Nuevos desarrollos en la soldadura moderna de tuberías

Pipeweld Orbiter de ESAB Welding & Cutting Products es un sistema de soldadura mecanizado que está diseñado para reducir el costo por unión en proyectos de tuberías que involucran conexiones y secciones especiales, como cruces de carreteras y ríos.

El cambio tecnológico ha alcanzado un ritmo vertiginoso en algunas partes del mundo de la fabricación. En otros lugares, todavía se mantienen algunos métodos tradicionales de fabricación.

Las razones son familiares. La adquisición de nueva tecnología puede verse como un costo prohibitivo para algunas empresas. Otros simplemente creen que si el proceso no está roto, ¿por qué molestarse en arreglarlo?

Sin embargo, las realidades competitivas son independientes de las cuentas corrientes y de las prácticas de fabricación ineficientes. Tienen tendencia a golpear a las empresas en la cara si no prestan atención al mundo que les rodea.

Eso es particularmente cierto en la soldadura de tuberías. La combinación de soldadores experimentados y la creencia en métodos probados y verdaderos para unir tuberías ha creado un entorno que no ha cambiado rápidamente. Pero si las recientes introducciones de tecnología realizadas en la feria FABTECH® en Chicago en noviembre pasado son una indicación, los soldadores de tuberías pueden verse en una posición en la que tendrán que considerar seriamente las nuevas tecnologías de soldadura.

La forma en que se realiza la soldadura de tubería principal (la soldadura de secciones largas y rectas de tubería que cruzan el campo) en América del Norte es bastante sencilla. Se unen dos secciones de tuberías de tamaño similar y se usa una máquina neumática o hidráulica, generalmente en el interior, para sujetar las dos secciones para facilitar la soldadura. Cuando se conectan, las tuberías tienen un bisel en J de aproximadamente 5 grados para adaptarse a la soldadura en el sitio. (Tradicionalmente, los tubos salen de la fábrica de tubos con un bisel de 30 grados en sus extremos). Luego se usa un dispositivo de soldadura alimentado por alambre externo para colocar cordones rápidos y consistentes hasta el último paso.

Este enfoque funciona bien hasta que se requiere unir secciones especiales de la tubería, que pueden tener que despejar un camino o un cruce de río, por ejemplo. Estas secciones especiales se fabrican con la longitud requerida y luego se amarran a la línea principal que se detiene y comienza de nuevo a ambos lados del cruce. Simplemente no puede usar la tecnología de sujeción interna para este tipo de aplicaciones porque si los frenos de estas unidades fallaran, estos dispositivos grandes, algunos con un peso de hasta 1,000 libras, vendrían aullando por la tubería como un torpedo. De hecho, estas abrazaderas internas no se utilizan en pendientes de más de 22,5 grados. No hay forma de evitar la ley de la gravedad.

Gordon Eadie, gerente global del segmento de tuberías de ESAB Welding & Cutting Products, dijo que en estas situaciones, se necesita soldadura manual para completar el trabajo. Los soldadores no solo deben tener la habilidad suficiente para trabajar en varias posiciones de soldadura verticales, sino también en ángulos extraños, como 30 o 60 grados. No hace falta decir que eso deja a algunas empresas exasperadas buscando ayuda en la automatización. Han probado lo que la soldadura automatizada ha hecho por la soldadura principal, entonces, ¿por qué no querrían algo para estos segmentos no tan rectos?

Eso llevó a ESAB a desarrollar Pipeweld Orbiter, que consta de un dispositivo liviano y una banda de ajuste rápido que se sujeta a tuberías con diámetros superiores a 8 pulgadas. la soldadura tiene sentido para este tipo de aplicación. Por ejemplo, un soldador que use electrodos de celulosa para las pasadas de raíz y calientes en una tubería de 8" de diámetro con un espesor de pared de 0.25" probablemente podría terminar las pasadas de relleno y tapa fácilmente suficiente sin necesidad de un seguimiento mecanizado). El error contiene la antorcha, el mecanismo de accionamiento, los controles, el soporte del carrete de alambre, el mecanismo de alimentación de alambre, los cables y las mangueras. Está diseñado para funcionar con cualquier fuente de poder de soldadura de voltaje constante que pueda proporcionar suficiente salida para el alambre seleccionado. Para tuberías de mayor diámetro, tal vez de 16 pulgadas o más, se pueden usar dos errores al mismo tiempo en ambos lados para acelerar el proceso de soldadura.

