03 proceso de soladura al arco

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Materiales de Aporte para Soldadura2

Técnica de Soldadura por Arco3

Conceptos Generales de Soldadura1

SOLDADURASOLDADURA

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American Welding Asociation define soldadura como:” …el proceso de unión de dos o más piezas de material, con frecuencia metálica, por la unión a través de una cara de contacto.”

SOLDADURASOLDADURA

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La ciencia de la soldadura se encarga de estudiar los medios prácticos para producir uniones átomo a átomo a través de superficies metálicas preexistentes en un número suficiente produciendo una continuidad metálica.

Objetivo es:Establecer resistencia mecánica satisfactoria al trabajo que desempeñará la pieza.

SOLDADURASOLDADURA

4 Esquema demostrativo de la estructura Granular y Cristalina de una Superficie Metálica

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LIMITACIONES :

IRREGULARIDADES EN LA SUPERFICIE DE CONTACTO.

CAPA DE ÓXIDO Y HUMEDAD ADHERIDAS A LA SUPERFICIE METÁLICA

SOLDADURASOLDADURA

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Soldadura al Arco

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Soldadura de Arco Manual• El sistema de

soldadura Arco Manual o SMAW, se define como el proceso en que se unen dos metales mediante una fusión localizada, producida por un arco eléctrico entre un electrodo metálico y el metal base que se desea unir.

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Arco Eléctrico• Al formarse el arco eléctrico se genera un intenso calor,

que produce:La fusión del núcleo metálico del electrodo y que formara parte del depósito.La descomposición del recubrimiento que formaráuna atmosfera rica en CO2, y la escoria necesarias para la protección del metal liquido.Durante la solidificación, la capa de escoria ocupara la parte superior del cordón y protegerá al metal del deposito durante el enfriamiento.

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• El electrodo consiste en un núcleo o varilla metálica, rodeado por una capa de revestimiento, donde el núcleo es transferido hacia el metal base a través de una zona eléctrica generada por la corriente de soldadura.

Electrodo

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• El revestimiento del electrodo, determina las características mecánicas y químicas de la unión, está constituido por un conjunto de componentes minerales y orgánicos que cumplen las siguientes funciones:

Producir gases protectores para evitar la contaminación atmosférica y gases ionizantes para dirigir y mantener el arco.

Producir escoria para proteger el metal ya depositado hasta su solidificación.

Suministrar materiales desoxidantes, elementos de aleación e hierro en polvo.

Propiedades del Revestimiento

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Descripción del Proceso

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• El equipo es relativamente simple, portátil y económico.• La protección del metal de aporte y del charco de

soldadura está incluida en el electrodo revestido.• No requiere del suministro externo de un gas de

protección o fundente granular.• Es menos sensible a las corrientes de aire que los

procesos que requieren de protección con gas.• Puede ser utilizado en áreas de acceso limitado.• Para la mayoría de las aleaciones comerciales existe

disponibilidad de electrodos.

Ventajas

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• El operador requiere de una mayor habilidad que en los procesos de alambre.

• La aplicación es mas lenta que los procesos de alambre.• Se requiere de mayor tiempo de limpieza para los

cordones.• El electrodo revestido tiene la eficiencia mas baja.

Limitaciones

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Clasificación AWS A5.1

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Propiedades Mecánicas

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Posiciones

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Recubrimiento

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Nivel de Hidrógeno

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Equipo Básico

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Fuente de Poder• Transforma la corriente eléctrica de la línea de

alimentación a valores de amperaje y voltaje adecuados para establecer y mantener el arco de soldadura.

• Se prefiere del tipo de corriente constante y la característica más importante es la capacidad.

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Fuente de Poder• Los tipos más comunes son:

Transformadores.Transformadores-rectificadores.Motosoldadoras (Diesel ó Gasolina).Inversores.

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Porta Electrodo• Transfiere la corriente eléctrica del cable al electrodo.• Está aislado para permitir la manipulación por el

operador.• Disponible en varias capacidades.

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Pinza de Tierra• Es el medio de conexión del cable de fuerza a la pieza

de trabajo.• Están disponibles en varios tamaños y configuraciones

para diferentes aplicaciones.

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Cables de Fuerza

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Corriente Alterna (AC)• Tiene una frecuencia de 50 Hz.• Se obtiene una penetración y una tasa de depósito

media.• Se reduce el soplo magnético.• El equipo es mas económico.

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Corriente Directa (DC)• La corriente directa fluye continuamente en un solo

sentido.• Puede usarse con todos los tipos de electrodos

recubiertos.• Es la mejor opción para aplicaciones a bajos amperajes.• El Sentido y la estabilidad de arco son mejores.• Produce menos salpicadura

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• DCEP para alta penetración.• DCEN para alto depósito.

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Amperaje• Es la variable de mayor importancia en el proceso,

determina:La profundidad de penetración.La tasa depósito.El volumen del cordón.Depende del tipo y diámetro del electrodo, posición y diseño de la junta.

