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0 Facultad de Ingenierías y Arquitectura Escuela Profesional de Ingeniería Industrial Tema: Soldaduras Especiales Curso: Procesos de Manufactura Semestre: VII Docente: Doc. Leoncio Medina Elaborado por: Vargas Castillo, Yarmila Grace Vargas Castillo, Katherine Lizeth
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Facultad de Ingenierías y ArquitecturaEscuela Profesional de Ingeniería
Industrial
Tema: Soldaduras Especiales
Curso: Procesos de ManufacturaSemestre:
VIIDocente:
Doc. Leoncio MedinaElaborado por:
Vargas Castillo, Yarmila GraceVargas Castillo, Katherine Lizeth
Carpio Sarayasi, BenjaminQuispe Gutierrez, Mario Alexis
Huanuco Quimper, Luis Ernesto
2016
1
ContenidoSOLDADURA MIG/MAG...................................................6
1. Principios del Proceso.............................................6
1.1. Descripción y Denominaciones.......................6
1.2 Ventajas y Limitaciones....................................8
2. Equipo de Soldeo..................................................10
2. 1. Fuentes de Energía.......................................11
2.2 Sistema de Alimentación del Alambre............16
2.3. Pistola............................................................25
2.4. Alimentación de Gas Protector y de Agua de Refrigeración........................................................30
2.5. Panel de Control............................................31
3. Modos de Transferencia.......................................38
3.1 Transferencia por Cortocircuito.....................39
3.2 Transferencia por Arco Spray.........................41
3.3 Transferencia Globular...................................42
3.4 Transferencia por Arco Pulsado......................44
4. Materiales de Aportación......................................47
5. Gases de Protección..............................................49
6. Parámetros de Soldeo...........................................52
6.1 Relación entre los Parámetros.......................53
2
6.2 Extremo Libre del Alambre Electrodo (“Stick-Out”)....................................................................55
6.3 Velocidad de Desplazamiento........................57
6.4 Polaridad........................................................57
6.5 Ángulo de Inclinación de la Pistola (Ángulo de Desplazamiento)..................................................58
7. Técnicas Especiales...............................................59
7.1 Soldeo por Puntos..........................................59
8. Defectos Típicos en las Soldaduras.......................62
8.1 Porosidad.......................................................62
8.2 Falta de Fusión o Penetración........................64
8.3 Grietas............................................................68
8.4 Mordeduras...................................................69
8.5 Proyecciones..................................................69
8.6 Agujeros.........................................................70
9. Fallos en el Equipo MIG/MAG...............................71
SOLDADURA TIG............................................................73
10. Evolución histórica..............................................73
11. Descripción del procedimiento TIG.....................75
11.1 Principios del proceso..................................75
11.2 Equipamiento...............................................78
11.3 Material de aporte.......................................80
3
11.4 Gases de protección.....................................81
11.5 Electrodos....................................................83
11.6 Tipos de corriente eléctrica..........................85
12. Técnica operatoria de soldeo..............................88
12.1 Generalidades..............................................88
12.2 Distancias.....................................................88
12.3 Ángulo..........................................................89
12.4 Caudal de gas...............................................90
12.5 Material de aporte.......................................91
12.6 Afilado del electrodo....................................91
12.7 Intensidad de corriente................................92
12.8 Limpieza.......................................................93
CORTE EN PLASMA........................................................94
13. ¿QUÉ ES EL PLASMA?..........................................94
14. CÓMO EL PLASMA CORTA EL METAL..................96
15. SECUENCIA DE OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE CORTE POR PLASMA.................................................98
16. Variantes del Proceso de Corte por Plasma......103
16.1 Corte por plasma convencional..................103
16.2 Corte por plasma de doble gas...................104
16.3 Corte por plasma con protección de agua..105
4
16.4 Corte por plasma con inyección de agua....106
16.5 Corte por plasma de precisión....................107
ARCO SUMERGIDO......................................................108
17. Soldadura por Arco Sumergido.........................108
18. Materiales de Base............................................110
19. PRODUCTOS DE APORTE...................................112
19.1 Electrodos..................................................112
19.2 Fluxes.........................................................114
19.3 Clasificación de los Fluxes Aglomerados.....120
20. Especificaciones................................................122
21. Características y Propiedades del Metal Depositado..............................................................124
21.1 Composición del flux..................................124
21.2 Características mecánicas...........................125
21.3 Clases de corriente y polaridad..................126
22. Influencia de los Parámetros de Soldadura.......128
22.1 Parámetros Principales...............................128
22.2 Parámetros secundarios.............................129
23. Defectos de las Soldaduras...............................130
23.1 Fisuras o Grietas.........................................131
23.2 Porosidad...................................................132
5
24. Ventajas y Limitaciones del Proceso.................134
25. Técnicas Especiales...........................................138
25.1 Soldadura con Adición de Hilo Caliente o Frío o Metal en Polvo................................................138
25.2 Arco Sumergido con electrodo de banda.. .139
25.3 Soldadura en Separación Estrecha o Narrow-Gap.....................................................................141
25.4 Soldadura con Electrodos Múltiples...........142
25.5 Soldadura con Electrodo Prolongado o LONG STICK-OUT..........................................................149
Bibliografìa...................................................................150
6
SOLDADURA MIG/MAG
1. Principios del Proceso
1.1. Descripción y Denominaciones
El soldeo por arco eléctrico con protección de gas, es un proceso de soldeo en el cual el calor necesario es generado por un arco que se establece entre un electrodo consumible y el metal que se va a soldar.
El electrodo es un alambre macizo, desnudo, que se alimenta de forma continua automáticamente y se convierte en el metal depositado según se consume.
El electrodo, arco, metal fundido y zonas adyacentes del metal base, quedan protegidas de la contaminación de los gases atmosféricos mediante una corriente de gas que se aporta por la tobera de la pistola, concéntricamente al alambre/electrodo.
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Figura 1. Soldeo por Arco con Gas de Protección
El proceso de soldeo por arco con gas se denomina también:
• GMAW Gas Metal Arc Welding (ANSI/AWS A3.0)• 13 Soldeo por arco con gas (EN 24063)
Si se emplea un gas inerte como protección el proceso se denomina:
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•MIG Metal Inert Gas (ANSI/AWS A3.0)•131 Soldeo por arco con gas inerte (EN 24063)
Si se utiliza un gas activo como protección el proceso se denomina:
•MAG Metal Active Gas (ANSI/AWS A3.0)•135 Soldeo por arco con gas activo (EN 24063)
Este proceso de soldeo puede ser automático o manual; al proceso manual se le denomina también semiautomático.
1.2 Ventajas y Limitaciones
Ventajas:
•Puede utilizarse para el soldeo de cualquier tipo de material.•El electrodo es continuo, por lo que se aumenta la productividad al no tener que cambiar de electrodo y la tasa de deposición
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es más elevada. Se pueden conseguir velocidades de soldeo mucho más elevadas que con el electrodo recubierto (SMAW).•Se puede realizar el soldeo en cualquier posición.•Se pueden realizar soldaduras largas sin que existan empalmes entre cordones, evitando así las zonas de peligro de imperfecciones.•No se requiere eliminar la escoria ya que no existe.
Limitaciones:
•El equipo de soldeo es más costoso, complejo y menos transportable que el de SMAW.•Es difícil de utilizar en espacios restringidos, requiere conducciones de gas y de agua de refrigeración, tuberías, botellas de gas de protección, por lo que no puede emplearse en lugares relativamente alejados de la fuente de energía.•Es sensible al viento y a las corrientes de aire, por lo que su aplicación al aire libre es limitada.
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2. Equipo de Soldeo
En la siguiente figura (figura 2) se puede ver el equipo de soldeo MIG/MAG que consiste básicamente en:
Fuente de energía. Fuente de suministro de gas. Sistema de alimentación del alambre. Pistola (refrigerada por aire o por
agua). Sistema de control. Carrete de alambre/electrodo. Sistema de regulación para el gas de
protección. Sistema de circulación de agua de
refrigeración para las pistolas refrigeradas por agua.
Cables y tubos o mangueras.
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Figura 2. Equipo para el soldeo MIG/MAG
2. 1. Fuentes de Energía
La fuente de energía deberá ser capaz de funcionar a elevadas intensidades, generalmente menores de 500 A en el soldeo semiautomático y suministrar corriente continua.
La fuente de energía recomendada es una fuente de tensión constante, cuya curva característica sea como la indicada en la figura 3. Las fuentes de energía de intensidad
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constante sólo se podrían utilizar para el soldeo MIG/MAG si se emplea conjuntamente con un alimentador de velocidad variable y por tanto mucho más complejo.
Una cualidad importante de la curva característica de tensión constante es su pendiente o “slope”. La pendiente de una fuente de energía de tensión constante es:
Figura 3. Pendiente o “slope” de la característica de la fuente de soldeo.
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Para obtener una buena transferencia en “spray” es necesario que la pendiente de la curva sea la adecuada, que dependerá del material a soldar, por esta razón en algunas máquinas se puede ajustar la pendiente en función de la aplicación. En otras máquinas la pendiente es fija, estando programada para las aplicaciones más comunes.
Para variar las condiciones de soldeo, se podrá seleccionar la tensión deseada actuando sobre el mando de la máquina. Al variar la posición del mando, se están seleccionando diferentes curvas como indica la figura 4.
Figura 4. Selección de las curvas características.
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Autorregulación del Arco
Al tocar el alambre la pieza, la intensidad de cortocircuito que se origina es muy elevada, por lo cual el extremo del alambre se funde inmediatamente, estableciéndose un arco (cebado instantáneo) cuya longitud es función de la tensión elegida en la fuente de energía. Una vez cebado el arco entra en juego el fenómeno de autorregulación, suministrando la fuente la intensidad necesaria para fundir el alambre a medida que éste se suministra, manteniéndose la longitud de arco correspondiente a la regulación del voltaje elegida.
Si por cualquier causa la distancia entre la extremidad del alambre y la pieza aumenta, la tensión y la longitud del arco aumentarán pero, al mismo tiempo, la intensidad disminuirá por lo que la fusión será más lenta hasta que se restablezca la longitud y el voltaje inicial (figura 5). Lo contrario ocurre cuando la distancia entre el alambre y la pieza disminuye.
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Figura5. Autorregulación.
El fenómeno de autorregulación es importante para garantizar la estabilidad del arco, pero otras variables son también importantes.
Composición Interna de la Fuente de Energía
En la figura 6 podemos observar de forma esquemática el interior de una máquina de soldeo MIG/MAG, que está compuesta por:
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Figura 6. Componentes de la Fuente de Energía.
2.2 Sistema de Alimentación del Alambre
La unidad de alimentación del alambre/electrodo es el dispositivo que hace que el alambre pase por el tubo de contacto de la pistola para fundirse en el arco.
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En la siguiente figura (fig.8) se representa una unidad de alimentación de alambre que consta de:
1. Bobina de alambre, con el dispositivo para su colocación.
2. Guía del alambre.3. Rodillo de arrastre.4. Rodillo de presión o empujador.5. Boquilla de salida del alambre.
Figura8. Unidad de Alimentación del Alambre.
