Análisis de los resultados

En la Figura 3.7 se muestra el comportamiento de la velocidad del proceso durante una de las pruebas efectuadas del sistema de monitoreo y su comparación con la curva de posición contra tiempo. Este ensayo sirvió para evaluar la estabilidad del proceso de soldadura.

Como se observa, la gráfica está dividida en 2 zonas. En la Zona 1 se puede apreciar una gran inestabilidad en la velocidad de soldadura, debido a que el peso de todo el sistema de sujeción y desplazamiento junto con el peso del electrodo de soldadura, en el dispositivo de alimentación por gravedad Figura 3.8, y la baja relación diámetro – longitud del electrodo, hacen que se produzca una pequeña flexión en el electrodo por falta de rigidez, provocando pequeños saltos en el desplazamiento horizontal del electrodo afectando la linealidad del movimiento del mismo, y por tanto aparecen pequeños picos de variación de la velocidad del proceso en esa zona.

En la Zona 2 al ser el electrodo más corto cambia la relación diámetro – longitud y por tanto aumenta su rigidez haciendo más estable su desplazamiento lineal y por consiguiente el proceso gana en estabilidad.

Figura 3.7. Velocidad de soldadura vs Tiempo.

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Figura 3.8. Esquema de masas en las partes que influyen sobre la rigidez del electrodo.

La inestabilidad en la velocidad de soldadura puede producir distintos defectos en la unión soldada lo que redunda en la calidad de la producción. Entre los desperfectos en soldaduras encontramos: la falta de penetración, agrietamientos en frío, socavaduras o mordeduras de borde, entre otras. Estos actúan sobre la calidad general de la unión soldada provocando en la mayoría de los casos no sean aceptados estos cordones y haya que retirar las piezas aumentando el costo de la producción.

Estos defectos de soldadura pueden explicarse mediante el análisis de la ecuación de la energía de soldadura, ya que la energía lineal de soldadura se relaciona con la velocidad en que se produce ésta, -según la ecuación-,

[J/mm] Ecuación 3.1

En la que al aparecer variaciones en la velocidad del proceso, también aparecen cambios significativos en la energía del proceso y en los parámetros eléctricos del arco, afectándose la eficiencia del proceso. (Ecuación 3.1)

Donde E es la energía [J/mm], I es la corriente de arco [A], U es el voltaje de arco [V], η es la eficiencia del proceso y v la velocidad de soldadura [mm/s].

msensor

m_corredera m_tenaza

melectrodo m_cable

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Por lo tanto, en el análisis hecho del proceso mostrado en la Figura 3.7 se puede apreciar que la Zona 1, tiene más posibilidades de presentar algunos de los defectos antes mencionados en correspondencia con la frecuencia de variación de velocidad de arco en esa zona. La Zona 2 presentó una velocidad de soldadura más estable, aunque también presenta algunas alteraciones, en donde pudieran ocurrir alguno de esos defectos.

Conclusiones del Capítulo.

1. El sensor de posición empleado permite localizar la posición del arco de soldadura con una precisión de ±1.2 mm, adecuada para la localización de los defectos que puedan aparecer en la unión.

2. El programa para el procesamiento de las señales eléctricas y de posición quedó validado contra resultados obtenidos experimentalmente a partir del procesamiento del programa en MATLAB que antecede al presente trabajo, permitiendo la independencia de estos procesamientos de datos del MATLAB.

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CONCLUSIONES GENERALES

1. Los dispositivos y métodos destinados al monitoreo de distintos procesos de soldadura, en tiempo real, se diferencian, fundamentalmente, en el tipo de señal que monitorean y por tanto en la información que brindan sobre los defectos detectados, el nivel de complejidad del equipamiento y sus costos asociados, lo cual hace que el monitoreo de las señales eléctricas del proceso sea la solución más factible para los estudios pertinentes en las condiciones industriales.

2. La instalación implementada permite estudiar y evaluar la estabilidad del proceso de soldadura con electrodo revestido y tener localizados, en tiempo real, la posición de posibles defectos en la unión soldada, con un error aproximado de ±1.2 mm.

3. El programa de procesamiento de los parámetros eléctricos y de posición desarrollado, permite la evaluación del comportamiento operativo del electrodo, en tiempo real, a través la comparación entre las magnitudes de los picos y tiempos de reencendido, los tiempos de duración, el periodo de ocurrencia de los cortocircuitos y la potencia consumida, respecto a la posición de ocurrencia de dichos eventos, constituyendo un componente complementario y fundamental para el sistema de detección de defectos en la soldadura por arco eléctrico.

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RECOMENDACIONES

1. Evaluar el comportamiento del dispositivo y método desarrollado en electrodos de distintas aplicaciones y diámetros, tal que permita reconocer posibles restricciones de empleo durante el estudio del proceso de soldadura por gravedad de electrodos recubiertos.

2. Utilizar estos métodos de adquisición y procesamiento con otros sistemas de soldadura de alimentación automática para calibrar el sistema con distintos procesos de soldadura y evaluar el desempeño del mismo en cada caso.

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ANEXOS

Anexo 1. Programa completo en LabView de control del posicionador.

