CAPITULO 1. TECNOLOG Í A EN LA APLICACI Ó N DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA.

La soldadura como método de unión de dos piezas metálicas ha resultado ser un proceso vital en el desarrollo de las estructuras, fácil de emplear y con gran efectividad, implicando variables que deben ser consideradas detalladamente si se quiere un resultado óptimo. Hoy día la ciencia ha avanzado mucho en materia de soldadura, permitiendo la utilización de tecnologías vanguardistas como robots y procesos automáticos de gran velocidad, pero que en su mayor parte se realiza en taller.

La soldadura puede definirse como un proceso de unión de partes, principalmente implicando la cohesión localizada de ellas por fusión y/o presión, generalmente con un elemento o material de aporte. Las piezas a unir se conocen como material base y el proceso conlleva a la formación de cristales comunes por difusión en la frontera de unión.

Dentro de las características más importantes que se deben tener en cuenta para obtener excelentes resultados en el proceso de soldadura están: Composición química, tamaño de grano y el espesor de la placa.

a. Composición química. El elemento más importante que afecta la soldabilidad es el carbono, sin embargo, el efecto de otros elementos también se tiene en cuenta mediante una fórmula de carbono equivalente. Se obtienen mejores resultados en la soldadura a medida que el carbono equivalente es menor, debido a que la máxima dureza y la fragilidad, que un acero puede llegar a alcanzar después de un rápido descenso de temperatura con medios enfriadores, es directamente proporcional al carbono equivalente.

b. Tamaño de Grano. Se obtienen buenos resultados en la soldadura para aceros con un tamaño de grano fi no1; el tamaño de grano es una de las principales variables que afectan la ductilidad y la resistencia al impacto. Un grano es una porción del material dentro del cual el arreglo de los átomos es casi idéntico. Los materiales de ingeniería normalmente son poli cristalinos. La orientación del arreglo de átomos, o estructura cristalina, es distinta en cada grano vecino. La zona donde se encuentran 2, o más granos, se denomina límite de grano, y es la zona donde se detienen las dislocaciones producto de las cargas externas.Un método para controlar las propiedades de un material metálico es controlar su tamaño de grano. Al reducir este, se aumenta su cantidad, y en consecuencia se aumenta la cantidad de superficies límites aumentando la resistencia del mismo. Se obtiene buenos resultados en la soldadura para aceros con un tamaño e grano fino.

c. Espesor. En general, si el espesor a ser soldado disminuye, se mejora la soldabilidad del material. Las láminas gruesas absorben el calor con tasas de enfriamiento más rápidas que las láminas delgadas usando el mismo tipo de soldadura. Una solución parcial para ello es precalentar la lámina y mantenerla a una temperatura de unos cientos de grados centígrados para las condiciones de operación de la soldadura.

1.1 ARCO CON PLASMA.

La soldadura por arco de plasma (PAW Plasma Arc Welding) es un proceso que utiliza una cierta cantidad de plasma a alta temperatura para conseguir fundir y unir la mayoría de los metales. Esta columna de plasma es comprimida al hacerla pasar por un orificio situado a continuación de un electrodo. El término “plasma” se refiere a un gas que sido suficientemente ionizado para hacerse conductor de la corriente eléctrica.

El arco con plasma puede ser usado para cortar o soldar y es el proceso térmico más usado para cortar aleaciones de aluminio en forma manual, mecanizado y totalmente automatizado.

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA.

Éxito: 1930 soldadura por arco eléctrico, construcción de barco (mejoras posteriores) corriente alterna y protección como fundente granulado. 40’s soldadura con protección gaseosa (helio) y electrodo no consumible de wolframio (TIG). En 1954 se descubre que aumentando el flujo del gas y reducir la abertura de la boquilla utilizada en TIG, se obtiene un chorro de plasma: capaz de cortar metales, proceso de corte por plasma.

El arco con plasma puede ser usado para cortar o soldar y es el proceso térmico más usado para cortar aleaciones de aluminio en forma manual, mecanizado y totalmente automatizado.

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO.

El fundamento del corte por plasma se basa en elevar la temperatura del material a cortar de una forma muy localizada y por encima de los 30.000 °C, llevando el gas hasta el plasma.

El procedimiento consiste en provocar un arco eléctrico estrangulado a través de la sección de la boquilla del soplete, sumamente pequeña, lo que concentra la energía cinética del gas, ionizándolo, lo que le permite cortar. El chorro de plasma lanzado contra la pieza penetra la totalidad del espesor a cortar, fundiendo y expulsando el material. El equipo de plasma tiene un soplete que está especialmente diseñado con un electrodo de Tungsteno en el interior de una cánula de cobre enfriada por agua, a través de la cual pasa el gas; un arco es pulsado entre el electrodo y la pieza de trabajo transfiriendo el plasma o entre el electrodo y la cánula donde no hay transferencia. El gas es calentado en la cánula por el arco a una temperatura extremadamente alta donde se ioniza convirtiéndose en plasma, al mismo tiempo que su volumen se expande y es forzado a través de la boquilla donde alcanza una gran velocidad.

El calor para cortar y soldar es provisto por una flama o chorro de plasma de gran velocidad con temperaturas superiores a 15000°C, la cual tiene por característica ser altamente concentrado, virtualmente indiferente de la distancia al punto muerto o de la dureza del material; el gas para el plasma incluye aire, argón, argón-Hidrogeno, nitrógeno y dióxido de carbono. El corte con plasma generalmente no deja los bordes rectos, debiendo emparejar los lados, particularmente cuando la energía del corte es alta para el espesor de la plancha o cuando se emplea una velocidad de corte excesiva.

La ventaja principal de este sistema radica en su reducido riesgo de deformaciones debido a la compactación calorífica de la zona de corte.

Fácil cebado del arco.El cebado del arco es facilitado por un arco piloto que se genera en las partes internas de la pistola, entre el electrodo y el tipo. El arco es activado al superponerse una alta frecuencia (que proviene de un pequeño generador de alta frecuencia situado en la consola de control) a una baja corriente en continua, durante un corto periodo de tiempo para ionizar el gas. Una vez que el arco piloto se ha estabilizado la alta frecuencia deja de actuar. Al posicionar la torcha sobre la pieza a soldar el arco principal es transferida a esta última desde la unidad de alimentación y a través del arco piloto.

- EQUIPO.Un sistema típico de soldadura por plasma consiste en:

• Consola de control del arco piloto.• Fuente de alimentación de corriente continua con una escala de regulación adecuada.• Torcha (para soldadura manual o mecanizada).• Recirculación de agua.

TORCHAEn la siguiente figura se muestra el despiece de una torcha de soldadura por plasma con los siguientes elementos:

1) Cerámica con gas lens o difusor en flujo laminar del gas secundario de protección.2) Boquilla o Tip.3) Camisa aislante centradora del electrodo. Tiene unos pequeños orificios que deben

orientarse hacia la punta de la torcha, por ellos sale el gas plasma hacia la boquilla.4) Electrodo de Tungsteno. Normalmente al 2% de Torio (AWS EWTh-2). Color Rojo5) Portatungsteno6) Tapón

En la siguiente figura se muestra un sistema típico de soldadura por plasma. El cual consiste en:

- GASES PARA SOLDADURA DE PLASMA.La composición de los gases para el plasma depende de los requerimientos en la

calidad del corte, espesores del material y el costo del gas; el aire es la opción más barata y existen sistemas que solo utilizan aire con un electrodo de hafnio que ha sido desarrollado para cortar materiales de hasta 6 mm de espesor.

