El proceso Tandem MIG ™ de doble hilo sigue ganando popularidad como medio para aumentar la producción en aplicaciones de soldadura por arco automatizadas. El proceso sigue las tendencias establecidas temprano en la industria de la soldadura de reducir los costos de soldadura mediante el desarrollo de procesos de doble alambre para una mayor productividad. Los primeros desarrollos en soldadura de alambre múltiple se enfocaron en el proceso de arco sumergido. La disponibilidad de fuentes de energía de inversor de alta potencia y Waveform Control Technology ™ ha permitido la soldadura de doble hilo utilizando el proceso MIG (GMAW).

Desde la introducción de Tandem MIG a principios de la década de 1990, la base instalada estimada de sistemas MIG de doble cable (GMAW) ha aumentado a más de 1000 unidades en todo el mundo. La mayoría de los sistemas instalados han reemplazado los procesos de un solo cable que se habían llevado al extremo superior del rango operativo utilizable en un intento de mejorar la productividad y reducir los costos al depositar la mayor cantidad de metal posible en el menor tiempo posible. Tandem MIG extiende el rango de productividad de soldadura más allá de lo que es posible con los procesos convencionales de un solo alambre. Una comparación de las tasas de depósito de metal de soldadura de los procesos populares de un solo alambre con la de Tandem MIG demuestra las posibles ganancias de producción asociadas con el proceso Tandem MIG.

Fundamentos del proceso

El proceso Tandem MIG emplea dos electrodos de alambre eléctricamente aislados colocados en línea, uno detrás del otro, en la dirección de soldadura. El primer electrodo se denomina electrodo de plomo y el segundo electrodo en línea se denomina electrodo de pista. El espacio entre los dos alambres suele ser de menos de ½ pulgada, por lo que ambos arcos de soldadura llegan a un charco de soldadura común. La función del cable conductor es generar la mayor parte de la penetración de la placa base, mientras que el cable de arrastre realiza la función de controlar el charco de soldadura para el contorno del cordón, humedecer los bordes y agregar a la tasa general de depósito de metal de soldadura.

El proceso funciona mejor con un cable conductor de gran diámetro y un cable de arrastre de diámetro pequeño. El cable conductor más grande puede representar hasta un 65% de la tasa de deposición total, mientras que proporciona una mayor penetración. El alambre de soldadura de rastro más pequeño se enfoca en el borde de rastro del charco de soldadura. El cable de arrastre suele ser de menor diámetro y, por lo tanto, consume menos corriente. Esto ayuda a controlar el charco de soldadura compartido y ayuda a mantenerlo fresco.

Un compromiso común es especificar que los alambres de soldadura principales y finales tengan el mismo diámetro para satisfacer las limitaciones de inventario o porque la dirección de soldadura debe invertirse en algún lugar de la soldadura. Se puede lograr un funcionamiento satisfactorio con este compromiso, pero la velocidad máxima de desplazamiento es limitada y la robustez del proceso se reduce.

Tandem MIG depende de un software de control de fuente de energía especializado que facilita el funcionamiento estable de dos arcos de soldadura independientes que trabajan en estrecha proximidad. La fuente de energía debe controlarse para estabilizar las influencias electromagnéticas disruptivas que causan una inestabilidad severa cuando dos arcos de soldadura de corriente continua (CC) no regulados se operan juntos.

En el modo de funcionamiento estándar, el arco conductor está programado para un modo de voltaje constante positivo Tándem MIG CC y el rastro para el funcionamiento en un modo de pulso positivo CC Tándem MIG. El arco conductor de voltaje constante es deseable para maximizar la penetración y la velocidad de desplazamiento. El arco de seguimiento pulsado de menor entrada de calor es fundamental para minimizar la posible interferencia del arco electromagnético entre los dos arcos, así como para enfriar y controlar el charco común de soldadura fundida que se genera.

La combinación del cable de voltaje constante (CV) y la configuración de recorrido de pulsos MIG en tándem proporciona un amplio rango de funcionamiento. Los procedimientos de arco de avance y de seguimiento se pueden cambiar de forma independiente para lograr un equilibrio entre la penetración y el relleno.

Una segunda configuración potencial requiere operar tanto los alambres de soldadura conductores como los de camino en un modo de pulso Tandem MIG. Esta configuración se utiliza normalmente para gestionar la entrada de calor total del proceso en material de calibre delgado y otras aplicaciones sensibles al calor. Esta configuración requiere la sincronización de la frecuencia de pulso de ambos electrodos para que el pico de cada pulso en uno de los arcos ocurra durante el fondo del otro arco.