"El alambre con núcleo fundente se presta perfectamente para esto", dijo Eadie. "Es excelente para las secciones especiales, los cruces o las soldaduras de conexión donde se unen las secciones largas de la tubería donde no pueden utilizar la abrazadera interna".

Cuando se utiliza alambre con núcleo de fundente para estas soldaduras de tuberías, el fundente se congela rápidamente sin afectar la fluidez del baño de soldadura debajo y el perfil de penetración esperado. Debido a esas características de rendimiento, la soldadura con núcleo fundente es la tecnología elegida para la mayoría de los trabajos de tuberías realizados fuera de América del Norte, dijo Eadie. En algunas partes del mundo, el llenado y tapado con electrodos celulósicos se está volviendo casi prohibido.

El sistema de soldadura PIPEFAB de Lincoln Electric es una fuente de energía diseñada específicamente para el mercado de fabricación de tuberías y recipientes.

Sin embargo, algunos tardan en aceptar el cambio. Es por eso que los consumibles se han diseñado para el tipo de aplicación de soldadura de tuberías que es probable que se encuentre en los EE. UU. Los electrodos celulósicos de Pipeweld se pueden usar para completar la raíz y la pasada en caliente, mientras que Pipeweld Orbiter automatiza las pasadas de llenado y tapado con núcleo de fundente. electrodos En otro procedimiento, los electrodos de bajo hidrógeno Pipeweld DH se pueden usar para la primera pasada de llenado y el Pipeweld Orbiter puede terminar las pasadas restantes.

Eadie dijo que a los soldadores manuales les resultaría difícil mantenerse al día con el error mecanizado, especialmente con el FCAW cuesta arriba capaz de depositar hasta 9 libras. de metal de aporte por hora. Agregó que el proceso es mucho más consistente que aquellos que usan soldadura por arco de metal blindado o procedimientos de separación estrecha de alambre sólido.

Eadie compartió un caso en el que una empresa tenía 200 millas de tubería para soldar en Europa y se le otorgó un contrato adicional por otras 50 millas en la misma tubería. Lo que debería haber sido un momento de celebración se convirtió rápidamente en un dilema. Tenían suficientes dispositivos mecanizados para la soldadura de tubería principal recta que habían planeado, pero no podían justificar el costo de más máquinas para el proyecto adicional de 50 millas. (La mayoría de las máquinas diseñadas para estas aplicaciones de soldadura de tuberías de espacio angosto se alquilan a empresas de alquiler de equipos).

"Estaban usando esta tecnología Pipeweld Orbiter en los empalmes y los cruces porque había secciones dentro de las 200 millas originales donde no podían usar la abrazadera tradicional", dijo Eadie. "Rápidamente aprendieron que, si manejaban este proyecto correctamente, de hecho podían competir en el tiempo con la cantidad de soldaduras que podían producir con un proceso supuestamente más rápido".

Mientras usaban el Pipeweld Orbiter para todas las conexiones en el proyecto de 50 millas, los soldadores también aprendieron que no necesitaban volver a biselar los extremos de las tuberías. Esto significó que no tuvieron que emplear un equipo de limpieza para recolectar las virutas de metal y tratar con el fluido de corte.

Cuando se completó la soldadura de la tubería, la empresa analizó críticamente los costos de los diferentes enfoques de soldadura. Se enteraron de que estaban realizando alrededor de 60 uniones por día en tuberías de 48 pulgadas de diámetro y 0,75 pulgadas de pared utilizando el proceso tradicional de espacio angosto con cinco equipos de soldadura (10 soldadores). Con el proceso de núcleo fundente, la empresa aún obtenía 60 uniones por día, pero tenía seis equipos (12 soldadores) trabajando en el proceso. Sin embargo, incluso con el personal adicional, la empresa descubrió que el costo total por junta usando el Pipeweld Orbiter era un 40 % menor que usando el equipo mecanizado para el proceso de espacio angosto, cuando se incluyeron los costos de movilización y maquinado. La empresa también retuvo el equipo al final del trabajo en lugar de devolverlo a la empresa de alquiler.