Para espesores delgados se debe ocupar el nitrógeno, dióxido de carbono, argón- Hidrogeno o una mezcla de estos gases; para espesores superiores a 12,5 mm., el Argón-Hidrogeno es considerado como la mejor selección del gas para el plasma, esta mezcla de gas aportan la mejor calidad de corte, sin distinción de espesores; en segundo lugar en calidad para el corte es el dióxido de carbono o el nitrógeno; la inyección de agua dentro de la boquilla puede usarse además de los orificios del gas, esto restringe el chorro plasma adicionalmente y produce una mejor calidad (un corte más cuadrado), por encima de los 50 mm de espesor estas ventajas se reducen.

Tipos de gases para plasma.

Argón (A o Ar). Es el gas preferido. Es un gas totalmente inerte y no formará compuestos químicos con otros materiales a cualquier temperatura o presión. Su bajo potencial de ionización, asegura un iniciación y un arco piloto totalmente fiables. Proporciona una buena estabilidad al arco y una excelente protección al electrodo de tungsteno. Argón/Hidrogeno (Ar/H) (95/5%). La adición de pequeñas cantidades de Hidrógeno al Argón es algunas veces recomendable. Esto incrementa el calor (Heat input) sobre el baño de soldadura. La mezcla argón/hidrógeno dará un arco con mayor temperatura estimulando tanto la penetración como la fluidez del baño. La vida de las partes de la torcha será menor que cuando se usa únicamente argón. El rango aproximado de caudales es de 0.25 SCFH (0.18 l/min) a 5.0 SCFH (2.4 l/min).

Tipos de gases de protección. Argón. El argón puede ser usado para todos los metales. Proporciona una buena estabilidad al arco y una eficaz limpieza en los niveles más bajos de corriente (menos de 20 amperios). Se recomienda también en la soldadura de aluminio, aleaciones de cobre, titanio y metales reactivos. En algunos casos el argón puede no funcionar satisfactoriamente debido a los altos voltajes que se usan en la soldadura por plasma (18 – 32 Voltios). Cuando el baño de soldadura no es fluido, se pueden producir finas socavaduras y se observa una cierta oxidación en la superficie. El uso de argón/hidrógeno, helio o argón/helio, puede ser entonces necesario. Argón/Hidrogeno (95/5%). Las mezclas de argón/hidrógeno se emplean para proporcionar un incremento de temperatura en la soldadura. La adición de hidrógeno al argón reduce la tensión superficial del metal fundido, y como resultado se consigue un aumento de la velocidad, se facilita la desgasificación de la zona soldada evitándose de esta manera el peligro de formación de poros por inclusiones de gas. En soldaduras de alta velocidad, las socavaduras se evitan también y se consigue una superficie de soldadura más lisa.

Además del efecto beneficioso en la temperatura del arco, el hidrógeno tiene un efecto decapante que reduce la cantidad de óxido formado cuando se unen aceros inoxidables, níquel y aleaciones de níquel.Cuando se suelda níquel o sus aleaciones, la presencia de hidrógeno realmente ayuda previniendo la porosidad. Los óxidos de níquel que se forman por la entrada de oxigeno del aire son reducidos por el hidrógeno. El hidrógeno ataca cualquier oxigeno esporádico antes de formar óxido de níquel.

El porcentaje permisible de hidrógeno varía hasta un 15%. Está indirectamente relacionado con el espesor del material a soldar. Con una corriente alta de soldadura y una velocidad reducida en los materiales más gruesos, el hidrógeno puede quedar encerrado en el baño de soldadura. Esto causa fragilidad en la soldadura. En general a menos espesor de la pieza, más porcentaje de hidrógeno se debe usar. En soldaduras automatizadas, un alto porcentaje de hidrógeno puede aumentar la velocidad del proceso en materiales finos (1.6 mm o menos). Helio (He). El uso de helio como alternativa al argón incrementa el calor de la soldadura aproximadamente en un 25%. Esto es debido al alto potencial de ionización del helio, que además incrementa el voltaje del arco. El Helio se usa normalmente con aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre y con secciones gruesas de titanio. Estos materiales disipan el calor más rápidamente y necesitan el uso de helio. El rango caudales varia de 15 SCFH (7.1 l/min) a 40 SCFH (18.8 l/min). Helio/Argón (75/25%): La adición de helio al argón produce un arco más caliente para una intensidad de corriente dada. La mezcla debe contener al menos un 40% de helio antes de que sea detectado un cambio significativo de calor. El argón posee una tendencia a estabilizar el arco. Mezclas con más de un 75% de helio darán resultados similares al helio puro. Una mezcla de 75% de helio y 25% de argón se usa en las

aplicaciones de segmentos gruesos de titanio o en aleaciones de cobre. El rango caudales varia de 15 SCFH (7.1 l/min) a 40 SCFH (18.8 l/min).

- TIPOS DE SOLDADURA DE PLASMACorte con plasma de alta tolerancia (HT-PAC) o Arco Estrangulado en plasma.

Este tipo de proceso se está usado como una alternativa más barata que el sistema laser, haciendo cortes en materiales menores de 12 mm de espesor. Esta variación del proceso con plasma ha logrado una mejor calidad de corte con caras más perpendiculares, incisiones más estrechas y con terminaciones menos rugosas que el tradicional corte de arco con plasma y con terminaciones menos rugosas que el tradicional corte de arco con plasma, por una combinación de una rediseñada boquilla y una estrangulación en el campo magnético.

Técnica de la gubia.Esta utiliza un chorro de plasma en un soplete el cual es presentado en la

superficie con un ángulo de inclinación, al hacer eso se sopla la superficie y se forma un surco, la técnica puede usarse para remover los excesos del metal, socavar para eliminar los defectos, para eliminar soldadura y para preparar el área ha soldar, y que es capaz de remover grandes cantidades de material muy rápidamente.

Soldadura por fusión.Esta forma de soldadura es la más usada con el sistema de soldadura por plasma.

Se realiza con un arco suave y menos estrecho, usando caudales de plasma más bajos, una ligera posición retrasada del electrodo (set back) y unas intensidades comprendidas entre 1 y 200 amperios. El mínimo set back del electrodo se consigue con la nivelación del electrodo con el borde del tipo.

Esta técnica de colocar el electrodo permite reducir el chorro de gas plasma mientras se mantiene una elevada corriente en el tipo. Esto normalmente da un cordón de soldadura más ancho que permite una mayor velocidad a la hora de soldar. Este método de soldar es muy similar al sistema TIG pero con muchas ventajas adicionales.

Soldadura plasma con penetración o “KEYHOLE"Este tipo de soldadura es generalmente obtenido usando un consistente arco constreñido. En la soldadura con penetración ésta es conseguida por la combinación de plasma y un momento de gas con conductividad térmica. Con un incremento de los caudales gas plasma y del set back de electrodo, un agujero conocido como “KEYHOLE” (ojo de cerradura) es traspasado completamente a través de la totalidad del espesor del metal a soldar en el punto donde se está formando el caldo de soldadura y donde la columna de plasma reemplaza al metal fundido.

Según se desplaza la torcha a una velocidad constante, el metal fundido, sostenido por la tensión superficial, fluye detrás del keyhole formando el cordón de soldadura. La forma de soldadura keyhole es casi exclusivamente realizado en sistemas automáticos.

Esta técnica es utilizada típicamente en soldaduras a tope en espesores que van desde 2,4 mm hasta 6,4 mm en las que se requiere un 100% de penetración en pasada única. La soldadura manual keyhole no es recomendada a causa de la dificultad de mantener una velocidad de desplazamiento constante, en la posición de la torcha o en la aportación de material.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA SOLDADURA POR PLASMA.

Ventajas de la Soldadura de Plasma.

1. Seguro cebado del arco.2. Electrodo protegido.3. Menos sensibilidad a los cambios de distancia boquilla-pieza.4. Mejora la estabilidad del arco de soldadura con baja corriente.5. Se solda con menos intensidad de corriente.6. Reducida aportación de calor (heat input)7. El arco es más direccional (arco menos errático)8. Mejora la geometría del cordón y el control de la penetración.

Ventajas y Desventajas de Plasma Keyhole.

