ZI-TECH, EL CASO DE ÉXITO DE PANASONIC WELDING SYSTEM & CO

CASO DE ÉXITO 2

El acero, a pesar de la creciente demanda del aluminio en el sector de automoción para el aligeramiento de vehículos, sigue siendo el material más empleado tanto en BIW como en chasis, al presentar grandes ventajas frente a otros materiales. Sin embargo, la resistencia a la corrosión no está entre una de ellas. La corrosión en el acero es un problema recurrente que le cuesta cada año a empresas y estados ingentes cantidades de dinero, por lo que son necesarios procesos adicionales de protección superficial ante la corrosión.

Y entre todos los procesos de recubrimiento anticorrosión del acero, uno de ellos destaca por encima del resto, por ser uno de los más eficaces y competitivos en cuanto a su relación calidad-coste de producción: el galvanizado en caliente. Tanto es así, que la chapa galvanizada en caliente tiene cada vez más demanda tanto en el sector de automoción como en otros sectores de la industria, debido a sus altas prestaciones de protección ante la corrosión.

Pero este recubrimiento o tratamiento superficial del material base tiene sus repercusiones negativas en posteriores procesos de producción. El que nos compete en este artículo es el proceso de unión por soldadura al arco, conocida como MIG/MAG o GMAW. En efecto, esta barrera superficial, tan útil frente a la corrosión, se convierte en el gran quebradero de cabeza de todas las empresas involucradas en posteriores procesos de soldadura al arco, y no es de extrañar por tanto que la soldadura de material galvanizado en caliente se haya convertido en uno de los procesos de soldadura que más interés despierta en la industria.

El proceso comúnmente utilizado para la galvanización del acero es la inmersión en un baño de zinc fundido, o crisol, a temperaturas entorno a los 450~500 ºC, de allí su denominación de galvanización en caliente, o HDG (por sus siglas en inglés: Hot Dip Galvanizing). El resultado es una capa de protección de zinc que actúa como barrera, aislando el acero del medioambiente, e impidiendo que éste se oxide, incluso en los casos en que dicha capa superficial esté dañada, dado que el zinc contenido en ella, al ser más oxidable que el acero, actuará como elemento “sacrificial”, corroyéndose por preferencia para proteger el acero desnudo subyacente.

Llegados al momento de tener que unir piezas por soldadura al arco, ya sea por cortocircuito CC o pulsado, nos encontramos por tanto con una “barrera” superficial, con características totalmente distintas a las del material base. La más destacable, la temperatura de fusión del zinc, entorno a los 800ºC, mucho más baja que la del acero, entorno a los 1.400ºC. Sabiendo que en todo proceso de unión por soldadura es necesario el aporte de calor para fundir las piezas a unir, y así ocurre en la unión por soldadura con gas activo (MAG) o gas inerte (MIG) donde el calor vendrá generado por un arco eléctrico, el zinc, contenido en la superficie, fundirá previamente e incluso vaporizará, oxidándose repentinamente, creando un gas, el óxido de zinc, en forma de burbujas contenidas dentro del baño de fusión del acero que explosionarán al entrar en contacto con la superficie del baño. Este gas, vendrá por tanto a perturbar fuertemente el proceso de soldadura, ya de por sí volátil, donde los cambios de estado pueden producirse del orden de hasta 100 veces por segundo, y donde la estabilidad del baño de soldadura es fundamental para lograr un proceso eficiente. 

Dos son las consecuencias principales de la perturbación de este gas, óxido de zinc, en el proceso:

-       Alta generación de proyecciones

-       Alta concentración de porosidad interna y externa

Y ambas tienen incidencias más o menos importantes en los costes de producción y en la eficiencia global del proceso.

