Medición instantánea y precisa de formas tridimensionales complejas de cordones de soldadura
La soldadura es un método de unión de dos materiales (metales base) mediante el uso de energía como el calor o la presión, con o sin el uso de un metal de aportación. Los cordones de soldadura, creados en las soldaduras, son piezas extremadamente importantes que tienen un gran efecto en la resistencia de la unión y la calidad del producto. Basándose en la forma del cordón de soldadura, es posible evaluar si la soldadura se ha realizado correctamente o no, y si existen fallos o defectos. Para evaluar correctamente un cordón de soldadura, es necesario medir cuantitativamente su compleja forma tridimensional, lo que plantea una serie de problemas.
En esta página se explican los conocimientos básicos sobre cordones de soldadura y el método más reciente para obtener de forma fácil e instantánea mediciones precisas de las formas tridimensionales de los cordones de soldadura.
- Cordones de soldadura
- Dimensiones y forma óptimas del cordón de soldadura
- Defectos en la forma del cordón de soldadura
- Soluciones para la medición de formas de cordones de soldadura
- Resumen: el sistema VR proporciona una mejora espectacular en la medición de formas de cordones de soldadura que antes eran difíciles de medir con precisión
Cordones de soldadura
Cuando los metales base se unen mediante soldadura por arco, láser o medios similares, los cordones de soldadura son piezas convexas y redondeadas que se crean en la superficie de las uniones. Como los cordones de soldadura se forman en forma de cuerda, el proceso se denomina a veces ensartado.
En la fabricación de tubos metálicos para diversos fines, el cordón de soldadura se forma mediante soldadura de alta frecuencia en la unión del metal base tras el perfilado. Con otros métodos de soldadura, la unión en la que se funden el metal y el metal base se sigue denominando cordón de soldadura aunque casi no tenga forma ascendente.
Dimensiones y forma óptimas del cordón de soldadura
En esta sección se explica la forma del cordón de soldadura para el método típico de soldadura por arco.
La forma del cordón de soldadura es correcta cuando cumple las dimensiones prescritas.
Dimensiones y forma prescritas del cordón de soldadura
Las dimensiones óptimas del cordón de soldadura están normalizadas, y es importante que se cumplan los requisitos de forma del cordón de soldadura durante el desarrollo, el diseño, los procesos y el proceso de producción.
A continuación se indican algunas dimensiones comunes prescritas:
- Espesor de garganta: el espesor mínimo del cordón de soldadura.
- Profundidad de penetración: distancia desde el pico del metal base fundido hasta la superficie del metal base.
- Longitud de la pata: longitud mínima desde la raíz de la soldadura en la base de la junta hasta la punta del pico de la soldadura.
Por ejemplo, en la soldadura que se muestra en la figura siguiente, la norma de juicio para la anchura óptima del cordón es si la longitud del tramo es igual o superior al 80% del espesor del metal base más fino. Cuando el espesor del metal base más fino es de 20 mm (0.79"), se requiere una longitud de pata de aproximadamente 16 mm (0.63"), lo que determina la anchura del cordón.
Dimensiones del cordón de soldadura y corriente de soldadura
En la soldadura por arco, la corriente de soldadura es uno de los factores que afectan a las dimensiones del cordón de soldadura. Una corriente mayor produce perlas más grandes, mientras que una corriente menor produce perlas más pequeñas. Si el cordón de soldadura no satisface las dimensiones o la forma requeridas, es necesario corregir las condiciones de soldadura, como la corriente de soldadura o la velocidad de movimiento de la antorcha.
Defectos en la forma del cordón de soldadura
Además de las dimensiones, hay una serie de defectos que requieren atención en la forma de la superficie del cordón de soldadura. Aquí explicaremos, mediante ilustraciones, algunos defectos típicos del cordón de soldadura y sus causas.
Solapamiento
- [Fenómeno]
- El solapamiento se refiere a las condiciones en las que el metal fundido que rebosa sobre la superficie del metal base se enfría y se solidifica como cordón de soldadura sin fusionarse con el metal base.
