UNIDAD V PROCESO GTAW DESCRIPCIÓN DEL … soldar metales anticorrosivos y otros metales dificiles...

Lic. Ossualdo Ramos Jiménez 1

UNIDAD V

• PROCESO GTAW

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Y PARTES PRINCIPALES DEL EQUIPO

APLICACIÓN INDUSTRIAL Y VARIABLES DEL PROCESO

TIPO DE MATERIAL DE APORTE



La soldadura GTAW (gas tugsten arc welding) o Soldadura TIG (tungsten inert gas) es tambien conocida como soldadura Heliarc, es un proceso en el que se usa un electrodo no comsumible de tungsteno solido, el electrodo, el arco y el area al rededor de la soldadura fundida son protegidas de la atmosfera por un escudo de gas inerte, si algun metal de aporte es necesario es agregado a la soldadura desde el frente del borde de la soldadura que se va formando. La Soldadura TIG fue desarrollada inicialmente con el proposito de soldar metales anticorrosivos y otros metales dificiles de soldar, no obstante al pasar del tiempo, su aplicacion se ha expandido incluiyendo tanto soldaduras como revestimientos endurecedores (hardfacing) en practicamente todos los metales usados comercialmente

En cualquier tipo de proceso de soldadura la mejor soldadura, que se puede obtener, es aquella donde la soldadura y el metal base comparten las mismas propiedades quimicas, metalurgicas y fisicas, para lograr esas condiciones la soldadura fundida debe estar protegida de la atmosfera durante la operacion de la soldadura, de otra forma, el oxigeno y el nitrogeno de la atmosfera se combinarian, literalmente, con el metal fundido resultando en una soldadura debil y con porosidad. En la soldadura TIG la zona de soldadura es resguardada de la atmosfera por un gas inerte que es alimentado a travez de la antorcha, Argon y Helio pueden ser usados con exito en este proceso, el Argon es mayormente utilizado por su gran versatilidad en la aplicacion exitosa de una gran variedad de metales, ademas de su alto rendimiento permitiendo soldaduras con un bajo flujo para ejecutar al proceso. El Helio genera un arco mas caliente, permitiendo una elevacion del voltaje en el arco del 5060%. Este calor extra es util especialmente cuando la soldadura es eaplicada en secciones muy pesadas. La mezcla de estos dos gases es posible y se usa para aprovechar los beneficios de ambos, pero la seleccion de el gas o mezcla de gases dependera de los materiales a soldar.

Dado que la atmosfera esta aislada 100% de el area de soldadura y un control muy fino y preciso de la aplicacion de calor, las soldaduras TIG, son mas fuertes, mas ductiles y mas resistentes a la corrosion que las soldaduras hechas con el proceso ordinario de arco manual (electrodo cubierto). Ademas de el hecho de que no se necesita ningun fundente, hace este tipo de soldaduras aplicable a una amplia gama de diferentes procedimientos de union de metales.

Es imposible que ocurra una corrosion debido a restos de fundente atrapados en la soldadura y los procedimientos de limpieza en la postsoldadura son eliminados, el proceso entero se ejecuta sin salpicaduras o chispas, la soldadura de fusion puede ser ejecutada en casi todos los metales usados industrialmente, incluyendo las aleaciones de


Aluminio, Acero Inoxidable, aleaciones de Magnesio, Nickel y las aleaciones con base de Nickel, Cobre, CobreSilicon, CobreNickel, Plata, Bronze fosforico, las aleaciones de acero de alto carbon y bajo carbon, Hierro Colado (cast iron) y otros. El proceso tambien es ampliamente conocido por su versatilidad para soldar materiales no similares y aplicar capas de endurecimiento de diferentes materiales al acero.

La fuente de poder para TIG puede ser AC o DC , sin embargo, algunas caracteristicas sobresalientes obtenidas con cada tipo, hacen a cada tipo de corriente mejor adaptable para ciertas aplicaciones especificas.

Las siguientes son unas referencias utiles al momento de efectuar los ajustes iniciales de los sistemas aplicados.

EQUIPO BÁSICO

El equipo básico para la soldadura GT A W es: 1. Una máquina para soldar con arco y sus cables. 2. Un suministro de gas inerte con mangueras, regula dores, etc.

3. Un suministro de agua (para algunos tipos de sopletes). 4. Un soplete en el cual se conecta todo lo anterior y que sirve también como portaelectrodo y mango. Puede tener también un interruptor para controlar todos los sistemas conectados en el mango del soplete. En las figuras 162 y 163 se muestra el equipo básico para GTAW.


A. Lado izquierdo

B. Lado derecho


Cortesía de Hobart Brothers Company

Figura 163 Componentes internos de una máquina para GTAW

LA MÁQUINA PARA SOLDAR

Para SMA W, el tipo de corriente o polaridad que se utilicen dependen del recubrimiento del electrodo. Para GT A W la corriente o la polaridad se determinan según el metal que se va a soldar, se pueden utilizar ca,ccpd o ccpi. Las máquinas para soldar con GT A W tienen características exclusivas, pero también se pueden emplear, por ejemplo, para SMA W. Las máquinas para GT A W están equipadas con: 1. Una unidad de alta frecuencia (AF) que háce que salte una chispa desde el electrodo al metal que se va a soldar. Con esta unidad, se puede formar el arco sin tener que tocar el metal con el electrodo. 2. La máquina incluye un sistema de control para accionar las válvulas para gas y agua. 3. Sólo algunas máquinas tienen un control remoto accionado con interruptores de pedal o de mano. 4. Otro equipo opcional es un interruptor de contacto, que cierra las válvulas para gas yagua en un determinado momento después de terminar la soldadura.

