5. PROCESOS DE
SOLDADURA
5.1 SOLDADURA POR ARCO DE METAL PROTEGIDO (SMAW)
DEFINICION Y DESCRIPCION GENERAL
El núcleo del electrodo cubierto consiste en una
varilla dé metal sólida de material o colado, o bien una varilla fabricada
encerrando metal en polvo en una funda metálica. La varilla del núcleo conduce
la corriente eléctrica al arco y suministra metal de aporte a la unión. Las
funciones principales de la cobertura del electrodo son estabilizar el arco y
proteger el metal derretido dé la atmósfera por medio de los gases que se crean
cuando el recubrimiento se descompone por el calor del arco
- Provee un gas para proteger el arco
y evitar una contaminación exclusiva del
metal de aporte
derretido por parte de la atmósfera.
- Suministra limpiadores, desoxidantes
y agentes fundentes para purificar la soldadura y evitar un crecimiento
excesivo de granos en el metal de soldadura.
- Establece las características eléctricas
del electrodo
- Proporciona un manto de escoria que protege
la soldadura caliente del aire y mejora las propiedades mecánicas, la
forma del cordón y la limpieza superficial de dicho metal
- Constituye un medio para añadir
elementos de aleación que modifiquen las propiedades mecánicas del metal
de soldadura.
- En todos los casos, la cobertura
contiene la mayor parte de los materiales de protección, limpieza y desoxidación.
La mayor parte de los electrodos para SMAW tienen un núcleo de metal
sólido.
- El equipo es relativamente sencillo,
económico y portátil.
- El electrodo recubierto proporciona el
metal de aporte y el mecanismo para
proteger dicho metal y el metal de soldadura contra una oxidación
perjudicial durante la soldadura.
- No se requiere protección con gas
auxiliar ni un fundente granular.
- El proceso es menos sensible al
viento y las corrientes de aire que los
procesos de soldadura por arco protegidos con gas.
- Se puede utilizar en áreas de acceso
limitado
- El proceso es adecuado para la mayor
parte de los metales y aleaciones de uso común.
EQUIPO
Fuentes de Potencia
Tipo de Corriente de Salida
Se puede usar
corriente alterna (CA) o bien continua (CC) para la soldadura por arco de metal
protegido, dependiendo de la corriente suministrada por la fuente de potencia y
del electrodo escogido. El tipo específico de corriente utilizada influye en el
rendimiento del electrodo. Ambos tipos de corriente tienen ventajas y
limitaciones, y éstas deben considerarse al seleccionar el tipo de corriente
para una aplicación específica.
ACCESORIOS
Porta electrodos
El Porta electrodos es un dispositivo de sujeción
que permite al soldador sostener y controlar el electrodo. También sirve como
medio para conducir la corriente de soldadura del cable al electrodo. Un mango
aislado en el porta electrodos separa la mano del
soldador del circuito de soldadura. La corriente se transfiere al electrodo a través de las quijadas del porta electrodos.
Conexión con la Pieza
de Trabajo
La conexión con la pieza de trabajo es un
dispositivo para conectar el cable de pieza de trabajo a ésta. Debe producir
una conexión fuerte, pero al mismo tiempo debe poderse sujetar con rapidez y
facilidad a la pieza de trabajo.
Cables para Soldadura
Los cables para soldadura sirven para conectar el
porta electrodos y las abrazaderas de tierra a la fuente de potencia; son parte
del circuito de soldadura. El cable para soldadura consiste en muchos alambres
finos de cobre o aluminio trenzados y encerrados en una funda aislante
flexible. La funda se fabrica con hule sintético o un plástico que tenga buena
tenacidad, elevada resistencia eléctrica y buena resistencia térmica.
Careta
El propósito de la careta es proteger los ojos,
el rostro, la frente, el cuello y las orejas del soldador de los rayos directos
del arco y de chispas y salpicaduras que salen despedidas. Esto protege la cara
y los ojos del operador de las partículas de escoria que salen despedidas.
MATERIALES
Metales Base
El proceso SMAW se usa para aplicaciones de unión
y recubrimiento sobre diversos metales base. La aplicación del proceso para un
metal base específico depende de la disponibilidad de un electrodo cubierto
cuyo metal de aporte tenga la composición y propiedades requeridas. Hay
electrodos para los siguientes metales base:
1.
Aceros al carbono
Se dispone de electrodos para la aplicación a
estos mismos metales de recubrimientos resistentes al desgaste, al impacto o la
corrosión.
Electrodos Recubiertos
Los electrodos recubiertos sé clasifican de
acuerdo con los requisitos de especificaciones emitidas por la American Welding
Society.
