Corriente Constante vs Voltaje de Salida Constante

Tengo una pequeña soldadora MIG en casa. Quiero utilizarla para hacer alguna soldadura con electrodo revestido, pero me han dicho que no es posible. ¿Porque no puedo hacerlo? En el trabajo tenemos varios tipos diferentes de máquinas de soldadura. ¿Por qué es que algunas sólo se pueden utilizar para soldadura con electrodo y otras sólo para soldadura con alambre, pero hay otras máquinas que se pueden utilizar para ambos? He oído hablar de CC y VC, pero ¿qué es lo que significan y por qué son importantes? Por último, nuestra empresa cuenta con algunos alimentadores de alambre con un interruptor "VC / CC" en el interior de ellos. ¿Esto significa que se puede utilizar con cualquier máquina de soldar?

Estas son muy buenas preguntas y estoy seguro de que han sido hechas por muchos soldadores. Desde el punto de vista del diseño y control de arco, básicamente hay dos tipos diferentes de soldadura para fuentes de energía. Estos incluyen las fuentes de energía que producen una corriente de energía constante (CC) y las fuentes de poder que producen un voltaje constante (VC) de salida. Las fuentes de energía multi-procesos son aquellas que contienen circuitos adicionales y componentes que les permite producir tanto CC como VC de salida dependiendo del modo seleccionado.

Nota: Tenga en cuenta que un arco de soldadura es dinámico, en éste la corriente o voltaje y la tensión están cambiando constantemente. La fuente de alimentación está monitoreando el arco y hace cambios en milisegundos con el fin de mantener al arco en condiciones estables.  Aunque el término “constante” es relativo. Una fuente de alimentación de CC mantiene la corriente a un nivel relativamente constante, independientemente de grandes cambios en el voltaje, mientras que una fuente de alimentación VC mantendrá el voltaje a un nivel relativamente constante, independientemente de que la corriente sufra grandes cambios. La Figura 1 contiene gráficas de las curvas de salida típicas de CC y VC en las fuentes de poder. En varios puntos de operación de la curva de salida en cada gráfica hay pocos cambios, relativamente, en una variable, aunque bastantes cambios en la otra variable ("Δ" (delta) = diferencia).

Constant Current vs. Constant Voltage Output

Figura 1: Gráficas de las curvas de salida típicas de CC y CV en las fuentes de poder

También hay que señalar que este artículo sólo está analizando los tipos convencionales de soldadura en las fuentes de poder. Durante la soldadura de pulso con la nueva Tecnología de Control de Forma de Ondas en las fuentes de poder, se puede considerar estrictamente las salidas de energía CC o VC. Más bien, las fuentes de alimentación están monitoreando y cambiando constantemente la tensión y la corriente extremadamente rápido (mucho más rápido que las fuentes de energía de tecnología convencional), con el fin de producir condiciones de soldadura por arco sumamente estables.

Antes de discutir la cuestión de la CC vs. VC, primero debemos comprender los efectos tanto de corriente como de la tensión del voltaje en la soldadura por arco. Comenzando con los efectos en la tasa de consumo velocidad de la corriente en la fusión del electrodo, ya sea electrodo revestido o alambre. Cuanto más alto sea el nivel de corriente, más rápido se funde el electrodo o más alta es la velocidad de fusión, midiéndola en libras por hora (libras / h) o kilogramos por hora (kg / hr). The lower the current, the lower the electrode’s melt-off rate becomes. Cuando la corriente de energía es más baja, la tasa de electrodos fundidos se reduce. El voltaje controla la longitud del arco de soldadura, y el resultado es la anchura y el volumen del cono de arco. A medida que aumenta la tensión, la longitud del arco se hace más amplia (y el cono del arco más grande), mientras que a medida que disminuye, la longitud del arco se hace más corta (y el cono del arco más estrecho). La Figura 2 ilustra el efecto de los cambios de voltaje en el arco.  