Eadie agregó que este tipo de tecnología de soldadura de tuberías no requiere mucha capacitación. Debido a los controles fáciles de usar y la producción constante del proceso vertical ascendente con núcleo fundente, se puede capacitar a operadores competentes en un día.

"Tenemos un par de proyectos que están soldando en Texas con núcleo fundente", dijo Eadie. "Es bastante nuevo para los muchachos allí... pero estamos viendo bastante interés".

Las introducciones de nuevas tecnologías de las empresas de soldadura Lincoln Electric y ESAB prometen cambiar la forma en que se sueldan las tuberías. imágenes falsas

Los soldadores que realizan este tipo de trabajo con tuberías comparten muchas de las mismas presiones que sus pares en otras áreas de la fabricación de metales, una de las cuales es hacer más con menos. Las empresas están interesadas en aumentar la productividad para poder completar proyectos antes y pasar a la próxima oportunidad de hacer dinero. Mientras tanto, hay que mantener la calidad porque en este tipo de trabajos, el fracaso puede ser desastroso. Por ejemplo, una fuga de productos químicos no es algo con lo que nadie quiera lidiar.

En contra de estas expectativas cada vez mayores, los talleres de tuberías y recipientes a presión y los contratistas mecánicos tienen que lidiar con las dificultades para encontrar los operadores y soldadores adecuados para sus aberturas. Esto es particularmente cierto cuando se trata de aquellas aberturas para las que se necesitan habilidades de alto nivel, como la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW).

En resumen, cualquier herramienta que pueda ayudar a los soldadores de tuberías a hacer su trabajo de manera más eficiente sin sacrificar la calidad probablemente será muy apreciada. Eso llevó a Lincoln Electric a desarrollar su sistema de soldadura PIPEFAB™.

"Comenzamos con las tecnologías existentes que ya servían en este espacio y brindaban el rendimiento de soldadura que necesitaban, pero tal vez no la experiencia que requerían desde una perspectiva de facilidad de uso", dijo Bruce Chantry, director de productos de tecnología avanzada de Lincoln Electric. . "Así que pasamos mucho tiempo en estos talleres de tuberías y recipientes escuchando a los clientes y observándolos en sus operaciones para comprender cómo usan las herramientas en su mundo cotidiano".

Esa realidad de soldadura en un taller de tuberías y recipientes a presión va a ser completamente diferente a la vida en el departamento de soldadura de un gran OEM como John Deere o Caterpillar, donde es probable que alguien esté realizando una soldadura por arco metálico con gas (GMAW) con el mismo tamaño de alambre y gas. combinación para la mayor parte de un turno de trabajo. Los soldadores de tuberías en un taller cambian constantemente entre soldadura por arco de metal protegido, soldadura por arco con núcleo fundente, GTAW y GMAW.

Para dar a los soldadores la capacidad de caminar hasta una fuente de energía, dejar todo conectado y elegir el proceso necesario para el trabajo con solo presionar un botón, los ingenieros de Lincoln Electric diseñaron el sistema PIPEFAB para que todas las salidas del proceso estén eléctricamente aisladas. No se necesitan desconexiones y reconexiones cuando se cambia el proceso. La compañía lo llama el diseño Ready-to-Run™.

Eso ayuda a abordar la necesidad de una mayor productividad, pero ¿qué pasa con las preocupaciones sobre la falta de experiencia y conocimiento en soldadura en el campo de la soldadura de tuberías? Ahí es donde entra en juego la nueva pantalla visual.

"Al pasar a una agradable pantalla de 7 pulgadas de grado industrial y alta visibilidad, ahora podemos usar esta pantalla como un medio para intercambiar información con los operadores para intentar hacerles la vida más fácil", dijo Chantry.

Históricamente, las interfaces de usuario de las fuentes de poder de soldadura eran bastante limitadas. Podría haber algunas etiquetas en una placa de identificación con algunas luces LED que le decían al soldador qué proceso se había elegido, pero en general eran bastante rudimentarias.