APLICACIONES
Posiciones de Soldadura
Una de las ventajas importantes de SMAW es que
puede soldarse en cualquier posición con la mayor parte de los materiales para
los que el proceso es apropiado. Esto hace que el proceso sea de utilidad para
soldar uniones que no se pueden colocar en la posición plana.
Especificaciones y clasificación de electrodos
Electrodos de acero al carbono
- La “E” significa Electrode (Electrodo)
- Los 2 de 4 o 3 de 5 primeros dígitos
indican la resistencia a la tracción en miles de libras por pulgada al
cuadrado.
- El siguiente dígito indica la
posición a soldar como sigue;
Todas las posiciones (1)
El último digito indica varios factores como se muestra en la siguiente
tabla
Electrodos de acero de baja aleación
En la AWS A5.5. especificación para electrodos de acero de baja aleación
para soldadura por arco, esta especificación emplea un sufijo para designar la
composición química del metal soldado como sigue:
- El único proceso de electrodo consumible
que puede servir para soldar todos los metales y aleaciones comerciales
- GMAW no tiene
restricción de tamaño de electrodo,
- Puede soldarse en todas
Ias posiciones.
- Se logran tasas de
deposición bastante más altas que con la soldadura por arco de metal
protegidas
- Las velocidades de
soldadura son más altas que con soldadura por arco de metal protegido.
- Es posible depositar
soldaduras largas sin parar.
- Cuando se usa la transferencia
por aspersión, es posible lograr mayor penetración que con la soldadura
por arco de metal protegido, lo que puede permitir el uso de soldaduras de
filete más pequeñas para obtener una resistencia mecánica equivalente
- Casi no se requiere
limpieza después de la soldadura.
Limitaciones
- El equipo de soldadura
es más complejo, costoso y menos transportable que el de SMAVV.
- GMAW es más difícil de
usar en lugares de difícil acceso,
- El arco de. soldadura
debe protegerse contra corrientes de aire que puedan dispersar el gas de protección
- Los niveles relativamente altos de calor radiado y la intensidad del
arco más alta
1.1 Principios básicos de operación
En el proceso GMAW el
calor del arco generado entre el electrodo consumible y la pieza a ser soldada
es utilizado para fundir las superficies del metal base y el extremo del
electrodo. El metal fundido del electrodo es transferido hacia la pieza a
través del arco, donde se convierte en metal de soldadura depositado. La
protección es obtenida por una cubierta de gas, que puede ser un gas inerte,
gas activo o una mezcla de ambos. El gas de protección envuelve el área del
arco para protegerlo de contaminantes de la atmósfera. La soldadura puede ser en forma semiautomàtica usando una
pistola sostenida manualmente, en lo que el electrodo es alimentado por una bobina, o
una forma automática que incluye equipos automatizados o robots.
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DEL METAL
Los mecanismos básicos empleados para transferir
metal del electrodo a la pieza de trabajo son:
1.
Transferencia por cortocircuito
El tipo de transferencia está determinada por
varios factores. Entre los más importantes están los siguientes:
1. Magnitud y tipo de la
corriente de soldadura.
- Diámetro del electrodo
- Composición del electrodo
- Extensión del electrodo
- Gas protector
1.
Pistola (enfriada por aire o agua)
CONSUMIBLES
- Metal base
- Propiedades que debe tener el metal
de soldadura.
- Condición y limpieza del metal base.
- Tipo de servicio o requerimiento de
especificación aplicable.
5. Posición de soldadura.
TIPOS DE TRANSFERENCIA DE METAL EN GMAW
Este proceso generalmente emplea corriente
directa y polaridad invertida (electrodo positivo) debido a que se obtiene un
arco más estable, la transferencia de metal es más suave y con pocas
salpicaduras.
La polaridad directa (electrodo negativo) es
raramente usada debido a que produce un arco no estable, la velocidad de depósito
es más grande, pero se tiene poca penetración. La corriente alterna no se usa
comercialmente debido a un errático comportamiento del arco, como resultado de
la extinción del arco cada medio ciclo de la onda de corriente.
CLASIFICACIÓN DE SOLDADURAS
Argón-Helio-Dióxido de Carbono
Dióxido de Carbono
Electrodos de acero de baja aleación
En la AWS A5.5. especificación para electrodos de acero de baja aleación
para soldadura por arco, esta especificación emplea un sufijo para designar la
composición química del metal soldado como sigue:
5.2
SOLDADURA POR ARCO DE METAL Y GAS (GMAW)
La
soldadura por arco de metal y gas (Gas Metal Are Welding GMAW o MIG) es
un proceso de soldadura por arco que emplea un arco entre un electrodo continuo
de metal de aporte y el charco de soldadura. El proceso se realiza bajo un
escudo de gas suministrado externamente y sin aplicación de presión.
