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MATERIALES DE APORTACIÓN

INTRODUCCIÓN

Se entiende como material de aportación, todo aquel material que se utiliza para la realización de un cordón de soldadura de buena calidad y donde distinguimos, por un lado, el núcleo del electrodo y el revestimiento, y por otro lado, la varilla de aporte y los fundentes, estos los usaremos en función del tipo de soldadura que vayamos a realizar.

Electrodo revestido

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Varillas de aporte sin y con fundente Electrodos revestidos normales y especiales

Estos elementos químicos que componen los materiales de aporte son muy variados, como por ejemplo; a finales del siglo XIX se hicieron experimentos con un electrodo de carbón, unos años más tarde, se sustituyó el electrodo de carbón por una varilla o alambre de hierro desnudo, el cual elimino la necesidad de usar una varilla separada para relleno. A principios del siglo XX, se descubrió que se mejoraban las propiedades físicas, mecánicas, y químicas de la soldadura, si se aplicaba un recubrimiento sobre el alambre de hierro desnudo.

Algunos de los primeros experimentos incluyeron envolver el electrodo desnudo con telas de asbesto y algodón empapadas con silicato de sodio. De estos primeros experimentos surgieron los electrodos actuales constan de un núcleo de alambre metálico al cual se ha agregado un recubrimiento de productos químicos seleccionados cuidadosamente.

CON REVESTIMIENTO

ELECTODOS

SIN REVESTIMIENTO

MACIZOS

HILOS

TUBULARES

MATERIAL DE

APORTACIÓN

DESNUDA

VARILLAS

CUBIERTAS CON FUNDENTE

ARANDELAS, LAMINAS, POLVOS

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ELECTRODOS CON REVESTIMIENTO O RECUBRIMIENTO

El electrodo es una varilla metálica que se funde durante el proceso de soldadura y se solidifica sobre el metal base, aportando el metal suficiente para realizar la unión, este aporte a de tener propiedades similares a las del metal base o mejores, con el fin de conseguir una soldadura homogénea. La varilla, llamada núcleo o alma, está recubierta de una envoltura llamada recubrimiento o revestimiento, quedando la única zona desnuda en un extremo, que es donde lo ajustaremos a la pinza porta-electrodos y por donde pasará la corriente eléctrica, que establecerá el arco al poner en contacto polo positivo con el negativo, o viceversa.

El revestimiento del electrodo como su nombre indica, es la parte que reviste el núcleo del electrodo, los elementos más comúnmente usados en los revestimientos son: celulosa, sales de potasio, silicatos de aluminio y de manganeso, ferro manganeso, silicato de sodio, titanio y rutilo, polvo de hierro y oxido de hierro, estos funden al mismo tiempo que el núcleo y tiene como misión mejorar las propiedades metalúrgicas y la calidad del cordón de soldadura.

La función principal del revestimiento del electrodo a la hora de realizar un buen cordón de soldadura son:

• Actúa como limpiador y desoxidante del material base durante la soldadura. • Actúa como estabilizador del arco eléctrico y disminuye el chisporroteo. • Influye directamente en la penetración del cordón de soldadura. • Rompe las tensiones superficiales de las gotas del metal de aporte, permitiendo que estas se

amalgamen homogéneamente con el material base. • Forma una capa de escoria que protege el cordón de soldadura caliente de la oxidación. • Ayuda a dar la forma al cordón de soldadura. • Evita el rápido enfriamiento del cordón de soldadura gracias a la protección de la capa de

escoria. • Permite, por medio de elementos adicionales, obtener un cordón de soldadura con características

especiales. • Influye en la cantidad de aportación del material de soldadura.

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Por estos motivos, que en realidad son ventajas, hay que tener mucho cuidado a la hora de manipular y almacenar los electrodos, ya que si no están en un lugar adecuado, estos pierden muchas da las propiedades mencionadas anteriormente, con lo que realizaremos un cordón de peor calidad y nos costará más trabajo su realización. Por eso para la conservación de estas propiedades se utilizan hornos o calefactores, para que el revestimiento este siempre en buenas condiciones quitándoles la humedad, a la hora de trabajar individual a pie de obra, existen unos pequeños bolsos térmicos donde almacenaremos los electrodos después de sacarlos del horno o la estufa.

