde soldadura. Mediante estos beneficios de calidad de solda-dura y bajo calor de soldadura, los talleres de soldadura pue-den reducir sus preocupaciones acerca de la mayoría de los pro-blemas metalúrgicos y de soldadura relacionados con las solda-duras de aleaciones.

En seguida se encuentran algunos beneficios del proceso:Reducción de habilidades requeridas de soldadura. Al con-

trario de la GTAW regular, el soldador que usa este proceso nonecesita alimentar un consumible a la soldadura, y no es nece-sario ningún control de pedal. Con este proceso, los soldadorestienen menos interrupciones de arco, lo cual mejora la conti-nuidad de la soldadura y pueden mantener su enfoque en la sol-dadura y usar una o dos manos para guiar la antorcha. El alam-bre de soldadura alimentado constantemente siempre se dirigeal punto óptimo de arco de tungsteno protegido con gas, per-mitiendo la fusión uniforme con o sin aberturas de raíz, lo cualreduce las habilidades de soldadura en tubería necesarias y tam-bién reduce el potencial de defectos de raíz.

Reducción de costos de soldadura y mano de obra. Las me-joras en la dinámica de la soldadura GTA aumenta enorme-mente el potencial de tasa de alimentación de alambre deGTAW. Con el proceso, un incremento por hora del 100-300%en las tasas de deposición de soldadura pueden obtenerse porencima de las tasas de deposición de GTAW manual conven-cional. El rango promedio de velocidad de soldadura para laGTAW manual es típicamente de 2 a 8 pulg./min; para las sol-daduras manuales hechas con TIP TIG, las tasas de desplaza-miento típicas están usualmente en el rango de 8 a 35 pulg./min.

La Figura 2 muestra a dos soldadores usando el proceso paraproducir los pasos de relleno y de raíz de tubo en una complejaaplicación de tubería submarina revestida con Inconel®. Losprocesos regulares de GTAW y de GMAW pulsada (GMAW-P) no podrían cumplir consistentemente con los requerimien-tos de calidad de revestido y de soldadura manual 5G con rayosX al 100%. Para aquellos gerentes preocupados por la escasezde soldadores de GTA para tubería o los altos costos de manode obra de GTAW, se estima que se necesitarían cinco soldado-res usando el proceso regular de GTAW para obtener la mismaproductividad de soldadura que los dos soldadores que se mues-tran en la figura usando el proceso más reciente.

El tiempo de ciclo de trabajo de soldadura por hora ademásafecta los costos de mano de obra. Comparado a la GTAW re-gular, el proceso TIP TIG semiautomático incrementa enor-memente el tiempo de arco encendido por hora, reduciendoaún más los costos de soldadura.

Reducciones en consumibles de soldadura, limpieza de sol-dadura, y humos de soldadura. Al incrementar las velocidadesde soldadura GTA, reduces el costo de gas de soldadura. Coneste proceso más reciente, los costos del gas argón por lo gene-ral se reducen de entre 30 y 60%, y no se requieren las costosasmezclas de gas hidrógeno o helio. Así mismo, se pueden usarcarretes de alambre para GMAW de menor costo en lugar dealambres para GTAW más costosos. Como se muestra en la Fig.3, las soldaduras hechas con el proceso típicamente no requie-


Fig. 2 — Dos soldadores usando el proceso. Nota la ausencia dehumos de soldadura.


ren pulido o cepillado con cepillo de alambre. Al contrario deotros procesos manuales, TIP TIG además produce una bajacantidad de humos de soldadura, lo cual es benéfico para lostalleres que se preocupan por el cromo, manganeso u otras ale-aciones en humos de soldadura.

Reducción de las preparaciones de borde de soldadura re-sultan en ahorros de costos. Las reducciones de costos puedengenerarse a partir de los cambios en la preparación de bordede soldadura para placa y tubería convencional. La dinámicade soldadura con el proceso más reciente proporciona solda-duras GTA más fluidas, agitadas y de alta energía, característi-cas que logran fusión mejorada de pared lateral. La fusión me-jorada de soldadura puede permitir una reducción en las di-mensiones de preparación de borde de ranura en V y J. Porejemplo, una aplicación de placa o tubería que requiere los tra-dicionales ángulos de preparación en V para tubo de 60-75 gra-dos puede lograr que la preparación de borde se reduzca a biselde 40 ó 50 grados con TIP TIG.

Calidad mejorada de soldadura con menor calor. Como semencionó anteriormente, el común denominador para la ma-yoría de los problemas metalúrgicos de soldadura con aplica-ciones de aleaciones son la calidad y el calor de soldadura. Coneste proceso, el taller de soldadura tiene un proceso de solda-dura manual o automatizado que debería entregar de maneraconsistente alta calidad de soldadura y al mismo tiempo pro-porcionar menor entrada de calor de soldadura que el que sepuede obtener con FCAW, GMAW-P o GTAW manual.