Anexo 2. Código en Delphi para detectar cortocircuitos en las señales del arco de soldadura

procedure EncontrarCortos();

var

i, j, k, dur: Integer;

At, tt, dc, ti, tf, tccc: array of double;

begin

i := 1; j := 0; k := 0;

while i <= dur - 1 do //dur es la cantidad total de muestras begin

53 begin //está dentro del rango ±5

j := j + 1; // j cuenta la cantidad de valores i := i + 1; // consecutivos dentro del rango end;

if (j >= 10) then // si j es mayor que 10 entonces es considerado un corto begin

dc[k] := j * 0.2; // duración del cortocircuito en ms ti[k] := (tt[i]) - dc[k]; // tiempo donde se inicio del cortocircuito tf[k] := ti[k] + dc[k]; // tiempo donde termino el cortocircuito k := k + 1;

end; j := 0;

while ((At[i] <= -5) OR (At[i] >= 5)) do

begin i := i + 1; end; end; i := 0; for i := 0 to length(ti) do begin

tccc[i] := ti[i + 1] - ti[i]; //tiempo entre el inicio de cada cortocircuito

end; end;

Anexo 3. Código en Delphi para el cálculo de la conductividad de los picos de reencendido en las señales del arco de soldadura en corriente alterna.

procedure ConductividadAC();

var

i, j, m, k, h, u, p, dur: Integer;

At, It, tt, vimaxp, tpmaxp, treencp, vrermsp, irermsp, Bindp: array of double; rms, pico, tiaprt, ireerms, vreerms: double;

begin i := 1; j := 1; h := 1; k := 1; u := 0; vreerms := 1; ireerms := 1; while j < dur - 1 do begin i := i + 1; j := i + 1;

if (At[i] < 0) AND (At[j] > 0) then //detecta si la señal cruza por 0 begin

m := j; rms := 0;

while (At[m] > 0) AND (m < length(At)) do //si la señal es positiva y está en aumento es calcula el rms total del semiciclo hasta que cruce por 0 nuevamente

54 begin

rms := rms + sqr(At[m]); m := m + 1;

end;

pico := sqrt(2) * sqrt(rms / (m - j)); //pico promedio del voltaje en el reencendido while At[i] < 5 do begin i := i + 1; j := i + 1; end; tiaprt := tt[i] * 0.2; while At[j] > At[i] do

begin

vreerms := vreerms + sqr(At[j]); //Voltaje RMS ireerms := ireerms + sqr(It[j]); //Corriente RMS i := i + 1;

j := i + 1; k := k + 1; end;

if At[i] > pico then

begin

vimaxp[h] := At[i]; // Voltaje pico de reencendido en el arreglo tpmaxp[h] := tt[i] * 0.2; //Tiempo en que ocurre cada de reencendido h := h + 1;

i := i + 1; j := i + 1;

while At[j] < At[i] do

begin

vreerms := vreerms + sqr(At[i]); ireerms := ireerms + sqr(It[i]); k := k + 1;

i := i + 1; j := i + 1; end;

vreerms := vreerms + sqr(At[i]); ireerms := ireerms + sqr(It[i]); treencp[u] := (tt[i] * 0.2) - tiaprt; vrermsp[u] := sqrt(vreerms / k); irermsp[u] := sqrt(ireerms / k);

Bindp[u] := (irermsp[u] / (vrermsp[u] * treencp[u])) * 1000; // conductividad durante u := u + 1; //el reencendido del arco k := 1; //en 1/s*Ohm vreerms := 0; ireerms := 0; end; end; end; end;

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Anexo 4. Código en Delphi para el cálculo de la conductividad de los picos de reencendido en las señales del arco de soldadura en corriente directa.

procedure ConductividadDC();

var

i, j, m, k, h, u, p: integer;

Volt, Corr, Time, tt, vimaxp, tpmaxp, treencp, vrermsp, irermsp, Bindp: array of double; rms, pico, tiaprt, ireerms, vreerms: double;

begin i := 1; j := 1; h := 1; k := 1; u := 0; vreerms := 1; ireerms := 1; rms := 0;

for m := 0 to Length(Volt) - 1 do //Cálculo del rms total de la señal begin if Volt[m] > 0 then rms := rms + sqr(Volt[m]); end; while j < Length(Volt) - 1 do begin i := i + 1; j := i + 1; if Volt[i] > 0 then begin

pico := sqrt(2) * sqrt(rms / (m - j)); //pico promedio del voltaje en el reencendido while Volt[i] < 5 do begin i := i + 1; j := i + 1; end; tiaprt := Time[i]; while Volt[j] > Volt[i] do

begin

vreerms := vreerms + sqr(At[j]); //Voltaje RMS ireerms := ireerms + sqr(It[j]); //Corriente RMS i := i + 1;

j := i + 1; k := k + 1; end;

if Volt[i] > pico then

begin

SetLength(vimaxp, h + 1); SetLength(tpmaxp, h + 1);

56 tpmaxp[h] := tt[i] * 0.2; //Tiempo en que ocurre cada de reencendido

h := h + 1; i := i + 1; j := i + 1;

while At[j] < At[i] do

begin

vreerms := vreerms + sqr(At[i]); ireerms := ireerms + sqr(It[i]); k := k + 1;

i := i + 1; j := i + 1; end;

vreerms := vreerms + sqr(At[i]); ireerms := ireerms + sqr(It[i]); treencp[u] := (tt[i] * 0.2) - tiaprt; vrermsp[u] := sqrt(vreerms / k); irermsp[u] := sqrt(ireerms / k);

Bindp[u] := (irermsp[u] / (vrermsp[u] * treencp[u])) * 1000; // conductividad durante u := u + 1; //el reencendido del arco k := 1; //en 1/s*Ohm vreerms := 0; ireerms := 0; end; end; end; end;