Procesos de Union y Corte
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8/20/2019 Procesos de Union y Corte
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Tecnología de Inspección de SoldaduraMódulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
3-1
Debido a que el inspector de soldadura
está interesado principalmente por la soldadura,
pueden ser muy útiles los conocimientos sobre
los distintos procesos de unión y soldadura.
Mientras que no es obligatorio que el inspector
sea un soldador calificado, cualquier experiencia
práctica en soldadura es un beneficio. En efecto,
muchos inspectores de soldadura son
seleccionados para esta posición luego de haber
trabajado como soldador por algún tiempo. La
experiencia ha mostrado que quienes antes fueron
soldadores luego resultan buenos inspectores.
Hay algunos aspectos de los distintos
procesos de unión y soldadura que un inspector
de soldadura exitoso debe comprender para
desempeñarse en la forma más efectiva. Primero,
el inspector debe reconocer las ventajas y
limitaciones importantes de cada proceso. El
inspector debe también estar en conocimiento de
aquellas discontinuidades que pueden resultar
cuando se usa un proceso en particular. Muchas
discontinuidades ocurren sin tener en cuenta el
proceso que se usa; sin embargo, hay otras que
pueden ocurrir durante la aplicación de un
proceso en particular. Esas serán discutidas para
cada método y referidas como “problemas
posibles”.
El inspector de soldadura debe también
tener conocimientos sobre los requerimientos del
equipamiento para cada proceso, porque ocurren
frecuentes discontinuidades a causa de
deficiencias del equipo. El inspector debe estar
algo familiarizado con los distintos controles de
la máquina y que resultados tendrá su ajuste en la
calidad de soldadura resultante.
Cuando el inspector de soldadura tiene
cierta comprensión de estos fundamentos de los
procesos, el o ella está mejor preparado para
realizar inspección visual de soldadura. Este
conocimiento lo ayudará en el descubrimiento de
problemas cuando ocurren antes que sea tarde,
cuando el costo de la corrección es mayor. El
inspector que es capaz de señalar problemas
durante el proceso será capaz de control tanto de
producción como de calidad.
Otro beneficio de tener experiencia con
estos métodos de soldadura es que los soldadores
de producción tendrán un mayor respeto hacia el
inspector y las decisiones resultantes. También,
es más probable que el soldador lleve un
problema a la consideración del inspector si sabe
que éste conoce los aspectos prácticos del
proceso. Entonces, tener éste conocimiento
ayudará al inspector a tener una mejor
cooperación de los soldadores y otras personas
involucradas con el proceso de fabricación.
Los procesos discutidos aquí pueden ser
divididos en tres grupos básicos: soldadura,
brazing y corte. Soldadura y brazing describen
métodos para unir metales, mientras que el corte
tiene como resultado quitar o separar material. En
la medida que cada uno de los procesos de unión
y corte son discutidos, se intentará describir sus
características importantes, incluyendo ventajas,
limitaciones del proceso, requerimientos de
equipo, electrodos/ metales de aporte,
aplicaciones, y posibles problemas del proceso.
Hay numerosos procesos de unión y corte
disponibles para el uso en la fabricación de
productos metálicos. Son mostrados por la
"Esquema principal de procesos de Soldadura y
Afines" de la American Welding Society, que se
muestra en la Figura 3.1. Este cuadro separa los
métodos de unión y corte en distintas categorías,
esto es, Procesos de Soldadura y Procesos Afines.
Los Procesos de Soldadura luego se dividen en
siete grupos, Soldadura por Arco, Soldadura en
Estado Sólido, Soldadura por Resistencia,
Soldadura por Oxigas, Soldering, Brazing, Otras
Soldaduras. Los Procesos Afines incluyen
Spraying Térmico, Bonding (Adhesivo), Corte
Térmico (Oxígeno, Arco y Otros Cortes).
Con tantos procesos diferentes
disponibles sería difícil describir cada uno dentro
del alcance de este curso. Entonces, los procesos
seleccionados para la discusión incluyen sólo
aquellos que son aplicables para el examen de
Inspector de Soldadura Certificado de AWS.
MMÓÓDDUULLOO 33
PPR R OOCCEESSOOSS DDEE UUNNIIÓÓNN YY CCOOR R TTEE DDEE MMEETTAALLEESS
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Tecnología de Inspección de SoldaduraMódulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
3-2
ESQUEMA PRINCIPAL DE PROCESOS DE SOLDADURA Y AFINESsoldadura por arco con alambre y protección gaseosa ... GMAW
-arco pulsante .............................................. GMAW-P
-arco en corto circuito ................................. GMAW-Ssoldadura por arco con electrodo de tungsteno
y protección gaseosa........................................................ GTAW
-arco pulsante .............................................. GTAW-S
soldadura por plasma ....................................................... PAW
soldadura por arco con electrodo revestido ...................... SMAW
soldadura de espárrago ..................................................... SW
soldadura por arco sumergido ........................................... SAW
-series .......................................................... SAW-S
SOLDADURA
POR ARCO
(AW)
brazing por bloques ...................................... BB
brazing por difusión ...................................... CAB
brazing por inmersión ................................... DB
brazing exotérmico ....................................... EXB
brazing por flujo ............................................ FLB
brazing en horno ........................................... FB
brazing por inducción .................................... IB
brazing por infrarrojo ..................................... IRB
brazing por resistencia .................................. RB
brazing por soplete ........................................ TB
brazing por arco con electrodo de grafito ...... TCAB
BRAZING
(B)
PROCESOS
DE
SOLDADURA
PROCESOSAFINES
OTROS
PROCESOSDE
SOLDADURA
soldadura por haz de electrones ............ EBW
-alto vacío ......................... EBW-HV
-vacío medio ..................... EBW-MV
-sin vacío ........................... EBW-NV
soldadura por electroescoria .................. ESW
soldadura por flujo .................................. FLBsoldadura por inducción ......................... IW
soldadura por láser ................................. LBW
soldadura por percusión .......................... PEW
soldadura aluminotérmica ....................... TW
SOLDADURA
POR OXIGAS
(OFW)
soldadura aeroacetilénico ....................... AAW
soldadura oxiacetilénica ......................... OAW
soldadura por oxihidrógeno ..................... OHW
soldadura por presión con gas .............. PGWCORTE
TERMICO
(TC)
CORTE POR
ARCO (AC)
corte por arc air .............................................. CAC-Ccorte por arco con electrodo de carbono ........ CACcorte por arco con arco alambrey protección gaseosa ..................................... GMACcorte por arco con electrodo de tungsteno yprotección gaseosa ......................................... GTACcorte por plasma .............................................. PACcorte por arco con electrodo revestido ............ SMAC
corte por haz de electrones ................. EBC
corte por láser ...................................... LBC
-aire ................................ LBC-A
-evaporativo ................... LBC-EV
-gas inerte ...................... LBC-IG
-oxígeno .......................... LBC-O
OTROSPROCESOS
DE CORTE
SOLDADURA
EN ESTADO
SOLIDO
(SSW)
SOLDERING(S)
SPRAYING
TERMICO
(THSP)
CORTE POR
OXIGENO
(OC)
corte con fundente ............... FOC
corte con polvo metálico ...... POC
corte por oxigas ................... OFC
-corte oxiacetilénico ............ OFC-A
-corte oxídrico ................... . OFC-H
-oxicorte con gas natural .... OFC-N
-oxicorte con gas propano .. OFC-P
spraying por arco ................ .ASP
spraying por llama ............... FLSP
spraying por plasma ............ PSP
soldadura por chisporroteo ................... FS
soldadura por proyección ..................... PW
soldadura de costura por resistencia .. RSEW
-alta frecuencia ............... RSEW-HF
-inducción ....................... RSEW-I
soldadura por resistencia por punto ..... RSW
soldadura por recalcado ...................... UW
-alta frecuencia ............... UW-HF
-inducción ....................... USEW-I
soldering por inmersión ............ DS
soldering en horno .................... FS
soldering por inducción ............. IS
soldering por infrarrojo ............. IRS
solding por soldador de cobre .. INS
soldering por resistencia .......... RS
soldering por soplete ................ TSsoldering por ultrasonido .......... USS
soldering por ola ....................... WS
soldadura por coextrusión ........... CEW
sodadura en frio ............................ CW
soldadura por difusión .................. DFW
soldadura por explosión ................ EXW
soldadura por forja ........................ FOW
soldadura por fricción ................... FRW
soldadura por presión en caliente.. HPW
soldadura por rolado ..................... RW
soldadura por ultrasonido .............. USW
soldadura porhidrógeno atómico .................... AHWsoldadura por arco con electrodo desnudo ... BMAW
soldadura por arco con electrodo de grafito .. CAW
-gas . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. CAW-G
-protegido ............................. CAW-S
-doble .... .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. CAW-T
soldadura por electrogas .............................. EGW
soldadura por arco con electrodo tubular ..... FCAW
SOLDADURA
POR
RESISTENCIA(SW)
Figura 1.1 – Esquema principal de procesos de Soldadura y Afines
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Tecnología de Inspección de SoldaduraMódulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
3-3
Sobre estas bases, se describirán los siguientes
procesos:
Procesos de Soldadura
• Soldadura por Arco con electrodorevestido
• Soldadura por Arco con Alambre yProtección Gaseosa
• Soldadura por Arco con AlambreTubular
• Soldadura por Arco con Electrodo deTungsteno y Protección Gaseosa
• Soldadura por Arco Sumergido• Soldadura por Plasma• Soldadura por Electroescoria• Soldadura por Oxiacetileno• Soldadura de Espárrago• Soldadura por Haz de Electrones• Soldadura por Láser
Procesos de Brazing
• Brazing por Soplete• Brazing en Horno
• Brazing por Inducción• Brazing por Resistencia• Brazing por Inmersión• Brazing por Infrarrojo
Procesos de Corte
• Corte por Oxigas• Corte por Arc Air (con electrodo de
Carbono
• Corte por Plasma• Corte Mecánico
PROCESO DE SOLDADURA Previo a nuestra discusión de los
distintos procesos de soldadura, es apropiado
definir que se quiere significar con el término
“soldadura”. De acuerdo con AWS, una
soldadura es, “una coalescencia localizada de
metales o no metales producida tanto por
calentamiento de los metales a la temperatura de
soldadura, con o sin la aplicación de presión, o
por la aplicación de presión solamente y con o sin
el uso de material de aporte.” Coalescenciasignifica “unidos uno a otro entre si”. Por esa
razón la soldadura se refiere a las operaciones
usadas para llevar a cabo esta operación de unión.
