La preparación para la soldadura es uno de los pasos que más mano de obra requiere en la fabricación de piezas pesadas. Las piezas se cortan en ángulo recto y luego se trasladan a una amoladora, una biseladora o una fresadora para que los bordes puedan recibir una soldadura de penetración completa. Cada paso añade tiempo de manipulación y aumenta la posibilidad de errores. El corte por láser de bisel integra este paso en el propio corte, razón por la cual los fabricantes de acero estructural, recipientes a presión y maquinaria pesada lo están adoptando.
Tipos de bisel: V, Y, X y K
Las cuatro formas de bisel más comunes reciben su nombre según el perfil que dejan en el borde. La forma correcta depende del espesor de la placa, de si la unión se puede soldar desde un lado o desde ambos, y de lo que requiera el procedimiento de soldadura.
| Tipo de bisel | Geometría | Uso típico | Lado de soldadura | Measurement |
|---|---|---|---|---|
| V (o A) | Un corte en ángulo a través de todo el espesor; A es el mismo corte desde la parte inferior. | Placa delgada a mediana soldada desde un lado | Un lado | Ángulo de bisel, comprobado con un transportador. |
| Y | Corte en ángulo con una superficie vertical recta (cara de la raíz) en la parte inferior. | Soldaduras de penetración total donde la raíz necesita soporte. | Un lado | Ángulo de bisel y h8 del terreno |
| X | Dos cortes angulares, uno superior y otro inferior, que se unen en el centro. | Placa más gruesa soldada por ambos lados para reducir la distorsión y el material de relleno. | Ambos lados | Ángulos superior e inferior y su punto de encuentro. |
| K | Biseles superior e inferior con una superficie vertical entre ellos. | Plancha gruesa que requiere soldaduras por ambos lados con una raíz definida. | Ambos lados | Ambos ángulos más la altura del terreno |
Algunas reglas prácticas guían la elección:
⦿ Los biseles en V e Y de un solo lado son adecuados para juntas a las que solo se puede acceder desde un lado, o para placas más delgadas donde una sola pasada llena la ranura.
⦿ Los biseles en X y en K de doble cara utilizan menos material de relleno en placas gruesas y equilibran la distorsión, ya que el calor entra por ambas caras.
⦿ Una superficie plana, como en los biseles Y y K, le da al paso de la raíz algo contra lo que fusionarse y reduce la perforación.
⦿ Los ángulos de bisel para la preparación de la soldadura suelen estar entre 20 y 45 grados, siendo una opción frecuente el rango de 30 a 37.5 grados.
La geometría de la ranura para trabajos de soldadura según códigos viene determinada por la especificación del procedimiento de soldadura, no por la máquina de corte. Programe siempre los biseles de acuerdo con el procedimiento para el que están cualificados sus soldadores y confirme si el código aplicable exige que las superficies cortadas térmicamente se limpien antes de soldar.
Cómo 3D Trabajo con cabezales biselados
Un cabezal láser estándar corta en línea recta hacia abajo. Un cabezal biselado agrega 2 ejes rotatorios que inclinan y giran la boquilla, de modo que el haz puede entrar en el material en ángulo mientras la máquina sigue el contorno de la pieza. Combinado con el movimiento habitual X, Y y Z, eso da 5 ejes de movimiento, razón por la cual estos sistemas a menudo se describen como 3D o corte de bisel láser de 5 ejes.
El software de control coordina los 5 ejes para que la boquilla mantenga el ángulo y la distancia de separación correctos en esquinas y curvas. Los sistemas avanzados también calibran automáticamente el punto central de la herramienta, ya que un pequeño error en la geometría del cabezal se traduce en un error visible en el ángulo y la superficie de biselado. Los cabezales de biselado en las máquinas actuales suelen abarcar ±45 grados, y algunos incluso se extienden ligeramente más allá de ese ángulo.
¿Por qué los límites de espesor son menores al biselar?
Un corte en ángulo atraviesa más metal que uno recto. La longitud de corte efectiva es igual al espesor de la placa dividido por el coseno del ángulo de bisel.
⦿ A 30 grados, el haz corta aproximadamente 1.15 veces el espesor de la placa.
⦿ A 45 grados, corta aproximadamente 1.41 veces el espesor de la placa, por lo que una placa de 20 mm se comporta como si fuera de aproximadamente 28 mm.
