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Las máquinas de soldadura por resistencia son conocidas desde hace mucho tiempo como devoradoras de agua, incluyen subcategorías de máquinas de soldadura por puntos, de proyección, de juntas, de recalcado y de centelleo y generan calor debido a los altos amperajes de soldadura secundaria requeridos para el proceso.

Por lo tanto, un flujo adecuado de agua de enfriamiento es una de las variables más importantes del proceso, especialmente cuando una máquina de soldadura por resistencia es parte de una línea de producción de alta velocidad. Según la aplicación, las máquinas de soldadura por resistencia de corriente alterna (CA) convencionales requieren un total de 4 a 8 galones por minuto (GPM) para mantenerse frías.

Normalmente, se monta en la máquina un colector de agua con varios circuitos paralelos y controles de flujo individuales. La configuración definitiva utiliza un interruptor de flujo de agua con límites programables para monitorear la temperatura y el flujo (Fig. 1).

Al menos un GPM debe dirigirse al control de la máquina de soldadura, un GPM al transformador y dos GPM al bucle secundario de cobre y los electrodos (puntas). Las máquinas de soldadura por resistencia con tecnología moderna de corriente continua de frecuencia media (MFDC) requieren un flujo de agua aún mayor, y es importante seguir las recomendaciones de la placa de identificación del fabricante.

Aunque las máquinas de soldadura por resistencia de CA pueden tolerar cierto sobrecalentamiento debido a un flujo de agua inadecuado, las fuentes de alimentación MFDC fallarán si no se enfrían adecuadamente.

Cuando se trata de máquinas de soldadura por resistencia de pistola múltiple de diseño especial, el flujo de agua total requerido puede ser considerable. Por ejemplo, las necesidades de enfriamiento por agua de una máquina de soldadura por resistencia automatizada con múltiples transformadores y puntas de electrodo individuales pueden alcanzar fácilmente 10-20 GPM (Fig. 2).

En el pasado, el personal de la planta conectaba rutinariamente las máquinas de soldadura por resistencia al suministro de agua municipal entrante y se olvidaba de ello. Sin embargo, los días en los que el agua de la ciudad era barata y abundante han quedado atrás, y los cargos adicionales por alcantarillado pueden ser sustanciales.

Existen numerosas fuentes de calor en el proceso de soldadura por resistencia, comenzando por el transformador de soldadura, que generalmente se encuentra dentro del marco de la máquina donde el aire no circula. El calor se genera internamente a medida que el transformador convierte el voltaje de la línea entrante en el alto amperaje secundario requerido para la soldadura por resistencia. Las aplicaciones de soldadura por resistencia pueden requerir hasta 100,000 amperios secundarios para generar suficiente calor localizado para fusionar el metal a través de la resistencia del material en la unión.

Los tubos de refrigeración por agua de cobre de diámetro pequeño suelen estar integrados en los devanados internos del transformador, mientras que otros circuitos enfrían la sección del contactor de alto voltaje del control de la máquina y los rectificadores secundarios utilizados en las fuentes de alimentación de corriente continua (CC) o MFDC.

Además, los grandes conductores de cobre que completan el bucle secundario externo de la máquina de soldar suelen necesitar refrigeración por agua.

La fuente de calor final en el proceso de soldadura por resistencia, que puede ser la más difícil de enfriar, proviene de las puntas de los electrodos de cobre, que conducen la corriente de soldadura a la pieza que se está soldando. 

Tubos de agua

La mayoría de los portaelectrodos nuevos vienen con un tubo de refrigeración interna por agua suministrado por el fabricante. Con un extremo cortado en un ángulo de 45 grados (Fig. 3), estos tubos están diseñados para forzar el paso del agua hasta el final de la cavidad interna de refrigeración por agua de un electrodo de soldadura por puntos.

Los tubos de agua deben instalarse con un espacio de 2 a 3 mm (0.078 a 0.118 pulgadas) entre el extremo del corte de 45 grados y el interior del electrodo. Esto garantiza que el agua fría se filtre correctamente alrededor del interior del electrodo antes de que vuelva a fluir hacia afuera.

Desafortunadamente, no siempre se reconoce la importancia de los tubos de agua y, a menudo, se desechan. Los tubos de agua que faltan o que están cortados e instalados incorrectamente permiten que se forme una bolsa de vapor dentro del electrodo, lo que impide que el agua de refrigeración llegue a la cavidad final de la punta del electrodo donde se necesita (Fig. 4).

Problemas comunes de refrigeración por agua

Las torres de agua grandes montadas en el techo han sido durante mucho tiempo la forma más común de suministrar agua de refrigeración a las máquinas de soldadura por puntos, pero presentan un conjunto único de problemas, incluidas las temperaturas inconsistentes del agua de proceso debido a las temperaturas variables del aire ambiente. Además, la suciedad y otros contaminantes en la torre pueden causar problemas.