Esta sección presentará importantes
características de algunos de los procesos de
soldadura más comunes, todos los cuales emplean
el uso del calor sin presión.
A medida que cada uno de esos proceso es
presentado, es importante notar que todos tienen
ciertas características en común. Esto es que hay
ciertos elementos los cuales deben ser provistos
por el proceso de soldadura en orden a que estossean capaces de producir soldaduras
satisfactorias. Estas características incluyen una
fuente de energía para proveer calentamiento, los
medios de protección del metal fundido de la
atmósfera, y el metal de aporte (opcional con
algunos procesos y configuraciones de junta).
Los procesos difieren de uno a otro porque
disponen estas mismas características o elementos
en varias formas. Entonces, cuando se introduce
un proceso, explicamos como se satisfacen dichos
requerimientos.
Soldadura por Arco con Electrodo Revestido
(SMAW)
El primer proceso a ser discutido es la
soldadura con electrodo revestido. A pesar de que
este es el nombre correcto para el proceso,
comúnmente oímos referirse a él como “stick
welding”. Este proceso opera mediante el
calentamiento del metal con un arco eléctrico
entre un electrodo de metal recubierto, y los
metales a ser unidos. La Figura 3.2 muestra los
distintos elementos del proceso de soldadura por
arco con electrodo revestido.Esta ilustración muestra que el arco es
creado entre el electrodo y la pieza de trabajo
debido al flujo de electricidad. Este arco provee
calor, o energía, para fundir el metal base, metal
de aporte y recubrimiento del electrodo. A
medida que el arco de soldadura avanza hacia la
derecha, deja detrás metal de soldadura
solidificado cubierto por una capa de fundente
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3-4
convertido, conocido como escoria. Esta escoria
tiende a flotar fuera del metal debido a que
solidifica después que el metal fundido haya
solidificado, entonces hay menos posibilidad que
sea atrapada dentro de la zona de soldadura
resultando una inclusión de escoria.
Otra característica que es de notar en la Figura3.2 es la presencia de gas de protección, el que es
producido cuando el recubrimiento del electrodo
es calentado y se descompone. Estos gases
ayudan al fundente en la protección del metal
fundido en la región del arco.
El elemento principal en el proceso de
soldadura por arco con electrodo revestido es el
electrodo en si mismo. Está hecho de un núcleo
de metal sólido, alambre, cubierto con una capa
de fundente granular que se mantiene en el lugar
por algún tipo de agente aglutinante. Todos los
electrodos de acero al carbono y baja aleaciónusan esencialmente el mismo tipo de alambre de
núcleo de acero, de bajo carbono, acero
efervescente. Cualquier aleación es provista por
el recubrimiento, debido a que es más económico
agregar aleantes de esta manera.
El recubrimiento del electrodo es la
característica que clasifica a los distintos tipos de
electrodos. Realmente sirven para cinco
funciones diversas.
1. Protección: el recubrimiento dedescompone para formar una proteccióngaseosa para el metal fundido.
2. Desoxidación: el recubrimiento proveeuna acción de flujo para remover eloxígeno y otros gases atmosféricos.
3. Aleante: el recubrimiento proveeelementos aleantes adicionales para eldepósito de soldadura.
4. Ionización: el recubrimiento mejora lascaracterísticas eléctricas para
incrementar la estabilidad del arco.5. Aislación: la escoria solidificada provee
una cobertura de aislación para disminuirla velocidad de enfriamiento del metal (elefecto menos importante).
Figura 3.2 – Soldadura por Arco con Electrodo Revestido
Debido a que el electrodo es una
característica tan importante del proceso desoldadura por arco con electrodo revestido, es
necesario entender cómo se clasifican e
identifican los distintos tipos. La American
Welding Society ha desarrollado un sistema para
la identificación de los electrodos de soldadura
por arco con electrodo revestido. La Figura 3.3
ilustra las distintas partes de este sistema.
Las Especificaciones de la American
Welding Society A5.1 y A5.5 describen losrequerimientos para los electrodos de acero al
carbono y de baja aleación respectivamente.
Describen las distintas clasificaciones y
características de esos electrodos
POSICION
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3-5
E X X X XRESISTENCIA REVESTIMIENTO
A LA TRACCION CARACTERISTICAS DE OPERACION
Figura 3.3 - Sistema de Identificación deElectrodo SMAW
Se establece que para electrodo la
identificación consiste de una “E”, seguida por
cuatro o cinco dígitos. Los primeros dos o tres
números se refieren a la mínima resistencia a la
tracción del metal de soldadura depositado. Esos
números expresan la resistencia mínima a la
tracción en miles de libras por pulgada cuadrada.
Por ejemplo, “70” significa que la resistencia del
metal soldadura depositado es al menos 70000
psi.
Los números siguientes se refieren a las
posiciones en las cuales el electrodo puede ser
usado. Una “1” indica un electrodo que es apto
para ser usado en cualquier posición. Un “2”
indica que el metal fundido es tan fluido que el
electrodo sólo puede ser usado en las posiciones
plana o filete horizontal. Un “4” significa que el
electrodo es apto para soldar en progresión
descendente. El número “3” no está asignado.
El último número describe otras
características que son determinadas por la
composición del revestimiento presente en el
electrodo. Este recubrimiento determinará las
características de operación y corriente eléctrica
recomendada: AC(corriente alterna), DCEP
(corriente continua, electrodo positivo), DCEN
(corriente continua, electrodo negativo). La
Figura 3.4 enumera el significado del último
dígito del sistema de identificación de electrodos
SMAW.
Es importante notar que aquellos
electrodos que terminan en “5”, “6” u “8” se
clasifican como del tipo de “bajo hidrógeno”.
Para mantener este bajo contenido de hidrógeno(humedad), deben ser almacenados en su envase
original de fabricación o en un horno de
almacenamiento aceptable. Este horno debe ser
de calentamiento eléctrico y debe tener una
capacidad de control de temperatura en un rango
de 150 a 350 F. Debido a que este dispositivo
ayuda a mantener el bajo contenido de humedad
(menor al 0,2%), debe ser ventilado en forma
adecuada. Cualquier tipo de electrodo de bajo
hidrógeno que no será usado inmediatamente
deberá ser colocado en el horno de
mantenimiento, tan pronto como su contenedorhermético sea abierto. La mayor parte de los
códigos requieren que los electrodos de bajo
hidrógeno sean mantenidos a una temperatura
mínima del horno de 120 C (250 F) luego de ser
quitados del contenedor sellado correspondiente.
De todas formas, es importante notar
que los electrodos distintos a los arriba
mencionados pueden dañarse si son colocados en
el horno. Algunos tipos de electrodos son
diseñados para tener algún nivel de humedad. Si
esta humedad es eliminada, las características de
operación del electrodo serán significativamentedeterioradas.
Clasificación Corriente Arco Penetración Revestimiento y Escoria Polvo deHierro
F3 EXX10 DCEP Enérgico Profunda Celulosa - sodio 0 10 %F3 EXXX1 AC y DCEP Enérgico Profunda Celulosa - potasio 0 %F2 EXXX2 AC y DCEN Medio Media Rutílico - sodio 0 10 %F2 EXXX3 AC y DC Suave Baja Rutílico - potasio 0 10 %F2 EXXX4 AC y DC Suave Baja Rutílico - polvo de hierro 25 40 %F4 EXXX5 DCEP Medio Media Bajo hidrógeno - sodio 0 10 %F4 EXXX6 AC o DCEP Medio Media Bajo hidrógeno - potasio 0 %
F4 EXXX8 AC o DCEP Medio Media Bajo hidrógeno - polvo de hierro 25 45 %F1 EXX20 AC o DC Medio Media Oxido de hierro - sodio 0 %F1 EXX24 AC o DC Suave Baja Rutílico - polvo de hierro 50 %F1 EXX27 AC o DC Medio Media Oxido de hierro - polvo de hierro 50 %F1 EXX28 AC o DCEP Medio Media Bajo hidrógeno - polvo de hierro 50 %
Nota : El porcentaje de polvo de hierro está basado en el peso del revestimiento.
Figura 3.4 - Significado del Ultimo Dígito de la Identificación de SMAW
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3-6
Los electrodos SMAW usados para unir
aceros de baja aleación deben tener un sufijo
alfanumérico, el que se agrega a la designación
estándar después de un guión. La Figura 3.5
muestra el significado de esas designaciones.