Ventajas.1. Reducidos niveles de corriente.2. Soldaduras de una sola pasada.3. Minimiza la preparación de la

soldadura.4. Cordones más estrechos.5. Comprobación visual de 100% de

penetración.6. Mejora la geometría del cordón.7. Se requiere menos material de

aportación.

Desventajas.1. Este modo de soldar está limitado

a posiciones plana, comisa y vertical ascendente.

2. Menos sensibilidad a cambios en las variables.

3. Limitado a instalaciones automáticas.

1.2 SOLDADURA TIG O GTAW.

La soldadura TIG (del inglés tungsten inert gas) o soldadura GTAW (del inglés gas tungsten arc welding), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o circonio en porcentajes no superiores a un 2%. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos.

La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto

de procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre el oxígeno de la atmósfera y el baño de fusión. Además, dicho gas simplifica notablemente el soldeo de metales ferrosos y no ferrosos, por no requerir el empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de escoria que pueden implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco en atmósfera inerte es la que permite obtener soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos y proyecciones; la movilidad del gas que rodea al arco transparente permite al soldador ver claramente lo que está haciendo en todo momento, lo que repercute favorablemente en la calidad de la soldadura. El cordón obtenido es por tanto de un buen acabado superficial, que puede mejorarse con sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los costes de producción. Además, la deformación que se produce en las inmediaciones del cordón de soldadura es menor.

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA.

La soldadura de arco de tungsteno protegida por gas (siglas del inglés de Tungsten Inert Gas), también denominada soldadura por heli-arco (por usarse el gas Helio como protector) o bien la denominación más moderna GTAW (siglas del inglés de Gas Tungsten Arc Welding), data de mucho tiempo atrás. En el año 1900 se otorgó una patente relacionada con un sistema de electrodo rodeado por un gas inerte. Las experiencias con este tipo de soldadura continuaron durante las décadas de 1920 y 1930. Sin embargo, hasta 1940 no se produjo una gran evolución del proceso TIG o GTAW. Hasta antes que la 2a. Guerra Mundial comenzara, no se había realizado mucha experimentación porque los gases inertes eran demasiado costosos. Ya una vez iniciada la Guerra, la industria aeronáutica necesitaba un método más sencillo y rápido para realizar la soldadura del aluminio y del magnesio, metales estos empleados en la fabricación de aviones. Por los incrementos en producción logrados con este sistema de soldadura, se justificó el incremento en costo por el empleo de este gas.

A continuación se resume aquellos hitos que fueron concluyentes en el avance, en general de la técnica de soldar bajo gas protector, hasta nuestros días:

1.919: se llevan a cabo las primeras investigaciones sobre el uso de gases de protección en los procesos de soldeo. Estas investigaciones versaron principalmente sobre los dos grandes grupos de gases a saber, inertes (caso del Helio y Argón) o activos (CO2). No obstante, el empleo de este último tipo inducía a la aparición de proyecciones y poros en el cordón una vez solidificado; pero por otro lado, el poder calorífico alcanzado por el arco bajo un gas activo es muy superior al alcanzado empleando un gas noble; 1.924: es el año donde aparece la primera patente TIG registrada por los americanos Devers y Hobard; 1.948: es el año donde comienza a emplearse gas inerte con electrodo consumible, dando lugar a lo que más tarde será conocido como procedimiento MIG. Este tipo de procedimiento tenía el inconveniente que era poco el grado de penetración que se alcanzaba en los aceros. 1.952: es el año donde comienza a emplearse gas activo con electrodo consumible, dando lugar a lo que más tarde será conocido como procedimiento MAG. 1.950: se van desarrollando procedimientos de automatización de los procesos de soldeo, gracias a las mejoras conseguidas en los equipos de soldeo y en la fabricación de los materiales de aporte. Por ejemplo, para disminuir las proyecciones se empezaron a emplear como material de aporte hilos huecos rellenos en su interior de revestimiento, o el empleo de mezclas de gases nobles y activos.

Aunque la producción de este gas es ahora más económica y rápida, aún hoy representa un gasto adicional a considerar, pero ampliamente justificado por los resultados obtenidos.

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO.

El proceso GTAW, TIG o Heliarco es por fusión, en el cual se genera calor al establecerse un arco eléctrico entre un electrodo de tungsteno no consumible y el metal de base o pieza a soldar. Como en este proceso el electrodo no aporta metal ni se consume, de ser necesario realizar aportes metálicos se harán desde una varilla o alambre a la zona de soldadura utilizando la misma técnica que en la soldadura oxiacetilénica. La zona de soldadura estará protegida por un gas inerte, evitando la formación de escoria o el uso de fundentes o “flux” protectores. A continuación se define los parámetros que caracterizan a este tipo de procedimiento:

Fuente de calor: por arco eléctrico. Tipo de electrodo: no consumible. Tipo de protección: por gas inerte. Material de aportación: externa mediante varilla, aunque para el caso de chapas finas se puede conseguir la soldadura mediante fusión de los bordes sin aportación exterior. Tipo de proceso: fundamentalmente es manual. Aplicaciones: a todos los metales. Dificultad operatoria: mucha.

Descripción de los puntos principales a tener en cuenta, a saber:

Previo a la realización de cualquier operación de soldadura con TIG, la superficie deberá estar perfectamente limpia. Esto es muy importante ya que en este sistema no se utilizan fundentes o “fluxes” que realicen dicho trabajo y separen las impurezas como escoria. Cortar la varilla de aporte en tramos de no más de 450 mm. Resultan más cómodas para maniobrar. Previamente a su utilización, se deberán limpiar trapeando con alcohol o algún solvente volátil. Aún el polvillo contamina la soldadura. Si se es diestro, deberá sostener el soplete o torcha con la mano derecha y la varilla de aporte con la mano izquierda. Si es zurdo, se deberán intercambiar los elementos de mano. Tratar de adoptar una posición cómoda para soldar, sentado, con los brazos afirmados sobre el banco o mesa de trabajo. Se debe aprovechar que este sistema no produce chispas que vuelen a su alrededor. Utilizar los elementos de protección necesarios (casco, lentes, guantes, etc.). A pesar de que la luz producida por la soldadura TIG no parezca peligrosa, en realidad lo es. Ella posee una gran cantidad de peligrosa radiación ultravioleta.

Se deberá estimar el diámetro del electrodo de tungsteno a utilizar en aproximadamente la mitad del espesor del metal a soldar. El diámetro de la tobera deberá ser lo mayor posible para evitar que restrinja el pasaje de gas inerte a la zona de soldadura. Deben evitarse corrientes de aire en el lugar de soldadura. La más mínima brisa hará que las soldadura realizada con TIG se quiebre o fisure. Además, puede ser que por efecto del viento, se sople o desvanezca en gas inerte de protección. Para comenzar la soldadura, el soplete deberá estar a un ángulo de 45° respecto al plano de soldadura. Se acercará el electrodo de tungsteno a la pieza mediante un giro de muñeca (fig. 3.4). Se deberá mantener una distancia entre el electrodo y la pieza a soldar de 3 a 6 mm (1/8” a 1/4”). Nunca se debe tocar el electrodo de tungsteno con la pieza a soldar. El arco se generará sin necesidad de ello.

Calentar con el soplete hasta generar un punto incandescente. Mantener alejada la varilla de aporte hasta tanto no se haya alcanzado la temperatura de trabajo correcta. Una vez logrado el punto incandescente sobre el material a soldar, adicionar aporte con la varilla metálica, realizando movimientos hacia adentro y hacia fuera de la zona de soldadura (llamado picado). No se debe tratar de fundir el metal de aporte con el arco. Se debe dejar que el metal fundido de la pieza lo absorba. Al sumergir el metal de aporte en la zona de metal fundido, ésta tenderá a perder temperatura, por lo que se debe mantener una cadencia en la intermitencia empleada en la varilla de aporte. Si a pesar de aumentar la frecuencia de “picado” la zona fundida pierde demasiada temperatura, se deberá incrementar el calentamiento.