En la soldadura con corriente continua, aunque 70070 de calor está e_ la terminal positiva y 30070 en la negativa, se observaron los resultados ilustrados en la figura 164. Con los mismos 125 amperes para ccpi y ccpd, los electrones fluyeron al metal base y concentraron en él 70% del calor. Con ccpi 70% del calor se concentra en el electrodo. Esto significa que con ccpd se puede utilizar un electrodo más pequeño para el mismo amperaje. Con ello se logró mayor penétración y un arco más estable para la soldadura (Fig. 165). Sin embargo, la cc con polaridad directa no tiene la capacidad para penetrar la película de óxido que se forma en algunos metales, por ejemplo el aluminio. La corriente alterna (ca) tiene


capacidad para penetrar en la película de óxido, pero como el arco se extingue cada medio ciclo (entre las mitades positiva y negativa del ciclo de la corriente), se la consideró inadecuada. Sin embargo, se solucionó este problema al superponer una corriente de alta frecuencia a través del arco. Esta corriente superpuesta se llama ca de alta frecuencia (AF) y mantuvo el arco durante el punto de cero del ciclo de ca y suministró una trayectoria para la ca.

La corriente alterna de alta frecuencia (CA AF) se utiliza para metales que tienen una película de óxido en la superficie; se utiliza cc de polaridad directa en metales que no requieren la limpieza de la película de óxido, por ejemplo, acero, cobre y acero inoxidable. La unidad de alta frecuencia también impide la contaminación del electrodo de tungsteno, porque la chispa que salta a través del arco permite formarlo sin que el electrodo toque el metal base. En la tabla 161 se muestran los diferentes metales y fuentes de potencia que se deben

emplear para soldarlos con GTAW.

TABLA 1 6 1 METALES y FUENTES DE POTENCIA PARA GT AW

Metal Fuente de potencia Aluminio ca de AF (ccpi) Latón y sus aleaciones ccpd (ca de AF) Cobre y sus aleaciones ccpd Acero al bajo carbono ccpd (ca de AF) Acero inoxidable ccpd (ca de AF)


La corriente que aparece entre paréntesis es opcional p.ara ese metal.

GASES PROTECTORES

Los dos gases inertes con uso más extenso en la GT A W, son el argón y el helio. Inerte significa simplemente que un gas u otro elemento no reaccionan ni se combina con otros elementos. El propósito del gas es proteger la soldadura y el electrodo contra la contaminación por la atmósfera ambiente. Se recomienda el argón para la soldadura GTA W manual porque se necesitan 2.5 veces más de helio para producir los mismos efectos que el argón. Sin embargo, se prefiere el helio para la soldadura GT A W automática y semiautomática porque produce un arco más caliente y de mayor penetración. Algunos fabricantes han experimentado con mezclas de argón y helio con.:excelentes

resultados. Para la soldadura de aluminio y sus aleaciones, la mezcla de argón y helio permitirá mayores velocidades y más penetración de la soldadura que el argón por sí solo. De todos modos, se tienen las principales ventajas de éste, con mayor facilidad para formar el arco, mejor acción de limpieza y menor consumo de gas. En fechas recientes, se han te nido buenos resultados con adiciones de hidrógeno y nitrógeno al argón para soldar los aceros inoxidables, pues evitan la decoloración del cordón en el metal. El argón, mucho más denso que el helio, da mejor protección cuando se suelda hacia abajo. El helio dará mejor protección para soldadura en posiciones incómodas (en especial sobre la cabeza) porque no es tan denso. Aunque con el helio se pueden lograr un arco más caliente y mejor penetración, es probable que se produzca deformación del metal base si se utilizan secciones delgadas. Por tanto, en las industrias, se utiliza el argón para secciones de metal delgadas. Siempre hay excepciones a esta regla, pero en general, los gases recomendados para GT A W se presentan en la tabla 162.

TABLA 1 6 2 METALES y GASES PARA GTAW

Metal Gas Aluminio Argón Latón y sus aleaciones Helio o argón Cobre y sus aleaciones de

menos de 3 mm (1 J8 in) Argón Cobre y sus aleaciones de más de 3 mm (1/8 in) Helio

Acero al bajo carbono Argón Acero inoxidable Argón

REGULADORES, MEDIDORES DE VOLUMEN (“FLOWMETERS”), SOPLETES y SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

REGULADORES y MEDIDORES DE VOLUMEN


El control exacto del volumen o circulación de gas es de máxima importancia en la soldadura GT A W. Los reguladores combinados para argón y helio están calibrados en litros por hora. Cuando es deseable determinar el volu

men de gas durante la soldadura, se utiliza un medidor de volumen (flowmeter) con el regulador. El medidor de volumen consiste en un tubo de vidrio graduado en litros por hora y una bola o esfera pequeña dentro del tubo (Fig. 166). Cuando se gradúa la presión del gas en el regulador, pasa una corriente de gas por el medidor de volumen y levanta la esfera hasta la presión exacta que llega al soplete. El regulador y medidor es similar al tipo utilizado para la soldadura de oxiacetileno. Un

manómetro indica la presión en el cilindro; el otro indicador registra el paso de gas a un volumen constante en litros por hora. Se utilizan un cuadrante calibrado y una aguja, en vez del sistema de esfera del medidor de volumen (Fig. 167).