Subfijo Principal(es) Elemento(s) de Aleación A1 0.5% MolibdenoB1 0.5% Molibdeno – 0.5% CromoB2 0.5% Molibdeno – 1.25% CromoB3 1.0% Molibdeno – 2.25% CromoB4 0.5% Molibdeno – 2.0% CromoC1 2.5% NíquelC2 3.5% NíquelC3 1.0% NíquelD1 0.3% Molibdeno – 1.5% ManganesoD2 0.3% Molibdeno – 1.75% ManganesoG* 0.2% Molibdeno, 0.3% Cromo, 0.5%
Níquel; 1.0% Manganeso; 0.1%Vanadio
*Necesita tener mínimo contenido de un soloelemento.
Figura 3.5 – Subfijos de Aceros Aleadospara Electrodos SMAW
El equipo para soldadura por arco con
electrodo revestido es relativamente simple, como
se puede ver en la Figura 3.6. Un borne de la
fuente de potencia es conectado a la pieza a sersoldada y el borne opuesto va a la pinza porta de
electrodo en la cual el soldador ubica el electrodo
a ser consumido. El electrodo y el metal base son
fundidos por el calor producido por el arco
eléctrico de soldadura creado entre la punta del
electrodo y la pieza de trabajo cuando son
llevados cerca uno del otro.
La fuente de potencia para la soldadura
por arco con electrodo revestido es tomada como
una fuente de suministro de corriente constante,
que tiene una característica descendente. Esta
terminología puede ser más fácilmentecomprendida observando la curva característica
voltaje-amperaje (V-A) de este tipo de fuente de
potencia.
Como se puede ver en las curvas típicas
voltaje-amperaje de la Figura 3.7, un
decrecimiento en el voltaje del arco dará como
resultado un incremento correspondiente en la
corriente del arco. Esto es significativo desde el
punto de vista del control de proceso, porque el
voltaje del arco está directamente relacionado con
la longitud del arco (distancia del electrodo a la
pieza de trabajo). Esto es, en la medida que el
soldador mueve el electrodo acercándolo o
alejándolo de la pieza de trabajo, el voltaje del
arco está realmente disminuyendo o aumentando,respectivamente.
Este cambio de voltaje se corresponde
con cambios en la corriente del arco, o la
cantidad de calor que se crea por el arco de
soldadura. Entonces, cuando el soldador aleja el
electrodo de la pieza de trabajo, se incrementa la
longitud del arco que reduce la corriente, y en
consecuencia, reduce el calor introducido a la
soldadura. Un arco de soldadura más corto resulta
en una mayor corriente del arco, y entonces se
incrementa el calentamiento. Por esto, a pesar que
hay un control en la corriente de la máquina desoldar, el soldador tiene cierta capacidad de
alterar la corriente del arco, manipulando el
electrodo para obtener longitudes de arco
mayores o menores.
La Figura 3.7 también ilustra como dos
curvas V-A diferentes pueden producir distintas
respuestas de corriente. Porque la curva más baja
tiene menor inclinación que la superior, se
obtiene un cambio mayor de la corriente del arco
para una longitud de arco dada (voltaje). Las
fuentes de potencia modernas tienen controles
que varían el voltaje del circuito abierto (OCV) yla inclinación para producir una corriente de
soldadura que tenga un buen control del operador
y una magnitud apropiada.
Figura 3.6 – Equipo de Soldadura porArco con Electrodo Revestido
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3-7
Figura 3.7 Curva de Voltaje – Amperajepara una Fuente de Corriente Constante
La soldadura por arco con electrodo
revestido es usada en la mayoría de las empresas
para numerosas aplicaciones. Es usada para la
mayoría de los materiales a excepción de algunas
aleaciones más exóticas.
A pesar que es un método relativamente
antiguo y procesos más nuevos lo han
reemplazado en algunas aplicaciones, la
soldadura por arco con electrodo revestido semantiene como un proceso popular que
continuará siendo muy usado por la industria de
la soldadura.
Hay varias razones por las que este
proceso continúa siendo tan popular. Primero, el
equipamiento es relativamente simple y
económico. Esto ayuda a hacer el proceso muy
portátil. En efecto, hay numerosos que tienen
potencia de motores de combustión interna
(diesel o naftero), los que no dependen de una
fuente eléctrica externa, por esto, la soldadura por
arco con electrodo revestido puede ser llevada acabo en ubicaciones remotas. También, algunas
de las fuentes de potencia más nuevas en estado
sólido, son tan pequeñas y de bajo peso que
pueden ser llevadas por el soldador hasta el
trabajo. Y debido a la numerosa disponibilidad de
tipos de electrodos, el proceso es considerado
muy versátil. Finalmente, con los equipos y
electrodos mejorados que se pueden conseguir
hoy en día, la calidad de la soldadura puede ser
consistentemente alta.
Una de las limitaciones de la soldadura
por arco con electrodo revestido es la velocidad.
La velocidad es afectada negativamente por el
hecho que el soldador debe detener
periódicamente la soldadura y reemplazar elelectrodo consumido con uno nuevo, debido a
que tienen una longitud típica de no más que 355
a 460 mm(14 a 18 in.) SMAW fue reemplazado
por otros procesos semiautomáticos, mecánicos o
automáticos en muchas aplicaciones,
simplemente porque ofrecen una mayor
productividad cuando son comparados con la
soldadura por arco con electrodo revestido
manual.
Otra desventaja, que también afecta a la
productividad, es el hecho que luego de la
soldadura, hay una capa de escoria solidificadaque debe ser removida. Otra limitación, cuando
se usan electrodos de bajo hidrógeno, es que
requieren almacenamiento en un horno de
mantenimiento apropiado, que ayudará a
mantener el bajo nivel de humedad de estos.
Ahora que los principios básicos fueron
presentados, es momento de discutir algunas de
las discontinuidades que resultan durante el
proceso de soldadura por arco con electrodo
revestido. Mientras que éstas no son las únicas
discontinuidades que podemos esperar, pueden
resultar debido a una mala aplicación de este proceso en particular.
Uno de esos problemas es la presencia de
porosidad en la soldadura terminada. Cuando se
encuentra porosidad, es normalmente el resultado
de la presencia de humedad o contaminación en
la región de soldadura. Puede estar presente en el
recubrimiento del electrodo, o en la superficie del
material, o proveniente de la atmósfera que rodea
la operación de soldadura. La porosidad puede
ocurrir también cuando el soldador usa una
longitud de arco demasiado grande.
Este problema de arco largo esespecialmente probable cuando se usan
electrodos de bajo hidrógeno. Por esto, se prefiere
el uso de una menor longitud de arco que no solo
aumenta la cantidad de calor producido, sino
también ayuda a la eliminación de la porosidad
en el metal de soldadura.
La porosidad puede resultar por la
presencia de un fenómeno conocido como soplo
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Tecnología de Inspección de SoldaduraMódulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
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de arco. A pesar de que este fenómeno ocurre en
cualquier proceso de soldadura por arco, será
discutido aquí debido a que es un problema
común que molesta a los soldadores manuales.
Para entender el soplo de arco, se debe
entender que hay un campo magnético que se
desarrolla siempre que pasa una corrienteeléctrica por el conductor. Este campo magnético
es perpendicular a la dirección de la corriente
eléctrica, y puede visualizarse como una serie de
círculos concéntricos que rodean al conductor,
como se muestra en la Figura 3.8.
Este campo magnético es más fuerte
cuando es enteramente contenido dentro de un
material magnético. En consecuencia, cuando se
suelda un material magnético, como el acero, el
campo puede ser distorsionado cuando el arco se
aproxime al extremo de una chapa, el final de una
soldadura o algún cambio brusco en el contorno(perfil) de la parte que está siendo soldada. Esto
se muestra en la Figura 3.9.
Figura 3.8 – Campo Magnético Alrededorde un Conductor
Figura 3.9 – Campos MagnéticosDistorsionados en los Extremos de laSoldadura
Para reducir los efectos del soplo de arco,
se pueden probar algunas alternativas. Estas
incluyen:
1) Cambiar de DC a AC2) Mantener un arco tan corto como sea posible.3) Reducir la corriente de soldadura.4) El ángulo del electrodo en dirección opuesta
al soplo de arco.5) Usar soldadura de punteo importante en cada
extremo de la junta, con soldaduras de punteointermitentes a lo largo de la junta.
6) Soldar a través de la soldadura de punteo ode la soldadura terminada
7) Usar técnica de paso peregrino.8) Soldar apartado de tierra para reducir el soplo
hacia atrás; soldar sobre tierra para reducir elsoplo hacia adelante.
9) Conectar a tierra la pieza de trabajo en ambosextremos de la junta a ser soldada.
10)Enrollar el cable de tierra alrededor de lapieza de trabajo y pasar la corriente a tierraen la dirección tal que la disposición delcampo magnético tenderá a neutralizar el
campo magnético que causa el soplo de arco.11)Extender el final de la junta fijándole placas
en la salida de la soldadura.
Sumado a la porosidad el soplo de arco,
puede causar también salpicaduras, socavación,
perfil de soldadura inapropiado, y penetración
disminuida.
Con SMAW pueden ocurrir inclusiones
de escoria simplemente porque este se basa en un
sistema de fundentes para la protección de la
soldadura. Con cualquier proceso que incorpora
fundentes, es relevante la posibilidad que quedeatrapada escoria dentro del depósito de soldadura.
