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La soldadura hiperbárica es el proceso de soldadura extrema a presiones elevadas , normalmente bajo el agua . [1] [2] La soldadura hiperbárica puede realizarse húmeda en el agua misma o seca dentro de un recinto de presión positiva especialmente construido y, por lo tanto, en un entorno seco. Se la conoce predominantemente como "soldadura hiperbárica" cuando se usa en un entorno seco y " soldadura submarina " cuando se usa en un entorno húmedo. Las aplicaciones de la soldadura hiperbárica son diversas: a menudo se usa para reparar barcos , plataformas petrolíferas en alta mar y tuberías . El acero es el material más común soldado.
La soldadura en seco se utiliza en lugar de la soldadura húmeda subacuática cuando se requieren soldaduras de alta calidad debido al mayor control sobre las condiciones que se pueden mantener, como mediante la aplicación de tratamientos térmicos previos y posteriores a la soldadura . Este control ambiental mejorado conduce directamente a un mejor rendimiento del proceso y a una soldadura de calidad generalmente mucho mayor que una soldadura húmeda comparativa. Por lo tanto, cuando se requiere una soldadura de muy alta calidad, normalmente se utiliza la soldadura hiperbárica seca. La investigación sobre el uso de la soldadura hiperbárica seca a profundidades de hasta 1000 metros (3300 pies) está en curso. [3] En general, asegurar la integridad de las soldaduras subacuáticas puede ser difícil (pero es posible utilizando varias aplicaciones de pruebas no destructivas ), especialmente para las soldaduras subacuáticas húmedas, porque los defectos son difíciles de detectar si están debajo de la superficie de la soldadura.
La soldadura hiperbárica submarina fue inventada por el metalúrgico soviético Konstantin Khrenov en 1932. [4]
Los procesos de soldadura han adquirido una importancia cada vez mayor en casi todas las industrias manufactureras y para aplicaciones estructurales (esqueletos metálicos de edificios). [5] De las muchas técnicas para soldar en la atmósfera, la mayoría no se pueden aplicar en aplicaciones marinas y en alta mar en contacto con el agua. La mayoría de los trabajos de reparación y revestimiento en alta mar se realizan a poca profundidad o en la región cubierta intermitentemente por agua (la zona de salpicadura). Sin embargo, la tarea tecnológicamente más desafiante es la reparación a mayores profundidades, especialmente para la construcción de tuberías y la reparación de desgarros y roturas en estructuras y buques marinos. La soldadura submarina puede ser la opción menos costosa para el mantenimiento y la reparación marinos, porque evita la necesidad de sacar la estructura del mar y ahorra tiempo valioso y costos de dique seco. También permite reparaciones de emergencia para permitir que la estructura dañada se transporte de manera segura a instalaciones secas para su reparación permanente o desguace. La soldadura submarina se aplica tanto en entornos interiores como en alta mar, aunque el clima estacional inhibe la soldadura submarina en alta mar durante el invierno. En cualquiera de los dos lugares, el aire suministrado desde la superficie es el método de buceo más común para los soldadores submarinos.
La soldadura hiperbárica seca implica que la soldadura se realiza a presión elevada en una cámara llena de una mezcla de gases sellada alrededor de la estructura que se va a soldar.
La mayoría de los procesos de soldadura por arco, como la soldadura por arco metálico protegido (SMAW), la soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW), la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) y la soldadura por arco de plasma (PAW), se pueden realizar a presiones hiperbáricas, pero todas sufren a medida que aumenta la presión. [6] La soldadura por arco de tungsteno con gas es la más utilizada. La degradación está asociada a cambios físicos en el comportamiento del arco, ya que el régimen de flujo de gas alrededor del arco cambia y las raíces del arco se contraen y se vuelven más móviles. Cabe destacar un aumento drástico del voltaje del arco que está asociado al aumento de la presión. En general, se produce una degradación de la capacidad y la eficiencia a medida que aumenta la presión.
Se han aplicado técnicas de control especiales que han permitido realizar soldaduras hasta 2.500 m (8.200 pies) de profundidad simulada en el laboratorio, pero hasta ahora la soldadura hiperbárica seca ha estado limitada operativamente a menos de 400 m (1.300 pies) de profundidad en el agua debido a la capacidad fisiológica de los buzos para operar el equipo de soldadura a altas presiones y consideraciones prácticas relacionadas con la construcción de una cámara de presión/soldadura automatizada en profundidad. [7]
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La soldadura subacuática húmeda expone directamente al buzo y al electrodo al agua y a los elementos circundantes. Los buzos suelen utilizar alrededor de 300 a 400 amperios de corriente continua para alimentar su electrodo, y sueldan utilizando diversas formas de soldadura por arco . Esta práctica utiliza comúnmente una variación de la soldadura por arco metálico protegido , empleando un electrodo impermeable . [2] Otros procesos que se utilizan incluyen la soldadura por arco con núcleo fundente y la soldadura por fricción . [2] En cada uno de estos casos, la fuente de alimentación de soldadura está conectada al equipo de soldadura a través de cables y mangueras. El proceso generalmente se limita a aceros equivalentes de bajo carbono , especialmente a mayores profundidades, debido al agrietamiento causado por el hidrógeno . [2]
La soldadura húmeda con electrodo revestido se realiza con un equipo similar al que se utiliza para la soldadura en seco, pero los portaelectrodos están diseñados para refrigeración por agua y están más aislados. Se sobrecalentarán si se utilizan fuera del agua. Se utiliza una máquina de soldar de corriente constante para la soldadura manual por arco metálico. Se utiliza corriente continua y se instala un interruptor de aislamiento de alta resistencia en el cable de soldadura en la posición de control de superficie, de modo que la corriente de soldadura se pueda desconectar cuando no se utiliza. El soldador indica al operador de superficie que haga y rompa el contacto según sea necesario durante el procedimiento. Los contactos solo deben cerrarse durante la soldadura real y abrirse en otros momentos, en particular cuando se cambian los electrodos. [8]
El arco eléctrico calienta la pieza de trabajo y la varilla de soldadura, y el metal fundido se transfiere a través de la burbuja de gas alrededor del arco. La burbuja de gas se forma en parte a partir de la descomposición del revestimiento de fundente sobre el electrodo, pero generalmente está contaminada en cierta medida por vapor. El flujo de corriente induce la transferencia de gotitas de metal desde el electrodo a la pieza de trabajo y permite la soldadura posicional por parte de un operador experto. La deposición de escoria en la superficie de la soldadura ayuda a reducir la velocidad de enfriamiento, pero el enfriamiento rápido es uno de los mayores problemas para producir una soldadura de calidad. [8]
Los peligros de la soldadura submarina incluyen el riesgo de descarga eléctrica para el soldador. Para evitarlo, el equipo de soldadura debe ser adaptable a un entorno marino, estar adecuadamente aislado y la corriente de soldadura debe estar controlada. Los buceadores comerciales también deben considerar los problemas de seguridad ocupacional a los que se enfrentan los buceadores, en particular el riesgo de enfermedad por descompresión debido al aumento de la presión de los gases respirables . [9] Muchos buceadores han informado de un sabor metálico relacionado con la descomposición galvánica de la amalgama dental . [10] [11] [12] También puede haber efectos cognitivos y posiblemente musculoesqueléticos a largo plazo asociados a la soldadura submarina. [13]
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