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Tasa de Depósito

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Velocidad de Avance• Depende del operador y es la rapidez con la que el

charco se desplaza a lo largo de la junta.• Al aumentar la velocidad de avance.

Se reduce el tamaño del cordón.Se incrementa ligeramente la penetración.

• El Voltaje esta determinado por la longitud de arco (distancia de la punta del electrodo al charco).

A mayor voltaje se obtiene un cordón mas plano y ancho.

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Relación Voltaje-Amperaje

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Efectos de las Variables

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Calidad de Soldadura• Inclusiones de Escoria:

Velocidad de avance errática.Oscilación demasiado amplia.Escoria del cordón anterior.

• Porosidad:Corriente excesiva.Metal base sucio, aceite, grasa. Demasiado óxido.Alta humedad en el recubrimiento.

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• Fusión Incompleta:Velocidad de avance muy alta.Mayor diámetro de electrodo del necesario.

• Socavado:Excesivo amperaje de soldadura.Voltaje demasiado alto.Velocidad de oscilación alta.

• Porosidad de agujero de gusano:Causado por humedad o azufre en el acero.Superficie de la junta sucia.Demasiada humedad en la junta.

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TABLA INDICATIVA PARA LA ELECCION DEL DIAMETRO DE ELECTRODO EN FUNCION DEL ESPESOR POR SOLDAR.

PARA SOLDADURAS EN PLANO CON UNA SOLA PASADAGROSOR en (mm) Ø ELECTRODO en (mm)

< 2 1.5

2 2

3 2.5

4 2.5 ÷ 3.25

5 3.25 ÷ 4

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PUESTA EN MARCHA DE LA PRACTICA DE SOLDADURA

Encender el arco acercando el electrodo a aproximadamente a 10 mm. del punto en el que se debe soldar con una inclinación de aproximadamente 70 ÷ 80º respecto al plano de trabajo. Tener cuidado de no tocar accidentalmente la pieza (para no incurrir en golpes de arco), llevar la máscara delante de los ojos, dar un golpecito con el electrodo sobre la pieza y apenas se encienda el arco, alejar ligeramente el electrodo e iniciar la soldadura procediendo de izquierda a derecha.

Podría suceder que el movimiento de alejamiento del electrodo no sea suficientemente rápido por lo que quedaría pegado a la pieza, entonces habría que separarlo con un brusco movimiento lateral; por el contrario un alejamiento excesivo podría provocar el apagado del arco. Para facilitar el cebado, se usa con frecuencia arrastrar el electrodo (no demasiado rápidamente) sobre la pieza por soldar. A este punto conviene efectuar algunos cordones de soldadura para adquirir práctica y habilidad.

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Aspecto en función de la longitud del arco:

Arco demasiado corto Esta irregularidad provoca montones irregulares del metal soldado con fáciles inclusiones de escoria

Arco demasiado largo Causa poca penetración, fáciles encoladuras, burbujas y abundantes salpicaduras. Además la soldadura será fácilmente sujeta a defectos. El largo optimo es más o menos igual al diámetro del electrodo.

Aspecto en función de la velocidad de avance.

Velocidad demasiado lenta Provoca un depósito ancho, espeso y de longitud inferior al normal. Es causa de pérdida de electrodos y de tiempo.

Velocidad demasiado alta. Provoca una insuficiente penetración del material base, un cordón estrecho y alto y además la escoria se quita con dificultad

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Aspecto en función de la intensidad de corriente. (40 A x 1mm. de espesor. Ejemplo: 2.5mm = 40x2.5 = 100A)

Corriente demasiado baja Se tiene poca penetración, fáciles encoladuras, un cordón muy irregular (alto y estrecho), se encuentran notables dificultades en el quitar la escoria.

Corriente demasiado alta. Se obtiene un cordón muy ancho con excesiva penetración del material base, notables salpicaduras del metal fundido y un cráter profundo. Puede también provocar pequeñas roturas en el material.

Soldadura de óptima calidad

Con una correcta longitud de arco, velocidad de avance, regulación de la corriente e inclinación del electrodo, el cordón tiene un aspecto regular, la malla es muy fina, la soldadura carece de porosidad e inclusiones de escoria.

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TIPOS DE EMPALMES Y POSICIONES DE SOLDADURA

Existen dos tipos de empalmes fundamentales en soldadura: de cabeza y de ángulo (ángulo exterior, ángulo interior y superposición).

Empalmes de cabeza.En los empalmes de cabeza hasta 2 mm. de grosor, los bordes por soldar se acercan completamente. Para grosores mayores seguir de acuerdo a lo indicado en la figura.

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Empalmes de esquina y empalmes en L Preparación muy cómoda para realizar pero es conveniente hasta grosores de 10 mm. Para grosores superiores, es más conveniente un empalme como se representa en la figura de la derecha.

Empalmes a ángulo interior La preparación de este empalme es muy simple y viene realizada hasta grosores de 5 mm. Las dos piezas tienen que estar en contacto.