El soldador puede reducir ésta tendencia usando
técnicas que permiten a la escoria fundida fluir
libremente a la superficie del metal. Una
profunda limpieza de la escoria de cada pasada
previo a las pasadas adicionales también reducirá
la frecuencia de los casos de inclusiones de
escoria en soldaduras de pasadas múltiples.
Debido a que la soldadura por arco con
electrodo revestido es realizada principalmente en
forma manual, pueden producirse numerosas
discontinuidades por una manipulacióninapropiada del electrodo. Algunas de estas son,
fusión incompleta, socavación, solapado, tamaño
de soldadura incorrecto, y perfil de soldadura
inapropiado.
Soldadura por arco con alambre yprotección gaseosa (GMAW)
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Tecnología de Inspección de SoldaduraMódulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
3-9
El siguiente proceso a se discutido es la
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa, GMAW. Mientras que soldadura por
arco con alambre y protección gaseosa es la
designación del AWS para el proceso,
comúnmente escuchamos referirse a él como
soldadura “MIG”. Es más comúnmente usadocomo un proceso semiautomático; sin embargo,
es usado también en aplicaciones mecanizadas y
aplicaciones automáticas. En consecuencia, es
muy adecuable a aplicaciones de soldaduras
robotizadas. La soldadura por arco con alambre y
protección gaseosa se caracteriza por un
electrodo sólido de alambre el que es alimentado
en forma continua a través de la pistola de
soldadura. Se crea un arco entre este alambre y la
pieza de trabajo para calentar y fundir el metal base y los metales de aporte. Una vez fundido, el
alambre se deposita en la junta soldada. La Figura
3.10 ilustra los elementos esenciales del proceso.
Figura 3.10 - Soldadura por arco con alambre y protección gaseosa
Una característica importante para
GMAW es que toda la protección para la
soldadura es provista por una atmósfera de gas
protector que también es suministrado a través de
la pistola de soldadura desde alguna fuente
externa. Los gases usados incluyen los del tipoinerte y los reactivos. Para algunas aplicaciones
se usan gases inertes tales como el argón y el
helio. Puede usarse uno sólo, en combinación con
el otro, o mezclado con otros gases reactivos
como el oxígeno o el dióxido de carbono.
Muchas aplicaciones de la soldadura por arco con
alambre y protección gaseosa usan sólo
protección de dióxido de carbono, por su costo
relativamente bajo con respecto a los gases
inertes.
Los electrodos usados en este proceso
son alambres sólidos que se proveen en bobinas orollos de distintos tamaños. Como en el caso de
soldadura por arco con electrodo revestido, hay
un método de identificación de los electrodos de
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa aprobado por la American Welding
Society. Se distinguen por las letras “ER”
seguidas por dos o tres números, la letra “S”, un
guión, y finalmente otro número, como se
muestra en la Figura 3.11.
“ER” designa al alambre que es a la vez
electrodo y varilla, esto significa que puede
conducir electricidad (electrodo), o ser
simplemente aplicado como metal de aporte
(varilla) cuando es usado con otro proceso desoldadura. Los próximos dos o tres números
expresan la mínima resistencia a la tracción del
depósito de metal de soldadura en miles de libras
por pulgadas al cuadrado. Entonces, como los
tipos SMAW, “70” significa un metal cuya
resistencia a la tracción es al menos 70.000 psi.
La letra “S” expresa que se trata de un alambre
sólido. Finalmente el número luego del guión se
refiere a la composición química particular del
electrodo. Esto determinará tanto la característica
de operación como las propiedades esperables del
depósito de soldadura. Los electrodos desoldadura por arco con alambre y protección
gaseosa tienen comúnmente importante cantidad
de desoxidantes, tales como magnesio, silicio, y
aluminio para ayudar a evitar la formación de
porosidad.
RESISTENCIACOMPOSICIÓN
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A LA TRACCION QUIMICA
E R X X S - XELECTRODO DE ALAMBRE ALAMBRE
SÓLIDO
Figura 3.11 - Sistema de Identificación deElectrodo GMAW
A pesar que el alambre no tiene un
fundente de recubrimiento, es importante
almacenar adecuadamente el material cuando este
no se usa. El factor más crítico es que el alambre
debe conservarse limpio. Si se permite que
permanezca fuera a la intemperie, puede
contaminarse con herrumbre, aceite, humedad,
partículas de polvo, u otros materiales presentes
en el ambiente del taller de soldadura. Por esto,
cuando no se usa, el alambre debe conservarse en
su envase plástico original, y/o contenedor de
transporte. Incluso cuando un rollo de alambre
está ubicado en el alimentador, debe estar
cubierto con alguna protección cuando no se usa
por períodos prolongados.
La fuente de potencia usada para
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa es muy distinta del tipo empleado por la
soldadura por arco con electrodo revestido. En
lugar de una fuente de corriente constante, la
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa usa una fuente del tipo de las conocidas
como de voltaje constante, o potencial constante.
Esto es, la soldadura se lleva a cabo usando un
valor preseteado de voltaje sobre un rango de
corrientes de soldadura.
Figura 3.12 Equipo de Soldadura por Arcocon Alambre y Protección Gaseosa
La soldadura por arco con alambre y
protección gaseosa normalmente se realiza con
corriente continua, electrodo positivo (DCEP).
Cuando este tipo de fuente de potencia se
combina con un alimentador de alambre, el
resultado es un proceso de soldadura que puede
ser tanto semiautomático, mecanizado, o
totalmente automatizado. La Figura 3.12 muestraun equipo típico de soldadura por arco con
alambre y protección gaseosa.
Como se puede ver, el equipo es un
poco más complejo que uno usado para soldadura
por arco con electrodo revestido. Un equipo
típico incluye una fuente de potencia, alimentador
de alambre, fuente de gas, y pistola de soldar
fijada al alimentador por un cable flexible a
través del cual pasan el gas y el alambre. Para
poner a punto la soldadura, el soldador ajustará el
voltaje en la fuente de potencia y la velocidad del
alimentador de alambre. Cuando la velocidad dealimentación de alambre aumenta, también
aumenta la corriente de soldadura. La velocidad
de fusión del electrodo es proporcional a la
corriente del arco, entonces la velocidad de
alimentación del alambre en realidad controla
también ésta característica.
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Figura 3.13 Curva V – A Típica de Potencial ConstanteSe mencionó que la fuente de potencia
es del tipo de potencial constante, de todas
formas observando la curva V-A típica, Figura3.13, muestra que la línea no es plana sino que
tiene una suave pendiente.
Esta característica permite que el
proceso funcione como un proceso del tipo
semiautomático, esto significa que el soldador no
tiene que controlar la alimentación del metal de
aporte como en el caso de soldadura por arco con
electrodo revestido manual. Otra manera de
describir el sistema el llamarlo sistema con “Auto
regulación de Potencial Constante”.
Observando la Figura 3.13, puede verse
que la disminución del voltaje del arco (la pistolaalejada de la pieza de trabajo) hace disminuir la
corriente y en consecuencia la velocidad de
fusión del electrodo. El alambre continúa siendo
alimentado a su velocidad preestablecida para dar
nuevamente el valor original de voltaje del arco.
Esto reduce el efecto de la manipulación del
operador en las características de soldadura, para
hacer al proceso menos sensible al operador y
entonces más fácil de ser aprendido.
Cuando se cambian los ajustes de la
máquina, el resultado es que las características de
operación se alterarán drásticamente. Es derelevante importancia la manera en que el metal
fundido es transferido desde extremo del
electrodo, a través de la región del arco, al metal
base. Con soldadura por arco con alambre y
protección gaseosa hay cuatro modos básicos de
transferencia de metal. Estos son, spray, globular,
arco pulsante, y en corto circuito.
La Figura 3.14 muestra tres de los
cuatro métodos. Sus características son tan
diferentes que es casi como si se tratara de cuatro procesos de soldadura distintos. Cada tipo
específico tiene ventajas y limitaciones definidas
que los hacen mejores para algunas aplicaciones
y peores para otras. El tipo de transferencia del
metal depende de distintos factores, incluyendo el
gas de protección, corriente y niveles de voltaje y
características del suministro de potencia.
Una de las formas básicas en las cuales
dichos procesos se diferencian es que suministran
distintas cantidades de calor a la pieza de trabajo.
La transferencia de spray es considerada como la
de mayor temperatura, seguida por globular, arco pulsante y finalmente corto circuito. Por esto, la
transferencia por spray es la mejor para secciones
de gran espesor y juntas con soldaduras de
penetración total, en cuanto puedan ser
posicionados en posición plana.
La transferencia globular provee tanto
calentamiento como buena deposición del
material, pero sus características de operación
tienden a ser menos estables, incrementado las
salpicaduras. La soldadura por arco con alambre
y protección gaseosa pulsante requiere una fuente
de potencia capaz de producir una salida decorriente continua pulsante que permite al
soldador programar la combinación exacta de
corriente alta y baja para lograr un buen control
del calor entregado y flexibilidad del proceso. El
soldador puede setear tanto la cantidad como la
duración del pulso de corriente alta. Entonces,
durante la operación la corriente varía entre el
pulso de alta corriente y el pulso de baja
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corriente, ambos pueden ser seteados con los
controles de la máquina.