Dicho esto, con frecuencia me encuentro con empresas, dedicadas a la soldadura robotizada, que han interiorizado estas ineficiencias como un “mal necesario”, inherente al proceso. Tanto es así que, en muchos casos, ni si quiera se han formulado la pregunta obvia: ¿Existe actualmente en el mercado una tecnología capaz de reducir al mínimo estas perturbaciones y convertir el proceso de soldadura galvanizada en un proceso estable, eficiente y …rentable?

Llegados a este punto, les explico lo que cada vez más clientes en el mundo conocen como uno de los casos de éxito de Panasonic Welding System & Co.

En efecto, el reto de Panasonic fue el de desarrollar un proceso de soldadura de arco capaz de minimizar las perturbaciones generadas por el recubrimiento de zinc, con un estudio exhaustivo de cómo se comporta este elemento en el baño y qué diferencias existen entre distintas uniones, Lap-Joint, T-joint, cuáles son las vías prioritarias de escape del óxido de zinc retenido en el baño, qué influencias genera en la tensión de arco y el propio arco voltaico al producirse la explosión de la burbuja en contacto con la superficie, como actuar con la tensión de arco para crear una presión de escape del óxido, qué gradiente de enfriamiento del baño es el más efectivo para evitar la retención de la burbuja creando un poro interno, qué diferencias de comportamiento existen entre gruesos de capa de galvanizado dispares, entre materiales base dispares, etc.

Este reto, uno de los más importantes en Panasonic, necesitaba de una tecnología que estuviese a la altura de responder a las necesidades del cliente: eliminar los costes improductivos y aportar un proceso de alto rendimiento, eficiente y de alto valor añadido, sin verse obligado a asumir ese mal necesario que hasta entonces venía inherente al proceso. Y por supuesto, sin la necesidad de utilizar hilos de aporte tubulares de alto coste, o mezcla de gases específicos.

Nació así nuestro proceso patentado Zi-Tech: la soldadura robotizada de material galvanizado por arco MIG/MAG más eficiente del mercado.

¿Y cómo Panasonic fue capaz de desarrollar este proceso?

Tres fueron las claves:

·      Mediante la incorporación de su sistema TAWERS (The Arc WElding Robot System), donde, tanto el brazo antropomórfico como el generador de corriente están controlados por una única CPU. Con la incorporación de la CPU más potente del mercado, el sistema TAWERS es el único sistema de soldadura robotizada en el mundo donde el sistema servo de avance y control del hilo de aporte es el séptimo eje del sistema, y por tanto en sincronización total con el resto de los propios seis ejes del robot.

·      Mediante la incorporación de una forma de onda avanzada, diseñada específicamente para minimizar la volatilidad del arco voltaico, gracias a un control y una monitorización precisa del comportamiento de la tensión y de la corriente y capaz de reaccionar en consecuencia en tiempo real a cualquier eventualidad, incluso en las perturbaciones que se producen durante la explosión instantánea y aleatoria del zinc en superficie, siendo capaz de discriminar estos cambios bruscos de la tensión del arco y actuar instantáneamente en consecuencia.

·      Dado que estos cambios de estado pueden producirse del orden de hasta 100 veces por segundo, fue necesaria la incorporación de un doble inverter con una velocidad de procesamiento del inverter primario de 100 KHz, capaz de controlar el ciclo cada 10 microsegundos, es decir, con capacidad de cambiar la forma de onda prácticamente al instante! El inverter secundario es capaz de actuar tanto en los valores de corriente como de tensión de arco, conmutando instantáneamente entre uno y otro. De esta manera logra, por un lado, presionar de manera eficaz la burbuja de zinc hacia su vía de escape prioritaria en función de la geometría de la unión, reduciendo por tanto a la mínima expresión la existencia de porosidad interna, y por otro, actuar en el instante en que la burbuja entra en contacto con la superficie, minimizando la potencia de la explosión de dicha burbuja, reduciendo igualmente a la mínima expresión la generación de proyecciones.

Sergio Cherta

ROBOTECO SOLDADURA Y AUTOMATIZACIÓN 1988, S.L.