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Empalmes de superposiciónLa preparación más corriente es con bordes rectos y la soldadura se resuelve en un normal cordón de ángulo. Las dos piezas se deben acercar lo más posible.

TECNICAS DE SOLDADURAPreparados convenientemente los empalmes por soldar, se ve como elegir la técnica más correcta.Cuando sea posible, disponer la pieza en plano, mejor la calidad de la soldadura. Hay casos en que esto no es posible y la pieza debe ser dispuesta horizontalmente en un plano vertical o incluso encima de la cabeza.

Empalmes de cabeza en plano.

El operador debe preocuparse de realizar una soldadura sin roturas y de suficiente penetración.Los factores que influyen la ejecución son: la corriente, la distancia entre los bordes, la inclinación y el diámetro del electrodo.Tener el electrodo inclinado de 45/55º respecto al plano horizontal, sobre un plano vertical que pase por el eje de la soldadura.

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El aumento de inclinación del electrodo determina una mayor penetración y viceversa. Con el fin de prevenir o reducir los efectos de las deformaciones que se producen durante la solidificación del material, conviene cuando sea posible, colocar las piezas de forma oportuna, con una predisposición en sentido contrario al retiro del material

Evitar que se endurezca la estructura soldada para impedir que se puedan crear roturas en la soldadura. Esto se puede obtener efectuando la soldadura en dos pasadas opuestas. En este caso el electrodo se mantiene inclinado de 50 ÷ 70º con la vertical que pasa por el eje del empalme, avanzando regularmente con una ligera oscilación transversal.

Empalmes de cabeza en posición frontalHasta 4 mm. los bordes no vienen achaflanados y la soldadura se efectúa procediendo con el electrodo inclinado como se indica en la figura 12. La corriente se regula como en la soldadura en plano.

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Empalme de cabeza en posición vertical

Hasta espesores de 4 mm. no es necesario achaflanar el empalme. La técnica de soldadura puede ser descendente,empleada para pequeños espesores y ascendente de empleo más general.Manteniendo el electrodo en un plano perpendicular que pase por el eje del empalme e inclinado de ~ 90 ÷ 120º, hacerle realizar un movimiento en U acentuado en la parte final y eventualmente, si el baño es demasiado caliente, hacer alguna fuga en alto. La corriente de soldadura debe ser regulada en general a valores del ~ 10 ÷ 15% inferiores a la respectiva soldadura en plano. Para conseguir una buena penetración y una soldadura correcta es necesario volver a coger la soldadura al revés.

Empalmes de cabeza en posición sobre la cabeza.

Es indispensable que la corriente esté regulada de forma que no resulte un baño demasiado fluido pero suficiente para permitir una buena penetración.El arco debe ser muy corto y si fuera necesario hacer alguna fuga en adelante para dar tiempo al baño de solidificarse.

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SOLDADURA DE ANGULO

Empalmes en planoCuando la pieza se puede manejar, es mejor disponerlo como se indica en la figura izquierda. Si la pieza no puede ser girada, la soldadura se efectúa eliminando el movimiento transversal, con el electrodo inclinado de 50° en el sentido de avance y de 40º respecto al plano horizontal (figura derecha)

Empalmes en vertical.Para los empalmes de ángulo en posición vertical son válidas las reglas descritas para la soldadura vertical de los empalmes de cabeza. La corriente de soldadura tiene que ser aumentada por el ~ 10% en respecto al valor correspondiente de los empalmes de cabeza.

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ANTECEDENTES HISTORICOS:

• Sir Humphry Davy demuestra en 1808 que es posible conducir electricidad en el aire entre dos electrodos.

• Bernados, oriundo de Rusia pero radicado en Inglaterra, demuestra en 1885 que con un arco establecido entre un electrodo negativo de carbón y un ánodo metálico es posible producir una fusión localizada y utilizarla para unir piezas metálicas. Patenta el primer dispositivo de soldadura manual.

• Slavianoff en 1892 reemplaza el electrodo de carbón por una varilla metálica introduciendo el concepto de electrodo consumible.

• Kjellberg, un sueco, obtiene en 1907 la primera patente de un electrodo revestido manual. Sería el fundador de la firma ESAB.

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DENOMINACIÓN DE LOS PROCESOS:

• SHIELDED METAL ARC WELDING (SMAW): Soldadura con electrodo revestido manual.

• GAS METAL ARC WELDING (GMAW): Soldadura con alambre macizo continuo bajo protección gaseosa.

• GAS TUNGSTEN ARC WELDING (GTAW): Soldadura con electrodo de Tungsteno bajo gas inerte.

• GAS SHIELDED FLUX CORED ARC WELDING (GSFCAW): Soldadura con electrodo tubular bajo protección gaseosa.

• SELF SHIELDED FLUX CORED ARC WELDING (SSFCAW): Soldadura con electrodo tubular autoprotegido.

• SUBMERGED ARC WELDING (SAW): Soldadura por arco sumergido.