Usos y
Ventajas
Los usos
del proceso desde luego, están regidos por sus ventajas; las más importantes
son:
- El único proceso de electrodo consumible
que puede servir para soldar todos los metales y aleaciones comerciales
- GMAW no tiene
restricción de tamaño de electrodo,
- Puede soldarse en todas
Ias posiciones.
- Se logran tasas de
deposición bastante más altas que con la soldadura por arco de metal
protegidas
- Las velocidades de
soldadura son más altas que con soldadura por arco de metal protegido.
- Es posible depositar
soldaduras largas sin parar.
- Cuando se usa la transferencia
por aspersión, es posible lograr mayor penetración que con la soldadura
por arco de metal protegido, lo que puede permitir el uso de soldaduras de
filete más pequeñas para obtener una resistencia mecánica equivalente
- Casi no se requiere
limpieza después de la soldadura.
Limitaciones
- El equipo de soldadura
es más complejo, costoso y menos transportable que el de SMAVV.
- GMAW es más difícil de
usar en lugares de difícil acceso,
- El arco de. soldadura
debe protegerse contra corrientes de aire que puedan dispersar el gas de protección
- Los niveles relativamente altos de calor radiado y la intensidad del
arco más alta
1.1 Principios básicos de operación
En el proceso GMAW el
calor del arco generado entre el electrodo consumible y la pieza a ser soldada
es utilizado para fundir las superficies del metal base y el extremo del
electrodo. El metal fundido del electrodo es transferido hacia la pieza a
través del arco, donde se convierte en metal de soldadura depositado. La
protección es obtenida por una cubierta de gas, que puede ser un gas inerte,
gas activo o una mezcla de ambos. El gas de protección envuelve el área del
arco para protegerlo de contaminantes de la atmósfera. La soldadura puede ser en forma semiautomàtica usando una
pistola sostenida manualmente, en lo que el electrodo es alimentado por una bobina, o
una forma automática que incluye equipos automatizados o robots.
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DEL METAL
Los mecanismos básicos empleados para transferir
metal del electrodo a la pieza de trabajo son:
1.
Transferencia por cortocircuito
2.
Transferencia globular
3.
Transferencia por aspersión
4.
Transferencia Pulsada
El tipo de transferencia está determinada por
varios factores. Entre los más importantes están los siguientes:
1. Magnitud y tipo de la
corriente de soldadura.
- Diámetro del electrodo
- Composición del electrodo
- Extensión del electrodo
- Gas protector
VARIABLES DEL PROCESO
1.
Las siguientes son algunas de las variables que
afectan la penetración de la soldadura, la geometría y la calidad general de la
soldadura:
2.
Corriente de soldadura (velocidad de alimentación
del electrodo)
3.
Polaridad
4.
Voltaje del arco (longitud del arco)
5.
Velocidad de recorrido
6.
Extensión del electrodo
7.
Orientación del electrodo (ángulo de
desplazamiento)
8.
Posición de la unión que se va a soldar
9.
Diámetro del electrodo
10. Composición y tasa de
flujo del gas protector.
EQUIPO
El proceso GMAW se puede usar en forma semiautomàtica o automática. El equipo
básico para cualquier instalación de GMAW consiste en lo siguiente:
1.
Pistola (enfriada por aire o agua)
2.
Unidad de alimentación del electrodo
3.
Control de soldadura
4.
Fuente de potencia para soldadura
5.
Suministro regulado de gas protector
6.
Suministro de electrodo
7.
Cables y mangueras para interconexión
8.
Sistema de recirculación de agua (para pistolas
enfriadas por agua)
CONSUMIBLES
Los que siguen son factores que influyen en la
selección del gas protector y del electrodo:
- Metal base
- Propiedades que debe tener el metal
de soldadura.
- Condición y limpieza del metal base.
- Tipo de servicio o requerimiento de
especificación aplicable.
5. Posición de soldadura.
TIPOS DE TRANSFERENCIA DE METAL EN GMAW
La transferencia de metal en este proceso es
por uno de los métodos siguientes: “arco por rocío” (spray), “cortocircuito”,
globular o spray con arco pulsado.
Transferencia por corto circuito
Este tipo de transferencia puede emplear una
mezcla de gas protector compuesta por Argón y C02 o bien 100% C02,
generalmente se emplean rangos bajos de amperaje y alambre de diámetro pequeño,
como los rangos de amperaje son bajos este tipo de transferencia se usa para
unir láminas o elementos delgados, también como el charco de metal fundido se
solidifica rápidamente puede emplearse en todas las posiciones; plano,
horizontal, vertical y sobre cabeza.