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La unidad dispondrá de un sistema para variar la velocidad de avance del alambre, así como una válvula magnética para el paso del gas.
El alimentador del alambre va unido al rectificador por un conjunto de cables y tubos.Algunos alimentadores de alambres poseen solo una pareja de rodillos (fig.8), mientras que otros poseen dos pares de rodillos que pueden tener el mismo motor o ser accionados por dos motores acoplados en serie.
En la siguiente figura (fig.9) se representa el alimentador de alambre con cuatro rodillos. Sus elementos son:
1. Boquilla de alimentación del alambre.2. Rodillos de arrastre.3. Rodillos de presión o empujadores.4. Guía de alambre.5. Boquilla de salida del alambre.
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Figura 9. Alimentador de Alambre de cuatro Rodillos.
Antes de disponer el alambre en la unidad de alimentación es necesario asegurarse que todo el equipo es el apropiado para el diámetro del alambre seleccionado.
Para ajustar la presión de los rodillos se introduce el alambre hasta la tobera, se aumenta la presión hasta que los rodillos dejen de deslizar y transporten el alambre.
La mayoría de los alimentadores son de velocidad constante, es decir, la velocidad es
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establecida antes de que comience el soldeo y permanece constante. La alimentación comienza o finaliza accionando un interruptor situado en la pistola. El arrastre del alambre ha de ser constante y sin deslizamientos en los rodillos de arrastre. Por lo general es necesario un sistema de frenado de la bobina de la cual se devana el alambre, para evitar su giro incontrolado. Los sistemas se diseñan de forma que la presión sobre el alambre pueda ser aumentada o disminuida según convenga.
Los sistemas de alimentación pueden ser de varios tipos:
De empuje (push) De arrastre (pull) Combinados de empuje - arrastre
(push-pull)
El tipo depende fundamentalmente del tamaño y composición del alambre utilizado y
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de la distancia entre el carrete del alambre y la pistola.
La mayoría de los sistemas son de empuje (figura 10 A y B) en los que el alambre es alimentado desde un carrete por medio de unos rodillos y es empujado a través de un conducto flexible al cual está unida la pistola. La longitud del conducto es generalmente hasta de 3m, pudiendo ser en algunas ocasiones de hasta 5m. Cuando la distancia entre la fuente de energía y la pistola es muy grande puede ser difícil alimentar el hilo mediante el sistema de empuje, por lo que se recurre al sistema de arrastre. En este sistema la pistola está equipada con unos rodillos que tiran, o arrastran, el alambre a través de la funda (o tubo-guía), evitando los atascos que se pueden producir con el sistema de empuje, sin embargo este sistema es más costoso.
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Si se combinan ambos sistemas se tienen un sistema de alimentación de “arrastre y empuje”. Este sistema se conoce también con el término inglés de “push-pull” en el que existen unos rodillos empujando a la salida de la bobina y otros tirando desde la pistola (figura 10 C).
Figura 10. Unidad de Alimentación de Alambre.
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Conjunto Fuente de Energía – Unidad de Alimentación
La unidad de alimentación del alambre puede ser independiente (fig. 10 B) o estar incluida en la carcasa de la fuente de energía (fig. 10 A y C), denominadas normalmente máquinas compactas. Otra opción es emplear las pistolas con bobina incorporada (fig. 10 D).
En la figura 10 de la página anterior, se ha representado los diferentes tipos de equipos de soldeo.
Rodillos de Arrastre
Los rodillos utilizados en MIG/MAG son normalmente como los de la figura 11: uno es plano y el otro es con bisel. El bisel es en forma de V para materiales duros como el acero al carbono o el acero inoxidable. Para materiales blandos como el aluminio se
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emplean rodillos con bisel en forma de U. También pueden tener dos biseles o ser moleteados, no recomendándose estos últimos para el aluminio. También es imprescindible seleccionar el rodillo de acuerdo con el diámetro del alambre.
Figura 11. Rodillos para el soldeo MIG/MAG.
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2.3. Pistola
Las pistolas para el soldeo por arco con protección de gas son relativamente complejas. En primer lugar es necesario que el alambre se mueva a través de la pistola a una velocidad predeterminada y, en segundo lugar, la pistola debe estar diseñada para transmitir la corriente al alambre y dirigir el gas de protección. El método de refrigeración (agua o aire) y la localización de los controles de alimentación del alambre y del gas, añaden complejidad al diseño de las pistolas.
En la siguiente figura podemos observar de manera esquemática las principales partes de la pistola de soldeo.
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Figura 12. Pistola para el soldeo MIG/MAG (Acero al carbono).
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Los principales componentes de la pistola de soldeo MIG/MAG son:
• Tubo de Contacto: Se encarga de guiar al electrodo a través de la tobera y hace el contacto eléctrico para suministrar la corriente al alambre; está conectado a la fuente de energía a través de los cables eléctricos. La posición del tubo de contacto respecto al final de la tobera puede variar en función del modo de transferencia; con transferencia en cortocircuito se situará a unos 2 mm de ésta o incluso por fuera, mientras que en transferencia en “spray” se situará a unos 5 mm. El tubo de contacto se reemplazará si el taladro se ha ensanchado por desgaste o si se ha atascado por proyecciones. Normalmente es de cobre o de alguna aleación de cobre. El libro de instrucciones de la pistola indicará el tamaño y tipo adecuado en función del diámetro y material del electrodo a utilizar.
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• Tobera: Normalmente es de cobre y tiene un diámetro interior que oscila entre 9.5 y22.25 mm (3/8 a 7/8 de pulgada) dependiendo del tamaño de la pistola.
• Tubo–guía o funda del alambre/electrodo: A través del cual el electrodo llega procedente, normalmente, de una bobina. Es muy importante el diámetro y material del tubo–guía del electrodo. Se utilizarán de acero en forma de espiral en el caso de materiales como el acero o el cobre, y serán de teflón o nylon para el magnesio o el aluminio, aunque también se emplearán para el acero inoxidable con el fin de no contaminar el electrodo.
• Conducto de gas
• Cables eléctricos
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• Interruptor: La mayoría de las pistolas de manipulación manual tienen un gatillo que actúa como interruptor para comenzar o detener la alimentación del alambre.
• Conductos para el agua de refrigeración: (solo para pistolas refrigeradas por agua).Estas pistolas pueden utilizarse con intensidades hasta de 600A.
La pistola puede ser de cuello curvado (cuello de cisne con un ángulo de 40º a 60º) o rectas;Las de cuello de cisne suelen ser más flexibles y cómodas para el soldeo manual.
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2.4. Alimentación de Gas Protector y de Agua de Refrigeración
Gas de Protección
La alimentación de gas se hace desde la botella de gas que tiene en su salida un caudalímetro para poder graduar el caudal de gas de protección necesario en cada caso particular. El suministro de gas se puede realizar también desde una batería de botellas o desde un depósito.
Agua de Refrigeración
Cuando se suelda con intensidades elevadas es preciso utilizar pistolas refrigeradas por agua, ya que la refrigeración de la pistola por el propio gas de protección sería insuficiente, para evitar que se produzcan daños o la inutilización de la pistola.
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La alimentación del agua para tal refrigeración puede hacerse desde un simple grifo dispuesto cerca de la máquina de soldeo, o con un sistema de circuito cerrado.
Sea cual sea el sistema, es necesario un conducto de alimentación del agua que refrigere la pistola y otro de retorno, según el sistema adoptado. Como ocurría con el gas, existe una electroválvula para que el agua circule solamente en los momentos que se está soldando. Los conductos de agua también son flexibles y como los de gas, forman parte del conjunto de la pistola.
2.5. Panel de Control
La mayoría de los parámetros de soldadura se pueden regular desde el panel de control ubicado en la fuente de energía o en la fuente de alimentación del alambre.
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Las máquinas sinérgicas poseen un control interno que armoniza automáticamente todos los parámetros. El mando de control facilita al soldador el empleo de los programas, de forma que prefijando el tipo de alambre y de gas de protección selecciona automáticamente la intensidad y la velocidad de alimentación del alambre correctas.
En la figura 13 se presenta el panel de control de una máquina MIG/MAG de tipo compacta.
A. Arco pulsadoA1. Selección del tiempo de la corriente de fondo.A2. Selección del tiempo de la corriente de pico.
B. Selección de la tensión.B1. Selector de escala.B2. Selector de tensión.
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C. Tiempo de post quemado (“burnback”). Se retrasa el corte de la corriente de soldeo durante un cierto tiempo de forma que el alambre “se quema” libremente formando una pequeña esfera que deberá ser lo más pequeña posible, por lo que el tiempo de post quemado debe ser el mínimo posible. De esta forma se evita que el alambre fundido llegue a tocar el tubo de contacto estropeándolo.
D. Selección de la velocidad de alimentación del alambre.
E. Interruptor general.
F. Control de tipo de ciclo.
G. Soldeo por puntos.
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H. Movimiento lento del alambre. El alambre se alimenta a baja velocidad hasta que se establece el arco.
I. Llenado de cráter. Se reduce la tensión y la intensidad de soldeo al final de la soldadura.
J. Amperímetro y voltímetro.
K. Polo positivo (+) de la máquina, se conecta a la pistola.
L. El polo negativo (-) puede tener varias tomas para introducir diferentes inductancias al circuito. La inductancia puede también estar regulada de forma continua con un potenciómetro. El cable de la pieza se suele conectar al negativo (-). La introducción de una cierta inductancia consigue un funcionamiento del arco
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de forma más suave y con menos proyecciones. La selección depende del diámetro del electrodo, normalmente a mayor diámetro mayor inductancia. La selección de la inductancia es útil sobre todo en transferencia cortocircuito.
Figura 13. Panel de control de una máquina compacta.
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Panel de control de una máquina compacta
-2 t = 2 Tiempos
Tiempo 1: Apretar interruptor de la pistola y mantener. Se pone en funcionamiento: gas de protección + alimentador del alambre + corriente.Tiempo 2: Soltar el interruptor de la pistola. Deja de estar en funcionamiento: gas de protección + alimentación del alambre + corriente.
Se puede utilizar en el soldeo de estructuras pero no se recomienda cuando el nivel de calidad requerido sea elevado.
-4 t = 4 Tiempos
Tiempo 1: Apretar interruptor de la pistola. Se pone en funcionamiento el gas de protección.
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Tiempo 2: Soltar el interruptor de la pistola. Continúa saliendo el gas de protección y se pone en funcionamiento la alimentación del alambre y la corriente.Tiempo 3: Apretar interruptor de la pistola. Deja de estar en funcionamiento la corriente y la alimentación del gas.Tiempo 4: Soltar el interruptor de la pistola. Deja de salir el gas de protección.
Alto nivel de calidad gracias a la existencia de gas de protección previo y posterior al soldeo. El gas de protección previo al soldeo desplaza el aire que rodea a la zona a soldar y mejora la protección posterior, el gas de protección posterior protege el metal de soldadura mientras se enfría.