Constant Current vs. Constant Voltage Output

Figura 2: Efecto del voltaje en el arco

Ahora el tipo de proceso de soldadura que está usando, y su correspondiente nivel de automatización, determina qué tipo de salida de soldadura es más estable y por lo tanto cual se seleccionará. El proceso de soldadura por arco metálico blindado (SMAW) (también conocido como SMAW o palo) y el proceso de arco de gas tungsteno (GTAW) (también conocido como TIG) son ambos procesos manuales generalmente considerados. Esto significa controlar todas las variables de soldadura manualmente. Tú tomas el porta electrodo o la antorcha TIG con la mano y el controlas la dirección del ángulo, el ángulo de trabajo, la velocidad de desplazamiento, la longitud de arco y la velocidad a la que el electrodo se introduce en la junta, todo manualmente.  Con los procesos SMAW y GTAW (es decir, los procesos manuales), CC es el tipo ideal de salida para la fuente de alimentación. 

Por el contrario, el proceso de arco metálico con gas (GMAW), (MIG) y el proceso de soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW) son considerados procesos semiautomáticos. Esto significa que todavía mantienen la pistola de soldadura en el ángulo de control, el ángulo en el que se está trabajando, la velocidad de desplazamiento y la punta de contacto para trabajar a distancia (CTWD) manualmente. Sin embargo, la velocidad a la que el electrodo se introduce en la junta (conocido como la velocidad de alimentación de alambre (WFS)) se controla de forma automática con un alimentador de alambre de velocidad constante. Con los procesos semiautomáticos GMAW y FCAW, VC es la salida preferida. 

La Tabla 1 contiene un resumen sobre los procesos de soldadura y los tipos de salida recomendada.

Constant Current vs. Constant Voltage Output

Tabla 1: Tipo de salida recomendado para la fuente de alimentación en el proceso de Soldadura por Arco.

Para utilizar un diseño más simple y mantener costos de compra bajos, las fuentes de alimentación de soldadura son generalmente diseñadas para ser utilizadas con sólo uno o dos tipos de procesos de soldadura. Así que una máquina básica para electrodo tendrá solamente salida de CC, ya que está pensada para el electrodo de soldadura solamente. Una máquina TIG también tendrá únicamente salida CC ya que está diseñada para TIG y electrodo de soldadura solamente. Por el contrario, una máquina básica MIG tendrá salida VC solamente, ya que está diseñada para la soldadura MIG y núcleo de fundente de soldadura. En cuanto a tu primera pregunta, "¿Por qué no puedo soldar con mi máquina MIG?", la respuesta es porque su máquina MIG sólo tiene salida VC, que no está diseñada ni se recomienda para soldadura con electrodo revestido. Por el contrario, por lo general, no se puede utilizar soldadura MIG con una máquina para electrodo revestido con salida de CC, ya que es un tipo de salida equivocado para la soldadura MIG. Como se mencionó anteriormente, hay fuentes de alimentación de soldadura multi-proceso que puede producir tanto salida CC como VC. Sin embargo, es generalmente más complicado, tener una alta capacidad de salida, para aplicaciones industriales con el precio de una gama básica, en el costo inicial de la máquina de soldadura. La Figura 3 muestra distintos ejemplos de máquinas multiprocesos con salida CC y VC.

Constant Current vs. Constant Voltage Output

Figura 3: Ejemplos de máquinas de soldadura con distintos tipos de salida.

Se puede crear un arco de soldadura con cualquiera de los procesos de soldadura de salida CC o CV (si se puede configurar el equipo de soldadura para hacerlo).  Sin embargo, cuando se utiliza el tipo correcto de salida para cada proceso respectivamente, las condiciones del arco son muy estables. Sin embargo, cuando se utiliza el tipo equivocado de salida con cada proceso, las condiciones de arco pueden ser muy inestables. En la mayoría de los casos, son tan inestables que se convierte en un arco impracticable. 

