Welding Journal en Español

La sección de preguntas y respuestas de la RWMA (Asociación de Fabricantes de Soldadura por Resistencia, por sus siglas en inglés) de este número incluye varias preguntas sobre el monitoreo del proceso de soldadura por resistencia.

P: nuestro proceso de soldadura por resistencia produce resultados inconsistentes. La mayoría de las soldaduras son buenas, pero obtenemos demasiadas soldaduras débiles que requieren retrabajo o causan desperdicios corriente abajo. ¿Cómo puedo averiguar qué está mal?

R: la consistencia del proceso es un problema común en la soldadura por resistencia. Hay varias cosas que pueden estar fallando, todas causadas por variaciones en una o más de estas áreas: desempeño del equipo, propiedades de los materiales y ajustes del proceso. Siempre recomendamos que los clientes empiecen su investigación por los parámetros del proceso de soldadura registrados con un verificador de soldadura (es decir, un monitor de soldadura). ¿Por qué? Los datos recolectados por estos dispositivos pueden revelar algo que hasta los ojos y oídos mejor entrenados de un operador experimentado no pueden. Aun cuando es obvio que la soldadura no está funcionando, el operador puede no ser capaz de localizar la raíz del problema, mientras que los datos de un monitor sí podrían hacerlo. Sin datos de un monitor, el operador trabaja en gran medida a ciegas y adivinando la raíz del problema.

P: ¿Qué parámetros del proceso pueden medirse mediante un monitor de soldadura?

R: un monitor de soldadura por resistencia puede capturar corriente eléctrica durante la soldadura, voltaje entre electrodos, fuerza de electrodos y movimiento de electrodos.

Los modelos básicos generan un valor numérico agregado (por ejemplo, mínimo o máximo) para uno o más parámetros. Los monitores más avanzados pueden capturar y analizar toda la forma de onda de alta resolución de cada parámetro. Las formas de onda brindan mucha más información útil sobre el proceso de soldadura dinámica que los valores agregados. Por ejemplo, las formas de onda pueden revelar salpicadura debida a un ensamble inconsistente, hardware flojo de la máquina de soldadura y sincronización inconsistente entre la aplicación de la fuerza mecánica y la potencia eléctrica.

P: ¿Qué me dicen estos parámetros acerca de la soldadura?

R: la soldadura por resistencia se logra aplicando calor y presión en el tiempo. Se suministra calor haciendo pasar corriente a través de los electrodos y el elemento soldado. Se suministra presión apretando el elemento soldado entre dos electrodos a una fuerza predeterminada. El perfil de tiempo (velocidad a la cual se aplican corriente y presión) puede afectar el resultado de la soldadura.

El calor y la presión no pueden medirse directamente, pero son una consecuencia de la corriente a través de las partes, del voltaje a través de los electrodos y de la fuerza aplicada por la cabeza de soldadura. De estas mediciones pueden derivarse otros parámetros eléctricos como la potencia y la resistencia. Además, el proceso de soldadura causa un movimiento pequeño (desplazamiento) de los electrodos que puede revelar si la soldadura ha progresado de acuerdo a lo esperado.

Un cambio en cualquiera de estos parámetros podría indicar problemas en el proceso de soldadura, como por ejemplo, alineación incorrecta, suciedad/desperdicios, cambio en el material, cambio en el recubrimiento y otros defectos.

P: ¿Un monitor de soldadura puede determinar una soldadura buena o mala?

R: el monitor con sus valores resultantes y/o formas de onda no puede, por sí mismo, decir si la soldadura fue buena o mala. Sin embargo, puede comparar la soldadura más reciente con una soldadura buena conocida. Si los parámetros son similares, ésta se pasa como “buena”; si éstos están fuera del rango, la soldadura es señalada como “diferente”. El calificativo “diferente” con frecuencia se considera malo en un valor de producción, y la parte sería señalada para retrabajo o como desecho.