Por eso, un cabezal de biselado publicado califica el biselado directo hasta unos 35 a 40 mm dependiendo del ángulo, pero solo unos 28 mm para un bisel completo de 45 grados. Una mayor potencia láser amplía estos límites, y los talleres que biselan placas gruesas con regularidad tienden a elegir máquinas de corte por láser de fibra de alta resistencia con la rigidez del marco necesaria para mantener la precisión del bisel en placas grandes.
Programación y anidamiento de piezas biseladas
Las piezas biseladas requieren un poco más de planificación que las piezas de corte recto. Debido a que el haz sale de la superficie superior en ángulo, el corte en la parte inferior queda desplazado con respecto al contorno superior, por lo que las piezas necesitan más espacio en el anidamiento y el corte de línea común generalmente no es viable. Las entradas y el manejo de las esquinas también cambian, ya que el cabezal debe reorientarse en las esquinas afiladas sin dañar el bisel.
La mayoría de los controles con capacidad de biselado permiten al programador asignar un tipo de bisel, un ángulo y una posición a cada borde de una pieza, manteniendo los bordes rectos de la misma pieza en posición vertical. Este enfoque combinado es lo que permite que una sola placa base salga de la mesa de trabajo con lados cuadrados, bordes de soldadura biselados y orificios para pernos en un solo programa.
Láser vs. Plasma vs. Fresado para biseles
El láser no es la única forma de biselar. Los cabezales de biselado por plasma se han utilizado en placas gruesas durante años, y las fresadoras o las máquinas de biselado de cantos especializadas siguen siendo la referencia en cuanto a precisión. Cada una tiene su utilidad:
| Factor | Bisel láser | Bisel de plasma | Fresado | Measurement |
|---|---|---|---|---|
| Precisión del bisel | Alto; corte pequeño y control de ángulo preciso | Bien, con un corte más ancho y mayor variación de ángulo. | Superficie mecanizada de mayor calidad | Desviación angular y de la superficie terrestre en un lote |
| Zona afectada por el calor | Pequeña | más grande | Ninguna | Ancho de la ZAH en una muestra seccionada |
| Rango de espesor | Mejor hasta unos 25 a 40 mm, menos a 45 grados. | Se extiende hacia una placa más pesada | Cualquier grosor, lentamente | Espesor máximo en su ángulo de bisel |
| Los pasos del proceso | Cortar y biselar en una sola operación. | Cortar y biselar en una sola operación. | Operación separada después del corte | Pasos de manipulación por pieza |
| Costo capital | Mayor | Más Bajo | Moderado por máquina | Coste de instalación frente al ahorro en mano de obra |
Los fabricantes suelen simplificar la disyuntiva: si cada bisel requiere rectificado antes de que el soldador lo apruebe, el cabezal biselador no se ha amortizado. Los biseles láser suelen ser superiores cuando la uniformidad del ángulo y la superficie de contacto son cruciales, ya que un ajuste preciso reduce el material de aporte y las soldaduras de reparación. Las pruebas realizadas en acero estructural de 12 mm han demostrado que los biseles cortados con láser producen una zona afectada por el calor menor que otros procesos térmicos, lo que contribuye a una soldadura final de mayor calidad.
El plasma sigue siendo la opción práctica para placas muy gruesas y trabajos estructurales más rugosos, como se cubre en la descripción general de Máquinas de corte por láser frente a máquinas de corte por plasmaEl fresado sigue siendo una opción viable para tolerancias muy estrictas o para piezas que de todos modos deben mecanizarse. Para la mayoría de las preparaciones de soldadura de placas medianas, un cabezal de biselado láser ahora realiza el trabajo en una sola pasada.
La calidad del corte en biseles requiere una atención ligeramente diferente a la de los cortes rectos. La escoria tiende a acumularse en el lado inferior agudo de un corte en ángulo, y en los biseles en Y y K, la superficie debe mantenerse cuadrada y con las dimensiones correctas para que la pasada de raíz funcione correctamente. La elección de la boquilla, la presión del gas y la velocidad de corte se ajustan según el ángulo, y las buenas máquinas almacenan estos ajustes en una biblioteca de procesos de biselado para que los operarios no tengan que empezar de cero en cada trabajo.