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3. Modos de Transferencia
La transferencia del metal en el arco puede realizarse básicamente de cuatro formas:
En Cortocircuitos. El metal se transfiere del electrodo a la pieza cuando el electrodo contacta con el metal fundido depositado por soldadura.
Transferencia en Spray. Se desprenden pequeñas gotas del alambre y se desplazan a través del arco hasta llegar a la pieza.
Transferencia Globular. En forma de grandes gotas de tamaño mayor que el alambre/electrodo que caen al baño de fusión por su propio peso.
Transferencia por Arco Pulsado. Es un modo de transferencia tipo spray que se produce en impulsos regularmente espaciados, en lugar
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de suceder al azar como ocurre en el arco spray.
Figura 14. Modos de Transferencia.
El tipo de transferencia depende del gas de protección y de la intensidad y tensión de soldeo.
3.1 Transferencia por Cortocircuito
Se produce por contacto del alambre con el metal depositado. Se obtiene este tipo de transferencia cuando la intensidad y la tensión de soldeo son bajas. Se utiliza este tipo de
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transferencia para el soldeo en posición vertical, bajo techo y para el soldeo de espesores delgados o cuando la separación en la raíz es excesiva. Los parámetros típicos oscilan entre los siguientes valores: voltaje 16 a 22V, intensidad de 50 a 150A. Se reconoce porque el arco es corto, suele haber proyecciones y hay un zumbido característico.
Figura 15. Ciclo de Transferencia por Cortocircuito.
Este tipo de transferencia se obtiene más fácilmente con dióxido de carbono (CO2)
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3.2 Transferencia por Arco Spray
En este tipo de transferencia las gotas que se forman son iguales o menores que el diámetro del alambre electrodo y su transferencia se realiza desde el extremo del alambre al baño fundido en forma de una corriente axial de finas gotas (corriente centrada con respecto al alambre). Se obtiene este tipo de transferencia con altas intensidades y altos voltajes: intensidades de 150 a 500ª y voltajes de 24 a 40V. Los gases inertes favorecen este tipo de transferencia.
La transferencia en spray se puede aplicar prácticamente a cualquier tipo de material base pero no se puede aplicar a espesores muy finos ya que la corriente de soldeo es muy alta. Con este tipo de transferencia se consiguen grandes tasas de deposición y rentabilidad en la soldadura.
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Figura 16. Transferencia por Arco Spray.
3.3 Transferencia Globular
La transferencia globular se caracteriza por la formación de una gota relativamente grande de metal fundido en el extremo del alambre. La gota se va formando hasta que cae el baño fundido por su propio peso. Este tipo de
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transferencia no suele tener aplicaciones tecnológicas por la dificultad de controlar adecuadamente el metal de aportación y porque suele provocar faltas de penetración y sobre espesores elevados. Los parámetros típicos son: voltaje de 20 a 35V, intensidad de 70 a 255A.
Figura 17. Ciclo de Transferencia Globular.
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3.4 Transferencia por Arco Pulsado
La transferencia por arco pulsado es una modalidad del tipo spray, que se produce por pulsos a intervalos regularmente espaciados, en lugar de suceder al azar como ocurre con el arco spray. Este tipo de transferencia se obtiene cuando se utiliza una corriente pulsada, que es la composición de una corriente de baja intensidad, que existe en todo momento (es constante) y se denomina corriente de fondo o de base, y un conjunto de pulsos de intensidad elevada denominada corriente de pico. La intensidad de fondo sirve para precalentar y acondicionar el alambre que va avanzando continuamente. La gota saltará al baño de fusión cuando se aplique una corriente de pico.
La ventaja fundamental de este método es la importante reducción de calor aplicado que se produce con respecto al método arco-spray, lo
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cual se traduce en la posibilidad de soldar en spray espesores menores, obtener menores deformaciones y soldar en todas las posiciones. Además se pueden utilizar diámetros de alambre mayores y se reducen las proyecciones.
Figura 18. Forma de la Corriente de Soldeo en la Transferencia por Arco Pulsado.
Las mayores desventajas de las fuentes de energía de corriente pulsada son: el elevado coste del equipo, la dificultad de establecer los
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parámetros adecuados de soldeo debido al gran número de datos que hay que introducir y que sólo se pueden utilizar mezclas con bajo contenido en CO2 (máximo un 18%).
En algunas fuentes de energía la corriente de fondo, la de pico y la duración del pulso están permanentemente establecidas, tan sólo se puede cambiar la frecuencia de los pulsos, de forma que a mayor frecuencia (mayor número de pulsos por segundo) mayor es la intensidad efectiva y la tasa de deposición.
Actualmente las fuentes de soldeo de corriente pulsada son de tipo sinérgico, lo que significa que el soldador sólo tiene que ajustar la velocidad de avance del alambre y los datos sobre el material de aportación, el gas de protección y el diámetro del electrodo. A partir de estos datos la fuente de corriente ajusta automáticamente los parámetros de soldeo idóneos.
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4. Materiales de Aportación
Los electrodos/alambres empleados son de diámetros pequeños (0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.6, 2.0, 3.0 y 3.2 mm) y se suministran en bobinas para colocar directamente en los sistemas de alimentación. Para conseguir una alimentación suave y uniforme el alambre debe estar bobinado en capas perfectamente planas y es necesario que no esté tirante durante su suministro, sino que exista una cierta holgura entre la bobina y la vuelta que se está desenroscando. Al ser los alambres de pequeño diámetro y la intensidad de soldeo bastante elevada, la velocidad de alimentación del electrodo suele ser elevada del orden de 40 a 340 mm/s (2.4 a 20.4 m/min.) para la mayoría de los metales y de hasta 600 mm/s (236m/min.) para las aleaciones de magnesio.
Dados sus pequeños diámetros la relación superficie/volumen es muy alta, por lo que
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pequeñas partículas de polvo, suciedad grasa, etc. pueden suponer una importante cantidad en relación con el volumen aportado, de aquí que sea de gran importancia la limpieza.
Los alambres de acero reciben a menudo un ligero recubrimiento de cobre que mejora el contacto eléctrico, la resistencia a la corrosión y disminuye el rozamiento con los distintos elementos del sistema de alimentación y la pistola.
El material de aportación es, en general, similar en composición química a la del metal base, variándose ligeramente para compensar las pérdidas producidas de los diferentes elementos durante el soldeo, o mejorar alguna característica del metal de aportación. En otras ocasiones se requieren cambios significativos o incluso la utilización de alambres de composición completamente diferente.
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5. Gases de Protección
El objetivo fundamental del gas de protección es la de proteger al metal fundido de la contaminación por la atmósfera circundante. Muchos otros factores afectan a la elección del gas de protección. Algunos de estos son:
Material a soldar. Modo de transferencia del metal de
aportación. Penetración. Forma del cordón. Velocidad de soldeo. Precio del gas.
Los gases más utilizados en el soldeo MIG/MAG son:
CO2 (dióxido de carbono) Ar (argón), He (helio) ó Ar + He Ar+CO2 o He + CO2
Ar+O2 (1-10% de oxígeno)
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Ar+O2 +CO2
Ar+He+CO2
Ar+He+CO2+O2
El soldeo se denominará MAG cuando se utilicen gases activos (CO2, O2), y MIG cuando se utilicen los inertes (Ar, He).
En general, se utilizan los gases inertes para el soldeo de los materiales no férreos y aceros inoxidables, utilizándose el CO2, puro solamente con los aceros al carbono; las mezclas de Ar + CO2 y Ar +O2 se aplican también al soldeo de aceros y en muchos casos para aceros inoxidables.Cuando se utiliza CO2 no se puede obtener una transferencia en spray nítida.Una de las mezclas más utilizadas en el soldeo MAG es Ar+8-10% de CO2, utilizándose generalmente con transferencia en spray. Las mezclas de Ar+CO2, con un porcentaje de éste último mayor o igual al 25%, se utilizan para
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transferencia por cortocircuito en el soldeo de aceros al carbono y de baja aleación. Con arco pulsado se utilizan mezclas de Ar+CO2
(generalmente con un 5% de CO2), o mezclas de Ar + He + CO2.
Con un caudal de gas muy bajo la cantidad de gas de protección es insuficiente. Con un caudal de gas muy alto puede haber turbulencias y formación de remolinos en el gas. El caudal de gas dependerá en gran medida del tipo de material base. Para obtener una buena protección, el ángulo de trabajo de la pistola no debe ser mayor de 10º a 20º. El tubo de contacto debe estar centrado en la boquilla y las proyecciones depositadas en la tobera de gas y en la boquilla de contacto deben retirarse regularmente.
6. Parámetros de Soldeo
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Los parámetros fundamentales que entran a formar parte de las características de soldeo, y por tanto de la calidad de soldadura, son:
Tensión. Velocidad de alimentación. Longitud libre del alambreo “stick-
out”. Velocidad de desplazamiento. Polaridad. Ángulo de inclinación de la pistola. Gas de protección.
El conocimiento y control de estos parámetros es esencial para obtener soldaduras de calidad. Estas variables no son independientes ya que el cambio de una de ellas produce o implica el cambio de alguna de las otras.
6.1 Relación entre los Parámetros
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La tensión se mide en voltios (V) y es regulable en la fuente de energía, o bien a distancia desde la unidad alimentadora de alambre. Se transmite de forma regular desde la fuente al alambre, sin embargo se distribuye entre la prolongación del alambre y el arco de un modo desigual. Aproximadamente el 90% de la energía se concentra en el arco y el 10% restante en el alambre (ver figura 19). Por tanto, cuanto mayor sea la longitud del arco mayor será la tensión.
La intensidad, sin embargo, está muy relacionada con la velocidad de alimentación del alambre, de forma que cuanto mayor es la velocidad de alimentación mayor es la intensidad. La tasa de deposición también está muy relacionada con la intensidad; cuanto mayor es la intensidad más rápidamente se producirá la fusión y, por tanto, la deposición. Se pueden establecer así las siguientes equivalencias:
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Figura 19. Distribución de la tensión en el arco eléctrico.
Relación entre la longitud del arco y la tensión.
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6.2 Extremo Libre del Alambre Electrodo (“Stick-Out”)
El extremo libre del alambre es la distancia desde el tubo de contacto hasta el extremo del alambre y está relacionada con la distancia entre el tubo de contacto y la pieza a soldar. Esta variable tiene suma importancia para el soldeo y en especial para la protección del baño de fusión.
Cuando aumenta el extremo libre del alambre la penetración se hace más débil y aumenta la cantidad de proyecciones. Éstas pueden interferir con la salida del gas de protección y una protección insuficiente puede provocar porosidad y contaminación excesiva.
La mayoría de los fabricantes recomiendan longitudes de 6 a 13 mm para transferencia por cortocircuito y de 13 a 25 mm para otros tipos de transferencia. Disminuyendo la
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longitud en transferencia por cortocircuito, aunque la tensión suministrada por la fuente de energía sea baja, se consigue buena penetración.
En la siguiente figura se ha representado la influencia de la variación de la distancia entre el tubo de contacto y la pieza.