La transferencia en corto circuito da una
menor cantidad de calor sobre el metal base,
haciéndolo una opción excelente para la
soldadura de hojas de metal y juntas que tienen
separaciones excesivas debido a un mal ajuste.El método de transferencia en contocircuito tiene
como característica ser más frío debido a que el
electrodo en realidad está en contacto con el
metal base, creando un corto circuito por una
porción del ciclo de soldadura. Entonces el arco
opera y se extingue en forma intermitente. Los
cortos períodos durante el cual el arco se
extingue, permite cierto enfriamiento que
redunda en una reducción de la tendencia a
quemarse de los materiales de poco espesor. Se
debe tener cuidado cuando se usa la transferencia
en corto circuito para soldar secciones de mayorespesor, debido a que se puede presentar fusión
incompleta a causa de un calentamiento
insuficiente del metal base.
Como se mencionó, el gas de
protección tiene un efecto significativo en el tipo
de transferencia del metal. La transferencia tipo
spray puede lograrse sólo donde hay una
presencia de un 80% de argón en la mezcla de
gases. CO2 es probablemente uno de los gases
más populares para GMAW de acero al carbono,
principalmente debido a su bajo costo y a sus
excelentes características de penetración. Una
desventaja, sin embargo, es que habrá más
salpicadura que puede requerir ser quitada,
reduciendo la productividad del soldador.
La versatilidad que ofrece este proceso
hizo que sea usado en muchas aplicaciones
industriales. GMAW puede ser usadaefectivamente para unir o cubrir muchos tipos de
metales ferrosos o no ferrosos. El uso de gas de
protección, en vez de un fundente, el cual puede
ser más contaminado, puede reducir la
posibilidad de introducir hidrógeno dentro de la
zona de soldadura, entonces GMAW puede ser
usado satisfactoriamente en situaciones donde la
presencia de hidrógeno puede causar problemas.
Debido a la ausencia de la capa de
escoria que debería ser quitada después de soldar,
La GMAW está bien situada para soldadura
automática y robotizada. Esta es una de lasmayores ventajas del proceso. Debido a que
apenas es necesaria o no es necesaria en absoluto
la limpieza luego de la soldadura, la
productividad global del proceso se ve altamente
incrementada. Esta eficiencia es incrementada en
mayor medida por el hecho que el rollo de
alambre continuo no requiere recambio tan
frecuente como los electrodos individuales de
SMAW. Todo esto incrementa la cantidad de
tiempo en que se puede realizar realmente la
soldadura.
Figura 3.14 – Modos de Transferencia del Metal; (a) Spray, (b) Globular, y (c) Corto
Circuito. (No se muestra arco pulsante)La principal ventaja de la GMAW son
las lbs/hr (kg/hr) de metal depositado que reduce
el costo de mano de obra. Otro beneficio de la
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa es que se trata de un proceso
relativamente limpio, principalmente debido a
que no hay fundente presente en el proceso. En
los locales con problemas de ventilación pueden
verse aliviados cambiando a soldadura por arco
con alambre y protección gaseosa donde se usaba
soldadura por arco con electrodo revestido o
soldadura por arco con alambre tubular, porque
se genera menor cantidad de humos. Con la
existencia de numerosos tipos de electrodos y
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equipos que se han transformado más portátiles,
se continúa mejorando la versatibilidad de la
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa. Un beneficio adicional se relaciona con
la visibilidad del proceso. Debido a que no hay
presencia de escoria, el soldador puede ver más
fácilmente la acción del arco y de la pileta líquida para mejorar el control.
Mientras que el uso de gas de
protección en lugar de fundente trae algunos
beneficios, puede ser también pensado como una
limitación, debido a que ésta es la principal forma
en que el metal fundido es protegido y limpiado
durante la soldadura. Si el metal base está
excesivamente contaminado, el gas de protección
sólo puede no ser suficiente para prevenir la
aparición de porosidad. GMAW es también muy
sensible a ráfagas o vientos, que tienden a desviar
el gas de protección fuera y dejar al metal sin protección. Por esta razón, soldadura por arco con
alambre y protección gaseosa no es recomendable
para soldadura de campo.
Es importante notar que el simple
incremento de la velocidad del flujo de gas de
protección más allá de los límites recomendados
no necesariamente garantiza que se proveerá una
protección adecuada. En efecto, las altas
velocidades de flujo causan turbulencia y pueden
tender a incrementar la posibilidad de porosidad
porque estas velocidades de flujo incrementadas
pueden en realidad llevar gases atmosféricosdentro de la zona de soldadura.
Otra desventaja es que el equipo
requerido es más complejo que los usados para
soldadura por arco con electrodo revestido. Esto
incrementa la posibilidad de problemas
mecánicos que causen problemas de calidad.
Cuestiones como guías de pistolas y conectores
de tubos desgastadas pueden alterar las
características eléctricas al punto de producir
soldaduras defectuosas.
Los principales problemas inherentes ya
fueron discutidos. Estos son, porosidad debido ala contaminación o pérdida de protección, fusión
incompleta debido al uso de transferencia en
corto circuito en secciones de gran espesor, e
inestabilidad del arco debido a guías y extremos
de conectores desgastados. A pesar de que tales
problemas pueden ser muy perjudiciales para la
calidad de la soldadura, pueden aliviarse si se
toman ciertas precauciones.
Para reducir la posibilidad de
porosidad, las partes deben ser limpiadas previo a
la soldadura, y la zona de soldadura debe
protejerse de un viento excesivo encerrándola o
usando rompevientos. Si la porosidad persiste,
debe controlarse el suministro de gas para
asegurar que no hay una excesiva presencia dehumedad.
El verdadero problema de GMAW es la
fusión incompleta, especialmente cuando se usa
transferencia en corto circuito. Esto se debe en
parte al hecho de que es un proceso de arco
abierto, dado que no utiliza fundente. Sin esta
capa de protección del arco, el incremento de la
intensidad del calor puede llevar al soldador a
creer que hay una tremenda cantidad de calor en
el metal base. Esta sensación puede ser errónea, y
el soldador debe estar al tanto de esta condición y
asegurar que el arco está siendo dirigido paragarantizar la fusión del metal base.
Figura 3.15 – Denominaciones de laPistola de Soldadura por Arco conAlambre y Protección Gaseosa
Finalmente, el equipo debe estar bien
mantenido para aliviar los problemas asociados
con la alimentación del alambre. Cada vez que se
reemplaza un rollo de alambre la guía debe ser
limpiada sopleteándola con aire comprimido para
quitar las partículas que pueden causar
obstrucciones. Si persiste el problema, la guía
debe reemplazarse. El tubo de contacto además,
debe reemplazarse periódicamente. Cuando se
desgasta, cambia el punto de contacto eléctrico de
manera que se incrementa la “extensión el
electrodo” sin que lo sepa el soldador. La
extensión del electrodo se toma también desde el
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tubo de contacto hasta el extremo del electrodo,
como se ilustra en la Figura 3.15.
Soldadura por arco con Alambre Tubular(FCAW)
El siguiente proceso a describir es la
soldadura por arco con alambre tubular. Este esmuy similar a la soldadura por arco con alambre
y protección gaseosa excepto que el electrodo es
tubular y contiene un fundente granular en vez de
un alambre sólido como en soldadura por arco
con alambre y protección gaseosa. La diferencia
puede notarse en la Figura 3.16 que muestra un
conjunto soldado mediante un proceso FCAW
auto protegido y una vista en detalle de la región
del arco durante la soldadura.
Se muestra al electrodo tubular que es
alimentado a través del tubo de contacto de la
pistola de soldadura, para producir un arco entreel electrodo y la pieza de trabajo. En tanto la
soldadura progresa, se deposita un cordón de
metal de soldadura. Cubriendo éste metal de
soldadura solidificado se encuentra una capa de
escoria, como el caso de la soldadura por arco
con electrodo revestido.
Con soldadura por arco con alambre
tubular, puede haber o no protección gaseosa,
dependiendo en que tipo de electrodo se use.
Algunos electrodos son designados como
proveyendo toda la protección necesaria del
fundente interno, y se los conoce como “auto protegidos”. Otros electrodos requieren
protección adicional de un gas de protección
adicional. Con FCAW, como con otros procesos,
hay un sistema de identificación para los distintos
tipos de electrodos de soldadura, ilustrado en la
Figura 3.17. Una revisión de los tipos de
electrodos muestra que las designaciones se
refieren a la polaridad, número de pasadas, y
posición de soldadura.
Una identificación comienza con una
“E”, la que expresa que es un electrodo. El primer
número se refiere a la mínima resistencia a latracción del metal de soldadura depositado en
diez mil libras por pulgadas cuadradas, de manera
que “7” significa que la resistencia a la tracción
del metal de soldadura es al menos 70000 psi. El
segundo dígito será tanto “0” o “1”. Un “0”
significa que el electrodo es adecuado para el uso
sólo en posición plana o filete horizontal,
mientras que un “1” describe un electrodo que
puede ser usado en cualquier posición. Siguiendo
a estos números está la letra “T”, que se refiere a
un electrodo tubular. A esto sigue un guión y
luego otro número que denota el grupo particular
basado en la composición química del metal de
soldadura, tipo de corriente, polaridad de la
operación, además si requiere protección gaseosa,y otras informaciones para la categoría.