FLOWMETER

Cortesía de Unían Carbide Canada Limited

Figura 166 Medidor de volumen ("flowmeter")


Cortesía de Unjan Carbide Canada Limited

Figura 167 Manómetro y regulador

EL SOPLETE PARA GTAW

Como el proceso básico GT A W es de soldadura de arco, es interesante mencionar que el primer soplete para GT A W era un portaelectrodo normal, que llevaba además un electrodo de tungsteno y un tubo de cobre para el suministro del gas inerte. El soplete GT A W actual consta de un mango, un conjunto de collar para el electrodo y

una boquilla o tobera (Fig. 168).


Collar

El collar está disponible en diámetros de acuerdo con los de los electrodos. Su finalidad principal es alojar, fijar el electrodo y permitir el paso de la corriente para soldar. La tapa del collar protege al electrodo contra daños o contaminación y se hace en tamaños adecuados a la longitud del electrodo (Fig. 169).

Boquillas (toberas)

Las boquillas (toberas) para la soldadura GT A W son de dos tipos generales: cerámica y metal. Las boquillas de cerámica se utilizan con sopletes enfriados por aire; las de metal, con soplete enfriados por agua. El propósito principal de la b<?quilla es proteger el electrodo y dirigir el gas protector (Fig. 1610).


SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

Se utilizan dos sistemas de enfriamiento en los sopletes para GTAW:

l. Cuando se utilizan amperajes menores de 150 A, se emplean sopletes enfriados por el aire circundante. 2. Cuando se utilizan amperajes mayores de 150 A en la soldadura GT A W, el soplete tiene enfriamiento por agua. Cuando se utiliza soplete enfriado por agua, las mangueras o tubos para agua se conectan a una llave de toma y el retorno se envía al drenaje. Si no es posible, se puede utilizar un tanque para enfriamiento en el cual se recircula el agua (Fig. 1611).

Figura 1611 Sistema de enfriamiento


VENTAJAS DE LA SOLDADURA GTAW

• Con GT A W, el metal fundido tiene máxima protección contra la contaminación por la atmósfera circundante.

• Debido a que no se utiliza fundente, no hay riesgo de inclusiones en la soldadura. Además, no habrá necesidad de eliminar los residuos de fundente.

• La GT A W bien hecha permite soldaduras muy tersas, por lo cual este proceso es adecuado para recipientes de alimentos o medicamentos, en donde los residuos de material orgánico en descomposición que se guardan en las irregularidades podrían tener serias consecuencias.

• Como no hay salpicaduras de soldadura, se reduce mucho el tiempo para la limpieza. • En comparación con la soldadura de oxiacetileno, la GT A W se puede trabajar a


velocidades más altas y con menos deformación.

TABLA 164 CARACTERISTICAS DE LOS ARCOS PARA SOLDADURA GTAW

Características Fuentes de potencia para GTAW del arco ca alta frecuencia o ca equilibrada cc con polaridad directa cc, inversa

Formación y Con alta frecuencia, el arco se forma El arco caliente forma el Igual que con ca,

operación del sin tocar el metal de trabajo. charco de inmediato. Formar pero hay que

arco Formado en el bloque para arranque;

el arco en el metal de trabajo tocar el metal de

cuando el electrodo esté bien caliente, dentro de la anchura de la trabajo con el

volver a formar el arco en la unión. soldadura para no dejar electrodo.

Esto reduce la inclusión de tungsteno

marcas en el metal. A veces

al comienzo de la soldadura. Mantener son deseables placas contra

en el punto inicial hasta que se escurrimiento o para formar

establece el charco de soldadura. el arco. Se recomienda el Agregar metal de relleno en el borde uso de alta frecuencia para

delantero del charco, pero en un lado formar el arco.

de la línea de centro. Estabilidad Arco suave; no hay traqueteo ni Estable en helio. Estable en

chasquidos (argón). argón.

Inesta bilidad; Los óxidos resultantes del contacto Igual que con ca. Igual que con ea.

contaminación del electrodo caliente con el aire o

del electrodo 'del contacto con los óxidos o el metal en el charco, producen inestabilidad del arco. Afilar o cortar la punta o reemplazar el electrodo.

Electrodo Puede producir arco inestable y Igual que con ca. Igual que con ea.

demasiado anchura excesiva del cordón. Usar el

grande electrodo más pequeño que pueda conducir la corriente.


Longitud excesiva El resultado es arco inestable; Igual que con ea. Igual que con ca.

del arco reducir la longitud del arco. Uniones estrechas Pueden ocasionar que el arco salte

de un lado a otro. Ensanchar las ranuras cuando sea posible o poner el electrodo más cerca del metal detrabajo.

Longitud Mantener un arco corto (más o Corto, de unos 1.5 mm. Una longitud de menos igual al diámetro del electrodo, 5mma6mm.

, o sea, unos 3 mm). Si el arco es muy

largo no habrá penetración completa hasta la raíz, en particular en soldaduras de filete; también hay posibilidad de socavado; anchura excesiva del cordón, y contorno deficiente de la soldadura.

Extinción Reducir gradualmente la longitud del Igual que con ca. Igual que con ca.

1ruptura) arco o la corriente para minimizar la

del arco formación de cráteres. Seguir agregando metal de relleno al mismo tiempo, en su caso. Mover el soplete a la posición horizontal para extinguir el arco.

TABLA 165 CAUSAS Y CORRECIONES DE POROSIDAD Y GRIETAS EN SOLDADURA GTAW

Causa Factores contribuyentes Medidas correctivas

Hidrógeno Mugre que contenga aceites u otros hidrocarburos; Desengrasar y eliminar el

humedad en la atmósfera o en el metal o una óxido. mecánica o químicamen

película de óxido hidratado en el metal; te. de la zona de soldadura.


humedad en las tuberías para gas o en el gas. El metal de

Evitar la humedad; usar metal

trabajo puede ser la fuente del hidrógeno atrapado seco o secarlo con trapos.