Biselado de chapas y placas frente a biselado de tubos
Biselado de placas
En la placa plana, el cabezal biselado sigue el contorno de la pieza a lo largo de la bancada. Los rangos de trabajo típicos citados para el biselado de placas van desde aproximadamente 8 a 40 mm en acero dulce, de 6 a 25 mm en acero inoxidable y de 6 a 20 mm en aluminio, dependiendo de la potencia del láser y el ángulo de biselado. Piezas como bridas, refuerzos, placas base y secciones de carcasas de recipientes a presión salen de la mesa con los bordes de soldadura ya formados. Los talleres que cortan este tipo de acero estructural y de chapa observe el ahorro de mano de obra más evidente.
Biselado de tubos y tuberías
El biselado de tubos añade rotación a la ecuación. El tubo gira en mandriles mientras el cabezal se inclina, de modo que la máquina puede cortar biseles en los extremos, uniones de silla de montar y perfiles de boca de pez donde un tubo se une a otro. Los rangos típicos de biselado de tubos cubren diámetros de aproximadamente 20 a 220 mm con espesores de pared de hasta aproximadamente 8 mm, y mayores en máquinas más grandes. 3D máquina de corte por biselado láser de tubos Este sistema maneja estas uniones en una sola configuración, lo que reemplaza el marcado, el aserrado y el esmerilado manuales que normalmente se requieren para el ajuste de tuberías y estructuras.
El trabajo con tubos también necesita un buen soporte. Los diseños de mandriles múltiples y los soportes de seguimiento evitan que los tubos largos se doblen o se muevan mientras giran, lo cual es más importante cuando el cabezal está inclinado. Los talleres que cortan tubos sin biseles hoy en día a menudo comienzan con un máquina de corte de tubos por láser de fibra y pasar a un modelo de bisel una vez que la preparación de la soldadura se convierte en el cuello de botella. Las piezas conformadas o tridimensionales que necesitan recorte además de biselado son un trabajo para 3D máquinas de corte láser de fibra robóticas.
Dónde resulta rentable el corte en bisel
⦿ Acero estructural: placas base, cartelas y placas de conexión con preparaciones para soldadura cortadas en una sola pasada.
⦿ Recipientes y tanques a presión: preparación de la carcasa y las boquillas donde la geometría uniforme de la ranura permite procedimientos cualificados.
⦿ Equipo pesado: bastidores y plumas con muchas soldaduras de chapa gruesa y números de pieza repetidos.
⦿ Fabricación de tuberías y estructuras: biselado de extremos de tubos y uniones de sillín que, de otro modo, requerirían trazado y rectificado manual.
El denominador común es el volumen de juntas soldadas. Cuantos más biseles rectifique un taller a mano cada semana, más rápido se amortizará un cabezal biselador. Los biseles uniformes también facilitan el siguiente paso, ya sea que las piezas vayan a soldadores manuales, robots o máquinas de soldadura láser que dependen de un ajuste perfecto.
Una estimación simple de mano de obra
Consideremos un taller que realiza el rectificado de preparaciones de soldadura en 200 piezas por semana, a razón de unos diez minutos por pieza. Esto supone más de 30 horas de rectificado semanales, sin contar el retrabajo de los biseles que resultan irregulares. Si un cabezal de biselado traslada la mayoría de esas piezas a la mesa de corte, las horas ahorradas se aproximan al coste de un puesto a tiempo completo, y los biseles restantes llegan a los soldadores con mayor uniformidad. Sustituya el número de piezas y los minutos por sus propias cifras para calcular la rentabilidad.
Lista de verificación para cortes biselados
✔ Enumere los tipos de bisel, ángulos y alturas de apoyo que especifican sus procedimientos de soldadura.
✔ Compruebe que las piezas biseladas más gruesas coincidan con el espesor nominal de la máquina en el ángulo más pronunciado.
✔ Mida cuántas horas a la semana se dedican actualmente al esmerilado o fresado de preparativos para soldadura.
✔ Confirme la calibración automática del cabezal y la programación del bisel en el software de control.
✔ Recorte cupones de prueba y compruébelos según su procedimiento antes de iniciar la producción.
Corte biseles listos para soldar en una sola pasada.
Consulte las especificaciones, el rango de bisel y la capacidad del tubo del 3D máquina de corte por biselado láser de tubosy obtenga un presupuesto gratuito basado en el tamaño de sus tubos, el espesor de las placas y los requisitos de preparación de la soldadura.
