Lotura
teknologiak

Arku bidezko soldadura

Lotura teknologiek eta horien artean soldadura prozesuek funtsezko eginkizuna dute ingeniaritzan eta ezinbestekoak dira gaur egun osagaiak fabrikatzeko, osagai askok lotura soldaturen bat baitute. Mekanikoki erresistenteak diren eta denboran degradatzen ez diren loturak sortzeko gaitasuna behar-beharrezkoa da eta kontuan hartu behar da diseinu, fabrikazio eta ikuskapen etapetan. Lotura horiek eraikin handietan (eraikinak, garraioa, fluidoen hoditerietan, etab.) nahiz txikietan (gailu elektronikoak, osagai txikiak, etab.) agertzen dira. Horregatik, lotura teknologiak fabrikazio-prozesu berritzaile eta iraunkorrak garatzeko funtsezko teknologia bideratzaile dira.

Testuinguru horretan, arku elektrikoz egindako soldadura prozesuek zeresan historiko garrantzitsua dute. Lehen Mundu Gerratik aurrera etengabe garatuak, teknologia heldu gisa iritsi dira gaurkotasunera, baina era berean, etengabe hedatzen ari dira eta denbora horretan industriaren eskakizun aldakorretara egokitzeko gaitasuna erakutsi dute. Gaur egun, arkuzko loturen kalitate altuak, prozesu horien produktibitate handiak eta beste lotura teknologia batzuk baino kostu doituagoa izateak aukera ematen dute merkatuan arkuzko soldadura oso modu lehiakorrean kokatzeko.

Arku bidezko soldadura prozesuetan, lehengaia galdatzeko erabiltzen den energia iturria arku elektriko bat da. Arku hori elektrodo baten, kontsumigarria ala ez, eta lotu nahi diren oinarrizko metalaren bi zatien artean ezartzen da. Elektrodo kontsumigarriaren aplikazioan MIG/MAG prozesuak gailentzen dira (bere ingelesezko sigletatik Metal Inert or Active Gas); elektrodo ez-kontsumigarrien artean, ordea, TIG prozesua (bere ingelesezko sigletatik Tungsten Inert Gas) edo PAW (ingelesezko terminologiatik Plasma Arc Welding) (ikus 1. irudia) nagusitzen dira. Merkatuko prozesu berritzaile gisa, MIG/MAG prozesu konbentzionalaren aldaerak azpimarratu behar dira, ekarpen termiko kontrolatua eta arku elektrikoaren egonkortasun handiagoa eskaintzen baitute, hala nola Fronius fabrikatzaile austriarrak garatutako Cold Metal Transfer-CMT prozesua, edo produktibitate handiagoko TIG prozesu konbentzionalaren aldaerak; soldadura ekipoen fabrikatzaile ezberdinek garatutako ArcTIG, TIGger edo TIGSpeed prozesuak, adibidez.

Irtenbide berritzaileak

Eremu honetan konponbide berritzaileak garatzearen helburua soldatutako loturen kalitatea hobetuz prozesu konbentzionalen produktibitatea handitzea da, gaur egun. Aldi berean, industria-prozesuak edo 4.0 Industria digitalizatzeko eta automatizatzeko joera globala ere gailentzen ari da; esparru honetan indartuz eta arkuzko soldadurako prozesuetara bideratutako ia garapen guztiei eraginez. Oro har, aurrez aipatutako helburu berberak lortu nahi ditu: produktibitatea handitzea, soldatutako loturaren kalitate bikainari eustea, eta, horrez gain, ohiko prozesuen trazabilitate eta sendotasunaren hobekuntza sustatzea.

Prozesu hauetako berrikuntzak eta hobekuntzak honako helburu hauetara bideratuta daude zehazkiago:

  • Arkuzko soldadura prozesu konbentzionalek lotu beharreko materialen aukera zabalera egokitzea, material berriak barne hartuta, hala nola titanio edo aluminiozko aleazio arinak, nikel oinarriko superaleazioak edo altzairu galbanizatua bezalako material estaliak, besteak beste.
  • Bi aleazio metalikoren arteko lotura desberdinduak egitea (adibidez, altzairuzko loturak Al edo Mg aleazioekin, isurketa-aleazioen eta forjaketa-aleazioen arteko loturak, etab.).
  • Batu beharreko zatien lodiera-tartea zabaltzea, egiturak arintzeko joera globala eta material berriak sartzea kontuan hartuta.