Debido a las necesidades, las exigencias del mercado, las nuevas tecnologías, etc. existen una gran variedad de electrodos, podemos clasificar:

• Clasificación en función del material del núcleo o el alma. • Clasificación en función del diámetro. • Clasificación en función del rendimiento. • Clasificación en función de la composición del revestimiento.

Clasificación en función del material del núcleo o el alma

Es lo primero que tenemos que tener claro a la hora de la elección del electrodo, el tipo de material que vamos a soldar, para así elegir el electrodo adecuado. Si fuésemos a soldar aluminio, hay electrodos con el núcleo de aluminio, para fundición tenemos el monel entre otros, bronce, etc. Las características de cada electrodo vienen bien especificadas en la caja y son diferentes según el fabricante.

Clasificación en función del diámetro

Para elegir el diámetro del electrodo que vamos a usar en el cordón de soldadura, irá en función de la forma de los bordes y el espesor de las piezas a unir. Usaremos un electrodo de diámetro pequeño para unir piezas de poco espesor y por lo contrario, utilizaremos electrodos de mayor diámetro para piezas de espesores mayores, así que podemos decir que se clasifican de la siguiente manera:

• Delgados: de 1.5 a 3.25 milímetros (mm) de diámetro. • Medios: de 3.25 a 5 mm de diámetro. • Gruesos: de más de 5 mm.

Clasificación en función del rendimiento

El rendimiento de un electrodo es la cantidad de material aportada por un electrodo en un cordón de soldadura, donde interviene, por un lado, el alma o núcleo del electrodo y por otro lado, los minerales y materiales que aporta el revestimiento, del que este, está compuesto.

Por lo que podemos decir, que el rendimiento gravimétrico de un electrodo es la relación existente entre el peso del material que se ha depositado sobre el metal base y el peso del núcleo del electrodo (sin recubrimiento).

Rendimiento gravimétrico = Peso material fundido depositado / Peso alma sin punta

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• Electrodos de rendimiento normal: su rendimiento gravimétrico puede alcanzar el 90%. • Electrodos de rendimiento medio: su rendimiento gravimétrico está entre 90 y 120 %. • Electrodos de rendimiento gran rendimiento: está por encima del 120%.

Clasificación en función de la composición del revestimiento

El revestimiento está compuesto normalmente, por una mezcla de minerales, óxidos de metales o materias orgánicas, los porcentajes con los que estos materiales participan en el revestimiento son muy complejos, ya que cada fabricante tiene su secreto. Los más utilizados son los electrodos de rutilo, básicos, ácidos y los celulosos.

• Electrodos de rutilo: El revestimiento de este electrodo está compuesto esencialmente por un mineral llamado rutilo. Este último está formado por un 95% de bióxido de titanio, un compuesto muy estable que garantiza una óptima estabilidad del arco y una elevada fluidez del baño, con un apreciable efecto estético en la soldadura. La tarea del revestimiento rutilo es, en cualquier caso, garantizar una fusión dulce, de fácil realización, facilitando la formación de una escoria abundante y viscosa que permite un buen deslizamiento en la soldadura en todas posiciones, sobretodo en posición plana. En este caso el cordón se presenta visualmente bello y regular. La estabilidad del arco es una prerrogativa que hace posible el empleo de este electrodo tanto con corriente alterna (CA) como con corriente continua (CC) en polaridad directa. Se usa sobretodo en espesores reducidos.

• Electrodos básicos: El revestimiento de los electrodos básicos está formado por óxidos de hierro, aleaciones ferrosas y sobre todo por carbonatos de calcio y magnesio a los cuales, añadiendo el fluoruro de calcio, se obtiene la fluorita, o sea, un mineral adecuado para facilitar la fusión. Tienen una elevada capacidad de depuración del material base, por lo que se obtienen soldaduras de calidad y con una notable robustez mecánica. Además, estos electrodos soportan elevadas temperaturas de secado, y por lo tanto no contaminan el baño con hidrógeno. La fluorita hace que el arco sea muy inestable: el baño es menos fluido, se producen frecuentes corto circuitos debidos a una transferencia del material de aporte con grandes gotas; el arco debe mantenerse muy corto por la escasa volatilidad del mismo revestimiento; todas estas características hacen necesario que el soldador tenga una buena experiencia. Tienen una escoria dura y difícil de quitar, y debe eliminarse completamente en caso de repasos. Estos electrodos se prestan para realizar soldaduras en posición, verticales, por encima de la cabeza, etc. En lo que se refiere a la corriente a emplear, se aconseja el empleo de generadores de corriente continua (CC) en polaridad inversa. Los electrodos básicos se distinguen por la elevadísima cantidad de material depositado y se adaptan notablemente a la soldadura de juntas de grandes espesores. Son fuertemente higroscópicos (absorben la humedad), y se aconseja mantener estos electrodos en ambientes secos y en cajas bien cerradas; si esto no fuese posible, se aconseja efectuar un nuevo secado del electrodo antes de la utilización.