Transferencia globular
La transferencia globular ocurre a más altos
rangos de amperaje que el cortocircuito, aquí el metal fundido de aporte forma
una bola de aproximadamente dos veces el diámetro del electrodo que al tocar la
superficie del metal fundido se funde y transfiere al chorro de metal, este
tipo de transferencia no es comúnmente usado debido a que produce mucho
chisporroteo y como depende de la fuerza de la gravedad no es posible emplearlo
en posición sobre cabeza.
Transferencia por spray
La transferencia por spray ocurre todavía a más
altos amperajes que la globular, con diámetros grandes de alambre y una mezcla
de gas rica en argón, el proceso genera gran cantidad de calor y por ello se
prefiere no emplearlo en láminas o elementos delgados, la transferencia por
spray se limita a soldaduras de filete, ranuras de unión en posición plana y
filetes en posición horizontal debido a lo fluido del chorro.
Transferencia por spray y arco pulsado
Este tipo de transferencia es una variación de
la transferencia^ por spray, pero con arco “pulsado", aquí la fuente de
poder pulsa o varía el amperaje en un rango de corriente varios cientos de
veces por segundo, a niveles de corriente altos se forma una pequeña gota de
metal fundido que se transfiere a través del arco al charco.
TIPO DE CORRIENTE Y POLARIDAD EMPLEADO EN GMAW
Este proceso generalmente emplea corriente
directa y polaridad invertida (electrodo positivo) debido a que se obtiene un
arco más estable, la transferencia de metal es más suave y con pocas
salpicaduras.
La polaridad directa (electrodo negativo) es
raramente usada debido a que produce un arco no estable, la velocidad de depósito
es más grande, pero se tiene poca penetración. La corriente alterna no se usa
comercialmente debido a un errático comportamiento del arco, como resultado de
la extinción del arco cada medio ciclo de la onda de corriente.
ELECTRODOS
El electrodo o metal de aporte para la soldadura
por arco de metal y gas está cubierto por diversas especificaciones de la AWS
para metales de aporte. En general, para aplicaciones de unión, la composición
del electrodo es similar a la del metal base.
CLASIFICACIÓN DE SOLDADURAS
Esta práctica describe el proceso para la
certificación d sólidos y tiene los siguientes requerimientos:
Ejemplo: A 5.18 Proceso micro alambre
1.
Requerimientos generales
2.
Clasificación
3.
Criterios de aceptación
4.
Certificación
5.
Pruebas de ensambles
6.
Composición química del electrodo
7.
Pruebas del material
8.
Pruebas de radiografía
9.
Pruebas de tensión
10. Pruebas de doblez
11. Pruebas de impacto
GASES PROTECTORES
La función primaria del gas protector es
impedir que la atmósfera entre en contacto con el metal de soldadura fundido.
Esto es necesario porque la mayor parte de los metales, al calentarse hasta su
punto de fusión en aire, presentan una marcada tendencia a formar óxidos y, en
menor grado, nitruros. Además, el oxígeno reacciona con el dióxido de carbono.
La reacción de estos diversos productos puede causar deficiencias de la
soldadura, como escoria atrapada, porosidad y pérdida de ductilidad del metal
de soldadura. Las reacciones mencionadas se forman con facilidad en la
atmósfera si no se toman precauciones para eliminar el oxígeno y el nitrógeno.
Además de proporcionar un entorno protector,
el tipo de gas protector y la tasa de flujo tienen un efecto importante sobre
lo siguiente:
1.
Características del arco
2.
Modalidad de transferencia del metal
3.
Penetración y perfil de la soldadura
4.
Velocidad de soldadura
5.
Tendencia al socavamiento
6.
Acción limpiadora
7.
Propiedades mecánicas del metal de soldadura.
MEZCLAS DE MÚLTIPLE GASES PROTECTORES
Argón-Oxígeno-Dióxido de Carbono
Las mezclas de argón con hasta 20% de dióxido de
carbono y 3 a 5% de oxígeno son versátiles. Proveen una protección adecuada y
características de arco deseables para soldar en las modalidades de aspersión,
cortocircuito y pulsado,
Argón-Helio-Dióxido de Carbono
Las mezclas de argón, helio y dióxido de carbono
se usan para soldar aceros al carbono, de baja aleación e inoxidables en
cortocircuito o con arco pulsado. Las mezclas en las que el argón es el
constituyente primario sirven para soldadura; con arco pulsado, y aquellas en
las que el helio predomina se emplean para soldar en cortocircuito.
Dióxido de Carbono
El bióxido de carbono (CO2)
es un gas reactivo ampliamente utilizado en su forma pura para la soldadura por
arco de metal y gas de aceros al carbono y de baja aleación. Es el único gas
reactivo que puede usarse solo como escudo en el proceso GMAW. La mayor
velocidad de soldadura, la penetración más profunda en la unión y el bajo costo
son características generales que han promovido el uso del CO2 como gas
protector.
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