Zertan dihardugu gaur egun

Lortekeko arkuzko soldadurako prozesuetako jakintza-arloak oinarrizko ikerketa eta ikerketa aplikatuko ildoak lantzen ditu, industriaren beharrizanetara egokituta. Era berean, ezagutza eta konponbideak industriako ehunera transferitzera bideratzen du Lortekek bere jarduera.

Arkuzko soldadura prozesuen esparruan, Lortekek industria-ehunari euskarria ematera bideratzen dituen espezializazio-ildoen artean, honako hauek nabarmentzen dira:

  • Produktibitatea handitzeko, soldatutako loturaren kalitatea hobetzeko edota prozesuaren kostua murrizteko arkuzko soldadurako prozesu berritzaileak aztertzea, merkatuak eskaintzen dituen alternatiba tradizionalekin alderatuta:
    • Tandem motako prozesuak edo elektrodo bikoitzekoak.
    • Ekarpen termiko txikiko MIG/MAG prozesuak.
    • Produktibitate handiko TIG prozesuak.

  • Arku bidezko soldadura prozesuen monitorizazioa:
    • Aldagai elektrikoak eta prozesuko aldagaiak denbora errealean eskuratzea, biltegiratzea eta bistaratzea (tentsioa, intentsitatea, hariaren abiadura, soldaduraren aurrerapen-abiadura, gas-emaria, zuziaren posizioa, etab.).
    • Lineako kalitatearen kontrola: prozesuaren sentsorizazioa (abiadura handiko kamerak, termografia, sentsore akustikoak).
    • Junturaren jarraipena.

  • Soldadura prozesuaren kontrola: soldadura prozesuaren egokitzapen-kontrola edo denbora errealeko kontrola.

  • Arku-soldadura bidezko lotura eta konponketa prozesuak, korrosioaren aurkako birkargatze prozesuak eta higaduraren aurkako prozesuak aztertzea.

  • Soldatutako loturen metalurgia:
    • Soldatutako loturen karakterizazio metalurgikoa.
    • Aleazio metalikoen eta lotura desberdinduen soldagarritasuna aztertzea.
    • Beroan eta hotzean pitzatzeko mekanismoen eta fenomenoen azterketa, eta soldadurari lotutako sentsibilizazioa eta hozte-prozesua.
    • Altzairu herdoilgaitzezko loturen korrosio-portaera optimizatzea.
    • Soldadura osteko tratamendu termikoak aztertzea: mikroegituraren bilakaera eta loturaren propietateak.
  • Soldatutako loturen kalitatea ebaluatzea: akatsen identifikazioa (adibidez, porotasuna, pitzadura, fusio-faltak, etab.). Metodo suntsitzaileak eta ez-suntsitzaileak, arku-soldadura bidez.
  • Ekipamendu espezifikoa

    Arkuzko soldadurako prozesuak aztertzeko instalazio pilotua. Bertan, robotizatutako soldadura-zelula malguak ditugu, zelula horien konfigurazioa egokitzeko gaitasuna dutenak (potentzia-iturriak, zuzi-ereduak, KUKA robotak, FANUC, ABB, kanpo-ardatzak, etab.).

    Soldadura-zelulak eskuragarri daude oinarrizko eta aplikatutako I+G jardueretarako eta teknologia transferitzeko jardueretarako, prototipoen fabrikazioa barne.

    Industriarako transferentzia teknologikoko hainbat zerbitzu eskaintzen ditugu.

    • Hainbat prozesutarako soldadura parametroak garatzea eta optimizatzea.
    • Soldadura prozedurak garatzea.
    • Kode eta araudi desberdinetara egokitzeko gaitasuna.
    • Loturen diseinua.
    • Kontsumigarriak hautatzea.
    • Soldadura prozesuen edo teknologien azterketa konparatiboak. Hautaketa.
    • Laborategi-eskalako kontzeptu-probak edo bideragarritasun-saiakerak, prozesuaren industrializazioa eta prozesua produkzio-katean integratzea aztertzeko.
    • Lehen erakusgaia fabrikatzea: produktua garatzea, soldaduran dugun ezagutza eta esperientzia aplikatuz.

