Use of audible sound for on-line monitoring of gas metal arc welding process

Utilización del sonido audible para la supervisión en línea del proceso de soldadura por arco metálico con gas

En este trabajo se ha estudiado el sonido generado durante el proceso de soldadura por arco metálico con gas. Los análisis experimentales de las señales acústicas han demostrado que existen dos mecanismos principales generadores de ruido: el primero, de forma impulsiva, es la extinción del arco y la ignición del arco; el segundo es el propio arco que actúa como fuente de sonido de ionización. La señal acústica se utiliza para evaluar y supervisar el proceso de soldadura y para predecir la estabilidad y la calidad de dicho proceso. Se estableció un nuevo algoritmo basado en la corriente de soldadura medida para el cálculo del sonido emitido durante el proceso de soldadura. Las comparaciones han demostrado que los valores calculados concuerdan bien con los valores medidos.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, el proceso de soldadura por arco más utilizado es el proceso de soldadura por arco metálico con gas (GMAW). Este proceso es adecuado para la automatización y la movilización [1]. Pero, por desgracia, durante el GMAW se producen otros efectos secundarios de alta intensidad, como calor, luz y sonido o ruido. Con los mismos parámetros de soldadura, el ruido audible puede elevarse en el oído del soldador por encima del nivel diario permitido, 85 dB(A). Las mediciones han demostrado que el nivel de presión acústica equivalente puede superar incluso los 100 dB(A) en el oído del soldador. Por otra parte, el ruido puede utilizarse para controlar la calidad del proceso de soldadura, así como para detectar anomalías en el mismo.

Para mantener y dirigir el arco de soldadura, un soldador experimentado utiliza sus sentidos, especialmente los ojos y los oídos, para combinar información visual y auditiva [2]. La importancia del sonido en la supervisión de los procesos de soldadura por arco se conoce desde hace mucho tiempo, pero se han publicado relativamente pocos estudios en los que las ondas sonoras se consideren una fuente de información para supervisar el proceso de soldadura. 

Erdmann y Jolly [3, 4] publicaron el primer estudio sobre las ondas acústicas generadas durante el proceso GMAW en 1967. Descubrieron que la presión acústica aumenta con la longitud del arco y la corriente de soldadura. Hace veinte años, Arata et al. [5, 6] realizaron importantes mediciones y llegaron a la conclusión de que el sonido que viaja a la muestra y al aire circundante influye en el proceso de soldadura al afectar al comportamiento del baño de fusión. También descubrieron que las ondas sonoras se sincronizan con el cortocircuito. Algunos intentos de utilizar señales acústicas para la supervisión en línea de la soldadura por arco sumergido fueron presentados por Mayer en 1987 [7]. En 1990 Rostek [8] utilizó el reconocimiento de patrones acústicos asistido por ordenador para comprobar la capacidad de supervisión de las señales acústicas. En 1996 Grad et al. [9, 10] desarrollaron un método de supervisión que utilizaba diferentes parámetros estadísticos para evaluar la estabilidad del proceso de soldadura.