Previo a la realización de la costura definitiva, es aconsejable hacer puntos de soldadura en varios sectores de las piezas a soldar. De esta forma se evitarán desplazamientos en la unión por dilatación. El material de aporte deberá ser alimentado en forma anticipada al arco (figura anterior), respetando un ángulo de 10° a 25° respecto al plano de soldadura, mientras el soplete deberá tener un ángulo de 90° respecto al eje perpendicular al sentido de la soldadura y ligeramente caído en el eje vertical (aproximadamente 10°). Es muy importante que el ángulo de alimentación del aporte sea lo menor posible. Esto asegura una buena protección del gas inerte sobre el metal fundido y reduce el riesgo de tocar la varilla con el electrodo de tungsteno. Antes de pasar a otro tema, describiremos en forma esquemática las distintas corrientes que se pueden emplear con este tipo de soldadura.

- GASES OCUPADOS PARA LA SOLDADURA TIG.

Cuanto más denso sea el gas, mejor será su resultado en las aplicaciones de soldadura con arco protegido por gas. El Argón es aproximadamente 10 veces más denso que el Helio, y un 30% más denso que el aire. Cuando el Argón se descarga sobre la soldadura, este forma una densa nube protectora, mientras que la acción del Helio es mucho más liviana y vaporosa, dispersándose rápidamente.

GASES INERTES PARA GTAWMetal a soldar Gas

Aluminio y sus aleaciones ArgónLatón y sus aleaciones Helio o Argón

Cobre y sus aleaciones (menor de 3 mm) ArgónCobre y sus aleaciones (mayor de 3 mm) Helio

Acero al carbono ArgónAcero inoxidable Argón

A continuación se relacionan los principales gases empleados en la soldadura TIG:

Argón (Ar): Este gas ofrece buena estabilidad del arco y facilidad de encendido. Además ofrece una baja conductividad térmica, lo que favorece a la concentración de

calor en la parte central del arco, originándose por ello una penetración muy acusada en el centro del cordón. Cuando se usa este gas el aspecto típico del cordón es como el que se muestra en la figura adjunta:

Mezcla Argón-Helio: Empleando la mezcla de ambos gases se obtienen características intermedias. No obstante, sólo se suele empelar para el soldeo del cobre, dado que esta mezcla de gases contribuye a la figuración en frío del acero. Mezcla de Argón-Hidrógeno: Su uso aumenta el poder de penetración de la soldadura. Se restringe su uso para soldar aceros inoxidables, dado que aumenta la posibilidad de la figuración en frío para otros aceros. Helio (He). El Helio fue el primer gas inerte utilizado en estos procesos. Su función era crear una protección sobre el metal fundido y así evitar el efecto contaminante de la atmósfera (Oxígeno y Nitrógeno). La característica de un gas inerte desde el punto de vista químico es que no reacciona en el proceso de soldadura. El Helio produce mayor temperatura que el Argón, por lo que resulta más efectivo en la soldadura de materiales de gran espesor, en particular metales como el cobre, el aluminio y sus aleaciones.

- EQUIPO.El equipamiento básico necesario para ejecutar este tipo de soldadura está

conformado por:

Un equipo para soldadura por arco con sus cables respectivos. Provisión de un gas inerte, mediante un sistema de mangueras y reguladores de presión. Provisión de agua (solo para algunos tipos de sopletes). Soplete para soldadura TIG. Puede poseer un interruptor de control desde el cual se comanda el suministro de gas inerte, el de agua y el de energía eléctrica.

En la figura, se observa un esquema de un equipo básico de GTAW, en el cual se ilustra la alimentación y salida de suministro de agua. Este esquema, en algunos casos, puede darse sin el suministro de agua correspondiente. El mismo es utilizado como método de refrigeración.

Los equipos para soldar con GTAW poseen características particulares, pero admiten ser utilizadas también con SMAW. Los equipos para soldadura GTAW poseen:

Una unidad generadora de alta frecuencia (oscilador de AF) que hace que se forme el arco entre el electrodo al metal a soldar. Con este sistema, no es necesario tocar la pieza con el electrodo. El equipo posee un sistema de electroválvulas de control, las cuales le permite controlar el accionamiento en forma conjunta del agua y el gas. Sólo algunos equipos poseen un control mediante pedal o gatillo en el soplete.

Al efectuar la soldadura con CC, se observa que en el terminal positivo (+) se desarrolla el 70% del calor y en el negativo (−) el 30% restante. Esto significa que según la polaridad asignada, directa o inversa, los resultados obtenidos serán muy diferentes. Con polarización inversa, el 70% del calor se concentra en el electrodo de tungsteno.

A continuación, en la Tabla, se detallan las características de corriente necesarias para la soldadura TIG de diversos metales, a saber:

Tabla para soldadura TIG

Metal a soldarFuente de Potencia

Preferida OpcionalAluminio CA (alta frecuencia) CC inversa

Latón y sus aleaciones CC directa CA (alta frecuencia)Cobre y sus aleaciones CC directa -

Acero al carbono CC directa CA (alta frecuencia)Acero inoxidable CC directa CA (alta frecuencia)

SOPLETE. Como el proceso de GTAW es por arco eléctrico, los primeros sopletes que se utilizaron resultaban de una adaptación de las pinzas porta electrodo de la soldadura de arco convencional (SMAW) con un electrodo de tungsteno y un tubo de cobre suministrando el gas inerte sobre la zona de soldadura. El soplete actual consta de un mango, un sistema de collar para la sujeción del electrodo de tungsteno y una sistema de tobera a través del cual se eyecta el gas inerte. Pueden poseer sistema de enfriamiento por aire o por agua. Cuando se utilizan corrientes por debajo de 150 Ampere, se emplea la refrigeración por aire. En cambio, cuando se utilizan corrientes superiores a 150

Ampere, se emplea refrigeración por agua. El agua puede ser recirculada mediante un sistema cerrado con un tanque de reserva, una bomba y un enfriador.

BOQUILLAS O TOBERAS. Toberas cumplen con dos funciones: la de dirigir el gas inerte sobre la zona de la soldadura, y la de proteger al electrodo. Las boquillas o toberas pueden ser de dos materiales diferentes: de cerámica y de metal. Las boquillas de cerámica son utilizadas en los sopletes con enfriamiento por aire, mientras que las metálicas son las utilizadas en los sopletes con enfriamiento por agua.

- DISTANCIAS.En la técnica TIG es muy importante la distancia que separa el electrodo de la

pieza, que influye en el mantenimiento del arco eléctrico, así como el tramo de electrodo que sobresale de la tobera de la pinza, recomendándose los siguientes valores según la figura adjunta:

- 5 mm. como máximo de salida del electrodo fuera de la tobera.- 5 mm. como máximo para la distancia de la punta del electrodo a la pieza.

- ANGULO. Otro factor importante que se debe controlar es la inclinación de la pinza porta-electrodos. Lo ideal sería a 90º con la pinza totalmente perpendicular a la pieza, pero se puede admitir una inclinación entre 75º y 80º, a fin de facilitar el trabajo y el control visual del cordón.

- CORRIENTE.La soldadura TIG puede utilizar corriente continua y alterna, la elección de la polaridad se debe hacer en función del material a soldar.