(cuanto más grueso sea el metal, mayor es la Reducir el contenido de hume

posibilidad de que haya hidrógeno). Salpicaduras.

dad del gas. Ver si los tubos degas yagua tienen fugas. Aumentar el flujo de gas para compensar el hidrógeno adicio nal en las secciones gruesas. Ajustar las condiciones de soldadura para minimizar salpicaduras.

Impurezas Compuestos limpiadores o de otras clases, en Usar los compuestos limpiadores especial los que contienen calcio. recomendados; mantener el

metal de trabajo libre de contaminantes.

Penetración incompleta La penetracIón incompleta en las secciones gruesas Precalentar; usar corriente más

en la raíz aumenta la porosidad en la soldadura. alta para soldar o modificar la geometría de las uniones.

Temperatura Si se corre muy fría tiende a aumentar la porosidad

Mantener la relación correcta

debido a la solidificación prematura del metal entre corriente. longitud de fundido. arco y velocidad del soplete.

Velocidad de soldaduraUna velocidad muy alta en la soldadura puede Disminuir la velocidad de

aumentar la porosidad. soldadura; establecer y mante ner la relación correcta entre longitud de arco y corriente.

Tiempo de solidificación

La solidificación rápida del charco fundido atrapa Establecer la corriente y

cualesquiera gases presentes y ocasiona porosidad.

velocidad correcta para soldar. Si el metal de trabajo está mucho más frío que la tempe ratura ambiente. usar


calenta miento suplementario.

Composición química El metal para soldadura de aluminio puro es más Si hay porosidad excesiva.

del metal de soldadurasusceptible a la porosidad que el de aleación. probar con un metal de aleación para relleno.

Agrietamiento Las causas de porosidad. como la temperatura, La corriente más baja y mayor tiempo de soldadura y solidificación también pueden velocidad suelen evitar las

contribuir al agrietamiento. Otras causas pueden grietas. Pero se recomienda.

ser soldaduras discontinuas. cruzadas. soldaduras

cuando sea posible, cambiar a

para reparación. trabajo en frío antes y después de un metal de aleación para

de soldar y la composición a las grietas son las que

relleno que haga que la compo

contienen 0.4 a 0.6% de Si. o 1.5 a 3.0% de Mg o

sición del metal de soldadura

1.0% de Cu. quede fuera de la gama de agrietamiento.

FORMACIÓN DEL ARCO

l. Ponga las manos como se muestra en la figura 1614. Luego, mueva el soplete hacia abajo con un ligero movimiento de vaivén. 2. Al trabajar con ca, el arco empieza cuando el electrodo está a unos 3 mm (1/8 in) encima del metal que se va a soldar.


Figura 1614 Técnica para formar el arco

3. Con cc (excepto si se utiliza unidad de AF), será necesario tocar primero el metal que se va a soldar con un bloque de cobre o de carbón para formar el arco, provisto para este efecto. Esto evita la contaminación del electrodo de tungsteno. Posteriormente, hay que retirar el electrodo para establecer una longitud de arco de 3 mm (1/8 in) depués de que se formó. 4. Cuando se ha formado el arco, se debe girar el soplete con un movimiento circular para formar el charco. En la figura 1615 se ilustra el proceso de GT A W.

f'igura 1615 El proceso de GT A W

Observe todas las precauciones de seguridad para la soldadura de arco. Antes de comenzar los siguientes ejercicios, practique la formación del arco y estudie con cuidado la tabla 16 4. La práctica y la observación en este momento eliminarán muchos problemas que pueden ocurrir cuando empiece la soldadura.

TIPO DE MATERIAL DE APORTE ELECTRODOS PARA GTAW

Los electrodos de tungsteno ya tienen una clasificación igual que los demás. En la tabla 16 3 aparecen los códigos de A WS y CSA. Los electrodos, tal como se reciben del fabricante, tienen la punta roma (Fig. 1612).

Antes de utilizarlos, hay que preparar las puntas ya sea con esmerilado para hacerlas puntiagudas o se funden para formar una bola, según sea el tipo de corriente que se vaya a utilizar (Fig. 1613). Para ca, se debe utilizar una punta en forma de bola. Para cc de polaridad directa se debe esmerilar la punta para afilarla; con cc de polaridad inversa, se forma una bola en la punta, pero más pequeña que la que se requiere para ca. Ell_ se logr? primero esmerilando el electrodo para formar la punta y, luego, fundiéndolo para formar la bola.


TABLA 1 6 3 CLASIFICACiÓN DE ELECTRODOS DE TUNGSTENO

Código AWS Color de la punta Designación

EWP Verde Tungsteno puro EWth1 Amarillo Tungsteno +

1 % de torjo EWth2 Rojo Tugnsteno + 2 %

de torjo EWzr Café Tungsteno +

zirconlo

E '= Electrodo W = tungsteno th = torio zr = zirconjo

ELECTRODOS PARA GTAW

Figura' 1612 Electrodos según se reciben de la fábrica

Se debe tener cuidado al esmerilar o afilar los electrodos, ya que uno que no esté bien esmerilado puede producir una inadecuada protección al gas y la contaminación de la soldadura. Estos electrodos, además, son frágiles y costosos. Por tanto, al arrancarles la punta para volver a esmerilarla, hay que tener cuidado de quitar sólo la parte contaminada.