Figura 20. Efecto del Extremo Libre del Alambre manteniendo constantes la Tensión y la Velocidad
de Alimentación del Alambre.
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6.3 Velocidad de Desplazamiento
Si se mantienen todos los demás parámetros constantes, cuanto menor sea la velocidad de soldeo mayor será la penetración. Sin embargo una pistola se puede sobrecalentar si se suelda con intensidad alta y baja velocidad de soldeo. Una velocidad de soldeo alta producirá una soldadura muy irregular.
6.4 Polaridad
Para la mayoría de las aplicaciones del soldeo GMAW se utiliza la polaridad inversa (DC+) ya que se obtiene un arco estable, con una buena transferencia de metal de aportación, pocas proyecciones, un cordón de soldadura de buenas características y gran penetración. La polaridad directa (DC-) casi no se utiliza porque, aunque la tasa de deposición es mayor, generalmente solo se consigue
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transferencia globular. La corriente alterna no se utiliza en el soldeo MIG/MAG ya que el arco se hace inestable y tiende a extinguirse.
6.5 Ángulo de Inclinación de la Pistola (Ángulo de Desplazamiento)
Cuando se utiliza la técnica de soldeo hacia delante disminuye la penetración y el cordón se hace más ancho y plano, por lo que se recomienda para el soldeo de pequeños espesores. La máxima penetración se obtiene con el soldeo hacia atrás con un ángulo de desplazamiento de 25º. Para la mayoría de las aplicaciones se utiliza el soldeo hacia atrás con un ángulo de desplazamiento de 5-15º. En el soldeo del aluminio, sin embargo, se suele preferir el soldeo hacia delante pues se mejora la acción limpiadora. Para el soldeo en ángulo (posición PB) se recomienda un ángulo de trabajo de 45º.
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7. Técnicas Especiales
7.1 Soldeo por Puntos
Se pueden realizar soldaduras en forma de puntos discontinuos mediante soldeo MIG/MAG, similares a los obtenidos mediante el soldeo por resistencia, como se muestra en la siguiente figura.
Figura 21. Soldeo por Puntos.
El soldeo por puntos mediante MIG/MAG solo requiere tener acceso a una de las piezas que se van a unir, lo cual representa una ventaja
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respecto al soldeo por puntos por resistencia. El soldeo por puntos mediante MIG/MAG tiene aplicación en la unión de chapas finas (en general hasta 5 mm) de acero, aluminio, acero inoxidable y algunas aleaciones de cobre.
Para el soldeo por puntos se requieren algunas modificaciones del equipo de soldeoMIG/MAG Convencional:
Toberas especiales, con huecos que permiten que el gas de protección salga de la tobera cuando ésta se presiona sobre la chapa a soldar.
Controladores de la velocidad de alimentación del alambre para regular el tiempo de soldeo y asegurar el rellenado de cráter, mediante la disminución progresiva de la corriente al final del soldeo.
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Para realizar un punto de soldadura se sitúa la pistola sobre la pieza con la tobera presionando la pieza de menor espesor, en el caso de que sean de espesores diferentes, y se aprieta el gatillo de la pistola para iniciar el arco manteniéndose la pistola inmóvil hasta que se corta la corriente. El tiempo de soldeo debe de ser el suficiente para conseguir el soldeo de ambas chapas, suele ser de 0,3 a 1,7 segundos en el caso de espesores inferiores a 3 mm y de hasta 5 segundos para chapas de espesores mayores.
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8. Defectos Típicos en las Soldaduras
8.1 Porosidad
Causa RemedioCaudal de gas bajo que produce una proyección defectuosa o proyecciones en la tobera que reduce la sección de ésta.
Aumentar el caudal de gas de protección y retirar las proyecciones de la tobera.En el caso del CO2 situar calentadores entre la válvula de la botella y el manorreductor.
Caudal de gas alto. La turbulencia generada por el excesivo caudal permite que el aire se introduzca en el baño de fusión.
Disminuir el caudal para eliminar la turbulencia.
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Excesivas corrientes de viento.
Proteger la zona de soldeo del viento.
Material base contaminado.
Extremar la limpieza del material base.
Electrodo contaminado o sucio.
Utilizar exclusivamente electrodos limpios y secos.
Pistola demasiado separada de la pieza. Ángulo.
Acercar la pistola a la pieza. Mantener la pistola al final de la soldadura hasta que ésta se solidifique.
Contaminación del gas de protección.
Utilizar gases de protección de gran calidad. Purgar las botellas (excepto las de
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hidrógeno y mezclas con hidrógeno) antes de conectarlos a las mangueras para eliminar la acumulación de polvo que pudiera existir.
8.2 Falta de Fusión o Penetración
El baño de fusión no aporta, por sí solo, la cantidad de calor suficiente para fundir el material base, solamente el calor aportado por el arco es capaz de hacerlo. Si el arco no llega a las caras o a la raíz de la unión se producirá la falta de fusión.
Causa RemedioParámetros de soldeo no adecuados.
Aumentar la tensión y la velocidad de alimentación del alambre.Reducir la velocidad de desplazamiento. Disminuir la
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“extensión”.Reducir la dimensión del alambre. Reducir el espesor de cada cordón de soldadura.
Manipulación de la pistola inadecuada.Situación de la pistola asimétrica respecto a los lados del bisel.
Distribuir el calor del arco en forma simétrica respecto a ambas piezas.
Pistola con inclinación excesiva hacia un lado.
Mantener la inclinación correcta.
Falta de accesibilidad. Cambiar el diseño de la unión o elegir una boquilla de menor tamaño.
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Diseño inapropiado de la unión.
Reducir el desalineamiento. Aumentar la separación en la raíz. Reducir el talón.Aumentar el ángulo del chaflán.
Realizar el soldeo sobre cordones con sobreespesor excesivo.
Eliminar el exceso de sobreespesor mediante amolado.
Empalme entre cordones defectuoso.
Amolar el final del cordón anterior y cebar el arco antes del final del cordón.
Superficies del chaflán sucias u oxidadas.
Limpiar, y decapar si fuera necesario, las superficies del chaflán.
Técnica de soldeo no adecuada.
Cuando se realicen cordones con balanceo pararse momentáneamente en los extremos.
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Cordones excesivamente anchos sin llegar a fundir el chaflán.
Limitar la anchura del cordón, cuando el chaflán se ensanche se preferirá realizar 2 cordones estrechos a uno ancho.
Velocidad de desplazamiento baja o tasa de deposición ( velocidad de alimentación del alambre) demasiado alta. Este defecto puede ocurrir más fácilmente en la posición PG.
Reducir el espesor de cada cordón individual. Disminuir la velocidad de alimentación del alambre en vertical descendente.
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8.3 Grietas
Causa RemedioEmbridamiento excesivo.
Reducir el embridamiento. Precalentar.Utilizar un metal de aportación más dúctil. Realizar un martillado.
Electrodo inadecuado. Revisar la composición del alambre. Disminuir la velocidad de alimentación delalambre o aumentar la tensión.
Aportación de calor demasiado elevada que causa deformaciones grandes.
Reducir la tensión, la velocidad de alimentación del alambre o aumentar la velocidad de desplazamiento.
Tensiones residuales elevadas, enfriamiento rápido y grandes deformaciones.
Precalentar para reducir el nivel de las tensiones residuales, utilizar una secuencia de soldeo adecuada.
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8.4 Mordeduras
Causa RemedioTensión excesiva. Disminuir la tensión.Intensidad excesiva. Reducir la velocidad de
alimentación del alambre.
Movimiento lateral muy rápido. Velocidad de desplazamiento excesiva.
Dar un movimiento lateral más lento y retener un poco a los lados del cordón.Disminuir la velocidad de desplazamiento.
Pistola con inclinación excesiva.
Mantener la inclinación adecuada de la pistola.
8.5 Proyecciones
Causa RemedioHumedad en el gas. Emplear gas de
protección bien seco.Arco demasiado largo Intensidad demasiado elevada. Tensión muy elevada
El arco debe tener una longitud de unos 3 mm.
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Pistola al polo negativo. Conectar la pistola en el polo positivo.
Extremo libre del alambre excesivo.
Disminuyendo la longitud libre de varilladisminuyen las proyecciones.
8.6 Agujeros
Causa RemedioIntensidad muy elevada.
Disminuir la intensidad para evitar la perforación de la chapa.
Tensión de arco muy baja.
Aumentar la tensión y disminuirá la penetración.
Movimiento de desplazamiento muy lento.
Aumentar la velocidad de desplazamiento.
Bordes de las chapas muy separados.
Disminuir la separación entre los bordes.
Metal base muy caliente.
Dejar enfriar antes de depositar un nuevo cordón.
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9. Fallos en el Equipo MIG/MAG
Componente Causa del falloRodillos de la unidad de alimentación.
Tamaño del perfil del rodillo demasiado grande o que se ha desgastado por el uso.
Rodillo muy pequeño.
Presión del rodillo de alimentador de alambre.
Presión de contacto demasiado ligera.
Presión de contacto demasiado fuerte que produce excesivo rozamiento o deforma el alambre.
Mangueras Retorcimiento o doblado de las mangueras.
Boquilla Parcialmente obturada por las proyecciones.
Holgura.
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Cable de la pieza. Limpieza inadecuada de la conexión.
Holgura en la conexión.
Bobina de alambre. Freno demasiado débil.
Freno demasiado fuerte
Guía de alambre. Distancia desde el rodillo alimentador muy grande o taladro muy grande.
Tubo de contacto Tubo de contacto con taladro demasiado grande o desgastado por rozamiento.
Situación incorrecta del tubo de contacto
Tubo de contacto muy separado del extremo de la tobera.
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SOLDADURA TIG
10. Evolución histórica
Los hitos que fueron concluyentes en el avance, en general, de la técnica de soldar bajo gas protector, hasta nuestros días son:
• 1.919: se llevan a cabo las primeras investigaciones sobre el uso de gases de protección en los procesos de soldeo. Estas investigaciones versaron principalmente sobre los dos grandes grupos de gases, a saber, inertes (caso del Helio y Argón) o activos (CO2). No obstante, el empleo de este último tipo de gas inducía que se produjeran la aparición de proyecciones y poros en el cordón una vez solidificado éste; pero por otro lado, el poder calorífico alcanzado por el arco utilizando un gas activo es muy superior al alcanzado empleando un gas noble.
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• 1.924: es el año donde aparece la primera patente TIG registrada por los americanos Devers y Hobard.• 1.948: es el año donde comienza a emplearse gas inerte con electrodo consumible, dando lugar a lo que más tarde será conocido como procedimiento MIG. Este tipo de procedimiento tenía el inconveniente que era poco el grado de penetración que se alcanzaba en los aceros.• 1.952: es el año donde comienza a emplearse gas activo con electrodo consumible, dando lugar a lo que más tarde será conocido como procedimiento MAG.• 1.950: se van desarrollando procedimientos de automatización de los procesos de soldeo, gracias a las mejoras conseguidas en los equipos de soldeo y en la fabricación de los materiales de aporte. Por ejemplo, para disminuir las proyecciones se empezaron a emplear como material de aporte hilos huecos
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rellenos en su interior de revestimiento, o el empleo de mezclas de gases nobles y activos.