Corriente Continua, Polaridad Directa: Cuando el electrodo de tungsteno tiene polaridad negativa y la pieza positiva (polaridad directa), los electrones dejan el electrodo y chocan contra el metal base, proporcionando con ello dos terceras partes de la energía total en forma de calor en el metal base. Las intensidades de corriente son del orden de 50 a 500 Amperios (A). Con esta polarización se consigue mayor penetración y aumento en la duración del electrodo, ayudada además por el arco formado bajo el gas protector que presenta forma de campana, lo que proporciona una penetración profunda y estrecha. Al utilizar corriente continua, con polaridad directa, se tiene menor calentamiento en la pieza de trabajo y uno mayor en el electrodo. Corriente Continua, Polaridad Inversa: En la polaridad inversa, el electrodo se encuentra a potencial positivo respecto a la pieza, conectada ésta al polo negativo, lo que quiere decir que la relación de corriente es mayor en la pieza de trabajo, la pieza se calienta el 30 por ciento y el electrodo un 70 por ciento; las intensidades oscilan entre 5 y 60 Amperios. Por lo que en este método, deben considerarse dos consecuencias importantes: el baño de fusión es mayor pero la penetración es poca y ancha y, se produce un efecto de descontaminación, ya que los electrones que salen de la pieza,

rompen la película de óxidos y acorralan las impurezas a un lado. En la práctica, el método de la polaridad inversa no tiene mucha aplicación; sólo en casos excepcionales para soldar chapas muy finas de magnesio, en las que no se requiere de altas temperaturas. Corriente Alterna: Se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo. La característica principal es que durante un periodo de tiempo, un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o Hertz posea esa corriente. Sin embargo, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo. El método de corriente alterna es especialmente útil para materiales de espesores delgados. La corriente alterna provee un calor uniforme que reduce la posibilidad de perforación por fusión o la producción de agujeros en la soldadura; también reduce el riesgo de curvatura común en los metales delgados. Por los lapsos del nivel de corriente en que ocurre el derretimiento y fusión del metal de soldadura, éste tiene la posibilidad de solidificarse. En el caso específico del aluminio es recomendable utilizar la corriente alterna.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA SOLDADURA TIG.

VENTAJAS1. Adecuada para soldaduras de responsabilidad (pase de raíz).2. El proceso puede ser mecanizado o robotizado.3. Facilita la soldadura en lugares de difícil acceso.4. Ofrece alta calidad y precisión.5. Óptimas resistencias mecánicas de la articulación soldada.6. Poca generación de humo.7. Soldaduras claras, brillantes y con óptimo acabado, sin usar flujo de limpieza,

prescindiendo de acabado final y reduciendo costos de fabricación.8. Soldadura en todas las posiciones.9. Versatilidad: suelda prácticamente todos los metales industrialmente utilizados.

DESVENTAJAS.1. Alto costo del equipo.2. Distancia limitada entre el equipo y el material del trabajo.3. Dificultades para trabajar al aire libre.4. Enfriamiento más rápido en comparación con otros métodos de soldadura.5. Limitación en lugares de difícil acceso para la pistola.

- APLICACIONES

1. Soldeo de la primera pasada de tuberías de aceros aleados, aceros inoxidables y aleaciones de Níquel.

2. Soldeo de equipos de Al, Ti y aleaciones de Ni.3. Soldeo de tubos a la placa de los intercambiadores de calor4. Soldeo interno de reactores de urea en acero inoxidable y Ti.

1.3 SOLDADURA MIG – MAG – GMAW

La soldadura MIG/MAG es un proceso de soldadura por arco bajo gas protector con electrodo consumible, el arco se produce mediante un electrodo formado por un hilo continuo y las piezas a unir, quedando este protegido de la atmósfera circundante por un gas inerte (soldadura MIG) o por un gas activo (soldadura MAG). La soldadura MIG/MAG es intrínsecamente más productiva que la soldadura MMA donde se pierde productividad cada vez que se produce una parada para reponer el electrodo consumido. El uso de hilos sólidos y tubulares ha aumentado la eficiencia de este tipo de soldadura hasta el 80%-95%.

La soldadura MIG/MAG es un proceso versátil, pudiendo depositar el metal a una gran velocidad y en todas las posiciones, este procedimiento es muy utilizado en espesores pequeños y medios en estructuras de acero y aleaciones de aluminio, especialmente donde se requiere una gran trabajo manual. La introducción de hilos tubulares es particularmente favorable para la producción de estructuras pesadas donde se necesita de una gran resistencia de soldadura.

La soldadura por gas inerte de metal (MIG) utiliza un electrodo de metal que sirve como material de relleno para la soldadura y se consume durante la soldadura. El argón es también el gas primario utilizado en la soldadura MIG, a menudo mezclado con dióxido de carbono. La soldadura MIG fue desarrollada para metales no ferrosos, pero se puede aplicar al acero.

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

En la década de 1940 se otorgó una patente a un proceso que alimentaba electrodo de alambre en forma continua para realizar soldadura con arco protegido por gas. Este resultó el principio del proceso MIG (siglas del inglés de Metal Inert Gas), que ahora posee la nomenclatura AWS y CSA de soldadura con gas y arco metálico GMAW (siglas del inglés de Gas Metal Arc Welding). Este tipo de soldadura se ha perfeccionado desde sus comienzos. En algunos casos se utilizan electrodos desnudos y protección por gas, y en otros casos se utilizan electrodos recubiertos con fundentes, similares a los utilizados en los procesos de arco protegido convencionales. Existe como otra alternativa, electrodos huecos con núcleo de fundente. Para algunos procesos particulares, se pueden combinar el uso de electrodos con fundentes (recubiertos o huecos) juntamente con gas protector. En este sistema se reemplaza el Argón (utilizado en el proceso TIG) por Dióxido de Carbono (CO2). El electrodo es alimentado en forma continua desde el centro de la pistola para soldadura. En este momento, este proceso de soldadura, a nivel industrial, es uno de los más importantes.

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO.

La soldadura por arco bajo gas protector con electrodo consumible es un proceso en el que el arco se establece entre un electrodo de hilo continuo y la pieza a soldar, estando protegido de la atmósfera circundante por un gas inerte (proceso MIG) o por un gas activo (proceso MAG).

- SECUENCIA DE UN EQUIPO DE SOLDADURA.La secuencia de un equipo de soldadura MIG/MAG es controlada por un circuito electrónico que activa secuencialmente los elementos de la máquina: corriente de soldadura, salida de gas, velocidad de hilo,...En todo diagrama de secuencia se pueden distinguir los siguientes tiempos:

TIEMPO DE PRE-GAS: es el tiempo que transcurre desde que se da la orden de inicio de soldadura y comienza propiamente ésta. Durante estos instantes, fluye gas hacia la zona a soldar, con el fin de crear la atmósfera protectora necesaria para el inicio del arco.

AVANCE LENTO DE HILO: Un control de avance lento de hilo (slope) es incorporado en algunos equipos con el objeto de mejorar el cebado del arco. En efecto, cuando el hilo se encuentra frío, necesita una energía superior en relación con el volumen aportado para que éste pueda fundirse. En este caso, se mejora el cebado aportando un volumen inferior, de manera que la relación energía/volumen sea la óptima.

TIEMPO DE RETARDO DE CORRIENTE: es el tiempo que existe entre que se da la orden de desactivación de soldadura y el final real de ésta. Se trata de un tiempo absolutamente necesario para que el hilo no quede enganchado al metal base. Se le conoce también con el nombre de Burn-back.

TIEMPO DE POST-GAS: A veces, es preciso proteger el final de soldadura mediante gas, con objeto de evitar porosidades. De esta manera, el post-gas asegura una protección total desde la extinción del arco hasta que la parte final del cordón ha descendido de temperatura considerablemente.

FUNCIONAMIENTO EN LA ZONA DEL ARCOLa transferencia por inmersión o cortocircuito se produce cuando sin haberse

producido arco, al tocar el electrodo con la pieza, se queda pegado produciéndose un cortocircuito. Por dicho motivo, la corriente se incrementará lo suficiente para fundir el electrodo, quedando una pequeña porción del mismo en el material a soldar. En la transferencia globular, las gotas de metal fundido se transfieren a través del arco por efecto de su propio peso. Es decir que el electrodo se funde y las pequeñas gotas caen a la zona de soldadura. Por lo detallado, es de suponer que esta forma de depósito no nos resultará muy útil cuando se desee realizar soldaduras en posiciones diferentes a la plana y horizontal.