Quizá el reto más grande al soldar aleaciones de soldadurasensibles al calor sea soldar titanio. Como un resultado de lamás baja entrada de calor de soldadura del proceso más re-ciente, muchas aplicaciones de titanio pueden soldarse sin usaruna protección de gas de cola. Las aleaciones dúplex puedensoldarse sin preocupaciones por lograr niveles óptimos de fe-rrita-austenita y las aleaciones sensibles al agrietamiento debe-rían tener menos sensibilidad al agrietamiento.

La Figura 4 muestra una soldadura automatizada de tuberíade acero al carbón con el proceso más reciente. Cuando se usaen lugar del proceso GTAW de alambre caliente para soldadu-ras automatizadas, el proceso proporciona beneficios de solda-dura tales como tasas aumentadas de desplazamiento de solda-dura y menos sensibilidad a las variaciones de longitud del arco.Al contrario de la GTAW convencional, el proceso puede usarseen muchas aplicaciones automatizadas sin dispositivos sensi-bles al voltaje del arco.

Los talleres de soldadura que producen soldaduras de alea-ciones típicamente pasarán mucho tiempo puliendo y limpiandolas soldaduras, o con soldaduras multipasos, invertirán muchotiempo esperando para que las soldaduras se enfríen hasta al-canzar las temperaturas de interpaso de soldadura prescritas.Con este proceso, la velocidad incrementada de soldadura GTAy la polaridad de electrodo negativo reducen el calor de solda-dura, la distorsión, y los esfuerzos, y proporcionan propiedadesmetalúrgicas superiores de soldadura. Mayores velocidades desoldadura significan una reducción en la oxidación de solda-dura. Cuando usan el proceso por primera vez, los trabajado-res se sorprenden al ver la apariencia limpia de la soldadura y

los inusuales colores oro y plata que se generan. Las mayores velocidades de soldaduras, corriente de solda-

dura más alta, charcos de soldadura agitados, cobertura de gasinerte y rápida disipación del calor de la soldadura de electrodonegativo, se combinan para producir soldaduras de alta calidadcon la menor entrada de calor posible. Estos beneficios de pro-ceso pueden aplicarse a cualquier aplicación de soldadura, re-vestido o de recargue.

Un proceso con procedimientos simples

Con este proceso, los talleres de soldadura no necesitan uti-lizar dos procesos de soldadura al soldar una raíz de tubo ypasos de relleno. Además, los talleres de soldadura no tienenque preocuparse cuando se les pida usarlo en aplicaciones gran-des que requieran mucha mano de obra. Con tres sencillos pa-rámetros de soldadura, los talleres pueden soldar cualquier ale-ación y cualquier grosor de parte, en cualquier posición de sol-dar. Con el proceso TIP TIG, los talleres de soldadura tendránun proceso de soldadura manual o automatizado que obtendráconsistentemente los requerimientos metalúrgicos óptimos de-seados y producirán de manera consistente la calidad de solda-dura necesaria para cumplir con los requerimientos de rayos xal 100%.

Como alguien que ha pasado cinco décadas evaluando pro-cesos y equipo de soldadura, sé que es raro en la industria dela soldadura que ustedes evalúen un nuevo proceso de solda-dura que permita importantes cambios de productividad y cali-dad de soldadura. Al evaluar el proceso TIP TIG para solda-duras de aleaciones, el taller de soldadura debería revisar losbeneficios que el proceso brinda, y comparar el proceso con losprocesos de GTAW de alambre caliente y regular, GMAW-P ycon núcleo de fundente protegido con gas.

ENERO 201346

ED CRAIG ([email protected]) es un ingeniero de control

de proceso de soldadura y copropietario de TIP TIG USA

Inc., Runnemede, N.J. Es autor de tres libros y muchos artí-

culos acerca de las mejores prácticas y controles de proceso

de soldadura. Él además ha creado un sitio Web que se re-

laciona con los controles de proceso de GMAW/FCAW en

www.weldreality.com. Mayor información se encuentra dis-

ponible en www.tiptigusa.com.

Fig. 3 — Una soldadura manual en tubo de acero al carbón 5Ghecha con el proceso.

Fig. 4 — Una soldadura TIP TIG automatizada en tubería de aceroal carbón.

3 4


LAS SOLDADURASESTRUCTURALES

SEHACEN CON EL

Trabajando bajo procedimientos de ANSI, los contribuidores y críticos de los códigos D1 de AWS se han basado en los conocimientos de los expertos anteriores—quienes han trabajado contínuamente desde el primer código D1 publicado en 1928—para presentarnos métodos y procedimientos comprobados. El producto de todo esto es una guía escrita por los más reconocidos expertos en la industria, proveyendo un concenso de los métodos más confiables para obtener los resultados deseados. Es por eso que los libros de D1 se han hecho mandatorios en códigos a través de la industria, han sido aprobados por ANSI, adoptados por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, preferidos por la NASA, y obligatorios en incontables contratos de contrucción.