Para determinar el rango de valores o límites aceptables, un usuario ejecuta un diseño de experimentos usando diferentes ajustes del equipo para soldar que afectarán la calidad de la soldadura. Se registran y se revisan formas de onda con resultados de calidad de soldadura. Al final del estudio, pueden establecerse los límites superior e inferior de los parámetros, de forma que el rango incluya las soldaduras buenas y excluya las soldaduras malas. Los valores límite óptimos reflejan un equilibrio entre los éxitos cuando se acepta una soldadura buena y cuando se evitan muchos falsos positivos; es decir, soldaduras que generan lecturas dentro de los límites no cumplen las especificaciones de calidad de la soldadura. Es un esfuerzo que ocupa tiempo, pero que da como resultado ajustes del proceso que identificarán una soldadura buena dentro de los límites estadísticos. Para soldaduras críticas, éste es el procedimiento de facto que se debe seguir para productos como componentes de seguridad o dispositivos médicos.

P: ¿Para qué más pueden usarse los monitores de soldadura?

R: además del aseguramiento de la calidad, los monitores de soldadura se usan para identificar ajustes correctos en el desarrollo del proceso y para solución de problemas durante el mantenimiento, certificación de equipos y almacenamiento de datos. Identificar y monitorear los ajustes correctos de soldadura brinda un medio para el control de calidad del producto que se está fabricando. Durante el desarrollo del proceso, se puede comparar la estabilidad de los ajustes y optimizar el proceso.

• En la solución de problemas durante el mantenimiento, los monitores de soldadura son muy útiles para capturar valores y formas de onda para indicar la fuente probable del problema. La forma de la onda puede indicar problemas en las propiedades del material, cambios en los ajustes del proceso y mal funcionamiento del equipo. La clave está en identificar rápidamente la fuente real del problema y retomar la producción.
• Los monitores de soldadura además pueden verificar o certificar que el equipo está operando como se espera. Si usted programó una soldadura de 2000 A por 10 ms, querrá asegurarse de que la fuente de poder funcione como se espera.
• Finalmente, dado que el monitor está registrando los valores, también hay una opción para almacenar los datos. Cuando se conecta a un sistema de ejecución de manufactura, pueden almacenarse valores de soldadura para una parte producida en particular.

P: ¿Dónde se almacenan los datos del monitor de soldadura, y cómo puedo usarlos?

R: los datos pueden almacenarse localmente en el monitor de procesos o en un servidor en red ya sea localmente o en la nube. Los monitores modernos de alto desempeño tienen software que almacena los valores registrados en un servidor de base de datos. Puede accederse a esta base de datos mediante software de control estadístico de procesos (SPC, por sus siglas en inglés) analítico, que se usa para monitorear el estado del equipo y que es analizado mediante programas de eficiencia general de los equipos.

Los gerentes de producción, ingenieros de proceso y operadores pueden usar los datos almacenados para tomar decisiones informadas sobre el proceso de producción, las cuales afectan la calidad del producto, el rendimiento y el costo.

P: ¿Estos datos pueden usarse para algoritmos de aprendizaje de máquina o inteligencia artificial?

R: de hecho, ¡sí pueden! La inteligencia artificial (AI por sus siglas, en inglés) y el aprendizaje de máquina (ML por sus siglas, en inglés) se están aplicando en el campo de la soldadura para crear límites inteligentes adaptivos y predecir la calidad de la soldadura.

• Los algoritmos de AI/ML buscan tendencias en los datos registrados que pueden no haberse visto mediante el análisis estándar de gráficas. Además, las herramientas de AI/ML pueden generar muchas características de datos a partir de las formas de onda del proceso. Estas características pueden usarse para detectar detalles sutiles sobre el proceso de soldadura. Aun cuando el volumen solo de datos pueda sobrepasar las herramientas de software SPC comunes y corrientes, los datos pueden ser manejados fácilmente por algoritmos modernos de ML que se ejecutan en computadoras asequibles.
• Los programas de AI/ML van más allá de los límites instantáneos simples que mencionamos anteriormente. Esto adapta límites durante el proceso de soldadura, permitiendo fluctuaciones externas que ocurren de manera natural con el tiempo (temperatura ambiente, cambio de electrodos, etc.). Estos límites adaptivos inteligentes permitirán un mayor rendimiento y una mejor calidad.
• La AI/ML puede ser capaz de alcanzar el santo grial del monitoreo de procesos y finalmente contestar la pregunta “¿La soldadura más reciente fue buena o mala?” La AI/ML además puede brindar un medio para predecir la calidad de la soldadura.

MARK L. BOYLE, PhD, es gerente sénior, ingeniería de producto y aplicaciones, de AMADA WELD TECH, Monrovia, California. email at mark.boyle@amadaweldtech.com