La diferencia que existe entre la deposición globular y la transferencia por aspersión radica en el tamaño de las partículas metálicas fundidas que se depositan. Cuando se incrementa la corriente, la forma de transferencia de metal cambia de globular a aspersión. Esto se debe a que los glóbulos son mucho más pequeños y frecuentes, y en la práctica permite guiarlos e impulsarlos con el arco eléctrico.

En la transferencia por aspersión, se utiliza como gas protector un gas inerte puro o con una mínima proporción de oxígeno. Esto favorecerá a la conducción de la corriente eléctrica utilizada en el proceso.

El proceso puede ser:

SEMIAUTOMÁTICO: La tensión de arco, la velocidad de alimentación del hilo, la intensidad de soldadura y el caudal de gas se regulan previamente. El avance de la antorcha de soldadura se realiza manualmente. AUTOMÁTICO: Todos los parámetros, incluso la velocidad de soldadura, se regulan previamente, y su aplicación en el proceso es de forma automática. ROBOTIZADO: Todos los parámetros de soldeo, así como las coordenadas de localización de la junta a soldar, se programan mediante una unidad específica para este fin. La soldadura la efectúa un robot al ejecutar esta programación.

Este tipo de soldadura se utiliza principalmente para soldar aceros de bajo y medio contenido de carbono, así como para soldar acero inoxidable, aluminio y otros metales no férricos y tratamientos de recargue.

Produce soldaduras de gran calidad en artículos para la industria del automóvil, calderería y recipientes a presión o estructura metálica en general, construcción de buques y un gran número de otras aplicaciones, día a día en aumento.

En la siguiente figura se indican los elementos más importantes que intervienen en el proceso:

- INFLUENCIA DE LOS DISTINTOS PARÁMETROS.

El comportamiento del arco, la forma de transferencia del metal a través de éste, la penetración, la forma del cordón,... están condicionados por la conjunción de una serie de parámetros entre los que destacan:

POLARIDAD: afecta a la forma de transferencia, penetración, velocidad de fusión del hilo,... Normalmente se trabaja con polaridad inversa o positiva, es decir, la pieza al negativo y el alambre de soldadura al positivo. En este punto, es interesante comentar el hecho de que ya que los electrones viajan del polo negativo al positivo, es este último el que se calienta más, - concretamente el polo positivo se caliente un 65% más que el negativo. Esta condición podría ser particularmente útil para aquellos trabajos donde se requiera un mayor aporte térmico en la pieza que en el hilo de soldadura, lo que se conseguiría empleando la polaridad directa o negativa. Del mismo modo, y debido a la circulación de electrones del polo negativo al positivo, se origina una propiedad especialmente importante: el arco muestra afinidad por dispersar las películas de óxido y otros materiales refractarios en el polo negativo. Así, pues, en todos aquellos casos de soldadura de metales que forman óxidos refractarios, se hace imprescindible la conexión de la polaridad inversa o positiva (negativo en la pieza), con la finalidad de aprovechar precisamente la acción limpiadora del arco. TENSIÓN DE ARCO: este parámetro resulta determinante en la forma de transferencia del metal a la pieza, tal y como se verá en el siguiente apartado. VELOCIDAD DE ALIMENTACIÓN DE HILO: en esta técnica no se regula previamente la intensidad de soldadura, sino que es el ajuste de la velocidad de alimentación del hilo el que provoca la variación de la intensidad gracias al fenómeno de la autorregulación. NATURALEZA DEL GAS: presenta una notable influencia sobre la forma de transferencia del metal, penetración, aspecto del cordón, proyecciones,... En la siguiente figura se muestran las formas de los cordones y las penetraciones típicas de este proceso, en función del tipo de gas:

- TRANSFERENCIA DEL METAL.

Existen distintas formas de transferencia del metal en el arco, dependientes todas ellas de los valores de los parámetros de tensión e intensidad. Se detallan en apartados siguientes.

TRANSFERENCIA POR CORTOCIRCUITO.En esta forma de transferencia, el hilo se funde formando una gota que se va alargando hasta el momento en que toca el metal de base, y a causa de la tensión superficial se corta la unión con el hilo. En el momento de establecer contacto con el metal de base se produce un cortocircuito, aumenta en gran medida la intensidad y como consecuencia, las fuerzas axiales rompen el cuello de la gota y simultáneamente se reanuda el arco. Para que un arco se comporte de esta forma, deben cumplirse una serie de condiciones:

o Utilización de polaridad inversa o positiva.o Tensión y densidad de corriente bajas.o Gas de protección CO2 o mezclas de Ar/CO2.

Con este tipo de arco se sueldan piezas de reducidos espesores, porque la energía aportada es pequeña en relación con otro tipo de transferencias. Es ideal para soldaduras en vertical, en cornisa y bajo techo, porque el baño de fusión es reducido y fácil de controlar.

TRANSFERENCIA GLOBULAR.Cuando se opera con este tipo de arco, el hilo se va fundiendo por su extremo a través de gotas gruesas de un diámetro hasta tres veces mayor que el del electrodo. Al mismo tiempo, se observa como las gotas a punto de desprenderse van oscilando de un lado hacia otro. Como puede deducirse, la transferencia del metal es dificultosa, y, por tanto, el arco inestable, de poca penetración, y se producen numerosas proyecciones.

Se trata de un método que no se utiliza en la práctica, pero que puede aparecer cuando se efectúa el reglaje de un equipo de soldadura. El arco suele comportarse de esta forma cuando hay valores grandes de tensión y bajos de intensidad, o también cuando se utiliza polaridad directa o negativa. TRANSFERENCIA POR PULVERIZACIÓN AXIAL.En este caso la transferencia se realiza en forma de gotas muy finas que se depositan sobre el metal base de forma ininterrumpida, similar a una pulverización por spray, de ahí que se conozca también este método por Arco spray. Se caracteriza por un cono de proyección muy luminoso y por un zumbido característico. Para que un arco se comporte de esta manera, es necesario que:

o Se utilice polaridad inversa o positiva.o El gas de protección sea Ar o mezcla de Ar con algo de O2 o de Ar con CO2.

o Exista una tensión de arco relativamente elevada y una densidad de corriente también elevada.

El efecto de la utilización de la polaridad positiva se traduce en una enérgica acción limpiadora sobre el baño de fusión, que resulta particularmente útil en la soldadura de metales que producen óxidos pesados y difíciles de reducir, como el Aluminio o el Magnesio. La penetración que se consigue es buena, por lo que se recomienda para soldar piezas de grueso espesor. Como inconveniente, cabe destacar que el baño de fusión resulta relativamente grande y fluido, por lo que no se controla con facilidad en posiciones difíciles.

Además, se consigue una gran penetración debido a la elevada intensidad durante la pulsación, y sin embargo, la energía media empleada es inferior que utilizando MIG/MAG convencional, lo que repercute en una menor deformación de la pieza.

TRANSFERENCIA POR ARCO PULSADO.En este tipo de transferencia, se combina la superposición de dos corrientes, una ininterrumpida y de débil intensidad (llamada de base) cuyo objetivo es proporcionar al hilo la energía calorífica para mantener el arco encendido y otra constituida por una sucesión de pulsaciones a una determinada frecuencia. Cada pulsación eleva la intensidad a un valor suficiente que hace fundir una gota del mismo diámetro que el diámetro del hilo que se está utilizando. Esta gota se desprende antes de que el extremo del hilo llegue a hacer contacto con el metal base, como consecuencia de las fuerzas internas que actúan. De esta manera se elimina en su totalidad las proyecciones, tan características de otros tipos de transferencia.