    Ezagutu gure ekipamendu espezifikoa: (ORRI ZABALGARRIA)

    • Teknologia-aukera zabala eskaintzen duten 5 potentzia-iturri: Fronius TPSi, Fronius Transpuls (2), EWM Activarc, SBI plasma arc.
    • Fronius-en FLEXTRACK45 ardatz lineal bat luzetarako soldadura mekanizaturako.
    • 6 ardatzeko eta 2 kanpoko ardatz gehigarriko FANUC eta ABB robotak.
    • CAD/CAM softwarea: SKM eta RobotStudio.
    • Prozesuko aldagaiak hartzeko, biltegiratzeko eta bistaratzeko garatutako komunikazio-arkitektura.
    • Prozesua kontrolatzeko ekipamendu erabilgarria: SERVO-ROBOT eta SCANSONIC juntura-jarraitzailea, kamera termografikoak, abiadura handiko kamerak, sentsore akustikoa, pirometroak, termopareak, ikusmen-kamerak, etab.

    Argitalpenak
    eta deskargak

    Argitalpenak
    2019
    P. Alvarez, L.Vazquez, N. Ruiz, P. Rodriguez, A. Magaña, A. Niklas, F. Santos.
    “Comparison of hot cracking susceptibility of TIG and laser beam welded alloy 718 by Varestraint testing”. Metals, 2019.

    Arrakasta-kasuak

    Enkofratu galbanizaturako eskoren arku bidezko soldadura prozesua

    Erronka

    Osagai galbanizatuak arkuz soldatzeko prozesuek duten arazoaren jatorria zinkaren lurrunketa da, hori arku voltaikoaren tenperatura bereizgarri handien ondorioz gertatzen da. Lurrun horiek presio handia eragiten dute estaldura-substratuan; soldatze-prozesuan behar bezala kanporatzen ez direnean, soldadura-bainuan harrapatuta geratzen dira eta gainazaleko etenak eratzen dituzte, hau da, poro formako akatsak. Deskribatutako porotasunaz gain, altzairu galbanizatuen soldadurak zipriztinen presentzia handia izan ohi du eta beraz, kalitate estetiko txikia. Bestalde, soldaduraren hondakin kutsatzaileek korrosioarekiko erresistentziari eragin diezaiokete eta estalduraren funtzioak oztopatu ditzakete.

    Irtenbidea

    Lortekek merkatuan altzairu galbanizatuen arkuzko soldadurarako dauden soluzio desberdinen azterketa konparatiboa egiten du, hainbat azterketa-aldagai barne hartuta: kontsumigarri mota (metalezko hari trinkoak eta tubularrak barne), babesteko gas desberdinak, arku prozesu motak, material mota horretarako bereziki diseinatutako ekarpen termiko txikiko prozesuak (LSC, PMC, CMT, adibidez), prozesuko aldagaiak (korrontearen intentsitatea, soldaduraren aurrerapen abiadura, etab.), estaldura-geruzaren hasierako egoera, etab.

    Superduplex altzairu berri bateko hodien soldadura prozesua optimizatzea eta homologatzea

    Erronka

    Industria kimikoarentzat eta, zehazki, ongarriak fabrikatzen dituzten industria-instalazioentzat, erronka bat da hainbat azpiegituratarako hodiak fabrikatzeko erabiltzen diren altzairu duplexen edo superduplexen loturetan propietate onak ziurtatzea. Hori bereziki garrantzitsua da lekuan bertan soldadurak egiten direnean, batez ere soldadurak oso ingurune korrosiboen eraginpean daudenean. Helburu nagusia propietate mekaniko onak ziurtatzea da, erresistentziaren eta iraunkortasunaren arteko erlazio egokiarekin, bai eta soldaduraren eta kaltetutako eremu termikoaren korrosioaren aurrean portaera ona izatea ere, metalen arteko fase hauskorrak sortzea saihestuz eta austenita eta ferrita faseen arteko oreka egokia ziurtatuz.

    Irtenbidea

    TUBACEX euskal enpresa garatzen ari den superduplex altzairu berri baten hodiak topera soldatzeko prozesua diseinatu eta garatzeko fasean parte hartzen du Lortekek proiektu honetan. Lortekek hainbat jarduera maila zehazten ditu deskribatutako arazoari aurre egiteko:* parametro kritikoen eragina identifikatzea: TUBACEX garatzen ari den altzairu superduplexaren soldadura prozesuan iraganaldien arteko ekarpen termikoa eta tenperatura, eta TIG soldadura prozesu automatikoa zein eskuzkoa homologatzea. 4. irudian, Lortekek proiektu honen esparruan TUBACEXentzat garatutako soldadura-prozeduretako baten xehetasuna jasotzen da.