• Electrodos ácidos: Los revestimientos de estos electrodos están formados por óxidos de hierro, aleaciones ferrosas de manganeso y silicio. Garantizan una buena estabilidad del arco que los hace idóneos tanto para la corriente alterna (CA) como para la corriente continua (CC). Tienen un baño muy fluido que no permite soldaduras en determinadas posiciones; además no tienen un gran poder de limpieza en el material base y esto puede causar grietas. No soportan elevadas temperaturas de secado, con el consiguiente riesgo de humedad residual y por lo tanto de inclusiones de hidrógeno en la soldadura.

• Electrodos celulosos: El revestimiento de estos electrodos está formado sobre todo por celulosa integrada con aleaciones ferrosas (magnesio y silicio). El revestimiento gasifica casi completamente, permitiendo de esta manera la soldadura también en posición vertical descendiente, lo que no está permitido con otros tipos de electrodo; la elevada gasificación de la celulosa reduce la cantidad de escorias presentes en la soldadura. El elevado desarrollo de hidrógeno (derivado de la especial composición química del revestimiento) hace que el baño de soldadura sea "caliente", con la fusión de una notable cantidad de material base; se obtienen de esta manera soldaduras que penetran en profundidad, con pocas escorias en el baño. Las características mecánicas de la soldadura son óptimas; el nivel estético es bastante bajo ya

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que la casi total ausencia de la protección líquida ofrecida por el revestimiento impide una modelación del baño durante la solidificación. La corriente de soldadura, dada la escasa estabilidad del arco, es normalmente en corriente continua (CC) con polaridad inversa.

A la hora de identificar los electrodos, se ha creado un código internacional, que consiste en una serie de cifras o dígitos, colocados en lugares visibles de las cajas y en los propios electrodos:

E XX X X

• E indica el electrodo de soldadura. • XX indica la resistencia del metal depositado: gama de valores entre 60 y 70%. • X indica las posiciones de soldeo:

1 todas las posiciones. 2 solo horizontales.

3 solo vertical descendiente. • X india el tipo de revestimiento:

1 celuloso. 2, 3 y 4 rutilo. 5,6 y 8 básico. 7 acido.

Si aparece otro digito significa que es para soldar aceros aleados.

Características de los diferentes tipos de electrodos

TIPO VENTAJAS INCONVENIENTES APLICACIONES Ácido * bajo coste

* arco estable * corriente CA y CC * escoria fácil de eliminar * elevada desoxidación * fácilmente conservables

* baño fluido * escaso efecto de limpieza * elevado aporte de hidrogeno* escoria no se puede refundir

* soldaduras en horizontal * aceros bajos en carbono y con poca presencia de impurezas * soldaduras económicas y con características mecánicas suficientes (buena robustez pero riesgo de grietas)

Rutilo * bajo coste * arco estable * fácil cebado * corriente CA y CC * cordón estéticamente mejor * fácilmente conservables

* baño fluido * escaso efecto de limpieza * elevado aporte de hidrogeno

* soldaduras en horizontal * soldaduras en vertical y en esquinas para pequeños espesores * aceros bajos en carbono y con poca presencia de impurezas * soldaduras estéticamente buenas pero características mecánicas suficientes (buena robustez pero riesgo de grietas)

Celulósico * elevada penetración * elevada manejabilidad * escoria reducida

* son necesarios generadores CC con elevada tensión en vacío * cordón irregular * elevado aporte de hidrogeno

* soldaduras en todas las posiciones, incluida la vertical descendiente * tubos o donde no sea posible el cordón al reverso * soldaduras en las que el acceso del electrodo resulta crítico * aceros bajos en carbono con escasa presencia de impurezas

Básico * óptima limpieza del material* aporte de hidrogeno muy reducido * baño frío

* arco poco estable * escoria no se puede refundir y de difícil eliminación * arco corto y difícil de trabar* cebado difícil * generadores CC * de difícil conservación

* soldaduras en todas las posiciones, incluso con grandes espesores * elevadas velocidades de depósito * soldaduras de elevada calidad mecánica, incluso con materiales que contengan impurezas

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ELECTRODOS DESNUDOS

Los electrodos desnudos debido a la dificultad de establecer el arco voltaico de manera constante y a la dificultad que presenta realizar un cordón de soldadura sin revestimiento, a lo largo de toda la pieza a soldar, se han venido utilizando para las máquinas de puntos, por roldanas, etc. normalmente son de cobre o aleaciones de cobre, ya que es un buen conductor de la electricidad.