- GASES USADOS EN LA SOLDADURA MIG.En la soldadura MIG (Metal Inert Gas), el gas que actúa como protección es inerte,

es decir, que no actúa de manera activa en el propio proceso, y por tanto, muy estable. En contrapartida, en la soldadura MAG (Metal Activ Gas), el gas de protección se comporta como un gas inerte a efectos de contaminación de la soldadura, pero, sin embargo, interviene termodinámicamente en ella. En efecto, en las zonas de alta temperatura del arco, el gas se descompone absorbiendo calor, y se recompone inmediatamente en la base del arco devolviendo esta energía en forma de calor.

o SOLDADURA MIG.De los seis gases inertes existentes (argón, helio, neón, criptón, xenón y radón) el

argón es el más empleado en Europa, mientras que es el Helio el que se utiliza en Estados Unidos. El argón se ioniza fácilmente, de manera que la tensión del arco bajo argón es sensiblemente inferior que bajo helio.El argón puro solo se utiliza en la soldadura del aluminio, el cobre, el níquel o el titanio. Si se aplica al acero, se producen mordeduras y cordones de contorno irregular. La soldadura con gas helio produce cordones más anchos y con una penetración menor que cuando se suelda con argón. Existe otro tipo de mezcla de argón con cantidades inferiores al 5% de oxígeno que no modifica el carácter de inerte de la mezcla y que mejora la capacidad de "mojado", es decir, la penetración, ensanchando la parte inferior del cordón, y todo esto debido a que el oxígeno actúa sobre la tensión superficial de la gota.

o SOLDADURA MAG.Tal y como se ha comentado anteriormente, el gas protector empleado en

soldadura MAG es un gas activo, o sea, que interviene en el arco de forma más o menos decisiva. A continuación se detallan algunos de los gases más comúnmente empleados:

CO2: Es un gas incoloro, inodoro y de sabor picante, una vez y media más pesado que el aire. Se obtiene industrialmente por la combustión del carbón o compuestos del carbono, en exceso de oxigeno o de aire. Se trata de un gas de carácter oxidante que a elevada temperatura del arco tiende a disociarse de acuerdo con la siguiente reacción:

EN EL ARCO: 2CO2 - 2CO2 + O (absorción de calor)

Y, en la recomposición:

EN LA BASE: 2CO2 + O = 2CO2 (cesión de calor). El oxígeno resultante de la disociación es particularmente activo. Se combina con el carbono del acero para dar de nuevo CO, con lo que se produce un empobrecimiento en carbono si no se utiliza un hilo con suficiente contenido de elementos desoxidantes como el silicio y el manganeso y la cantidad adecuada de carbono. Si la densidad de corriente es elevada, provoca una mayor disociación del oxígeno convirtiéndole en más activo todavía.

o SELECCIÓN DEL GAS DE PROTECCIÓN.El usuario puede ensayar diversos tipos de gas y mezclas de gases con diferentes proporciones de cada uno de ellos, hasta conseguir los mejores resultados de acuerdo con los equipos de soldeo e hilos de aporte disponibles. La estructura de coste de la soldadura terminada es aproximadamente la que se indica en la siguiente figura, por lo que el coste del gas puede llegar a ser irrelevante frente a otros factores, en especial la mano de obra.

- EQUIPO PARA SOLDADURA MIG.Se indican a continuación los elementos más importantes que forman parte de un equipo de soldadura MIG/MAG.

TRANSFORMADOR. El transformador es el elemento encargado de reducir la tensión alterna proveniente de red en otra que la haga apta para la soldadura, siguiendo una serie de condiciones eléctricas que se detallarán en apartados sucesivos. Fundamentalmente, un transformador consta de un núcleo formado por chapas magnéticas apiladas en cuyas columnas se devanan dos bobinas. La primera de ellas, que va a constituir el circuito primario consta de un número de espiras superior a la segunda, y, además, de sección inferior a ésta. La segunda, por consiguiente, que constituye el circuito secundario, tendrá menos espiras y de mayor sección.

RECTIFICADOR. La misión de un rectificador es la de convertir la tensión alterna en continua, imprescindible para poder soldar en proceso MIG/MAG. Está constituido por un número variable de semiconductores de potencia, concretamente de diodos de silicio, soportados en aletas de aluminio con objeto de aumentar su refrigeración.

INDUCTANCIA. La inductancia tiene como objeto el alisamiento de la corriente de soldadura, lo que da como resultado una disminución de las proyecciones, o, lo que es lo mismo, una mayor estabilidad en la soldadura. Dado que la inductancia limita el crecimiento brusco de la intensidad cada vez que se produce un cortocircuito, durante el cebado del arco, y puesto que el hilo está frio, puede darse el caso de que la intensidad no sea suficiente para aportar la energía necesaria para fundir el hilo, lo que repercutiría en un deficiente cebado. Es por ello que si el equipo de soldadura consta de una inductancia de valor inductivo elevado, estará dotado también de algún sistema que elimine este efecto durante el instante inicial. Fundamentalmente, la inductancia está formada por un núcleo en el que están arrolladas algunas espiras por las que circulará la corriente de soldadura.

UNIDAD ALIMENTADORA DE HILO.Su misión consiste en proporcionar al hilo de soldadura la velocidad constante que precisa mediante un motor, generalmente de corriente continua. La velocidad puede ser regulada por el operario mediante un botón accesible al exterior, desde valores que van de O a 25 m/min. En la mayoría de los equipos, la regulación de velocidad se consigue a través de un control electrónico.

El sistema de arrastre está formado por uno o dos rodillos de arrastre que trabajan contra otros rodillos de presión. Los rodillos de arrastre pueden estar moleteados o ranurados. Los moleteados facilitan el arrastre en gran medida, pero presentan el inconveniente de que arrancan al hilo partículas de cobre de su capa exterior, lo que puede provocar defectos de alimentación.

El cuidado y mantenimiento de los rodillos es muy importante, ya que determina la uniformidad de la velocidad de alimentación del hilo, y esta velocidad, controla, a su vez, la corriente de soldadura. El rodillo de presión debe estar ajustado correctamente, ya que una presión excesiva podría producir deformaciones en el hilo, con las consiguientes dificultades en su alimentación y deslizamiento a través del tubo de contacto. Una presión insuficiente originaria deslizamiento de los rodillos, lo que provocaría irregularidades en la velocidad de alimentación y, por tanto, fluctuaciones de corriente.

CIRCUITO DE GAS PROTECTOR.El gas protector circula desde la bombona a la zona de soldadura a través de un conducto de gas y la propia antorcha de soldadura. A la salida de la botella debe incorporarse un manorreductor-caudalímetro que permita la regulación de gas para suministrar en todo momento el caudal adecuado a las condiciones de soldadura y a la

vez, proporcionar una lectura directa de la presión del gas en la botella y del caudal que se está utilizando en la soldadura.

Una electroválvula accionada por un control electrónico, abre o cierra el paso del gas en el momento adecuado.

Según las condiciones de trabajo o exposición del mismo a corrientes de aire, deberá regularse la soldadura con un mayor o menor caudal de gas. Igualmente, debe tenerse en cuenta que cuanto mayor es la distancia entre buza y metal base, mayor deberá ser el caudal para garantizar la protección suficiente.

Cuando se utilicen gases con mezcla de argón, debe evitarse los caudales de gas elevados, puesto que de otra forma se corre el peligro de porosidad provocado por turbulencias en el propio gas. Como norma general debe utilizarse un caudal en litros minuto igual a diez veces el diámetro del hilo.

ANTORCHA DE SOLDADURA.La antorcha de soldadura, y el conjunto de cables que a ella van unidos, conducen el hilo, la corriente de soldadura y el gas de protección a la zona del arco.