Figura 3.16 – Soldadura por Arco conAlambre Tubular Autoprotegida
E X X T - X
Figura 3.17 - Sistema de Identificación deElectrodo FCAW
ELECTRODO POSICION
COMPOSICIÓN QUIMICACARACTERISTICAS DEOPERACIOON
RESISTENCIA A LATREACCIÓN
TUBULAR
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Figura 3.18 - Pistolas FCAW paraElectrodos con Protección Gaseosa(arriba) y Auto protegidos (abajo).
Con este sistema de identificación,
puede determinarse si una clasificación de
electrodo requiere o no gas de protección
auxiliar. Esto es importante para el inspector de
soldadura, debido a que la soldadura por arco conalambre tubular puede realizarse o no un gas de
protección externo. La Figura 3.18 muestra los
dos tipos de picos.
Algunos electrodos están formulados
para ser usados sin ningún gas de protección
adicional distinto al contenido dentro del
electrodo. Estos tienen los números 3, 4, 6, 7, 8,
10 y 11. Mientras que los electrodos que tienen
los sufijos 1, 2 y 5, requieren alguna protección
externa para ayudar en la protección del metal
fundido. Ambos tipos ofrecen ventajas,
dependiendo de la aplicación. Adicionalmente lossufijos G y GS se refieren a pasadas múltiples y
pasada única respectivamente.
Por ejemplo los autoprotegidos se
adecuan mejor para soldaduras de campo, donde
el viento puede tener como consecuencia una
pérdida de la protección gaseosa. Los electrodos
del tipo de los de protección gaseosa, son usados
cuando la necesidad de propiedades mejoradas
del metal de soldadura justifican el costo
adicional.
Los gases usados normalmente para
soldadura por arco con alambre tubular son CO2,o 75% Argón - 25 % CO2, pero se dispone de
otras combinaciones de gases.
El equipo utilizado para FCAW es
esencialmente idéntico a aquel de GMAW, como
se muestra en la Figura 3.19. Algunas diferencias
pueden ser pistolas con capacidad para corrientes
mayores y fuentes de potencia mayores, la
ausencia del equipo de gas para electrodos
autoprotegidos, rollos de alimentación de alambre
bobinado. Como GMAW, FCAW usa un
suministro de energía de voltaje constante y
corriente continua. Dependiendo del tipo de
electrodo, la operación puede ser, DCEP (1, 2, 3,
4, 5, 6 y 8) o DCEN (7).
El proceso de soldadura por arco conalambre tubular está ganando rápidamente
aceptación como una alternativa de proceso de
soldadura en algunas industrias. Sus
relativamente buenos resultados en superficies
contaminadas, y sus velocidades de deposición
incrementadas, ayudaron a la soldadura por arco
con alambre tubular a reemplazar a SMAW y a
GMAW en muchas aplicaciones. El proceso es
usado en muchas industrias donde los materiales
predominantes son ferrosos. Puede ser usado con
resultados satisfactorios tanto en aplicaciones de
taller como de campo. A pesar de que la mayor parte de los electrodos producidos son ferrosos
(tanto para aceros al carbono como inoxidables),
se consiguen también algunos no ferrosos.
Algunos del tipo de los de acero inoxidables usan
realmente una vaina de acero al carbono que
rodea el fundente interno que contiene los
elementos aleantes granulares tales como cromo y
níquel.
Figura 3.19 – Equipo de Soldadura porArco con Alambre Tubular conProtección Gaseosa
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Figura 3.19 (continuación) – Equipo deSoldadura por Arco con Alambre Tubularcon Protección Gaseosa
FCAW ganó una gran aceptación
debido a la gran cantidad de ventajas que ofrece.
Probablemente la ventaja más significativa es que
provee una alta productividad en términos de la
cantidad de metal de soldadura que puede ser
depositado en un período de tiempo dado. Es de
las más altas para un proceso manual. Esto se vefavorecido por el hecho que el electrodo viene en
rollos continuos lo cual incrementa el “tiempo de
arco”, como con soldadura por arco con alambre
y protección gaseosa. El proceso se caracteriza
también por un arco agresivo, de penetración
profunda, el cual tiende a reducir la posibilidad
de discontinuidades del tipo de los problemas de
fusión. Debido a que es usado normalmente como
un proceso semiautomático, la habilidad
requerida para la operación es algo menor que en
el caso de ser un proceso manual. Con la
presencia de fundente, tanto asistida por una
protección gaseosa o no, FCAW es capaz de
tolerar un mayor grado de contaminación del
metal base que en el caso de GMAW. Por esta
misma razón, FCAW se ubica bien para
situaciones de campo donde la pérdida del gas de
protección debido a los vientos afectaría
negativamente la calidad de GMAW.
Es importante notar que este proceso
tiene algunas limitaciones, las cuales el inspector
tiene que conocer. Primero, debido a que hay
presente un fundente, hay una capa de escoria
solidificada que se debe quitar previo a depositar
pasadas de soldadura adicionales o de que se
pueda realizar una inspección visual.Debido a la presencia de este
fundente, durante la soldadura se genera una
cantidad significativa de humo. Una exposición
prolongada en áreas no ventiladas puede provocar
un efecto nocivo a la salud del soldador. Este
humo también reduce la visibilidad al punto
donde puede hacer difícil manipular
apropiadamente el arco en la junta. A pesar de
que se dispone de sistemas extractores de humo,
tienden a aumentar el tamaño de la pistola, que
aumenta el peso y disminuye la visibilidad.
También puede perturbar la protección si se estáusando un gas protector.
A pesar de que FCAW se
considera como un proceso que genera humo, no
es tan malo como es SMAW, en función de la
cantidad de humo generado por la cantidad de
metal de soldadura depositado. El equipo
requerido para FCAW es más complejo que el
correspondiente a SMAW, entonces el costo
inicial y la posibilidad de problemas de
maquinaria pueden limitar su aceptabilidad para
algunas situaciones.
Como con cualquier proceso,FCAW tiene algunos problemas inherentes. El
primero tiene que ver con el fundente. Debido a
que no está presente, existe la posibilidad que en
la soldadura final, quede atrapada escoria solidificada. Esto puede deberse tanto a unalimpieza inadecuada entre pasadas o técnicainapropiada.
Con FCAW, es crítico que la velocidad
de avance sea suficientemente grande para
mantener el límite de avance, de la pileta líquida.
Cuando la velocidad de avance es
suficientemente lenta como para permitir que elarco vaya hacia el medio o a la parte de atrás de
la pileta líquida, la escoria fundida puede
adelantarse en la pileta y quedar atrapada. Otro
problema inherente involucra el aparato de
alimentación de alambre. Como en el caso de
GMAW, la falta de mantenimiento puede afectar
la calidad de la soldadura.
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Soldadura por Arco con Electrodo deTungsteno y Protección Gaseosa(GTAW).
El próximo proceso a ser discutido es la
soldadura por arco con electrodo de tungsteno y
protección gaseosa, que tiene varias diferencias
interesantes cuando se comparan con los aquellosdiscutidos anteriormente. La Figura 3.20 muestra
los elementos básicos del proceso.
La característica más importante de
GTAW es que el electrodo usado no se consume
durante la operación de soldadura. Está hecho
con tungsteno puro o aleado, que tiene la
capacidad de soportar temperaturas muy altas,
incluso aquellas del arco de soldadura. Por esto,
cuando pasa la corriente, se crea un arco entre el
electrodo de tungsteno y la pieza.
Cuando se requiere metal de aporte, se
debe agregar en forma externa, usualmentemanual, o usando algún sistema de alimentación
mecánica. La totalidad de la protección del arco y
del metal se alcanza a través del uso de gases
inertes que fluyen fuera de la buza rodeando al
electrodo de tungsteno. El cordón de soldadura
depositado no tiene escoria que quitar debido a
que no se usa fundente.
Como con los otros procesos, hay un
sistema donde distintos tipos de electrodos de
tungsteno pueden identificarse fácilmente. Las
denominaciones consisten en una serie de letras
comenzando con una “E” que se pone porelectrodo. Luego viene una “W" que es la
designación química para el tungsteno. Estas
letras están seguidas por letras y números que
describen el tipo de aleación. Debido a que sólo
hay cinco clasificaciones diferentes, se
diferencian comúnmente usando un sistema de
códigos de colores. La tabla de abajo muestra las
clasificaciones y el código de colores apropiado.
Figura 3.20 – Soldadura por Arco conElectrodo de Tungsteno y ProtecciónGaseosa
La presencia de torio y circonio ayuda
en mejorar las características eléctricas, haciendo
al tungsteno ligeramente más emisor. Estosignifica únicamente que es más fácil iniciar el
arco con estos electrodos con torio y circonio que
en los casos de electrodos de tungsteno puro. El
tungsteno puro es más frecuentemente usado para
soldar aluminio, debido a su habilidad para
formar una terminación con forma esférica en el
extremo cuando es calentado. Con una
terminación esférica en lugar de aguda, hay una
concentración más baja de corriente que reduce la
posibilidad de dañar el tungsteno. El tipo EWTh-
2 es el más comúnmente usado para la unión de
materiales ferrosos.Clasificación de Electrodo de Tungsteno AWS
Clase Aleante ColorEWP Tungsteno Puro VerdeEWCe-2 1.8-2.2 %cerio NarangaEWLa-1 1% óxido de lantano NegroEWTh-1 0.8-1.2% torio AmarilloEWTh-2 1.7-2.2% torio RojoEWZr 0.15-0.40%circonio Marrón
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El GTAW puede realizase con DCEP,
DCEN o AC. La DCEP dará un mayor
calentamiento del electrodo, mientras que DCEN
tenderá a calentar más el metal base. La AC
calienta alternativamente el electrodo y el metal
base. La AC se usa típicamente para soldar
aluminio debido a que la corriente alternaincrementará la acción de limpieza para mejorar
la calidad de la soldadura. La DCEN se usa más
comúnmente para soldar aceros. La Figura 3.21
ilustra los efectos de esos tipos de corriente
distintos y la polaridad en términos de la
capacidad de penetración, acción de limpieza de
óxido, balance térmico del arco, y capacidad de
portar corriente del electrodo.