¡ Edición

2010

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ENERO 201348

UPAEP y Volkswagen de México inauguranCentro de Robótica en Soldadura

El noviembre pasado directivos de la Universidad PopularAutónoma del Estado de Puebla y Volkswagen de México inau-guraron el Centro de Robótica en Soldadura, resultado del con-venio de colaboración que esta casa de estudios y la fábricamantienen desde 2009 a raíz de la creación de la Ingeniería enDiseño Automotriz.

Estas nuevas instalaciones son una réplica de las estacionesde soldadura que Volkswagen de México utiliza en sus líneasde producción y tienen como objetivo fortalecer el trabajo decolaboración desarrollado por el Área de Planeación de Nue-vos Proyectos de la armadora, específicamente en el área deSoldadura.

El nuevo Centro de Robótica en Soldadura permitirá a losestudiantes de las ingenierías en Manufactura de Autopartes,Diseño Automotriz, Mecatrónica, Electrónica e Industrial, fa-miliarizarse con el uso de equipos de alta tecnología, los cualesencontraran posteriormente en sus lugares de trabajo.

Además estás instalaciones brindarán capacitación y servi-cios de soldadura robótica para la industria automotriz, refor-zando la vinculación entre industria, universidad y proveedo-res, fortaleciendo las habilidades de los egresados y el desarro-llo de proyectos, así como la optimización de tiempos y costosen la capacitación del personal.

Llega a Querétaro Lamtec México

London Automotive & Manufacturing Ltd. (Lamtec Mé-xico) invertirá en la entidad 10 millones de dólares para la pro-ducción de estampado y ensamblaje metálico de clase mundial,en el sector automotriz. La empresa, de capital canadiense ymexicano, prevé la generación de 115 empleos, de lo cuales 100serán operadores y el resto administrativos y se instalará en elParque Tecnológico Innovación en el municipio de El Marqués.

La nueva planta de la compañía, proveedores de Tier 1 y Tier2 (proveedores de primero y segundo nivel), usará soldadurarobotizada y ensamblajes mecánicos; además tendrá una capacidad para estampados de gran tonelaje (de 800 y más toneladas).

Querétaro ha recibido inversiones del sector automotrizcomo el de Topre, en San Juan del Río con un monto que po-dría rebasar los 930 millones de pesos para la fabricación y ventade estampados de autopartes. Recientemente, Hitachi Auto-motive Systems colocó la primera piedra de una inversión de100 millones de dólares, como parte de su plan de inversión del2012 al 2015, para la manufactura de sistemas para los equiposautomóviles. Woco Tech de México inauguró una ampliaciónde su planta con una inversión de 12 millones de dólares, parasoportar el crecimiento de sus clientes líderes en la industriaautomotriz. Otras inversiones automotrices en las que el estadoestá pugnando para su instalación en el territorio, son una plantade Mitsubishi y las armadoras de BMW y Toyota; no obstante,en esta última la compañía aún no define en que país llevará acabo su proyecto de inversión en América. En lo que se refierea Mitsubishi, para la inversión se está compitiendo con Guana-juato. Previamente, la Secretaría de Desarrollo Sustentable (Se-desu) dio a conocer que estaban en la etapa final de negocia-ciones, por lo que pronto se podría dar una respuesta. Cadauno de los proveedores de primer y segundo nivel que llegan alestado fortalecen la cadena de proveeduría y ayudan a atraer alas armadoras en México.

CNH Querétaro arma una nueva serie detractores

CNH de México (una coinversión 50-50% de GrupoQuimmco y CNH Global, N.V.) está produciendo en su plantade Querétaro una nueva gama de tractores, con una inversióntotal de 60 millones de dólares.

El desarrollo de los tractores y la conclusión del proyectoen el 2014, con la gama de tractores lanzada al mercado signi-ficará una inversión de alrededor de 60 millones de dólares.Para el 2016, la planta generará una facturación de 600 millo-nes de dólares, lo que significarían alrededor de 14,000 y 15,000unidades y representa el doble del 2012.

Además, en Querétaro se están desarrollan trabajadores deprimer nivel en materia de soldadura, todos ellos certificadospor la Sociedad Americana de Soldadura (AWS, por sus siglasen inglés).

Seminarios y exámenes en español paraCWI se darán en Weldmex 2013 en Monterrey

Este año, durante la exposición AWS Weldmex que tomalugar en Monterrey en mayo, se ofrecerán seminarios yexámenes para la certificación de inspector de soldadura (Cer-tified Welding Inspector, o CWI, por su siglas en inglés). Sepueden tomar cursos para las normas D1.1 y API 1104, y se darátambién un entrenamiento para la porción de inspección visualde ambos exámenes, los cuales se pueden presentar inmediata-mente después del seminario. Para más información e inscrip-ción, llame al +001-305-443-9353 extensión 273, o visite el sitioweb www.aws.org/mexico.◆

Volkswagen de México tiene gran demanda de personal calificado.En la planta de Puebla se fabrica el nuevo VW Beetle, así como losmodelos Jetta y Golf. (Foto por Visión Automotriz Magazine.)

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NOTICIAS INTERNACIONALES


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Welding Journal en Espanol 201301

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