No podemos insistir lo suficiente en que la preparación del tubo es fundamental para conseguir una soldadura de calidad. Lo mismo ocurre con la soldadura entre tubos y la placa portatubos, por lo que es muy importante no descuidar este paso.

Hay tres fases en el proceso de soldadura de tubos a placas colectoras en las que pueden surgir problemas:

1. La preparación de los tubos
2. La preparación de la placa de tubos
3. La unión entre el tubo y la placa de tubos: posición de soldadura y laminado del tubo (en este orden)

Al igual que en el enfoque clásico del trabajo con tubos —primero la preparación, luego la soldadura—, el mundo de los intercambiadores de calor suele presentar situaciones más complejas.

La preparación de los tubos

El corte:

La preparación es un paso esencial, ya que facilita las operaciones posteriores. Es incluso imprescindible si se quiere garantizar la calidad de las uniones. El corte debe ser perfectamente perpendicular y sin rebabas, ya que el siguiente paso requiere que el tubo atraviese la placa de tubos. En este caso, se recomienda encarecidamente realizar un corte orbital, sobre todo si no es necesario ajustar la longitud de los tubos.

La calidad de los tubos, las tolerancias de ovalidad y la variación del espesor son, evidentemente, también de gran importancia.

Si es necesario ajustar la longitud, se sigue recomendando cortar los tubos con sierra circular para obtener un acabado «sin rebabas» y garantizar que los tubos pasen fácilmente a través de la placa de tubos.

Exceso de longitud o recorte:

En este caso, una vez que el tubo ha atravesado la placa de tubos, se utiliza una máquina de escuadrado con sujeción interna para ajustar repetidamente el saliente de la placa de tubos al valor adecuado. De hecho, en tubos de gran longitud, puede resultar difícil lograr un posicionamiento preciso.

La preparación de la placa de tubos

Las placas tubulares se mecanizan, por lo que los orificios son muy precisos. El extremo del orificio puede biselarse antes de la soldadura para garantizar una unión más resistente en condiciones extremas (temperatura y presión). En tales casos, la soldadura se realizará con alambre de aportación y requerirá un proceso de varias pasadas.

La disposición de los tubos en la placa de tubos

Dependiendo de los requisitos de las aplicaciones, la disposición varía. A continuación se muestran los posibles tipos:

La disposición de los tubos en la placa de tubos depende de la aplicación prevista y de las tensiones a las que se verá sometido el intercambiador de calor. El fabricante del intercambiador de calor determina dicha disposición durante el proceso de diseño. Esto influye tanto en la preparación de la placa de tubos como en la disposición de los tubos.

Por lo tanto, es importante tener en cuenta los siguientes aspectos:

1. ¿Cómo se puede conseguir que el posicionamiento sea repetible?
2. ¿Cómo se puede ajustar el tubo, un elemento en bruto con muchas variaciones posibles, a la placa de tubos, que se fabrica con precisión y dentro de unos límites controlados?
3. Si la unión es soldada, ¿cómo se puede garantizar que el tubo quede centrado en la placa de tubos?

¿Cuál es la mejor forma de expulsar los gases de soldadura para evitar la formación de cráteres debidos a la salida de dichos gases?

Veamos una configuración típica en la que el extremo del tubo está alineado con la placa de tubos.

En este ejemplo, hay tres pasos fundamentales para realizar una unión soldada:

1. El centrado
2. La soldadura
3. El laminado posterior a la soldadura

Alineación central:

Este paso suele omitirse, pero permite una repetibilidad perfecta y evita defectos de soldadura que pueden acarrear graves consecuencias. La principal situación en la que puede producirse un defecto es cuando hay un espacio entre el tubo y la placa de tubos. Esto suele ocurrir hacia el final del proceso de soldadura y puede provocar defectos de fusión o agujeros.

¿En qué consiste exactamente el centrado (a diferencia del laminado de tubos)?