Como se mencionó, GTAW usa gases
inertes para la protección. Por inerte, queremos
decir que los gases no se combinaran con el
metal, pero lo protegerá de contaminantes. Losgases inertes más comúnmente utilizados son el
argón y el Helio, basado en sus costos relativos y
disponibilidad comparado con otros tipos de
gases inertes. Algunas aplicaciones de soldadura
de aceros inoxidables mecanizados usan gas
protector que consiste en argón y una pequeña
cantidad de hidrógeno, pero representa una
mínima porción de la soldadura por arco con
electrodo de tungsteno y protección gaseosa
realizada.
El equipo requerido para GTAW tiene
como elemento principal una fuente de potencia
como la utilizada para SMAW, esto es, del tipode corriente constante. Debido a que hay un gas
presente, ahora es muy necesario tener un aparato
para su control y transmisión. La Figura 3.22
muestra una configuración típica de soldadura
por arco con electrodo de tungsteno y protección
gaseosa.
Una característica agregada a este
sistema de soldadura, que no se muestra, es un
generador de alta frecuencia que ayuda a la
iniciación del arco de soldadura. En orden a
alterar el calentamiento durante la operación de
soldadura, también se le puede fijar un sistema decontrol de corriente remoto. Puede ser operado
mediante el pie, o controlado por algún
dispositivo fijado en la misma torcha. Esto es
particularmente útil para soldar poco espesor o
juntas en tubos con abertura de raíz, donde se
necesita un control instantáneo.CORRIENTE-TIPO DC DC AC (Balanceada)POLARIDAD DELELECTRODO
Negativa Positiva
FLUJO DE LOS ELECTRONESE IONES
CARACTERISTICAS DEPENETRACION
ACCION DE LIMPIEZA DEOXIDO
NO SI SI – Una vez cada medio ciclo
CALENTAMIENTOBALANCEADO EN EL ARCO
70% En el extremo de lapieza30% En el extremo delelectrodo
30% En el extremo de la pieza70% En el extremo delelectrodo
50% En el extremo de la pieza50% En el extremo delelectrodo
PENETRACION Profunda, Estrecha Poco profunda mediaCAPACIDAD DEL
ELECTRODO
Excelente
(e.g., 3.18 mm [1/8 in.]-400ª)
Pobre
(e.g. 6.35 mm[1/4 in.]-120ª)
Buena
(e.g. 3.18 mm [1/8 in.]-225ª)
Figura 3.21 – Efecto del Tipo de Corriente de Soldadura en la Penetración de la Soldadurapor Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa
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Figura 3.22 – Equipo de Soldadura porArco con Electrodo de Tungsteno yProtección Gaseosa
Hay numerosas aplicaciones de GTAW
en muchas industrias. Puede ser operado con el
pie, o controlado por algún dispositivo montado
en la misma torcha. Este es capaz de soldar
virtualmente todos los materiales, porque el
electrodo no se funde durante la operación de
soldadura. Su capacidad de soldar con corrientesextremadamente bajas, hace del proceso de
soldadura por arco con electrodo de tungsteno y
protección gaseosa adecuado para el uso con los
materiales más delgados (hasta 0.005 in., o
0,0127 mm). Su operación típicamente limpia y
controlable lo hace la opción perfecta para
aplicaciones extremadamente críticas tales como
aquellas encontradas en la industria aerospacial,
alimentos, procesamiento de drogas,
petroquímicas, cañerías de presión.
La principal ventaja de GTAW se basa en
el hecho que pueden producir soldaduras deexcelente calidad y excelente apariencia visual.
También, debido a que no se usa fundente, el
proceso es muy limpio y no hay que remover
escoria luego de la soldadura. Como se mencionó
antes, pueden soldarse secciones de muy bajo
espesor. Debido a la naturaleza de su operación,
es adecuado para soldar la mayoría de los
metales, muchos de los cuales no son fácilmente
soldables usando otros procesos de soldadura. Si
lo permite el diseño de la junta, se pueden soldar
los materiales sin uso de metal de aporte
adicional.
Cuando se requiere, existen numerosos
tipos de metal de aporte en forma de alambre paraun amplio rango de aleaciones metálicas. En el
caso donde no se encuentre alambre disponible
comercialmente para una aleación metálica
particular, es posible producir un metal de aporte
adecuado simplemente cortando una pieza
idéntica al metal base para producir una pieza
delgada y puede ser manipulado dentro de la zona
de soldadura como si fuera un alambre.
Contrastando con dichas ventajas hay
varias desventajas. Primero, GTAW está entre los
procesos de soldadura más lentos disponibles.
Mientras que produce un depósito de soldaduralimpio, también se caracteriza por tener baja
tolerancia a la contaminación. Por esto, los
metales de aporte y base, deben estar
extremadamente limpios previo a la soldadura.
Cuando se usan procesos manuales, la soldadura
por arco con electrodo de tungsteno y protección
gaseosa requiere alto nivel de habilidad; el
soldador debe coordinar el arco con una mano
mientras que alimenta el metal de aporte con la
otra. GTAW se selecciona normalmente en
situaciones donde la necesidad de muy alta
calidad garantiza el costo adicional de superardichas limitaciones.
Uno de los problemas inherentes
asociados con este método tiene relación con la
incapacidad de tolerar contaminación. Si se
encuentra contaminación o humedad, tanto del
metal base, metal de aporte o gas de protección,
el resultado puede ser porosidad en la soldadura
depositada. Cuando se nota porosidad, esto es
signo que el proceso está fuera de control y se
necesitan medidas preventivas. Deben hacerse
verificaciones para determinar la fuente de la
contaminación para poder eliminarla.Otro problema inherente que está
totalmente confinado al proceso de GTAW es el
de las inclusiones de tungsteno. Como el nombre
lo implica, estas discontinuidades ocurren cuando
partes del electrodo de tungsteno se incluyen en
el depósito de soldadura. Las inclusiones de
tungsteno pueden ocurrir debido a un número de
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razones, y muchas están enumeradas en la
siguiente tabla.
Razones para las Inclusiones de Tungsteno.
1) Contacto de la punta del electrodo con
metal fundido2) Contacto de metal de aporte con la punta
caliente del electrodo;3) Contaminación de la punta del electrodo
con salpicaduras;4) La corriente que excede el límite para un
dado diámetro o tipo de electrodo;5) Extensión de los electrodo más allá de
las distancias normales de la boquilla,resultando en un sobrecalentamiento delelectrodo;
6) Ajuste inadecuado de la boquilla;
7) Velocidades inadecuadas de flujo de gasde protección o excesivas ráfagas deviento que hacen oxidar la punta delelectrodo;
8) Defectos tales como rajaduras o fisurasen el electrodo;
9) Usando gases de proteccióninadecuados; y
10) Amolado inapropiado de la punta.
Soldadura por Arco Sumergido (SAW)
El último de los procesos de soldaduramás comunes a ser discutidos es la soldadura por
arco sumergido. Este método es típicamente el
más eficiente mencionado por lejos en términos
de la relación de deposición de metal de
soldadura. SAW se caracteriza por el uso de una
alimentación continua de alambre sólido que
provee un arco que está totalmente cubierto por
una capa de fundente granular; de aquí el nombre
de arco “sumergido”. La Figura 3.23 muestra
como se produce una soldadura usando dicho
proceso.
Como se mencionó, el alambre sealimenta dentro de la zona de soldadura en forma
bastante parecida a soldadura por arco con
alambre y protección gaseosa o soldadura por
arco con alambre tubular. La mayor diferencia,
sin embargo, es el método de protección. Con
soldadura por arco sumergido, se distribuye
fundente granular adelante o alrededor del
electrodo para facilitar la protección del metal
fundido. En la medida que progresa la soldadura,
hay una capa de escoria formada, agregado al
cordón de soldadura, y fundente todavía granular
que cubre el metal de soldadura solidificado. Se
debe quitar la escoria y usualmente se descarta, a
pesar que hay algunas técnicas de recombinación
de una porción de aquella con nuevo fundente para ser usada nuevamente en algunas
aplicaciones. El fundente que todavía es granular
puede ser usado nuevamente si se tiene cuidado
de evitar la contaminación. En algunos casos
donde el fundente debe proveer aleantes, puede
no ser aconsejable el reciclado.
Debido a que SAW usa el electrodo y el
fundente separados, hay numerosas
combinaciones posibles para aplicaciones
específicas. Hay dos tipos generales de
combinaciones que pueden usarse para proveer
un depósito de soldadura aleado; un electrodoaleado con fundente neutro, o un electrodo de
acero dulce con un fundente aleante. Por esto
para describir apropiadamente el metal de aporte
de SAW, el sistema de identificación de AWS
consiste en denominaciones tanto para fundente
como para metales. La Figura 3.24 muestra que
significan realmente las distintas partes de la
clasificación electrodo / fundente, con un ejemplo
real.