11. Descripción del procedimiento TIG
11.1 Principios del proceso
Es un procedimiento de soldadura con electrodo refractario bajo atmósfera gaseosa. Esta técnica puede utilizarse con o sin metal de aportación.
El gas inerte, generalmente Argón, aísla el material fundido de la atmósfera exterior evitando así su contaminación. El arco eléctrico se establece entre el electrodo de tungsteno no consumible y la pieza. El gas inerte envuelve también al electrodo evitando así toda posibilidad de oxidación.
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Como material para la fabricación del electrodo se emplea el tungsteno. Se trata de un metal escaso en la corteza terrestre que se encuentra en forma de óxido o de sales en ciertos minerales. De color gris acerado, muy duro y denso, tiene el punto de fusión más elevado de todos los metales y el punto de ebullición más alto de todos los elementos conocidos, de ahí que se emplee para fabricar los electrodos no consumibles para la soldadura TIG.
A continuación se define los parámetros que caracterizan a este tipo de procedimiento:
Fuente de calor: Por arco eléctrico. Tipo de electrodo: No consumible. Tipo de protección: Por gas inerte. Material de aportación: Externa
mediante varilla, aunque para el caso de chapas finas se puede
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conseguir la soldadura mediante fusión de los bordes sin aportación exterior.
Tipo de proceso: Fundamentalmente es manual.
Aplicaciones: A todos los metales. Dificultad operatoria: Mucha.
La soldadura que se consigue con este procedimiento puede ser de muy alta calidad, siempre y cuando el operario muestra la suficiente pericia en el proceso. Permite controlar la penetración y la posibilidad de efectuar soldaduras en todas las posiciones. Es por ello que sea éste el método empleado para realizar soldaduras en tuberías.
Una variante de este proceso es el llamado TIG pulsado, donde la corriente que se aplica varía entre dos niveles a frecuencias que dependen del tipo de trabajo,
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consiguiéndose mejorar el proceso de cebado. Para este caso el tipo de corriente a emplear es alterna. El TIG pulsado tiene aplicación sobre todo para pequeños espesores.
11.2 Equipamiento
Para llevar a cabo la soldadura mediante el procedimiento TIG es necesario el siguiente equipo básico:
Generador de corriente CC y/o CA de característica descendente.
Generador de alta frecuencia o de impulsos, que mejora la estabilidad del arco en caso de empleo de CA, y facilita el cebado.
El circuito de gas. Pinza Porta-electrodo. Circuito de refrigeración. Órganos de control.
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La pinza termina formando una tobera por donde sale el gas, sobresaliendo por su centro el electrodo.
Como ya se ha dicho, el procedimiento TIG es de aplicación para todo tipo de metales y en soldaduras con responsabilidad, debido a la gran calidad de los cordones que se obtienen. No obstante, requiere cierta pericia en la fase inicial de cebado del arco, debido a la posibilidad que existe que durante esta fase se produzca que el extremo del electrodo toque la pieza. Si esto ocurre puede originarse la contaminación del baño con restos del electrodo que puedan desprenderse.
En ocasiones la soldadura TIG se emplea en combinación con otros procesos, siendo el ejecutado mediante TIG el primer cordón de soldadura que se deposite.
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Para espesores de piezas a soldar superiores a los 6-8 mm. este procedimiento no resulta económico.
11.3 Material de aporte
Cuando se utilice material de aportación para la soldadura, éste debe ser similar al material base de las piezas a soldar.
Este procedimiento no genera escorias al no emplearse revestimientos en el electrodo, ni tampoco se forman proyecciones.
Normalmente las varillas empleadas como producto de aporte son de varios diámetros en función de los espesores de las piezas a unir.
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11.4 Gases de protección
A continuación se relacionan los principales gases empleados en la soldadura TIG:
• Argón (Ar):
Este gas ofrece buena estabilidad del arco y facilidad de encendido. Además ofrece una baja conductividad térmica, lo que favorece a la concentración de calor en la parte central del arco, originándose por ello una penetración muy acusada en el centro del cordón.
• Helio (He):
Este gas es muy poco utilizado en Europa. Es necesario aplicar mayor tensión en el arco, consiguiéndose una penetración menor y cordones más anchos. Por otro lado, su uso exige emplear mayor caudal de gas que si se empleara el argón.
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• Mezcla de Argón-Helio:
Empleando la mezcla de ambos gases se obtienen características intermedias. No obstante, sólo se suele empelar para el soldeo del cobre, dado que esta mezcla de gases contribuye a la figuración en frío del acero.
• Mezcla de Argón-Hidrógeno:
Su uso aumenta el poder de penetración de la soldadura. Se restringe su uso para soldar aceros inoxidables, dado que aumenta la posibilidad de la figuración en frío para otros aceros.
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11.5 Electrodos
Los electrodos empleados en la soldadura TIG deben ser tales en su naturaleza y diseño, que garanticen un correcto cebado y mantenimiento del arco eléctrico.
Por otro lado, al no ser consumibles, deben estar constituidos de materiales con un elevadísimo punto de fusión (>4.000 ºC) que eviten su degradación.
Entre los materiales existentes es el Tungsteno, en estado puro o aleado, el que mejor cumple con las condiciones exigibles. También se suele utilizar con ciertos componentes añadidos a su composición. Estos elementos aleantes favorecen ciertos aspectos, como el encendido del arco y además mejoran su estabilidad, a parte de mejorar también el punto de fusión del tungsteno puro. Así se suele utilizar como
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material para los electrodos el tungsteno aleado con torio (Th) o con circonio (Zr).
Los electrodos se presentan en forma cilíndrica con una gama de diámetros de 1,6; 2,4 y 3,2 mm. Cabe destacar la importancia del afilado en el extremo del electrodo, que incide de manera decisiva en la calidad de la soldadura, como se muestra en la figura siguiente:
Figura 22. Influencia del afilado del electrodo en la calidad de la soldadura.
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11.6 Tipos de corriente eléctrica
Para las soldaduras TIG se puede emplear tanto la corriente continua como alterna. En la figura siguiente se expone los resultados del empleo de uno u otro tipo de corriente:
Figura 23. Influencia del tipo de corriente eléctrica en la calidad de la soldadura.
Para el caso de uso de Corriente Alterna (CA) se obtienen unos efectos intermedios en el aspecto del cordón, además de precisar de un generador de alta frecuencia para estabilizar el arco.
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Lo habitual en TIG es emplear corriente continua en polaridad directa, debido a que los electrodos con esta configuración alcanzan menor temperatura, y por lo tanto se degradan menos.
A continuación se adjunta una tabla donde, en función del material y tipo de corriente empleada, se resume la calidad de soldadura obtenida:
Material CA CCPD CCPI
Magnesio e < 3 mm. MB M B
Magnesio e > 4 mm. MB M M
Aluminio e < 2,5 mm. MB M B
Aluminio e > 2,5 mm. MB M B
Acero Inoxidable B MB M
Aleaciones de Bronce B MB M
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Plata B MB M
Aleaciones de Cr y Ni B MB M
Aceros bajo en C (e < 0,8 mm.)
B MB M
Aceros bajo en C (e < 3 mm.)
M MB M
Aceros altos en C (e < 0,8 mm.)
B MB M
Aceros altos en C (e < 3 mm.)
B MB M
De donde se tiene la siguiente leyenda,CA: Corriente Alterna;CCPD: Corriente Continua Polaridad Directa;CCPI: Corriente Continua Polaridad Inversa.Y el criterio de soldabilidad representado en la tabla es:MB: Muy buena;B: Buena;M: Mala.
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12. Técnica operatoria de soldeo
12.1 Generalidades
A continuación se expone una serie de recomendaciones de uso que defina los valores de aquellos parámetros que más influyen en la calidad de la soldadura final, con el objetivo de conseguir cordones de soldadura óptimos aplicando esta técnica de soldeo.
12.2 Distancias
En la técnica TIG es muy importante la distancia que separa el electrodo de la pieza, que influye en el mantenimiento del arco eléctrico, así como el tramo de electrodo que sobresale de la tobera de la pinza, recomendándose los siguientes valores:
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5 mm como máximo de salida del electrodo fuera de la tobera.
5 mm como máximo para la distancia de la punta del electrodo a la pieza.
12.3 Ángulo
Otro factor importante que se debe controlar es la inclinación de la pinza porta-electrodos. Lo ideal sería a 90º con la pinza totalmente perpendicular a la pieza, pero se puede admitir una inclinación entre 75º y 80º, a fin de facilitar el trabajo y el control visual del cordón.
En todo caso, hay que recalcar la idea que una mayor inclinación va en detrimento de la protección de la soldadura, dado que se produce una peor incidencia de la campana de gas protector sobre el baño.
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12.4 Caudal de gas
Un caudal de gas uniforme es necesario para proteger el metal fundido, inertizándo debidamente el espacio circundante para evitar la contaminación atmosférica, lo que puede dar lugar a un mayor nivel de oxidación o incluso a porosidad en la soldadura acabada. Evidentemente, los caudales varían; es importante seleccionar el caudal adecuado para cada aplicación, ya que ello puede mejorar la eficacia y asegurar una soldadura de calidad.
El caudal de gas para que la soldadura resulte óptima estaría comprendido entre los 6 y 12 litros/minuto.
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12.5 Material de aporte
Durante el proceso de soldadura se debe tener la precaución de mantener dentro del flujo de gas la parte caliente de la varilla con el material de aporte, dado que si sale fuera del flujo de protección éste se oxidaría perdiendo propiedades.
12.6 Afilado del electrodo
Ya se comentó la importancia del afilado del extremo del electrodo para la estabilidad del arco eléctrico.
Durante el proceso de mecanizado de la punta del electrodo para obtener su afilado se debe tener la precaución de dejar que las estrías queden perpendiculares a la corriente. Con ello se conseguiría que el arco salga más centrado. Si no se sigue esta
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recomendación se corre el peligro de que el arco resulte errático durante la soldadura. Para su afilado se recomienda también utilizar una piedra esmeril fina.
12.7 Intensidad de corriente
La intensidad de corriente requerida será función del diámetro del electrodo que utilicemos. A continuación se relaciona los valores estimados de corriente:
Diámetro (mm.) Intensidad (A)
1,6 70-150
2,0 100-200
2,4 150-250
3,0 250-400
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12.8 Limpieza
Como en todo proceso de soldadura, la presencia de grasas, aceites, óxidos, etc. son fuente de contaminación del baño fundido, lo que interfiere negativamente en la calidad final del cordón que se obtenga.
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CORTE EN PLASMA
13. ¿QUÉ ES EL PLASMA?
• Una descripción común del plasma es como el cuarto estado de la materia.• Normalmente pensamos en los tres estados de la materia como el sólido, el líquido y el gaseoso.• Para un elemento común como el agua, estos tres estados son hielo, agua y vapor.• La diferencia entre estos estados está relacionada con sus niveles de energía.• Cuando aportamos energía en forma de calor al hielo, éste se derrite y se transforma en agua.• Si aportamos más energía, el agua se evapora en hidrógeno y oxígeno, en forma de vapor.• Al aportar aún más energía al vapor estos gases se ionizan.