UNIDAD VI

• PROCESO GMAW



TIPO DE MATERIAL DE APORTE



La soldadura GMAW (gas metal arc welding) o Soldadura MIG (metal inert gas) es tambien conocida como Gas Arco Metal o MAG, donde un arco electrico es mantenido entre un alambre solido que funciona como electrodo continuo y la pieza de trabajo. El arco y la soldadura fundida son protegidos por un chorro de gas inerte o activo. El proceso puede ser usado en la mayoria de los metales y la gama de alambres en diferentes aleaciones y aplicaciones es casi infinita.

La soldadura Mig es inherentemente mas productiva que la MMA (Soldadura de arco manual), donde las perdidas de productividad ocurren cada vez que el soldador se detiene para reemplazar el elctrodo consumido. En la soldadura de arco manual tambien es notable la perdida cuando el restante de el electrodo que es sujetado por el porta electrodo es tirado a la basura, (en algunos casos es reciclado).

Por cada Kilogramo de varlla de electrodo cubierto comprado, solamente al rededor del 65% es aprovechado como parte de la soldadura (el resto es tirado a la basura o solo en algunos casos reciclado). El uso de alambre solido y el alambre tubular ha incrementado la eficiencia entre 8095 % a los procesos de solddura.

El proceso MIG opera en D.C. (corriente directa) usualmente con el alambre como electrodo positivo. Esto es conocido como "Polaridad Negativa" (reverse polarity), La "Polaridad Positiva" (straight polarity) es raramente usada por su poca transferencia de metal de aporte desde el alambre hacia la pieza de trabajo. Las corrientes de soldadura varian desde unos 50 Amperos hasta 600 Amperios en muchos casos en voltajes de 15V hasta 32V, un arco autoestabilizado es obtenido con el uso de un sistema de fuente de poder de potencial constante (voltaje constante) y una alimentacion constante del alambre.

Continuos desarrollos al proceso de soldadura MIG lo han convertido en un proceso aplicable a todos los metales comercialmente importantes como el acero, aluminio, acero inoxidable, cobre y algunos otros. Materiales por encima de 0.076 mm (.0.030in) de espesor pueden ser soldados en cualquier posicion, incluyendo "de piso", vertical y sobre cabeza.

Es muy simple escojer el equipo, el alambre o electrodo, el gas de la aplicacion y las condiciones optimas para producir soldaduras de alta calidad a muy bajo costo.

El proceso basico MIG incluye tres tecnicas muy distintas: Transferencia por "Corto Circuito", transferencia "Globular" y la transferencia de

"Arco Rociado (Spray Arc)". Estas tecnicas describen la manera en la cual el metal es transferido desde el alambre hasta la soldadura fundida.


Corto circuito Globular Rociado (Spary)

En la transferencia por corto circuito, tambien conocido como "Arco Corto", "Transferencia espesa" y "Micro Wire", la transferencia del metal ocurre cuando un corto circuito electrico es establecido, esto ocurre cuando el metal en la punta del alambre hace contacto con la soldadura fundida.

En la transferencia por rociado (spray arc) diminutas gotas de metal fundido llamadas "Moltens" son arrancadas de la punta del alambre y proyectadas por la fuerza electromagnetica hacia la soldadura fundida.

En la transferencia globular el proceso ocurre cuando las gotas del metal fundido son lo suficientemente grandes para caer por la influencia de la fuerza de gravedad.

Los factores que determinan la manera en que los metales son transferidos son la corriente de soldadura, el diametro del alambre, la distancia del arco (voltaje), las caracteristicas de la fuente de poder y el gas utilizado en el proceso.

La soldadura MIG es un proceso versatil, con el cual se puede depositar soldadura a un rango muy alto y en cualquier posicion.

El proceso es ampliamente usado en laminas de acero de bajo y mediano calibre de fabricacion y sobre estructuras de aleacion de aluminio particularmente donde existe un alto requerimiento de trabajo manual o trabajo de soldador.

Desde su aparicion en el mundo de la soldadura, todas las agengias de regulacion y clasificacion de los metales de aporte tomaron muy en serio este proceso y la creacion de su propio codigo de clasificacion fue indispensable, en el caso de la Sociedad Americana de Soldadura AWS, se crearon dos codigos por separado, uno para las aleaciones de bajo contenido de Carbon o tambien conocido como acero dulce y uno para las aleaciones de alto contenido de Carbon o donde la composicion quimica final de el material aportado fuera cambiada de forma dramatica.

EQUIPO BÁSICO

El equipo básico para la soldadura GMA W es: l. Una máquina para soldar con arco y sus cables 2. Un suministro de gas inerte con sus mangueras, reguladores, etc. 3. Mecanismo de alimentación de electrodo 4. Electrodo (rollo o carrete) 5. Pistola para soldadura con sus mangueras y cables (determinados por el tipo de proceso que se va a emplear).


MÁQUINA SOLDADORA

Para la soldadura GMA W se necesita una máquina soldadora de diseño especial. En lugar del ciclo usual de trabajo de 60%, funciona con un ciclo de trabajo de lOO%. Se utiliza un rectificador para cc o un generador, que funcionan con corriente continua de polaridad in versa (CCPI). Estas máquinas también son de voltaje constante (Fig. 174), lo que significa que el voltaje cambiará muy poco, incluso con gran cambio en el amperaje. Cuando se utiliza una máquina de voltaje constante con el proceso GMA W, el amperaje se controla por velocidad de alimentación del alambre; cuanto mayor sea la velocidad, más alto será el amperaje. Con ello, el arco se ajusta por sí solo.