Ahora vamos a discutir por qué estas últimas afirmaciones son ciertas. Con los dos procesos manuales, SMAW y GTAW, en los que se controlan todas las variables, (es por eso que son los dos procesos en los que la mayoría de los soldadores tienen habilidad). Tú necesitas tener la fusión del electrodo a una velocidad constante, de manera que se puede alimentar la junta con un ritmo continuo.  Para ello, la salida de soldadura necesita mantener la corriente a un nivel constante (es decir, CC), de manera que la velocidad de fusión resultante sea consistente.  El voltaje es una variable menos controlable. En los procesos manuales, es muy difícil mantener continuamente la misma longitud de arco, ya que se está también constantemente alimentando el electrodo con la unión. El voltaje varía como resultado de los cambios en la longitud de arco. Con salida de CC, la corriente tiene un ajuste preestablecido, el control y el voltaje varían y se miden simplemente (por lo general con un valor promedio) mientras se suelda.

Si se trató de soldar con el proceso SMAW, por ejemplo, se utiliza la salida CV, y la velocidad de fusión resultante, varía demasiado. A medida que se avanza a lo largo de la junta (tratando de ser coherente con el resto de variables de soldadura), el electrodo se derrite a un ritmo más rápido, luego más lento, después más rápido, etc. Constantemente tienes que estar cambiando la velocidad con que se alimenta al electrodo. Esta es una condición irrealizable, con lo que la salida se vuelve imposible.              

Al cambiar a un proceso semi-automático, como GMAW o FCAW, se modifican algunas cosas. Mientras que tú estás todavía controlando muchas de las variables de soldadura de forma manual, el electrodo se introduce en la junta a una velocidad constante (basado en algún alimentador de soldadura en particular, que ha sido configurado). Esto si se require que la longitud del arco sea consistente. Para ello, la salida de soldadura necesita para mantener el voltaje a un nivel constante (es decir, CV), de modo que la longitud del arco resultante sea consistente.  Esta es una variable menos controlada. Es proporcional a, o como resultado de la WFS. Si la WFS aumenta, también lo hace la otra variable y viceversa. Con salida de VC, la corriente tiene un ajuste preestablecido, controlas el voltaje y se miden simplemente (por lo general con un valor promedio) mientras se suelda.  

Si se trató de soldar con los procesos GMAW FCAW o utilizando la salida CC, el voltaje y la longitud del arco resultante, variarían demasiado. Como voltaje disminuye, la longitud del arco se acortaría y quedaría solo “la colilla” del electrodo en la placa. Luego a medida que aumenta la tensión, la longitud del arco sería muy amplio y el electrodo se quemaría de nuevo hacia la punta de contacto. El electrodo se golpearía constantemente contra la placa, luego se quemaría de nuevo hacia la punta, apagándose en la placa, etc. Esta es una condición imposible, haciendo así de la salida CC poco deseable.              

Como nota al margen, también es común automatizar completamente los procesos GTAW, GMAW y FCAW de soldadura. En el caso de una automatización completa, todas las variables son controladas por una máquina y se mantienen un ángulo constante con respecto a la distancia. Por lo tanto hay menos cambios en las condiciones de arco. Sin embargo, el tipo de salida preferido para el proceso automatizado GTAW sigue siendo CC y para el proceso automatizado GMAW y FCAW es la salida VC. El quinto proceso de soldadura por arco más común, el de soldadura por arco sumergido (SAW) (también conocido como sub-arco), es típicamente un proceso automatizado también. El proceso SAW, ya sea salida CC o VC es de uso general. Los factores determinantes en cuanto a qué tipo de salida es la mejor son generalmente el diámetro del electrodo, la velocidad de desplazamiento y el tamaño del charco de soldadura. Con el proceso semiautomático SAW, el tipo de salida correcto es VC.