La sincronización implica que tanto el arco de entrada como el de cola deben funcionar a la misma frecuencia (o frecuencias que son múltiplos enteros entre sí). El requisito impone estrictas restricciones de operación y el proceso debe aplicarse con cuidado.

• Nuevamente, los procedimientos de guía y de seguimiento deben programarse para operar en las mismas frecuencias o en múltiplos enteros entre sí.
• Para aumentar o disminuir la deposición, las velocidades de alimentación de alambre de avance y de cola deben variarse juntas. Esto reduce el grado de independencia entre la penetración y el llenado.
• La regulación del voltaje del arco no se puede lograr variando dinámicamente la frecuencia

Configuración del equipo
El equipo Tandem MIG está configurado para proporcionar control de parámetros individuales para cada uno de los dos arcos de soldadura separados y eléctricamente aislados. Esto requiere un emparejamiento de todos los equipos; dos fuentes de poder de inversor de alta velocidad especialmente diseñadas, dos mecanismos de alimentación, dos fuentes de pago de alambre de soldadura separadas y una antorcha de soldadura Tandem MIG. Las fuentes de energía utilizadas para este proceso se basan en un control digital rápido y un software específico de Tandem MIG. Los parámetros de soldadura se establecen en la fuente de alimentación mediante comunicación digital desde un controlador lógico programable (PLC) asociado con una celda de trabajo de automatización dura dedicada o mediante un controlador de robot.

El soplete Tandem MIG es un componente crítico del sistema, diseñado con una alineación y un espaciado específicos de las puntas de contacto para lograr un control de arco adecuado. Debido a la necesidad de soportar las demandas de alto amperaje, ciclos de producción de alto ciclo de trabajo, las antorchas generalmente se clasifican en términos de la corriente total que fluye en ambos cables. Esta clasificación suele estar en el rango de 600-1200 amperios. Además, se especifica la corriente máxima para cada cable. Esta clasificación se encuentra típicamente en el rango de 400 a 800 amperios. Un ejemplo de una configuración de equipo de automatización dura sería:

Beneficios del proceso
Los mayores beneficios de producción del proceso Tandem MIG se han utilizado para:

• Justificar el costo de los equipos de automatización.
• Mejorar la rentabilidad de la automatización existente
• Reducir los costos de gastos de capital iniciales de las nuevas líneas de producción al reducir el número de estaciones de soldadura necesarias
• Acorte los períodos de recuperación asociados con la nueva automatización de soldadura.

El proceso Tandem MIG tiene un amplio rango operativo que generalmente se puede segmentar en dos categorías que abordan la soldadura de chapa metálica de alta velocidad y la soldadura de placa pesada. En láminas de metal, el proceso a menudo se opera a velocidades de desplazamiento superiores a 100 IPM en material de calibre delgado (.040 - .100 pulgadas). En material de calibre pesado, las tasas de deposición de metal de soldadura superan las 35 lbs./hr. es posible.

Aplicaciones de alta velocidad de desplazamiento
La capacidad de distribuir la corriente de soldadura total a través de dos alambres de soldadura separados proporciona beneficios únicos para la soldadura de alta velocidad. Cuando se presiona para aumentar las velocidades de desplazamiento en componentes de metal de calibre delgado en industrias como la automotriz, la fabricación de tanques y láminas de metal en general, las operaciones de soldadura enfrentan uno o dos problemas de calidad, ya sea quemadura o falta de características de seguimiento del metal de soldadura.

El proceso Tandem aborda estos dos problemas de limitación de velocidad. La capacidad de distribuir la corriente de soldadura necesaria a través de dos alambres de soldadura permite que el alambre conductor genere la penetración necesaria mientras que el alambre del rastro se desplaza por el borde posterior del charco de soldadura creando un relleno adicional. Además, el cable del sendero actúa como una fuerza adicional que empuja el charco para lograr un mejor seguimiento y capacidad de mojado. Este comportamiento del arco de estela en el charco de soldadura compartido proporciona excelentes características de llenado de huecos. Las capacidades mejoradas de llenado de huecos son de particular valor para las industrias que procesan grandes volúmenes de piezas estampadas o formadas.

El sistema utiliza un software de detección táctil de robot para ubicar la unión de soldadura y la opción de software de seguimiento de costura a través del arco (T.A.S.T.) para un seguimiento en tiempo real. El sistema de soldadura en tándem a una velocidad promedio de 60 ipm se instaló para reemplazar un sistema robótico de un solo cable más antiguo que tenía un promedio de 24 ipm. La velocidad total de soldadura se incrementó en un 150%.