Cortesía de Hobart Brothers Company

Figura 174 Rectificador de voltaje constante

MECANISMO ALIMENTADOR DE ELECTRODO

El mecanismo alimentador de electrodo consta de un sistema de rodillos y engranes movidos por un motor. Si se gira el cuadrante en el alimentador de electrodo (alambre) para aumentar la cantidad que alimenta a la zona de soldadura, el amperaje se incrementa en forma automática. En la figura 175 se ilustra la forma como se alimenta el electrodo en el sistema simplificado de alimentación; los mecanismos actuales son más complica


dos y no sólo controlan el amperaje sino también el flujo de gas yagua entre otras funciones. Hay tres métodos para mover el electrodo: "empuje", "tracción" y una combinación de ambos. El método de empuje se emplea para alambres duros, como los de acero; el método de tracción es para alambres (electrodos) blandos, como los de aluminio. El método combinado de empuje y tracción se utiliza, a veces, en trabajos de construcción en donde no es posible llevar toda la máquina al sitio de trabajo y se necesitan cables largos. Los rodillos alimentadores se deben cambiar de acuerdo con el tipo y tamaño del electrodo que se emplee.

PISTOLAS PARA SOLDADURA

La pistola para GMA W se utiliza junto con el alimentador de electrodo. En el método de empuje, la pistola simplemente recibe el electrodo que viene impulsado

desde el alimentador. La pistola de tracción tiene loscomponentes de alimentación dentro del mango y ellos tiran el electrodo, ya que ahí también se encuentra el rollo de electrodos. Además de recibir el alambre, la pistola debe manejar el gas protector, la corriente y el agua de enfriamiento, si se emplea. Asimismo necesita un. interruptor para accionar todos los controles. En la figura 17 6 se ilustra una pistola para GMA W que es ligera y portatil,y las figuras 177 hasta 179 ilustran diversos tipos de pistola para GMA W. En la figura 179 se muestran también los alimentadores de electrodo y los cables.



FUNDAMENTOS

La soldadura GMA W es similar a la SMA W y la diferencia radica en que en aquélla el electrodo viene en un carrete o rollo y es continuo. Esto reduce mucho los pares y arranques para cambiar electrodos como en la SMA W. Una persona que ha soldado con arco con electrodos normales no tendrá dificultades para aprender el proceso GMA W. Una vez que se ha formado el arco, muchas de las técnicas aprendidas con la soldadura de arco se aplicarán a la GMA W. Un ejemplo es mover el electrodo con mayor velocidad a fin de producir un charco más pequeño, evitar quemaduras pasadas o disminuir la penetración.


Igual que en la SMA W, escuchar el sonido del arco dará una idea de la calidad de la soldadura. De igual manera que con la SMA W es preferible tener un arco suave. En la figura 1710 se ilustra una soldadura con GMA W.

Figura 1710 Soldadura con GMA W

TRANSFERENCIA DEL METAL DEL ARCO

Cuando los investigadores estudiaron la transferencia del metal a través del arco en GMA W, descubrieron que, en ciertas condiciones, había aspersión del metal. En la SMA W el metal se transfiere a través del arco en forma de glóbulos. También descubrieron que, al variar el amperaje y el voltaje se podía obtener una condición de cortocircuito. Por tanto, se pueden lograr diferentes procesos con el mismo equipo básico. En la GMA W hay tres métodos para transferir el metal a través del arco: transferencia por inmersión (o cortocircuito), globular y por aspersión (Fig. 1711).


TRANSFERENCIA POR INMERSIÓN O CORTOCIRCUITO

Cuando el amperaje y el voltaje están a su valor más bajo para un electrodo de pequeño diámetro y se hace funcionar la máquina, el electrodo toca el metal base y se queda pegado. En este momento, igual que en la SMA W, no hay arco y aumentan el amperaje y el voltaje; esto ocasiona que se funda el electrodo y con ello el amperaje y el voltaje vuelven a su valor original y se inicia otra vez todo el proceso. En cada ocasión, se funde un trozo pe queño de electrodo en el metal base.

TRANSFERENCIA GLOBULAR

En la transferencia globular, las gotas de metal fundido se tranfieren a través del arco por su propio peso. Es decir, el electrodo se funde y los glóbulos caen al charco, porque se mantiene determinada longitud del arco. Desafortunadamente, como el metal fundido está fluido, siempre tiende a caer en la línea vertical y hace muy difícil soldar en posición incómoda, lo cual viene a ser semejante al empleo de un electrodo grueso de polvo de hierro en la SMA W.

TRANSFERENCIA POR ASPERSIÓN

Conforme aumenta el amperaje, la transferencia de metal cambia de globular a aspersión. Los glóbulos son mucho más pequeños, frecuentes y, en la práctica, se los impulsa a través del arco. En la transferencia por aspersión se utiliza como gas protector un gas inerte o uno inerte con una pequeña cantidad de oxígeno. Debido al elevado amperaje requerido para la transferencia por aspersión, el metal de soldadura está muy fluido y es difícil controlarlo en soldadura fuera de posición. Esto condujo al perfeccionamiento del arco a pulsaciones, en el cual se superpone una corriente en la normal para soldadura. Esto controla en forma autómatica la corriente, porque reduce la aplicación de calor o sea el amperaje, pero se conserva la alta corriente necesaria para las condiciones de aspersión.


FORMACIÓN DEL ARCO

l. Póngase la ropa y equipo protectores. 2. Compruebe que las conexiones de los cables estén apretadas y ponga a funcionar la

máquina soldadora. 3. Ponga a funcionar el sistema de enfriamiento. 4. Gradúe el mecanismo alimentador de electrodo a la velocidad deseada y póngalo a

funcionar. 5. Oprima el gatillo de la pistola y deje que avance el electrodo hasta que sobresalga unos 6

mm (l/4 in) de la boquilla o tobera (Fig. 1712). Para detener el avance del electrodo suelte el gatillo u oprímalo otra vez, según el tipo de pistola.