Tu última pregunta fue sobre alimentadores de alambre portátiles (véase el ejemplo en la Figura 4). Tu última pregunta trata de una pieza de equipo que le permite ir en contra de las reglas básicas sólo comprendidas en este artículo... hasta cierto punto. Están diseñados principalmente para aplicaciones de soldadura de campo y tienen tres características únicas en comparación con alimentadores de alambre Shop Style convencionales.  En primera, el cable está dentro de una caja de plástico duro para mayor protección y durabilidad. En segundo lugar, no requieren un cable de control para alimentar el motor de accionamiento, sino que utilizan un cable de detección de voltaje en el alimentador de alambre. Las conexión es simple, sólo requiere el uso de las fuentes de alimentación con el cable de soldadura (y la adición de una manguera de gas) existente. Tercera, tienen la capacidad de funcionar con una fuente de alimentación de salida CC, pero con éxito limitado. También tienen un interruptor de palanca "CC / CV" en el que se selecciona el tipo de salida de la fuente de poder.

Cuando estos alimentadores de alambre salieron por primera vez, la teoría era que podrían ser utilizados con una gran base existente de fuentes de energía CC ya en la práctica (la mayoría de las soldadoras impulsadas por motor) y por lo tanto ahora tienen capacidad para ejecutar con los procesos GMAW y FCAW. En lugar de tener que comprar una fuente de alimentación CV nueva, sólo se necesitaba conseguir el alimentador de alambre. Para compensar las fluctuaciones en el voltaje que se obtiene con la salida CC, estos alimentadores de alambre tienen circuitos extra que ralentizan la velocidad de alimentación del alambre, en un intento de ayudar a estabilizar el arco (nótese que en CC, la velocidad de alimentación de alambre ya no es constante, sino que aumenta y disminuye continuamente en un intento de mantener la corriente en una salida continua).

Constant Current vs. Constant Voltage Output

Figura 4: Ejemplo de Alimentador de Alambre estilo “maleta”.

La realidad de la soldadura con alambre con salida CC es que funciona bastante bien con algunas aplicaciones y mal con otras. Hay relativamente buena estabilidad del arco con el fundente de gas-blindado con núcleo (FCAW-G) y el proceso GMAW en un arco de pulverización o rociado de pulso de transferencia de metal. Sin embargo, la estabilidad del arco sigue siendo muy irregular e inaceptable con el fundente auto protegido con núcleo (FCAW-S) y el proceso GMAW en un modo de transferencia corto del circuito de transferencia de metal. El voltaje de salida varía con CC, con procesos que generalmente operan a voltajes más altos (es decir, 24V o más), tales como FCAW-G y el arco de pulverización de pulso MIG, que regularmente son menos sensibles a las variaciones de voltaje experimentados con salida CC. Por lo tanto la estabilidad del arco es bastante buena. Mientras que los procesos tales como cortocircuito MIG y FCAW-S, que generalmente operan a niveles de voltaje más bajos (es decir, 22 V o menos), son más sensibles a las variaciones de voltaje.  Por lo tanto la estabilidad del arco es muy mala y se considera inaceptable. Otro factor con electrodos FCAW-S en salida de CC son las variaciones de voltaje en el arco que dan como resultado longitudes de arco más amplias que pueden, en esencia, sobre exponer el arco a la atmósfera. Esto puede dar lugar a la porosidad de la soldadura y / o una fuerte disminución al impacto de la temperatura en los metales de soldadura.

Como nota final, la salida VC se recomienda siempre para la soldadura de alambre. Por lo tanto, cuando se utilizan estos alimentadores de alambre estilo “maleta” con una fuente de alimentación que tiene capacidad de salida de VC, debe utilizarse en lugar de la salida de CC. Por último, mientras que la salida CC es aceptable para fines generales para los procesos de FCAW-G y el arco pulsado MIG de soldadura, no se recomienda si se quiere obtener un trabajo de calidad.