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• El proceso de ionización hace que el gas se convierta en un conductor de la electricidad.• A este gas ionizado conductor se le llama plasma.
Figura 24. Plasma.
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14. CÓMO EL PLASMA CORTA EL METAL
• El proceso de corte por plasma, como se usa en el corte de metales conductores, emplea este gas conductor para transferir la energía de una fuente eléctrica a través de una antorcha de corte por plasma al metal que se va a cortar.• El sistema básico de corte por arco de plasma consiste de una fuente de energía, un circuito iniciador del arco y una antorcha.• Estos componentes del sistema suministran la energía eléctrica, la capacidad de ionización y el control de procesos necesarios para producir cortes muy productivos y de alta calidad en diferentes materiales.• La fuente de energía es una fuente de corriente continua (CC) constante.• El voltaje en circuito abierto por lo general está en el rango de 240 a 400 VCD.
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• La corriente de salida (amperaje) de la fuente de energía determina la velocidad y la capacidad del espesor de corte del sistema.• La principal función de la fuente de energía es suministrar la energía correcta para mantener el arco de plasma después de la ionización.• El circuito de arranque del arco es un circuito generador de alta frecuencia que produce un voltaje de CA de 5000 a 10 000 voltios a 2 megahercios aproximadamente.• Este voltaje se utiliza para crear un arco de alta intensidad dentro de la antorcha a fin de ionizar el gas, produciéndose de esta manera el plasma.• La antorcha sirve de soporte a la boquilla y a los electrodos consumibles y para refrigerar (con agua o gas) estas piezas.• La boquilla y el electrodo constriñen y mantienen el chorro de plasma.
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15. SECUENCIA DE OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE CORTE POR PLASMA
• La fuente de energía y el circuito de arranque del arco están conectados a la antorcha por un conjunto de cables y mangueras. • A través de este conjunto de cables y mangueras se suministran a la antorcha el flujo de gas correcto, la corriente eléctrica y la alta frecuencia para que arranque y mantenga el proceso.
1. Se envía una señal de arranque a la fuente de energía. Esto activa simultáneamente el voltaje en circuito abierto y el flujo de gas a la antorcha (ver Figura 25). El voltaje en circuito abierto se puede medir entre el electrodo (-) y la boquilla (+). Tenga en cuenta que la boquilla está conectada al
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positivo de la fuente de energía por una resistencia y un relé (relé del arco piloto), mientras que el metal a cortar (pieza a cortar) está conectada directamente al positivo. El gas fluye a través de la boquilla y sale por el orificio. En ese momento no hay arco, ya que no pasa la corriente del voltaje CC.
Figura 25. Señal de Arranque a la Fuente de Energía.
2. Después de que el flujo de gas se estabiliza, se activa el circuito de alta frecuencia. La alta frecuencia provoca una descarga disruptiva entre el electrodo y la
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boquilla dentro de la antorcha, de un modo que el gas debe pasar a través de este arco antes de salir de la boquilla. La energía transferida del arco de alta frecuencia al gas hace que el gas se ionice y se convierta en conductor. Este gas conductor crea un paso de corriente entre el electrodo y la boquilla, formando como resultado un arco de plasma.
El flujo del gas fuerza a este arco a pasar a través del orificio de la boquilla, creando un arco piloto.
Figura 26. Activación de Circuito de Alta Frecuencia.
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3. Como se supone que la boquilla esté muy cerca de la pieza a cortar, el arco piloto se conectará a la pieza a cortar, ya que el paso de la corriente al positivo (en la fuente de energía) no está limitado por una resistencia como lo está la conexión de la boquilla al positivo. El flujo de corriente a la pieza a cortar se sensa electrónicamente en la fuente de energía. Al sensarse el flujo de corriente, se inhabilita la alta frecuencia y se abre el relevador del arco piloto. La ionización del gas se mantiene con la energía del arco de CC principal.
Figura 27. Arco Piloto.
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4. La temperatura del arco de plasma funde el metal, perfora la pieza a cortar y el flujo de gas a alta velocidad quita el material fundido del fondo de la sangría del corte. En este momento se inicia el movimiento de la antorcha y comienza el proceso de corte.
Figura 28. Perforación de la pieza.
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16. Variantes del Proceso de Corte por Plasma
16.1 Corte por plasma convencional
Este proceso utiliza por lo general un solo gas (normalmente aire o nitrógeno) que enfría y produce el plasma. La mayoría de estos sistemas usan una corriente nominal menor de 100 A para cortar materiales de espesores inferiores de 5/8 pulg. Se utilizan principalmente en aplicaciones manuales
Figura 29. Corte por plasma convencional.
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16.2 Corte por plasma de doble gas
Este proceso utiliza dos gases, uno para el plasma y otro como gas de protección. El gas de protección se utiliza para proteger el área de corte de la atmósfera, produciendo así un borde de corte más limpio. Esta es probablemente la variante más popular, ya que se pueden utilizar diferentes combinaciones de gases para producir la mejor calidad de corte posible en un material dado.
Figura 30. Corte por plasma de doble gas.
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16.3 Corte por plasma con protección de agua
Esta es una variante del proceso de doble gas donde el gas de protección se sustituye por agua. Produce un mejor enfriamiento de la boquilla y la pieza a cortar, junto con una mejor calidad de corte en acero inoxidable. Este proceso es solamente para aplicaciones mecanizadas.
Figura 31. Corte por plasma con protección de agua.
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16.4 Corte por plasma con inyección de agua
Este proceso usa un solo gas para el plasma y utiliza agua, la que se inyecta radialmente o en espiral directamente en el arco para mejorar sobremanera la constricción del arco, y aumentar de este modo la densidad y temperatura del arco. Este proceso utiliza de 260 a 750 A para cortes de alta calidad en muchos materiales y espesores. Este proceso es solo para aplicaciones mecanizadas.
Figura 32. Corte por plasma con inyección de agua.
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16.5 Corte por plasma de precisión
Este proceso produce una calidad de corte superior en materiales más delgados (inferior a 1/2 pulgada) a velocidades más lentas. Esta calidad mejorada es el resultado de utilizar la última tecnología para súper constreñir el arco y aumentar considerablemente la densidad de energía. Se requieren velocidades más lentas para permitir al dispositivo de avance trazar contornos con mayor precisión. Este proceso es solo para aplicaciones mecanizadas.
Figura 33. Corte por plasma de precisión.
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ARCO SUMERGIDO
17. Soldadura por Arco Sumergido
El proceso de soldadura por arco sumergido, o método SAW, consiste en la fusión de un electrodo continuo, que puede ser macizo o tubular, protegida por la escoria generada por un flux , granulado o en polvo, con el que se alimenta el arco por separado.
El proceso de Arco Sumergido permite depositar grandes volúmenes de metal de soldadura de excelente calidad (tasas de deposición de hasta 50 kg/hr) a bajo coste para una amplia gama de aplicaciones. El sistema es totalmente automático y permite obtener grandes rendimientos en producción. Se puede usar también como un proceso semiautomático, mediante una pistola manual, similar a la que se usa en soldadura MIG/MAG, pero con diámetros de hilo
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mayores (hasta 2,4 mm) y, de forma parecida a como en el proceso MIG se aportaría gas de protección, se aporta en este caso el flux que nos viene alimentado de un tanque a presión.El arco eléctrico se establece entre el electrodo metálico y la pieza a soldar. Como electrodos, pueden utilizarse uno o varios alambres o hilos simultáneamente o bien flejes o bandas.
El flux protege el arco y el baño de fusión de la atmósfera circundante, de tal manera que ambos permanecen invisibles durante el proceso. Parte del flux se funde con un papel similar al del recubrimiento en los electrodos revestidos: protege el arco, lo estabiliza, genera una escoria de viscosidad y tensión superficial adecuadas e incluso permite añadir elementos de aleación o compensar la pérdida de ellos. El resto de flux, no fundido, puede recuperarse y reciclarse en el proceso.
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Figura 34. Soldadura por Arco Sumergido.
18. Materiales de Base
Este proceso es bastante versátil y se utiliza para unir aceros al carbono, de baja aleación e inoxidables y aleaciones de níquel. También se emplea para revestir materiales con objeto de resistir el fenómeno de corrosión, para
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resistencia a altas temperaturas o para resistencia a desgaste o combinaciones de estos fenómenos. Este procedimiento se denomina “overlay” o recargue, y será tratado posteriormente. Tanto la calidad como el aspecto que se obtiene de las uniones con este proceso suele ser excelente.
Figura 35. Materiales de Base.
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19. PRODUCTOS DE APORTE
19.1 Electrodos
Existen electrodos para soldar aceros al carbono, de baja aleación, de alto contenido en carbono, aleados, inoxidables, aleaciones de níquel y aleaciones especiales para aplicaciones de recargues. Los electrodos se suministran en forma de alambre sólido o tubular con flux o metal en polvo en su interior, y en forma de fleje o banda, especiales para depósitos por recargue. Estos últimos pueden depositarse mediante el proceso de soldadura de Arco Sumergido que nos ocupa, o bien mediante el proceso de soldadura por Electro-Escoria, no considerado un proceso de soldadura al arco sino de estado sólido.Normalmente se presentan enrollados en carretes de 10 a 500 kg de peso o en bidones de 100 a 1000 kg, mientras que el fleje se
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suministra en bobinas. Los electrodos de acero se recubren de cobre, excepto para soldaduras de materiales resistentes a la corrosión, ciertas aplicaciones nucleares o la fabricación de reactores para la industria del petróleo y petroquímica. El recubrimiento de cobre evita la corrosión, mejora el contacto eléctrico y disminuye el rozamiento del hilo con el dispositivo de alimentación. El diámetro del hilo varía normalmente desde 1,6 mm a 6,4 mm.La gama de intensidades usuales es la siguiente:
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19.2 Fluxes
Son compuestos minerales mezclados. Entre ellos se encuentran SiO2, TiO2, CaO, MgO, Al2O3, MnO, K2O, Na2O, Li2O, FeO, ZrO2 y CaF2.Como ocurre con los electrodos revestidos para soldadura manual, el fabricante del flux se reserva la composición química completa del mismo y todo lo más ofrece porcentajes parciales de elementos agrupados por familias que ejercen una acción similar. Según el sistema de fabricación se dividen en:
19.2.1 Fluxes fundidos.
En los fluxes fundidos (fused o prefused) la materia prima se mezcla en seco y se funde posteriormente en un horno eléctrico a una temperatura entre 1500ºC y 1700ºC. Después de la fusión y de cualquier adición final, la carga del horno es colada y enfriada. El
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enfriamiento se produce por el paso de la mezcla fundida a través de una corriente de agua. El resultado es un producto con apariencia cristalina que es triturado, cribado para clasificación según tamaño y envasado.