6. Examine las conexiones del cilindro de gas y abra lentamente la válvula. 7. Oprima el gatillo de la pistola para que empiece a circular el gas y ajuste el regulador o el

medidor de volumen a la presión deseada. Suelte o vuelva a oprimir el gatillo para detener el paso.

8. Con pinzas cortadoras de alambre, corte el exceso de electrodo que sobresalga de la boquilla más de 6 mm (1/4 in).

9. Gradúe el voltaje de acuerdo con las necesidades del trabajo. lO. La cantidad de electrodo que sobresalga de la boquilla dependerá del proceso que se

esté usando, pero se puede corregir, en la mayor parte de las pistolas, con un botón o control de avance lento.

11. Obtenga una pieza de metal y póngala en el banco de soldadura. 12. Ajuste la máquina soldadora, volumen de gas, etc., de acuerdo con el espesor del metal

y las instrucciones anteriores. 13 Sostenga la pistola encima del metal y bájese la careta del casco. 14. Oprima el gatillo de la pistola para iniciar el paso de gas y la alimentación de electrodo. 15. Utilice el método de rayado para formar el arco (Fig. 1713). 16. Para extinguir el arco, separe la pistola del metal o bien, suelte y vuelva (Y oprimir el

gatillo. 17. Si el electrodo se pega al metal, accione el gatillo para interrumpir la corriente de

soldadura y corte el electrodo con pinzas. 18. Practique hasta que, cada vez que lo intente, pueda formar el arco.


F' igura 1713 Formación del arco

TIPO DE MATERIAL DE APORTE ELECTRODOS

Los electrodos para la soldadura GMA W, igual que los normales para soldadura con arco, se fabrican para que coincidan con el tipo de metal que se va a soldar. Según sea el proceso que se utilice, los electrodos pueden ser de alambre macizo, desnudo, con recubrimiento de fundente o con núcleo de fundente (alambre hueco con fundente en su interior). Los electrodos de alambre se designan con las clasificaciones eSA W484 y AWS A4518.

Especificasiones de eSA y A WS para electrodos de GMAW


ER *480 Significa electrodo para GMA W multiplicado por 100 significa una resistencia a la tracción de 480 000 kpa o 480 Mpa

S **3 Significa electrodo de alambre macizo designa la composición química del electrodo y las propiedades mecánicas del metal depositado

* El código A WS para este electrodo sería ER70S3, que difiere del código CSA en que el número "70" representa 70 000 psi (equivalentes a 480 000 kpa o 480 Mpa).

** El último número "3" designa la composición química del electrodo, como sigue: 0.07 a 12 C; 1.0 a 1.3 Mn; 0.50 a 0.70 Si; 0.017 S; 0.010 P. El resto sería hierro (Fe)

" En el ejemplo anterior, no importa si el electrodo tiene clasificación CSA o A WS, porque sus características son las mismas. Es de alambre macizo que producirá una soldadura de alta resistencia. Este ejemplo se emplea también para la soldadura de aceros al carbono y de alta resistencia con bajo contenido de aleación. En ese ejemplo se utilizaría la letra "T" en vez de la "S" para electrodos con núcleos de fundente. Si uno relaciona la letra "T" con "tubular" recordará que este electrodo es hueco.


GASES PROTECTORES


La finalidad de los gases protectores, igual que en otros tipos de soldadura con arco, es evitar la contaminación del metal de soldadura. Los gases protectores también influyen en el arco y en la profundidad de penetración y la cantidad de salpicaduras de metal que produzcan. Los tres principales gases que se emplean en GMA W son argón, helio y dióxido de carbono (o una mezcla de ellos), que genere el gas más eficaz y menos costoso que sea posible. El helio es el más costoso, seguido por el argón y el dióxido de carbono; sin embargo, el costo no es el único factor por considerar. El argón produce un cordón muy estrecho y el helio uno ancho. El di óxido de carbono produce un cordón más grueso que el argón, pero más delgado que el helio. Cuando se emplea sólo dióxido de carbono, suele producir un arco brusco con muchas salpicaduras. Sin embargo, una pequeña adición de argón estabilizará el arco y eliminará gran parte de las salpicaduras. El gas protector que utilice depende del proceso de soldadura, el tipo de metal base y los resultados deseados. En la tabla 171 aparecen algunos gases protectores que sé sugieren para diversos metales.

TABLA 171 GASES Y MEZCLAS DE GASES PROTECTORES PARA GMAW

Acci6n Gas protector química Usos; observaciones

Argón (A) Inerte Para soldar la mayoría de metales, excepto acero.

Helio (He) Inerte En aleaciones de Al y Cu para máximo calor y minimizar la porosidad.

A y He (2080 a 5050%) Inerte Aleaciones de Al y Cu para mayor aplicación de calor y minimizar la porosidad. Arco más silencioso y estable que sólo con He.

A y Cl (huellas de Cl) Esencialmente Todas las aleaciones, para minimizar la porosidad.

inerte N2 Reductora En el Cu.permite un arco muy potente; se usa más en

Europa.

A + 2530% N2 Reductora En Cu, un arco más potente y suave, de control más fácil que sólo con Nz; se usa mucho en Europa.

A + 12% O2 Oxidante Aceros inoxidables y de aleación; también para algunas aleaciones de cobre desoxidadas.