- [Causa]
- El solapamiento se debe a la baja velocidad de soldadura y al aporte excesivo de metal de soldadura. El solapamiento en una soldadura en ángulo se produce por el goteo del exceso de metal fundido causado por la gravedad.
-
Subllenado
- [Fenómeno]
- El subllenado insuficiente se produce cuando no hay suficiente metal de aportación en la soldadura, lo que hace que el espesor total de la soldadura sea inferior al espesor del metal base.
- [Causa]
- El subllenado insuficiente se debe a unas condiciones de soldadura incorrectas (corriente o velocidad de soldadura).
-
Socavadura
- [Fenómeno]
- La socavadura es una ranura que se forma en el cordón de soldadura al soldar sobre metal base o una soldadura anterior.
- [Causa]
- La socavadura suele deberse a una corriente o velocidad de soldadura excesivas.
-
Picaduras
- [Fenómeno]
- Las picaduras son defectos superficiales que se producen cuando se forman cavidades de gas en el interior del metal de soldadura, solidificándose y creando un agujero en la superficie del cordón cuando el gas escapa. Las cavidades de gas que se solidifican en el interior del cordón de soldadura son defectos internos denominados sopladuras.
- [Causa]
- Las causas de las picaduras incluyen problemas con el gas de protección; desoxidante insuficiente; aceite, óxido, chapado u otras materias adheridas a la superficie de la ranura del metal base; y humedad contenida en el material.
-
- A
- Picadura
- B
- Agujeros
Agrietamiento (cordón de soldadura y superficie del metal base)
- [Tipos y fenómenos]
- Por agrietamiento se entienden las grietas que se forman en una soldadura caliente inmediatamente después de soldar. El agrietamiento se divide a grandes rasgos en agrietamiento por solidificación y agrietamiento por licuefacción. El agrietamiento por solidificación se produce cuando la soldadura se solidifica. El agrietamiento por licuefacción se produce en las soldaduras multicapa cuando la capa de soldadura anterior se funde por la soldadura posterior. Dependiendo de la ubicación y la forma, las grietas se clasifican como grietas longitudinales, grietas en los dedos de los pies, grietas transversales o grietas en cráter.
-
- A
- Grieta longitudinal
- B
- Agrietamiento en el borde
- C
- Grieta transversal
- D
- Grieta del cráter
Además de los defectos que pueden identificarse por la forma y el aspecto, hay otros defectos que afectan a la resistencia de la junta.
- Penetración incompleta: cuando la penetración de la soldadura no alcanza la profundidad requerida debido a un calentamiento insuficiente
- Fusión incompleta: cuando el metal fundido no se fusiona con el metal base en un punto determinado.
Dado que se trata de defectos internos, es necesaria la inspección mediante muestras de sección transversal.
Soluciones para la medición de formas de cordones de soldadura
Las inspecciones son esenciales para garantizar la calidad de los cordones de soldadura. Las comparaciones visuales con buenas muestras de productos y calibradores requieren un alto nivel de destreza y mucho tiempo, y el juicio puede variar según la persona. Debido al sistema y a la precisión, las máquinas de inspección en línea automatizadas no son adecuadas en muchos casos para fines como el uso durante la fase de I+D, las pruebas para decidir las condiciones de soldadura, las inspecciones por muestreo o la inspección del 100% del producto de múltiples productos fabricados en lotes pequeños.
Para resolver estos problemas de medición de cordones de soldadura, KEYENCE ha desarrollado el perfilómetro óptico 3D de la Serie VR.
La Serie VR captura con precisión la forma tridimensional de toda la superficie del objetivo sin entrar en contacto con él. También mide la forma tridimensional mediante el escaneado tridimensional del objetivo en el escenario en tan solo un segundo con gran precisión. Es capaz de realizar mediciones instantáneas y cuantitativas. Esta sección presenta algunas ventajas específicas de la Serie VR.