El equipo usado para soldadura por arco
sumergido consiste en distintos componentes,
como se muestra en la Figura 3.25. Debido a queeste proceso puede utilizarse totalmente
mecanizado o método semiautomático, el equipo
usado para cada uno es ligeramente diferente. En
cada caso, sin embargo, se requiere una fuente de
potencia. A pesar que la mayor parte de la
soldadura por arco sumergido se realiza con una
fuente de potencia de tensión constante, hay
algunas aplicaciones donde se prefiere una de
tipo de corriente constante. Como en el caso de la
soldadura por arco con alambre tubular, un
alimentador de alambre fuerza al alambre a través
del cable guía hasta la torcha de soldadura.
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Figura 3.23 – Soldadura por arcosumergido
Indica fundenteIndica la resistencia mínima a la tracción (por 69 MPa (10000psi) de metal de soldadurade acuerdo con las condiciones de soldadura, y usando el fundente que se clasificó y laclasificación específica de electrodo indicada
Designa la condición de tratamiento térmico en la que se realiza el ensayo: • A• para elcaso sin tratamiento y •P• para tratamiento térmico posterior a la soldadura. El tiempoy temperatura del PWHT son de acuerdo a lo especificado.
Indica la menor temperatura a la cual la resistencia al impacto del metal desoldadura referido arriba alcanza o excede los 27J (20 ft • lb).
E indica un electrodo sólido; EC indica un electrodo de material compuesto
FXXX - EXXX
Clasificación del electrodo usado para producir la soldadura referida arriba.
F7A6-EM12K es una designación completa. Se refiere a un fundente que producirá un metal de soldadura con, en una condiciónsin tratamiento térmico posterior a la soldadura, tendrá una resistencia a la tracción no menor a 480 MPa (70000 psi) y unaresistencia al impacto de Charpy con entallas en V de al menos 27J (20 ft • lb). a –51°C (-60°F) cuando se produce con unelectrodo EM12K bajo las condiciones citadas en la especificación
F7A4-EC1 es una designación completa para un fundente cuando se usa el nombre comercial del electrodo en la clasificación.Se refiere a un fundente que producirá el metal de soldadura con tal electrodo, el que en la condición sin tratamiento posterior desoldadura, tendrá una resistencia a la tracción no menor que 480MPa (70000psi) y una resistencia al impacto de Charpy conentallas en V de al menos 27J (20 ft • lb). a –40°C (-40°F) bajo las condiciones citadas en la especificación
Figura 3.24 Sistema de Identificación de los Electrodos SAW
Figura 3.25 Equipo de Soldadura por Arco Sumergido
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En los sistemas mecánicos se debe mover
el fundente a la zona de soldadura. El fundente
generalmente se ubica en una tolva arriba del
cabezal de soldadura y se alimenta por gravedad,
de manera que se distribuye tanto ligeramente
adelante del arco o alrededor del arco desde un
pico que rodea la punta de contacto. En el caso desoldadura por arco sumergido semiautomática, se
fuerza al fundente dentro de la pistola usando aire
comprimido que ‘fluidiza’ el fundente granular,
haciendo que fluya con facilidad, o hay una tolva
conectada directamente a la empuñadura de la
pistola.
Otra variante del equipo es la posibilidad
de corriente alterna o continua de cualquier
polaridad. El tipo de corriente de soldadura
afectará tanto a la penetración como al contorno
del cordón de soldadura. Para algunas
aplicaciones, pueden usarse electrodos múltiples.Los electrodos pueden energizarse por una sola
fuente de potencia, o pueden ser necesarias varias
fuentes de potencia. El uso de electrodos
múltiples proveen aún mayor versatilidad al
proceso.
El proceso de soldadura por arco con
electrodo revestido se encontró aceptable en
muchas industrias, y se puede realizar en muchos
metales. Debido a la alta relación de deposición,
se mostró muy efectivo para recubrimiento o
revestimiento de superficie del material. En
situaciones donde la superficie necesita mejorarla resistencia a la corrosión o al desgaste, es más
económico cubrir un metal base susceptible con
una capa de soldadura resistente. Si se puede
automatizar esta operación, la soldadura por arco
sumergido es una posibilidad excelente.
Probablemente la mayor ventaja de SAW
es su alta relación de deposición. Normalmente
puede depositar metal de soldadura más
eficientemente que cualquier otro proceso común.
El proceso de soldadura por arco sumergido tiene
gran atractivo para el operador, primero porque
debido a la falta de arco visible permite aloperador controlar la soldadura sin la necesidad
de lentes filtrantes y otra ropa de protección
pesada. Otra característica beneficiosa es que
genera menos humos que algunos de los otros
procesos. Otra característica de este proceso que
lo hace deseable para muchas aplicaciones es su
capacidad de penetrar profundamente.
La mayor limitación de SAW es que sólo
se puede realizar en una posición donde el
fundente pueda mantenerse en la junta. Cuando
se suelda en una posición distinta de la bajo mano
normalmente usada, se requiere algún dispositivo para mantener el fundente en su lugar para que se
pueda realizar el trabajo. Otra desventaja es,
como en otros procesos automatizado, puede
existir la necesidad de equipamiento para
posicionar y presentar. Como en otros procesos
que utilizan fundente, las soldaduras terminadas
tendrán una capa de escoria solidificada que debe
ser quitada.
Si los parámetros de soldadura son
inapropiados, los contornos de la soldadura serán
tales que ese trabajo de remoción de la escoria
aún es más dificultoso. La última desventaja serelaciona con el fundente que cubre el arco
durante la soldadura. Mientras que hace un buen
trabajo protegiendo al soldador de los efectos del
arco, también impide al soldador ver exactamente
donde se posiciona el arco con respecto a la junta.
Con un ajuste automatizado, es aconsejable
realizar la longitud total de la junta sin una
verificación de la alineación del fundente o del
arco. Si el arco no es dirigido adecuadamente,
puede haber fusión incompleta.
Hay algunos problemas inherentes a la
SAW. El primero tiene que ver con el fundentegranular. Igual que los electrodos de bajo
hidrógeno para SMAW, es necesario proteger el
fundente de soldadura por arco sumergido de la
humedad. Puede ser necesario almacenar el
fundente en contenedores calentados antes de su
uso. Si el fundente se humedece, puede aparecer
porosidad y fisuración en frío.
Otro problema característico de SAW es
la fisuración por solidificación. Esto ocurre
cuando las condiciones de soldadura proveen un
cordón de soldadura que tiene una relación ancho
profundidad extrema. Esto es si el ancho delcordón es mucho mayor que su profundidad o
viceversa, pude aparecer una fisuración por
contracciones en la línea de centros durante la
solidificación. La Figura 3.26 muestra algunas
condiciones que pueden causar las fisuras.
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Figura 3.26 – Fisura de Solidificación debido al Perfil de la Soldadura
Soldadura por Plasma (PAW) El siguiente proceso a discutir es el de
desoldadura por plasma. Un plasma es definido
como un gas ionizado. Con cualquier proceso que
usa un arco, se crea plasma. Sin embargo, (PAW)
es así llamado debido a la intensidad de esta
región de plasma. A primera vista puede ser
fácilmente confundido con GTAW porque elequipo requerido es muy parecido. En la Figura
3.27 se muestra una configuración típica.
Ambos GTAW y PAW usan el mismo
tipo de fuente de potencia. Sin embargo, si
observamos atentamente la torcha en si misma, la
diferencia se torna más obvia. La Figura 3.28
muestra una comparación gráfica de los dos tipos
de torchas de soldadura y la diferencia resultante
en la cantidad de calentamiento, y debido a esto
de penetración, que ocurrirá.
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Figura 3.27 - Soldadura por Plasma
Figura 3.28 - Comparación de las Torchasde GTAW y PAW.
Tanto para PAW como GTAW se usa
electrodo de tungsteno para la creación del arco.
Sin embargo, con la torcha de PAW, hay un
orificio de cobre dentro de la buza cerámica. Hay
un gas de “plasma” de alta velocidad el que es
forzado a través de dicho orificio y pasa el arco
de soldadura dando como resultado una
constricción de este arco.
Esta constricción, o estrechamiento, del
arco hace que este sea más concentrado, y
entonces más intenso. Una forma de ilustrar la
diferencia en la intensidad del arco entre GMAW
y PAW sería usar la analogía de un pico ajustable
de una manguera. El arco de GTAW sería
comparable a una forma de llovizna tranquila,
mientras el arco de PAW se comportaría más
como una forma que provee un vapor de agua
concentrado teniendo una fuerza mayor.
Hay dos categorías de operación de arco
por plasma, el arco transferido y no transferido.
Son mostrados en la Figura 3.29.
Con el arco transferido, el arco es
creado entre el electrodo de tungsteno y la pieza
de trabajo. El arco no transferido, por otra parte,
ocurre entre el arco y el orificio de cobre. El arco
transferido es usado generalmente tanto para
soldadura como para corte de materiales
conductivos, porque tiene una mayor cantidad de
calor aportado a la pieza de trabajo. El arco no
transferido se prefiere para el corte de materiales
no conductivos y para soldadura de los materiales
cuando la cantidad de calor de la pieza de trabajo
debe ser minimizado.
Las similitudes entre GTAW y PAW se
extiende también a los equipos. Las fuentes de potencia son idénticas en la mayoría de los
aspectos. Sin embargo, como se muestra en la
Figura