Los fluxes fundidos tienen las siguientes ventajas:
• Buena homogeneidad química.• Fácil eliminación de los finos, sin que afecte la composición del flux.• Normalmente no higroscópicos, lo que simplifica su manejo y almacenamiento, al mismo tiempo que elimina problemas de soldadura.• Permiten el reciclado, sin cambios significativos en la composición de las partículas.• Adecuados para las más altas velocidades de trabajo en la operación de soldeo.
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19.2.2 Fluxes cohesionados
En la fabricación de un flux cohesionado (bonded), las materias primas son pulverizadas, mezcladas en seco y cohesionadas con silicato potásico, silicato sódico o una mezcla de ambos. Esta parte de la fabricación es similar a la de la pasta de los electrodos revestidos. Después del cohesionado, la mezcla húmeda es sinterizada y cocida a una temperatura relativamente baja. Los “pellets” se rompen por machaqueo, se criban para clasificación al tamaño deseado y se envasan en sacos de PVC para protegerlos de la humedad.
Las ventajas de los fluxes cohesionados son:• Es posible la adición de desoxidantes y elementos de aleación, gracias a la baja temperatura inherente al proceso. Los elementos de aleación pueden añadirse ya sea como ferroaleaciones o como metales
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elementales, para producir aleaciones que no están disponibles en el mercado como electrodos para uso manual o bien para ajustar la composición del metal depositado.• Al ser baja la densidad de estos fluxes permite una capa de flux más gruesa en la soldadura.• Las escorias solidificadas son fácilmente eliminables.Las limitaciones son:• Tendencia a absorber humedad, de la misma manera que el recubrimiento de los electrodos revestidos, lo cual da lugar a posible formación de porosidades o fisuración por hidrógeno, a causa de la absorción de humedad.• Posible cambio en la composición de flux, debido a la segregación o pérdida de las partículas finas.La intensidad máxima de corriente para estos fluxes oscila entre 800-1000 A. Estos tipos de fluxes están muy en desuso.
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19.2.3 Fluxes mezclados mecánicamente
Para producir un flux de este tipo, el fabricante o el usuario pueden mezclar dos o más fluxes fundidos, cohesionados o aglomerados entre los comercialmente disponibles en la proporción necesaria para conseguir los resultados deseados.
Los inconvenientes son:
• Segregaciones durante su envasado, almacenamiento o manipulación.• Segregaciones en el sistema de alimentación y recuperación durante la operación de soldeo.• Posible inconsistencia de flux resultante de la mezcla.
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3.2.4 Fluxes aglomerados
Son el tipo de flux más utilizado actualmente en la industria. Las materias primas son óxidos de hierro, productos químicos tales como silicatos, fluoruros, carbonatos, etc. Estas sustancias cumplen con objetivos diversos como escorificación viscosidad, desoxidación, ionización, etc.
Se distinguen de los fundidos porque:• Aportan mayor cantidad de elementos al metal depositado.• Se pueden utilizar con hilos no aleados.• Su actividad química es muy variada. Se distinguen entre fluxes activos, neutros o aleados según si aportan algunos elementos de aleación al metal depositado adicional al aporte del hilo consumible, o bien entre fluxes básicos, ácidos, rutilos o mezcla de ellos, según el tipo de escoria que forman y las
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propiedades mecánicas que favorecen en el metal depositado.• El consumo de flux es menor.
19.3 Clasificación de los Fluxes Aglomerados
Fluxes activosContienen una cantidad controlada de Mn y/o Si que se añaden al flux para proporcionar mayor resistencia a la porosidad o a la fisuración así como mayores niveles de resistencia mecánica.Su uso está limitado a soldadura por un solo lado, por ambos lados, soldadura en rincón, pero no se recomienda usarlos en multipasada para uniones de aceros de espesores mayores a 25 mm, ya que la composición química y por tanto las propiedades mecánicas que se obtienen son no homogéneas en cada una de las pasadas.
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Fluxes neutrosNo producen cambios significativos en la composición química del metal depositado incluso aunque se produzcan variaciones importantes del voltaje del arco (longitud de arco que, al variar, produce la fusión de mayor o menor cantidad de flux) durante la soldadura.Se utilizan ampliamente ya que pueden usarse tanto en una sola pasada como en multipasada, sobre todo en los casos en que se desea un solo flux para una amplia gama de aplicaciones.
Fluxes aleadosContienen una cantidad controlada de aleantes, los cuales producen, con alambres de acero al carbono, metales depositados de aceros aleados. Se utilizan principalmente en soldaduras de recargue, no siendo aconsejables para soldaduras de unión o si se requiere una composición química y/o
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propiedades mecánicas completamente homogéneas en todas las soldaduras, pues éstas dependerán en gran medida de la cantidad de flux que se funde en cada momento, que es, a su vez, dependiente de la longitud del arco o del voltaje del mismo.
20. Especificaciones
Se verán en este apartado las dos especificaciones de uso más extendido: la especificación europea o EN, y la americana o AWS (de la American Welding Society) a que obedecen son:Normativa Europea EN:
Normativa Americana AWS:
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Describiremos brevemente el contenido de estas especificaciones:
Electrodos de acero al carbono y fluxes.Los hilos se clasifican por su composición química. Los fluxes, en base a las propiedades del metal depositado obtenido con cada flux específico.
Electrodos de aceros de baja aleación y fluxes.Los depósitos de baja aleación pueden obtenerse gracias al uso de hilos de acero de baja aleación, fluxes conteniendo los elementos de aleación o hilos tubulares en los que el recubrimiento metálico contiene los elementos de aleación. Los electrodos de acero aleado y los tubulares, se utilizan normalmente con un flux neutro. Los fluxes conteniendo elementos de aleación se usan generalmente con un electrodo de acero al carbono.
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Electrodos de acero inoxidables.La especificación AWS-A5.9 incluye aceros en los que el cromo excede del 4% y el níquel no supera el 50% de la aleación. Los hilos se clasifican en base a su composición química y los alambres tubulares, de acuerdo al análisis químico de del metal depositado con él.
21. Características y Propiedades del Metal Depositado
Vamos a estudiar brevemente los diferentes factores que van a influir en la naturaleza, características y comportamiento de los depósitos de soldadura por arco sumergido.
21.1 Composición del flux.
Durante la soldadura por arco sumergido las reacciones entre el metal líquido y el flux son similares a las que se producen en la
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fabricación del acero entre el metal y la escoria: eliminación de impurezas, transferencia de elementos tales como Mn y Si, etc. Por ejemplo, el contenido en Mn del metal depositado aumenta con el incremento de MnO en el flux. El contenido de Si sólo sube en el metal depositado cuando el SiO2, contenido en el flux se encuentra por encima de 40%, por lo que se suele limitar a este porcentaje.
21.2 Características mecánicas
En el depósito de un cordón, la masa de metal aportado es pequeña en relación a la del material de base frío. Por eso, en condiciones normales se enfría rápidamente, dando lugar a diferentes estructuras metalúrgicas, en función de la velocidad de enfriamiento.Si el enfriamiento es rápido influye sobre las características mecánicas del metal aportado,
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aumentando su carga de rotura y dureza y disminuyendo el alargamiento y tenacidad.Para aminorar el endurecimiento del depósito debe dejarse la escoria cubriendo el cordón hasta que la temperatura descienda por debajo de la transformación martesítica.
El grano grueso que se forma al depositar un solo cordón, se afina en el caso de varias pasadas y aunque con ello disminuye la carga de rotura del depósito, aumenta al mismo tiempo la tenacidad y el alargamiento del metal aportado.
21.3 Clases de corriente y polaridad
El proceso SAW puede utilizar corriente alterna o continua, y la fuente de corriente puede estar regulada con una Curva de Característica Estática de Corriente Constante o de Voltaje Constante. La elección más
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común, o para las aplicaciones más usuales es trabajar con una fuente de corriente regulada en Voltaje
Constante y con el electrodo consumible en polaridad positiva. La clase de corriente y la polaridad influyen en la composición química del metal aportado y en la forma del cordón.El factor de aporte es mayor conectando el hilo al polo negativo, pero la penetración es menor.
Este efecto se utiliza fundamentalmente en la soldadura de recargue, para evitar una excesiva penetración en el metal de base, que en la mayoría de las ocasiones no es deseable por razones metalúrgicas.
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22. Influencia de los Parámetros de Soldadura
Podríamos dividir los diferentes parámetros que varían el resultado de una soldadura con el proceso de arco sumergido de la siguiente forma:
22.1 Parámetros Principales.
La variación en pequeña proporción de uno de estos parámetros afecta significativamente el resultado de la soldadura:
Corriente de soldadura. Voltaje de arco. Polaridad. Diámetro de hilo. Velocidad de avance de la soldadura.
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22.2 Parámetros secundarios.
La variación de estos parámetros producirá efectos en el resultado de la soldadura que pueden usarse para optimizar el proceso.
Modo de soldadura: corriente constante o voltaje constante.
Altura de flux. Longitud libre de hilo (Electrical Stick-
Out ó ESO). Posición del electrodo o arco de
soldadura. Posición de la pinza de masa. Preparación de la unión o junta. Soporte, respaldo o backing.
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23. Defectos de las Soldaduras
En este capítulo trataremos los posibles defectos considerando en primer lugar los que, por su gravedad, pueden afectar en mayor medida las propiedades o integridad de la junta soldada con el proceso de arco sumergido. Algunos defectos son comunes a otros procesos de soldadura en los que interviene la fusión tanto de los metales de aporte como los metales de base.
Figura 36. Defectos de Soldadura Plasma.
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23.1 Fisuras o Grietas
En soldadura, el defecto más importante debido al riesgo que entrañan de fallo catastrófico en los componentes, según su velocidad de crecimiento, es la posibilidad de aparición de fisuras. Para evitarlo, es necesario seguir recomendaciones básicas. La primera se refiere al cuidado de las temperaturas de precalentamiento necesarias según el tipo y espesor de acero que se suelde.
Figura 37. Defectos de Soldadura.
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23.2 Porosidad
Uno de los defectos más habituales de las soldaduras es la porosidad. La porosidad puede evitarse si, como preparación de los materiales a soldar, se asegura que:• Estén limpios de suciedad, oxidación, humedad, pintura, aceite, grasas, líquidos de corte, etc.• A veces, se emplean chapas de poca calidad, bien porque contengan escaso contenido de elementos desoxidantes en su composición química, o bien porque contengan elevado contenido de impurezas, o, a veces, ambas cosas a la vez. En estos casos, es muy difícil si no imposible, evitar la porosidad utilizando consumibles habituales. En los casos más severos, las impurezas en la composición química de los metales base pueden dar lugar a fisuración, como se vio anteriormente.• Limpiar las chapas de humedad significa a veces, asegurarse con un calentamiento de las
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mismas antes de soldar, que dicha humedad no estará presente durante la soldadura. Si hay restos de humedad no sólo hay riesgo de fisuración sino que, además, puede quedar introducido mayor cantidad de hidrógeno difusible, lo cual supone mayor riesgo de fisuración en frío.• Debe asegurarse que se han seguido las normas de almacenamiento, conservación y uso del flux que se vaya a usar, según las recomendaciones del fabricante, para que éste no contenga contaminantes o humedad. Esto es especialmente importante cuando se recicla el flux, ya que puede ir aumentando el contenido de impurezas de las soldadura que con él se hayan hecho anteriormente, además de que puede ir variando la granulometría del mismo, que ya hemos visto que tiene su importancia en este proceso.• Debe cuidarse también la calidad de las soldaduras de punteo, a veces necesaria para colocación de las separaciones idóneas de las
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juntas: libres de defectos así como de los espesores y longitudes determinadas: no es poco habitual que el punteo se suela adjudicar al soldador de menor experiencia en el taller, descuidando así, a veces, la importancia de la calidad necesaria en estos puntos que suelen quedar formando parte de las soldaduras.