A + 35% CO2 Oxidante Aceros al carbono, aleaciones de acero y acero inoxidable. se requiere electrodo desoxidado

A + 2030% CO2 Oxidante Diversos aceros; se usa principalmente con arco en corto circuito.


A + 5% O2 + 15% CO2 Oxidante Diversos aceros; requiere electrodo desoxidado; se usa mucho en Europa.

CO2 Oxidante Aceros al carbono y de baja aleación; el electrodo desoxidado es esencial.

Nota: AL = aluminio; Cu = cobre; Ar = argón; CI = cloro; N2= nitrógeno; He = helio; CO2= dióxido de carbono; O2 = oxígeno. Cortesía de The Lincoln Electric Company

REGULACIÓN DEL GAS PROTECTOR

Los reguladores y medidores de volumen ("flowmeters") utilizados para SMAW son los mismos que para GTAW.


UNIDAD IV

DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS PARA SOLDAR POR RESISTENCIA ELÉCTRICA

PARTES PRINCIPALES Y OPERACIÓN DEL EQUIPO PARA SOLDAR POR PUNTOS (RSW)

FACTORES QUE INTERVIENEN AL SOLDAR CON RESISTENCIA ELÉCTRICA


DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS PARA SOLDAR POR RESISTENCIA ELÉCTRICA

En la soldadura por resistencia también se utilizan el calor y la presión para unir las piezas metálicas. Las piezas que se van a soldar se sujetan entre dos electrodos de cobre en una máquina. El calor se genera por la corriente eléctrica que circula a través de los puntos en donde se hace la soldadura, es decir, en el punto en el que los electrodos tocan el metal. En las soldaduras a tope, por puntos, de costuras y de proyección también se utiliza el proceso de resistencia. Los diversos nombres se aplican a las variaciones en la soldadura por resistencia. En la figura 27 se puede ver cómo se lleva a cabo el proceso. En la soldadura a tope (soldadura realzada, UW) las piezas se colocan extremo con

extremo de modo que la corriente circule a través de la unión. En la soldadura por puntos, (soldadura por puntos por resistencia, RSW) las piezas que

se van a unir están traslapadas y la corriente y la presión se aplican en un solo punto.


En la soldadura de costura, (soldadura de costura por resistencia, RSEW), un electrodo en rotación o de rodillo produce soldaduras de puntos a intervalos regulares a lo largo de la costura. Las soldaduras de puntos se pueden traslapar para formar una costura hermética (a prueba de agua). En la soldadura de proyección (soldadura de proyección por resistencia, RPN), se hacen

pequeñas protuberancias en la superficie de uno de los metales que se van a soldar. Estas protuberancias o proyecciones se sueldan en otra pieza de metal al hacer pasar una corriente eléctrica a través de ellas y aplicar presión al mismo tiempo. Aunque es posible soldar metales bastante gruesos con el método de soldadura por

resistencia, se utiliza con mayor frecuencia en las industrias que trabajan con metales delgados, tales como la de fabricación de artefactos de lámina y la automotriz. Un fabricante de automóviles dice que se aplican más de mil soldaduras por puntos para armar un automóvil. Si se examinan artículos como refrigeradores, estufas, lavadoras y dúctos para calefacción y ventilación, se pueden observar muchos ejemplos de la soldadura por resistencia.

PARTES PRINCIPALES Y OPERACIÓN DEL EQUIPO PARA SOLDAR POR PUNTOS (RSW)


FACTORES QUE INTERVIENEN AL SOLDAR CON RESISTENCIA ELÉCTRICA

Soldadura por resistencia

El principio del funcionamiento de este proceso consiste en hacer pasar una corriente eléctrica de gran intensidad a través de los metales que se van a unir. Como en la unión de los mismos la resistencia es mayor que en el resto de sus cuerpos, se generará el aumento de temperatura en la juntura (efecto Joule). Aprovechando esta energía y con un poco de presión se logra la unión. La alimentación eléctrica pasa por un transformador en el que se reduce la tensión y se eleva considerablemente la intensidad para aumentar la temperatura. La soldadura por resistencia es aplicable a casi todos los metales, excepto el estaño, zinc y plomo. En los procesos de soldadura por resistencia se incluyen los de:

* Soldadura por puntos * Soldadura por resaltes * Soldadura por costura * Soldadura a tope

En la soldadura por puntos la corriente eléctrica pasa por dos electrodos con punta, debido a la resistencia del material a unir se logra el calentamiento y con la aplicación de presión sobre las piezas se genera un punto de soldadura. La máquinas soldadoras de puntos pueden ser fijas o móviles o bién estar acopladas a un robot o brazo mecánico.

La soldadura por resaltes es un proceso similar al de puntos, sólo que en esta se producen varios puntos o protuberancias a la vez en cada ocasión que se genera el proceso. Los puntos están determinados por la posición de un conjunto de puntas que hacen contacto al mismo tiempo. Este tipo de soldadura se puede observar en la fabricación de mallas.

La soldadura por costura consiste en el enlace continuo de dos piezas de lámina traslapadas. La unión se produce por el calentamiento obtenido por la resistencia al paso de la corriente y la


presión constante que se ejerce por dos electrodos circulares. Este proceso de soldadura es continuo.

La soldadura a tope consiste en la unión de dos piezas que se colocan extremo con extremo con la misma sección, éstas se presionan cuando está pasando por ellas la corriente eléctrica, con lo que se genera calor en la superficie de contacto. Con la temperatura generada y la presión entre las dos piezas se logra la unión.

UNIDAD V PROCESO GTAW DESCRIPCIÓN DEL … soldar metales anticorrosivos y otros metales dificiles...

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