Aquí se muestra una representación exagerada del montaje antes de la soldadura:

Si hay demasiado espacio entre el tubo y la placa de tubos —no nos malinterpreten, es necesario dejar un poco de holgura para poder pasar el tubo a través de la placa—, durante la soldadura automática este espacio podría aumentar y el baño de fusión podría no alcanzar la unión entre el tubo y la placa. Además, la energía podría concentrarse en exceso en el tubo y fundir solo este, sin afectar a la placa.

Nota: este problema es menos grave cuando se suelda en modo TIG manual, ya que el operario puede tener en cuenta el espacio que observa y ajustar la posición del electrodo, o incluso recoger el baño de soldadura de la placa de tubos y verterlo sobre el tubo.

En la soldadura TIG orbital, la rotación del electrodo está preestablecida y, por lo tanto, no se puede ajustar al espacio existente.

Para evitar este problema, el tubo debe centrarse en la placa de tubos; por ejemplo, hay que deformar el extremo del tubo para que entre en contacto con la placa de tubos. El centrado garantiza que no haya holgura y que haya un contacto total entre el extremo del tubo y la placa de tubos.

ATENCIÓN: Es posible que tengas el reflejo automático de utilizar un método de rodadura del tubo para unir el tubo y la placa de tubos, pero se trata de un error que no debes cometer. De hecho, este método genera un contacto superficial a lo largo de una distancia muy extensa y atrapa los gases de soldadura, lo que provoca un fenómeno de desgasificación (explosión del baño de soldadura cuando el gas se escapa) y, por lo tanto, un defecto de soldadura.

A diferencia del laminado de tubos, el centrado solo crea contacto en los extremos, por lo que los gases pueden escapar fácilmente del baño de soldadura.

Para centrar los tubos en una placa de tubos —un paso que a menudo se omite—, existen herramientas específicas, de las cuales presentaremos una aquí a modo de ejemplo.

Lo que se puede ver aquí es una versión hidráulica de una máquina de centrado TDA. Permite controlar la forma del extremo de los diferentes tipos de posiciones de tubos sobre placas de tubos.

Una vez que la preparación garantice el contacto entre la placa de tubos y el tubo y que el baño de soldadura pueda expulsar los gases, la soldadura orbital será perfectamente repetible, lo que garantiza una calidad óptima.

No olvidemos que la soldadura de placas tubulares es una operación en serie y, por lo tanto, requiere un enfoque sistemático en cuanto a la repetibilidad de las acciones y los resultados.

Soldadura orbital

La soldadura de tubos a placas portatubos puede realizarse mediante soldadura TIG manual o soldadura TIG orbital. La diferencia es notable, ya que —en comparación con la soldadura manual— un solo operario puede manejar dos cabezales de soldadura orbitales al mismo tiempo, lo que aumenta considerablemente el rendimiento de la soldadura.

Por lo tanto, la soldadura orbital ahorra tiempo y mejora la calidad de la soldadura. Todas las soldaduras se documentan para garantizar una trazabilidad óptima del proceso de soldadura. No hay que olvidar que estos conjuntos se sueldan porque están sometidos a grandes esfuerzos en la aplicación del cliente.

La soldadura orbital de un tubo a una placa de tubos se realiza con o sin alambre, dependiendo de las características deseadas.

La máquina que se utiliza en AXXAIR en estos casos es la SATP-80x que se muestra a continuación:

Laminado de tubos:

Esta operación, una vez soldado el tubo a la placa de tubos, se lleva a cabo posteriormente con el fin de evitar zonas de retención entre el tubo y la placa de tubos, garantizando así una mayor durabilidad del producto. Este paso consiste en la deformación por laminado desde el interior del tubo mediante la expansión de los rodillos y la rotación hasta que el tubo y la placa de tubos entren en contacto. Las máquinas de laminado de tubos suelen estar equipadas con una manivela de par para un mejor control.

Queremos volver a hacer hincapié en la importancia de la preparación en todas y cada una de las etapas: la preparación del tubo, la preparación de la placa de tubos, la colocación del tubo en la placa, el centrado, la soldadura orbital y, por último, el laminado.