Ventaja 1: medición completa en tan solo un segundo. La forma tridimensional de toda la superficie del objetivo puede captarse con precisión con una sola medición.
La Serie VR adquiere instantáneamente datos de superficie (800,000 puntos de datos con una sola exploración) en tan solo un segundo. Esto permite una medición muy precisa e instantánea y una evaluación cuantitativa de las formas tridimensionales de cordones de soldadura complejos.
Las irregularidades máximas y mínimas de la superficie pueden mostrarse de forma fácilmente comprensible en un mapa de colores, lo que permite identificar la ubicación de los defectos. También es posible adquirir datos de perfil detallados simplemente especificando cualquier ubicación deseada en el objetivo, como las ubicaciones de los defectos.
Incluso después de la medición, pueden adquirirse datos de perfil de otras zonas a partir de datos de escaneado 3D anteriores, lo que elimina la necesidad de volver a escanear el objetivo. Además, los datos de medición de varios objetivos pueden compararse entre sí, y las condiciones deseadas pueden aplicarse a varios conjuntos de datos a la vez. El resultado es una reducción drástica de las horas de trabajo y una mayor eficacia laboral.
Ventaja 2: el funcionamiento es sencillo y cualquier persona puede realizar la medición sin variaciones debidas a los operadores.
La medición de formas 3D puede realizarse fácilmente con solo colocar el objetivo en la plataforma y presionar un botón. Esta serie incluye la primera función de medición inteligente del sector que configura automáticamente el rango de medición y mueve la plataforma en función del tamaño del objetivo. Esto elimina el trabajo que sería necesario para establecer la longitud de medición y el rango Z.
La gran variedad de herramientas de ayuda permite una configuración sencilla e intuitiva de las condiciones de medición deseadas.
Además de su fácil configuración, las herramientas de asistencia permiten que el sistema sea manejado fácilmente incluso por principiantes, haciendo posible que incluso los operadores que no estén familiarizados con la medición realicen mediciones precisas en tan solo un segundo. Como resultado, se puede aumentar fácilmente el número de muestras no solo para I+D y pruebas para decidir las condiciones, sino también para la medición e inspección de productos durante la producción comercial.
Resumen: el sistema VR proporciona una mejora espectacular en la medición de formas de cordones de soldadura que antes eran difíciles de medir con precisión
La Serie VR puede medir formas de objetivos 3D de forma precisa e instantánea mediante escaneado 3D de alta velocidad sin entrar en contacto con el objetivo. Las mediciones difíciles, como la identificación de irregularidades complejas en formas de cordones de soldadura en 3D y la identificación de defectos, pueden completarse en tan solo un segundo. La Serie VR puede resolver todos los problemas que plantean los instrumentos de medición convencionales.
- Las ubicaciones anómalas de un cordón de soldadura pueden visualizarse en un mapa de colores.
- Una vez finalizada la exploración, puede realizarse en cualquier momento la medición del perfil de cualquier pieza y la comparación de varios conjuntos de datos.
- Sin necesidad de posicionamiento u otro tipo de preparación, la medición puede realizarse simplemente colocando el objetivo en la plataforma y presionando un botón. Esto elimina la necesidad de asignar un operador especializado para los trabajos de medición.
- Dado que las formas 3D pueden medirse fácilmente a altas velocidades con gran precisión, es posible medir un gran número de muestras en poco tiempo. Esto es útil para mejorar la calidad.
- De este modo se elimina la variación derivada de factores humanos, lo que hace posible una verdadera medición cuantitativa.
Este sistema permite realizar comparaciones con datos CAD y analizar fácilmente datos como la distribución dentro de las tolerancias. Puede utilizarse eficazmente para una amplia gama de fines, como la investigación y el desarrollo, la determinación de las condiciones de soldadura, las inspecciones por muestreo, la inspección al 100% de productos de lotes pequeños y el análisis de tendencias de fabricación.