    Erronkak

    Datozen urteetan aurre egin beharreko erronkak:

    Gaur egun, merkatuak oso efizienteak, produktibitate handikoak, sendoak eta errepikakorrak diren arkuzko soldadurako prozesuak eskatzen ditu, non batasunen kalitatea bikaina eta eskulan espezializatuarekiko mendekotasun txikiagoa izatea espero den. Eskakizun horiei industriako kostuak murrizteko gero eta handiagoa den presioa, lan-merkatuko soldatzaile esperientziadunen eskasia, material berriak erabiltzeko joera globala, material horien konbinazio berriak eta ohiko jardunbidetik urrun dauden lodierak gehitu behar zaizkie.

    Erronka horiei aurre egiteko, fabrikatzaileek arku elektrikoaren kontrol digital aurreratuetan oinarritutako prozesu berritzaileak garatzen dituzte, prozesuko aldagai nagusien arteko erlazio konplexuak ezarriz. Sektore eta prozesu industrial espezifikoei zuzenduta, honako helburu hauek dituzte: soldaduraren aurrerapen-abiadura handitzea, materialaren ekarpen-tasa handitzea, ekarpen termikoa murriztea edota arku elektrikoaren bidez metalaren transferentzia kontrolatzea, proiekzioak eta akatsen sorrera murriztuz.

    Bestalde, prozesuen digitalizazioari eta datu-sorkuntza masiboari esker, arkuzko soldadura-prozesura hurbilketa berritzaileak egin daitezke, orain arte ezezaguna zen jasotako informazioan oinarrituta.

    Deskribatutako erronken aurrean Lortekek egiten duen apustua Zaintza Teknologikoko eta Adimen Lehiakorreko sistemetan oinarritzen da. Sistema horiek merkatuaren joerak, aukerak eta mehatxuak identifikatzen eta aztertzen dituzte, eta eremu horretako lehia-egoera etengabe eguneratzen dute. Informazioaren kudeaketan duen bikaintasunetik abiatuta, Lortekek irtenbideen identifikazioan duen posizio estrategikoa mantendu nahi du lehen hautaketako laguntzaile teknologiko gisa: irtenbideen identifikazioan, industriaren aurreko azterketan eta horien ezarpen industrialean zehar arku-soldadurako prozesuetan.

    Pedro Álvarez doktorea

    Erreferentziazko Ikertzailea WAAM, Arku eta Laser Loturetan.

    Zientzietan doktorea Nafarroako Unibertsitatean. Prozesuen arloko ikertzailea da 2007tik. Gaur egun, osagai metalikoen lotura eta fabrikazio gehigarriko teknologia aurreratuekin lotutako ikerketa proiektuak zuzentzen ditu. Metalurgian eta soldagarritasunean, soldadura-teknologietan (arkua, laserra, erresistentzia, marruskadura-asaldura, txinpartak botatzea), birkargatzean eta fabrikazio gehigarriko prozesuetan espezializatuta dago. Europako hainbat proiekturen buru izan da (2) eta beste hainbatetan parte hartu du ikertzaile gisa (7). Oinarrizko ikerketa zein ikerketa aplikatuko eta enpresekin baterako berrikuntzako 60 proiektutan baino gehiagotan parte hartu du nazio mailan. Fabrikazio gehigarriari eta lotura teknologiei buruzko nazioarteko konferentzia askotan parte hartu du (30 baino gehiago) eta 26 artikulu zientifiko indexaturen egilea da. Artikulu horiek 356 aldiz aipatu dira.

    AEN/CTN 14 Normalizazio Batzorde Teknikoko kidea da.

    LORTEKeko ordezkaria da Europako AM Platform eta Joining Platform plataformetan. Euskaraz eta ingelesez (CAE ziurtagiria) komunikatzeko gaitasun onak ditu, bai eta erabateko konpromisoa eta ikerketarako, etengabeko ikaskuntzarako eta negozio-garapenerako grina ere.

    Irakaslea eta koordinatzailea da Soldadurako Nazioarteko Ingeniaritza Ikastaroan (IWE) eta Industriako Fabrikazio Gehigarriko Masterrean (Mondragon Unibertsitatea).

    2018ko azaroan, Eusko Jaurlaritzaren aintzatespena jaso zuen ikertzaile bikain gisa, ikerketan egindako lanagatik eta merezimendu zientifiko eta teknologikoagatik.