En lugar de teorizar sobre lo que querrían los soldadores de tuberías, Lincoln Electric utilizó la experiencia de una empresa que se especializa en la interfaz de usuario y el diseño para ayudar con el desarrollo del sistema PIPEFAB. Hicieron una extensa investigación de clientes con soldadores de tuberías, aprendiendo lo que les gustaba y lo que no les gustaba. Investigaron y compararon centros de información asociados con productos como el Ford F-150 y un tractor John Deere. Eso condujo a varios conceptos diferentes para diseños de pantalla, formas de hardware y ubicación de botones y perillas. Más comentarios de los soldadores ayudaron a llevar la interfaz de usuario final a donde debía estar.

"Este enfoque nos permitió hacer que la experiencia del usuario fuera increíblemente intuitiva y educativa", dijo Chantry. "Como ejemplo, si a alguien le apareciera un código de error por algún motivo, en lugar de que el código de error simplemente apareciera, el soldador ahora puede aprender cuál es el error y tal vez incluso algunas posibles soluciones para resolverlo. Podemos ahora comience a impartirles conocimientos sobre cómo solucionar problemas".

La interfaz de usuario fue un desarrollo importante para el producto PIPEFAB porque, en muchos casos, podría ser el factor decisivo para las empresas que buscan comprar nuevos equipos de soldadura de tuberías, agregó Chantry. Si bien a los soldadores experimentados les puede gustar la tecnología de soldadura de Lincoln Electric más que otras fuentes de energía en el mercado, los gerentes de taller o los compradores de equipos pueden inclinarse por las máquinas más fáciles de usar, dado que es probable que tengan soldadores menos experimentados trabajando para ellos con la jubilación de los baby boomers.

Lincoln Electric también ha mejorado el rendimiento de soldadura de su nueva fuente de poder para soldar tuberías, según Chantry. El proceso Surface Tension Transfer® patentado por la empresa, un GMAW de cortocircuito modificado, se ha perfeccionado para ofrecer velocidades de desplazamiento más rápidas y mayor estabilidad del arco. De hecho, en un momento los soldadores de tuberías tenían que usar longitudes de cable más cortas o cables de detección para garantizar un arco estable durante el proceso de unión. Ese ya no tiene que ser el caso con la introducción de la tecnología CableView™, dijo Chantry.

Esta característica patentada monitorea continuamente la inductancia del cable y ajusta la forma de onda para mantener un desempeño constante del arco con cables largos o en espiral de hasta 65 pies (19,81 m). Los soldadores no tienen que preocuparse por los cables adicionales que estaban presentes cuando se necesitaban los cables de detección. Además, la tecnología CableView notifica al soldador si la inductancia está fuera de los umbrales de rendimiento.

"No importa si un soldador está trabajando con un cable de 4,57 m [15 pies] en condiciones ideales o con un cable de 15,24 m [50 pies] en condiciones no tan ideales. El soldador no No tengo que tocar nada para garantizar la estabilidad del arco", dijo Chantry.

El sistema PIPEFAB también está diseñado para ofrecer características de soldadura por pulsos adaptadas a la soldadura de tuberías. Con la tecnología Waveform Control Technology® de Lincoln Electric, la función Smart Pulse™ monitorea la configuración de la máquina y adapta el pulso para cada aplicación de soldadura de tuberías, como soldadura de tuberías fuera de posición y 1G.

Chantry dijo que esta tecnología de soldadura de tuberías se desarrolló para lo que los soldadores de tuberías están haciendo hoy y para otras posibilidades en el futuro, tal vez con materiales más nuevos, aún no identificados. Otra cosa que los desarrolladores de productos tuvieron en cuenta fue la necesidad de conectividad Industria 4.0. Si bien muchos fabricantes aún tienen que aprovechar todo el potencial de lo que este tipo de gestión de fabricación digital puede hacer por la productividad y la calidad, tienen la tranquilidad de saber que el sistema PIPEFAB podrá ser parte de un entorno tan interconectado.

"Los clientes pueden conectar esto con Ethernet a su red y aprovechar nuestras soluciones de datos existentes cuando el producto se saca de la caja. Pueden administrar y supervisar sus operaciones de soldadura desde cualquier parte del mundo", dijo Chantry.