24. Ventajas y Limitaciones del Proceso
Ventajas• Los bordes pueden biselarse con una abertura estrecha, lo que presenta menor cantidad de metal aportado. En algunas aplicaciones, incluso, no es necesaria la preparación de bordes.• El arco actúa bajo la capa de flux, evitando salpicaduras.• Pueden ajustarse perfectamente los parámetros de soldeo.
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• El proceso puede utilizarse con alta velocidad de soldadura y de deposición, en posición sobremesa de superficies de chapas cilíndricas, virtualmente de cualquier espesor. También es aplicable a recargues o aplicaciones de “overlay”.• El flux actúa como un enérgico desoxidante para eliminar contaminantes del baño fundido y producir soldaduras sanas con buenas propiedades mecánicas. El flux puede aportar, si se desea, elementos de aleación a la soldadura.• El proceso SAW puede utilizarse en zonas expuestas a viento. El flux granular ejerce una protección superior en estos casos, a la obtenida por el recubrimiento del electrodo en el proceso SMAW o al gas en el proceso GMAW.• La penetración que se obtiene es superior a la que proporcionan otros procesos, por lo que no suelen requerirse tamaños de cordones tan altos, ya que se obtienen similares
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propiedades mecánicas a las que proporcionan otros procesos con mayores tamaños de cordón. Esto se aplica sobre todo, en soldaduras en rincón.• El aspecto de las soldaduras resulta suave, limpio y, si se ha ejecutado bien, la escoria se elimina sola por lo que se puede pintar o dar el tratamiento superficial que se requiera directamente tras soldar.• El arco eléctrico no resulta visible, y además, los humos son muy inferiores a los que se producen con otros procesos de soldadura, por lo que se requiere mucho menos material de protección del operario.• Suele usarse en procesos automáticos, por lo que es menos dependiente de los errores humanos.
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Limitaciones• Es necesario un dispositivo para el almacenamiento, alimentación y recogida del flux.• Muchas juntas requieren el uso de anillos de respaldo.• El flux está sujeto a contaminaciones, que suelen producir discontinuidades en la soldadura.• Excepto en aplicaciones especiales, la soldadura queda limitada a las posiciones sobremesa y horizontal, para evitar derrames de flux. Se utiliza también en posición cornisa, como por ejemplo, la soldadura en campo de tanques de almacenamiento.• Al utilizarse normalmente en instalaciones automáticas, se requiere una inversión en equipos que debe tenerse en cuenta.
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25. Técnicas Especiales
25.1 Soldadura con Adición de Hilo Caliente o Frío o Metal en Polvo
El proceso convencional SAW puede implementarse con la adición de un hilo o metal en polvo auxiliar, no electrodo (es decir, no produce arco eléctrico) calentado por resistencia eléctrica o bien frío, y suministrado por separado por una unidad de alimentación. Por una parte incrementa la deposición de metal y por otra, manteniendo un preciso control de las condiciones de soldeo permite la posibilidad de modificar la composición del metal depositado utilizando un hilo aleado caliente o frío ya sea macizo o tubular. La técnica de soldadura con hilo caliente se utiliza también en el proceso TIG, plasma, láser y otros, y sus aplicaciones al SAW y a cualquiera de sus variantes son similares y potencialmente idénticas.
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Esta técnica ofrece tasas de deposición superiores a las obtenidas con CCEN y LSO. Las tasas de deposición pueden incrementarse hasta en un 70% con una elevación marginal de energía aportada.Aunque esta variante es atractiva no se usa en la fabricación de recipientes a presión debido a que la composición química del cordón puede resultar algo incontrolable, según la fusión relativa del electrodo consumible por un lado y las adiciones de metales por otro.
25.2 Arco Sumergido con electrodo de banda
En lugar de un hilo se utiliza como consumible una banda o fleje de 0,5 mm. de espesor y de 30 a 90 mm. de ancho como se ve en la figura 11. Los electrodos en banda se utilizan generalmente para recargues de baja penetración y baja dilución, depositados
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rápidamente sobre una amplia superficie. La mayoría de estas técnicas utilizan polaridad CCEN para conseguir una baja penetración con una alta deposición. Existe un proceso de doble arco en el cual una banda auxiliar fría, no conectada eléctricamente, se alimenta dentro de la zona de arco del sistema de banda convencional. Ello disminuye la dilución e incrementa la tasa de deposición de metal fundido. Se ha utilizado el sistema de múltiples electrodos fríos en lugar de banda. Como los electrodos pueden ser hilos tubulares la composición del depósito puede variarse fácilmente y esta técnica es por otra parte más flexible.
Figura 38. Arco Electrodo de Banda.
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25.3 Soldadura en Separación Estrecha o Narrow-Gap
En uniones de componentes de grandes espesores, preparaciones de junta en V convencionales suponen una gran cantidad de soldadura, con todos los inconvenientes que ello representa y que se vieron en el apartado de preparaciones de junta. El motivo de abrir los chaflanes con un ángulo lo suficientemente amplio para que electrodo establezca arco con el metal base en la zona en la que debe fundirle adecuadamente es que, de estar el chaflán demasiado angosto, el arco se establecería contra las paredes de la junta a soldar y el resultado sería una penetración y fusión insuficiente del metal base.Con la adecuada preparación de junta y una técnica que proporcione la entrada correcta del electrodo hasta la raíz a fundir, es posible soldar materiales muy gruesos con la mínima aportación de soldadura.
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Esta técnica se denomina “Narrow Gap” o Separación Estrecha y se representa en la figura siguiente:
Figura 39. Soldadura en Separación Estrecha.
25.4 Soldadura con Electrodos Múltiples
Hay varios procesos de soldadura de arco sumergido que usan más de un electrodo como consumible de soldadura. Dependiendo del código que se use, especificar el tipo de proceso de arco sumergido, suele ser una variable esencial del procedimiento ya que el
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comportamiento del arco, la inversión en equipo, las tasas de deposición y otros factores son muy variables en función de la variante que se escoja. La clasificación de cada tipo de proceso y sus diferencias fundamentales quedan representadas en las figuras a continuación:
Figura 40. Soldadura con Electrodos Múltiples.
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25.4.1 Soldadura por Hilos Paralelos o TWIN
En esta variante, dos o más hilos se conectan en paralelo a la misma fuente de corriente como se observa en la figura.
Figura 41. Soldadura por Hilos Paralelos.
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25.4.2 Soldadura por Arcos en Tandem
En soldadura por Arco Tandem, se utilizan dos fuentes de corriente, una para alimentar cada uno de los hilos-electrodos consumibles, cuyos parámetros de soldadura se escogen de forma individual aunque ambos alambres actúen sobre un baño de soldadura común.
Figura 42. Soldadura por Arcos en Tandem.
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25.4.3 Soldadura por Arco Modified Series Arc
Este sistema es utilizado normalmente para la aplicación concreta de soldadura por un solo lado de chapas y evitar así el tiempo de manipulación costoso del volteo de las mismas. Empresas del sector naval o de fabricación de estructuras metálicas invierten en ocasiones en esta instalación comúnmente costosa pero que reduce considerablemente tiempos muertos de espera.El principio básico es que, en el primer arco, dos hilos electrodo interactúan de forma que el primero de los hilos no hace arco sobre la junta, sino sobre el segundo de los hilos, inclinado y distanciado adecuadamente. Con ello, se controla y evita la posible excesiva penetración en la primera pasada de soldadura.
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25.4.4 Soldadura por Arco con Multi-Electrodos
Este sistema utiliza electrodos alimentados, dirigidos y controlados individualmente. El cordón se va ejecutando parcialmente por la intervención de cada uno de ellos. El arco delantero opera con alta intensidad y bajo voltaje, produciendo una alta penetración. El intermedio o intermedios operan a más baja intensidad que el delantero, aumentan ligeramente la penetración y mejoran el contorno del cordón. Por último, el arco o arcos traseros utilizan baja intensidad de corriente y mayor voltaje que el delantero e intermedios, para terminar el contorno y acabar el cordón. El arco delantero es normalmente perpendicular a la chapa o ligeramente inclinado, como muestra la figura 16 a,b,c, para optimizar la penetración. El arco o arcos intermedios son normalmente
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perpendiculares a la chapa o ligeramente inclinados hacia adelante para minimizar las distorsiones en el baño fundido. El arco o arcos traseros se inclinan hacia adelante para dar al cordón un suave contorno superficial el sistema multihilo se utiliza ampliamente, tanto para soldaduras a tope como en ángulo, empleando dos hilos que funcionan a menudo con CCEP el primero y CA el trasero. De todas las posibles opciones en cuanto a fuentes de alimentación y potencia los sistemas totalmente CC deben evitarse a causa del efecto de soplo de arco, aunque el problema puede aliviarse separando los electrodos más de 50 mm.
Figura 43. Soldadura por arco con Multi-Electrodos.
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25.5 Soldadura con Electrodo Prolongado o LONG STICK-OUT
La velocidad de fusión aumenta considerablemente incrementando la porción de electrodo comprendida entre la boquilla de contacto eléctrico y la pieza a soldar. Esta distancia, que en el método tradicional suele ser de 30 mm, puede llegar a 165 mm como se muestra en la figura siguiente:
Figura 44. Soldadura con electrodo prolongado.
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Bibliografìa
MIG MAG https://es.wikipedia.org/wiki/
Soldadura_MIG/MAG http://www.repmansoldaduras.com/
Nociones%20basicas%20sobre%20el%20procedimiento%20MIG-MAG.pdf
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn53.html
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tutorialsemanal/tutorialn52.html http://www.solter.com/es/procesos-
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ARCO SUMERGIDO
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http://solysol.com.es/data/documents/Soldadura=20por=20Arco=20Sumergido=20Curso=20Completo.pdf
http://www1.frm.utn.edu.ar/cmateriales/Trab.%20Inves.(alum)/Soldadura%20MAG/SOLDADURA%20POR%20ARCO%20SUMERGIDO.htm
http://html.rincondelvago.com/soldadura-por-arco-sumergido.html
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http://www.carburos.com/industries/Construction/construction-Metal-Fabrication/product-list/plasma-welding-construction-metal-
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http://www.hypertherm.com/es/Training_and_education/Intro_to_plasma/What_is_plasma/what_is_plasma.jsp