Otro motivo por el que no se recomienda el uso de una torre de refrigeración con máquinas de soldadura por puntos es que la capacidad de flujo de agua de la torre a menudo no aumenta a medida que se instala maquinaria adicional refrigerada por agua.

Además, si se utilizan tuberías de hierro negro para las tuberías de la instalación, puede producirse corrosión interna después de un par de años y las escamas de óxido resultantes obstruirán los circuitos internos de refrigeración por agua de diámetro pequeño. El agua de pozo, que a menudo se considera gratuita, puede resultar muy cara para una planta porque los minerales presentes de forma natural en el agua de pozo acaban obstruyendo los circuitos de refrigeración de agua de la máquina de soldar. El agua de pozo también puede estar demasiado fría y provocar condensación.

Algunas plantas utilizan un gran tanque de agua o incluso un bidón de 55 galones con una bomba para recircular el agua de refrigeración. A veces se vierten bolsas de hielo durante el día en un intento de reducir la temperatura del agua. Sin embargo, debido a la inconsistencia de las temperaturas del agua, no se recomienda ninguna de esas opciones.

Por último, los pequeños recirculadores de agua tipo radiador diseñados para su uso con máquinas de soldadura por arco suelen ser inadecuados para enfriar una máquina de soldadura por resistencia en un entorno de línea de producción.

El gran enfriamiento

Un enfriador de agua autónomo con un tanque de reserva incorporado y una bomba de recirculación es la mejor manera de suministrar agua de refrigeración a una máquina de soldadura por resistencia. Y, si tiene el tamaño adecuado, un enfriador puede proporcionar agua de refrigeración a más de una máquina.

La condensación destruye a las máquinas de soldadura por resistencia

Aunque el sentido común indicaría que los enfriadores de agua utilizados con las máquinas de soldadura por resistencia deben funcionar lo más fríos posible, la condensación se convierte rápidamente en un problema durante el verano si la temperatura del enfriador se establece por debajo del punto de rocío predominante (la temperatura a la que se condensa el vapor de agua).

Como las temperaturas del punto de rocío superiores a los 70°F son comunes durante los húmedos meses de verano, los enfriadores deben configurarse por encima del punto de rocío para evitar la sudoración interna del transformador de la máquina y otros componentes refrigerados por agua. La condensación acabará provocando que un transformador falle.

También hay que evitar los charcos de agua en el suelo alrededor de la máquina resultantes de la condensación que gotea de los electrodos y los soportes. Como los contactores del rectificador controlado por silicio (SCR) o los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) dentro del armario de control de una máquina de soldadura por resistencia suelen estar refrigerados por agua, es habitual ver condensación allí también.

Para resolver el problema de condensación, algunos enfriadores ahora incluyen una función llamada compensación automática del punto de rocío, que elimina la necesidad de ajustar manualmente el punto de ajuste de temperatura del agua del enfriador durante el clima húmedo.

Siga la corriente

El flujo de agua adecuado suele ser más importante para el proceso de soldadura por resistencia que la temperatura del agua. La mayoría de los proveedores de enfriadores pueden proporcionar una bomba de mayor capacidad que la estándar para garantizar un flujo de agua adecuado para la aplicación, así que no escatime en eso si es necesario. Además, cuando sea posible, conecte el sistema para minimizar la presión de carga causada por las líneas de agua que pasan por encima. Dado que la presión no es igual al flujo, se recomienda un medidor de flujo de agua en línea.

La configuración ideal es conectar un enfriador a una sola máquina de soldadura por resistencia o un grupo de máquinas similares ubicadas juntas y hacer pasar las líneas de agua por el piso en lugar de por encima.

Dimensionamiento del enfriador

Seleccionar la capacidad de refrigeración y bomba adecuada de un enfriador para servir a las máquinas de soldadura por resistencia no siempre es una ciencia exacta, por lo que es importante colaborar con un distribuidor experimentado.

Al dimensionar un enfriador grande que sirva a varias máquinas, un sistema de compresor doble puede ser el camino a seguir, ya que permite que un lado se apague automáticamente cuando no se necesita la capacidad máxima del enfriador. Además, un tanque de reserva de tamaño adecuado actúa como un volante térmico y ayuda a evitar que el compresor del enfriador realice ciclos cortos.

Independientemente del sistema de recirculación de agua que tenga, la calidad del agua es una variable importante. Incluso los enfriadores de circuito cerrado deben controlarse para garantizar la calidad y la química del agua correctas.

La mayoría de los proveedores de enfriadores pueden ayudar con recomendaciones sobre la calidad del agua; algunos pueden proporcionar bidones con la mezcla adecuada de refrigerante de glicol. Nunca use anticongelante para automóviles.

No importa cuán sedienta sea su máquina de soldadura por resistencia, un enfriador de agua con recirculación de tamaño adecuado mejorará su proceso de soldadura por resistencia y le permitirá ahorrar dinero.

TOM SNOW (tomsnow@tjsnow.com) es presidente de T. J. Snow Co., Chattanooga, Tennessee.