Solicitudes de tasas de depósito altas
Como se ilustra en el gráfico anterior, el proceso Tandem MIG puede representar en promedio un aumento del 30-80% en el potencial de deposición en comparación con los procesos convencionales de un solo cable.

El proceso Tandem MIG generalmente emplea electrodos de pequeño diámetro. A medida que se aplican corrientes de soldadura más altas a los electrodos de diámetro pequeño (0,035-0,062 pulgadas), la tasa de fusión del electrodo aumenta exponencialmente. La velocidad de fusión del electrodo resultante para un consumo de corriente dado es más alta para Tandem MIG que la de un solo electrodo de gran diámetro. Este potencial de índice de fusión más alto y el consumo de amperaje más bajo proporcionan beneficios únicos para la industria de fabricación de placas pesadas. Obviamente, la alta tasa de depósito proporciona los medios para mejorar el rendimiento de la producción. La entrada de calor más baja se puede usar de manera efectiva para reducir la distorsión de la placa y el tiempo entre pasadas cuando se controla la temperatura entre pasadas en soldaduras de pasadas múltiples. El proceso es capaz de producir soldaduras de calidad de rayos X con excelentes propiedades mecánicas.

Capacidades de llenado de huecos en tándem MIG. Soldaduras realizadas a una velocidad de desplazamiento de 100 ipm en material de .100 pulgadas Paneles laterales de camiones que se sueldan con Tándem MIG robótico.

Retorno de la inversión
El proceso Tandem MIG está diseñado para usarse en celdas de soldadura automatizadas o líneas automatizadas. La automatización de host común es una celda de trabajo automatizada que tiene funciones de movimiento dedicadas o una celda robótica con movimiento flexible y programable. La inversión en estas líneas de producción de alto volumen es generalmente un gasto de capital significativo que requiere un análisis detallado y una justificación de costos. El tiempo parcial de piso a piso, incluida la velocidad de soldadura como componente crítico, juega un papel importante para determinar si un proyecto puede justificarse en costos. En comparación con los procesos de un solo cable, las capacidades de mayor velocidad de desplazamiento de Tandem MIG pueden ayudar a justificar los costos de mayores gastos de capital, así como a acelerar los períodos de recuperación de la inversión del equipo.

Tandem MIG ha ayudado a reducir el costo de nuevas líneas de producción al satisfacer las necesidades de producción con menos estaciones de soldadura. Esto es particularmente cierto para las líneas de producción de alto volumen que producen componentes automotrices o piezas similares donde las herramientas y los equipos de manipulación de piezas constituyen una parte considerable de los costos de instalación iniciales. El costo de las herramientas hidráulicas y el equipo de manipulación se puede reducir utilizando menos estaciones de soldadura en base al mayor rendimiento por estación de Tandem MIG. Además, se minimizan los gastos de conservación y mantenimiento de conjuntos de herramientas duplicados para asegurar que las dimensiones de las piezas sean consistentes.

Las placas de apoyo de camiones se sueldan con Tandem MIG automatizado. Los travesaños de 8 pies de largo requieren una soldadura de filete de 5/16 de pulgada colocada en ambos lados de un miembro de soporte vertical de 3/8 de pulgada. Tandem MIG pudo aumentar la producción de 5-6 unidades por día a 25 unidades por día. El proceso utiliza dos alambres de soldadura de .045 de diámetro que depositan 28 libras. por hora. La producción se incrementó en más del 300%.

Las celdas de producción que sueldan componentes grandes deben justificarse en función del costo de una manera diferente en función del tiempo de soldadura y no del recuento de piezas. La industria de equipos pesados, que fue la primera en adoptar el proceso Tandem MIG, generalmente utiliza grandes celdas de trabajo robóticas que incluyen posicionadores costosos para manejar las soldaduras grandes y pesadas que a menudo requieren dos o más horas para soldar. La mayoría de las soldaduras deben colocarse en posición horizontal o plana. Esto requiere el uso de posicionadores grandes y dificulta el uso de varios robots por celda. El MIG en tándem se ha utilizado repetidamente para reemplazar los sistemas robóticos de un solo cable soldando a tasas de depósito promedio en el rango de 15-20 libras / hora. con Tandem MIG operando en el rango de 28-34 lbs./hr.

La mayor tasa de depósito de metal de soldadura se ha utilizado para justificar el costo de comprar nuevas estaciones de trabajo más sofisticadas técnicamente.

Tandem MIG continúa beneficiando a una serie de industrias, desde empresas que sueldan componentes automotrices de láminas delgadas hasta empresas que realizan soldadura de múltiples pasadas de grandes equipos de movimiento de tierras y plataformas de perforación en alta mar.