Otra variedad de electrodo desnudo son los de grafito, este tipo de soldadura no requiere aporte de material y prácticamente no lo admite a menos que sean varillas muy finas. No se trata de soldadura por arco eléctrico. Lo que funde el metal es la punta de grafito que en cortocircuito se pone al blanco brillante. Lo que se calienta por la corriente es más que nada el grafito, no el metal, porque el primero tiene una resistencia mucho mayor y disipara la mayoría de la potencia.  

Aunque no se aporta material el electrodo se desgasta porque está hecho con polvo de grafito aglomerado, y se nota que se va deshaciendo con el calor.

Para la soldadura TIG, utilizaremos otro tipo de electrodos desnudos que son los llamados electrodos no consumibles, los que más utilizamos son los electrodos de tungsteno, de volframio puro, de volframio aleado con torio y de volframio aleado con zirconio. Los electrodos formados por materiales

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puros con aleación facilitan el cebado del arco y su estabilidad, favorecen el encendido y re encendido del arco y logrando mejor calidad en los empalmes. Los electrodos con aleación también nos permiten mayores intensidades, ya que su punto de fusión es mayor.

Su simbolización está normalizada, la primera letra se refiere al componente principal (tungsteno o volframio), la segunda letra se refiere a las adiciones de óxido (la letra es la del elemento que interviene en la aleación del electrodo en mayor proporción). También podemos encontrar la simbolización por anillos de colores para identificar la composición del electrodo, si aparece el electrodo en un extremo con un anillo sería normal y con dos anillos para los electrodos compuestos.

Los diámetros con los que nos los encontramos en el mercado son muy variados, están disponibles desde 1, 1.6, 2, 2.4, 3.2, 4 mm, etc., su longitud es estándar 150mm.

HILOS MACIZOS

El electrodo es un hilo macizo metálico (acero, acero aleado, inoxidables, aluminio, etc.), cuya composición suele ser lo más parecida al metal base que se va a soldar y hace falta la presencia de gas protector para la realización de buenos cordones de soldadura. Viene enrollado en bobinas de diferentes pesos, oscilan entre 5, 10, 20, 25, y hasta 100 o más kg, estos últimos de mucho peso, se utilizan para el robot con el fin de no tener que poner recambio en mucho periodo tiempo. Los comercializan en diferentes diámetros 0,6; 0,8; 1; 1,2; 1,6; 2,4 mm, etc., en función de la maquina y la pieza a soldar.

Estas bobinas vienen enrolladas por capas, el hilo se utiliza en un taller convencional suele ser para aceros ordinarios, este viene recubierto de una finísima capa de cobre, que no presenta importancia sobre la composición final del cordón de soldadura, sus misiones son;

• Disminuir los rozamientos. • Proteger el hilo contra la oxidación y el deterioro de este. • Favorecer el contacto eléctrico entre la boquilla de contacto y el hilo.

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Se utilizan en la soldadura MIG/MAG, arco sumergido, electo escoria, etc.

HILOS TUBULARES

El electrodo es un hilo tubular (hueco), que está formado por una envoltura metálica, esta será de un material o de otro, en función del material base a soldar y que contiene en su interior un fundente (flux), que tiene funciones similares a las del revestimiento de los electrodos revestidos, la cantidad de fundente varia de un 15 a un 35 % en el peso de la bobina.

El fundente tiene la finalidad de incorporar elementos de aleación, desoxidantes, mejorar el cebado y la estabilidad del arco y generar escorias y gases que sirvan para la penetración y protección del cordón de soldadura. Se puede soldar casi todo tipo de materiales y según su fabricación nos lo podemos encontrar de distintas formas:

El electrodo se forma, a partir de una banda metálica que es conformada en forma de U en una primera fase, en cuyo interior se deposita a continuación el flux y los elementos aleantes, cerrándose después mediante una serie de rodillos de conformado.

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Se suele utilizar en la soldadura MIG/MAG, para realizar trabajos a pie de obra donde las condiciones meteorológicas (con aire) no sea favorables o en lugares de difícil acceso para el equipo utilizando la botella.

VARILLA DESNUDA

La varilla de aportación es igual que el núcleo o el alma del electrodo pero sin revestimiento, o sea, totalmente desnuda la varilla, también puede llevar el fundente que la recubre. Las podemos diferenciar en dos tipos en función del tipo de soldadura a realizar:

• Varilla de aportación para soldadura oxiacetilénica. • Varilla de aportación para soldadura TIG.

Varilla de aportación para soldadura oxiacetilénica

Es el metal de aportación que utilizamos para realizar la soldadura heterogénea (blanda o fuerte), los materiales más utilizados para la fabricación de estas varillas, son muy variados: plata, oro, aluminio-silicio, cobre fosforoso, etc., para soldadura fuerte y estaño-plomo, estaño-plata, plomo-plata, cadmio-cinc, etc., para soldadura blanda. Sus diámetros y longitudes están normalizados.

Las propiedades que tiene que cumplir el material de aportación son:

• Ser capaz de producir una unión soldada que cumpla los requisitos en resistencia mecánica y a la corrosión.

• Capacidad de mojar al metal base. • Buena temperatura de fusión (inferior a la del material a soldar) y buena fluidez para

permitir su distribución por soldeo capilar.

Existe un rango de temperaturas, que depende de la composición de la varilla.

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Para la realización de uniones con este tipo de material de aportación y este método de soldadura se necesita la utilización de fundentes (flux), la función principal del fundente es:

• Disolver y eliminar los óxidos que puedan formarse. • Favorecer el mojado del metal a soldar, consiguiendo que el metal de aportación pueda fluir y se

distribuya en la unión homogéneamente. • Aislar del contacto del aire el baño de fusión.

Varilla de aportación para soldadura TIG

Es el metal de aportación que utilizamos para realizar la soldadura TIG, estas varillas han de ser de igual o mejor calidad que el material a soldar, acero inoxidable, aluminio, acero al carbono, etc., sus diámetros varían entre 1.1, 1.6, 2, 2.4, 3.2, 4 y 4.2 mm y con una longitud de 900 mm.

Con el objetivo de obtener una soldadura sana en la unión a soldar, es muy importante que el material de aportación, esté libre de contaminaciones y de humedad. Esta varilla no necesita de fundente para la realización del cordón de soldadura, ya que se realiza en la atmosfera inerte producida por el gas de protección.

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VARILLA CUVIERTA CON FUNDENTE

Este tipo de material de aportación está compuesto por un núcleo o alma y cubierta de fundente, similar a los electrodos, pero sin la punta limpia para el agarre del porta pinzas. Estos revestimientos están compuestos por minerales, materias orgánicas, óxidos de metales, aglutinantes, etc., según el fabricante, sus diámetros y longitudes están normalizados, siendo similares a las desnudas descritas anteriormente.

ARANDELAS, LÁMINAS, POLVOS

El material de aportación puede aplicarse manualmente o automáticamente durante el soldeo de la junta, o puede ser pre situado antes del trabajo, aunque esto conlleva más trabajo a la hora de la preparación de los bordes, debido a que se necesita precisión en el ajuste de las piezas, para que se realice una soldadura sana.

Presentan muchas medidas estándar de comercialización y nos las encontramos en forma de láminas, arandelas, polvos… dependiendo del tipo de junta o empalme a soldar, método de calentamiento y si se realizará manualmente o mecánicamente.

• El material de aporte en forma de láminas, se aplica el fundente y se pre sitúa el material de aporte antes de comenzar a soldar, de manera que cuando está fundido se aplica presión y se elimina el exceso de material aportado.

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• El material de aporte en forma de arandelas, se aplica el fundente y se pre sitúa el material de aporte en forma de arandela, en la junta mecanizada con anterioridad, si es necesario, de manera que cuando comenzamos a soldar, se funda a lo largo de toda la superficie de la junta.

• El material de aporte en forma de polvos, se aplica el fundente y se pre sitúa el material de aportación en forma de polvos, en la junta mecanizada con anterioridad, de manera que cuando comenzamos a soldar, se funda a lo largo de toda la junta.

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Dedicado a: Francisco Manuel Poyato Bujalance