Para corrientes elevadas, generalmente superiores a 300 A, se utilizan antorchas refrigeradas por agua, y, por tanto, deben ir conectadas además a un sistema de refrigeración adicional. Todo este conjunto de conductos forma la manguera de la antorcha, y va protegida por un tubo de goma. La pistola de la antorcha va provista de un pulsador para el mando a distancia del equipo. En la punta de la pistola van acopladas una buza exterior que canaliza el gas a la zona de soldadura y una boquilla interior, denominada tubo de contacto, que proporciona el necesario contacto eléctrico a la punta del alambre para realizar el arco de soldadura.

El soldador guía el arco y controla la soldadura desde la empuñadura de la pistola. La distancia entre la punta final del tubo de contacto y el extremo del hilo es controlada por el operario ya que depende de la mayor o menor altura con que lleva la pistola, pero la longitud del arco propiamente dicha se controla automáticamente mediante la tensión a que está regulada la máquina y la velocidad del hilo.

CONTROL ELECTRÓNICO.Cada vez son más los equipos que incorporan la tecnología de estado sólido para el control de velocidad y la secuencia de la máquina. Presentan la gran ventaja de garantizar una vida útil del equipo prácticamente ilimitada, en comparación con los elementos electromecánicos que por su constitución sufren de un gran desgaste.

CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN (OPCIONAL).El circuito de refrigeración (cuando el equipo dispone de él), tiene como misión refrigerar la antorcha de soldadura. Suele estar formado por un circuito cerrado de agua, parte del cual es la propia antorcha de soldadura. El agua es impulsada hasta la pistola por una electrobomba. A través del otro conducto de la antorcha el agua retorna a un radiador cuyo objeto es disipar la energía calorífica que el agua ha absorbido durante el recorrido por la antorcha. A la salida del radiador, el agua se almacena en un depósito, del cual se nutre la electrobomba.

FACTOR DE MARCHA.Todo equipo está diseñado para suministrar una intensidad nominal de soldadura de forma continua. En el ensayo de calentamiento, la temperatura que alcanzan los distintos componentes del equipo debe estabilizarse al cabo de un tiempo de funcionamiento a la intensidad nominal, puesto que de lo contrario, los aislamientos o los semiconductores pueden presentar deterioros irreversibles.

Se llama FACTOR DE MARCHA al cociente entre el tiempo de soldadura y el tiempo total de duración del trabajo. En los tiempos de parada del equipo, tiene lugar su

enfriamiento, lo que permite que la temperatura se estabilice dentro de una pequeña gama de valores, siempre inferior a la temperatura límite en el interior del equipo.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN EL PROCESO DE SOLDADURA MIG.

VENTAJAS.

VELOCIDAD: La gran rapidez del depósito permite alcanzar velocidades excepcionales en el trabajo, ya sea por las velocidades de avance que se obtienen o por reducción en el número de pases que se necesitan. EFICIENCIA: Como el electrodo continuo es alimentado automáticamente y no hay interrupciones para colocar el electrodo o remover la escoria, se puede mantener un factor de prácticamente 100% en el arco, obteniéndose eficiencia máxima al usar las altas velocidades del proceso, lo que se traduce en importantes economías de tiempo de soldadura.

ARCO DE AUTO-REGULACIÓN: Como el electrodo continuo se funde automáticamente a la misma velocidad con que es alimentado, el arco no requiere mayor atención de soldador, el que entonces puede dedicarlo constantemente al metal que está depositando, lo que significa un trabajo de mayor calidad con un operador menos especializado.

LIMPIEZA: Al utilizar electrodos continuos sin fundentes, no se producen escorias, lo que permite efectuar soldaduras de pases múltiples sin interrupciones para limpiar; si se trata de soldaduras de un pase, éstos quedan inmediatamente terminados y limpios, todo lo cual significa importantes economías de tiempo.

DEFORMACIONES: Por las altas velocidades de avance que se pueden obtener, si bien las densidades de corriente son altas, la zona que afecta es reducida y no se producen concentraciones de calor en el trabajo, por lo que los efectos desagradables del calor, tales como distorsiones o deformaciones, pueden reducirse al mínimo. Lo anterior es especialmente válido al soldar láminas delgadas.

1.4 SOLDADURA CON GAS OXICOMBUSTIBLE.

El proceso de soldadura OXICOMBUSTIBLE OFW se utiliza desde hace muchos años en la industria manufacturera y sigue siendo un proceso importante en la soldadura o unión de varios metales. En este proceso de soldadura intervienen dos clases de gas y un equipo de soldadura OXICOMBUSTIBLE a saber:

o GAS CARBURANTE, (gas combustible)o GAS COMBURENTE, (gas oxidante)

Los Gases Combustibles dan origen a la llama y los Comburentes son los que promueven la reacción de Combustión. Para la Soldadura y el Corte, la dupla que se utiliza por excelencia es la llama Oxiacetilénica conformada por:

o OXIGENO (Gas Comburente)o ACETILENO (Gas Combustible)

El proceso OXICOMBUSTIBLE emplea varios gases Combustibles, entre otros como lo son:

o EL ACETILENO - C2H2o EL PROPANO - C3H8o BUTANO - C4H10o EL GAS NATURAL –CH4o EL GLP.- C3H8 C4H10 (Gas Licuado de Petróleo)

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA.

El hombre descubrió en forma accidental la fusión del cobre con el estaño, produciendo una aleación que actualmente se conoce como bronce. Entonces, comenzó a utilizarlo en la fabricación de sus instrumentos de caza y utensilios de cocina

Hacía el año 200 a. C; el pueblo Etrusco tenia conocimientos razonables de metalurgia, ya que fundía el Fe con cierta perfección. En este periodo, el hombre también pasó a fabricar utensilios más complejos, pasó de utensilios de una pieza a aquellas de dos o más partes, uniendo piezas pequeñas para obtener otras más grandes. De esta manera inventó una manera de juntarlas. Mediante el proceso de forja en caliente, fundiendo una contra la otra hasta obtener la soldadura por forja.

Este único proceso de soldadura se mantuvo por cerca de 3000 años hasta o el desarrollo generado por la revolución industrial en el siglo 19 hizo surgir nuevos procesos de soldadura que fueron perfeccionándose. El proceso hoz combustible surgió en 1899, cuando se produjo a escala industrial el carburo de calcio.

En 1897, se concedió a la CIA. Francesa del Acetileno DISSOUS la patente para acondicionar y transportar el Acetileno en forma segura, es decir, usando recipientes que contienen sustancias porosas bajo la forma de pequeños granos o polvos tales como: PIEDRA POMES, MAZA CERAMICA. Estas substancias se volvieron conocidas como “Masa Porosa”, cuya tecnología fue desarrollada más recientemente. Las operaciones de Soldadura Oxi-combustible y las labores de Oxicorte plantearon la necesidad de inventar el Soplete Oxicorte cuya invención se debe a “RICARD FOUCHE”. En los años que sucedieron al descubrimiento del primer soplete, fue posible obtener una llama capaz de fundir los metales con facilidad.

Los primeros operadores que creyeron en la eficiencia del proceso OFW., fueron los profesionales liberales. Sólo más tarde su aplicación industrial pasaría a ser ampliamente utilizado.

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO.

1. Apertura Del Oxígeno y Acetileno. (Nunca hacerlo con el oxígeno o acetileno simultáneamente)

- Antes de abrir la válvula comprobar que el tornillo de regulación esta aflojado.- Abrir el grifo de la botella lentamente. De las botellas de acetileno abrir el grifo solamente una vuelta, en las de oxígeno, abrirlo del todo.- Abrir la válvula de cierre en el manorreductor.- Abrir la válvula en el soplete.- Apretar el tornillo de regulación hasta que se obtiene la llama deseada.- Dejar salir el gas 5 segundos por cada 15 metros de manguera y cerrar la válvula del soplete.

2. Encendido y Apagado Del Soplete. (Siempre apagar 1º el acetileno)

- Verificar siempre antes del empleo el estado del soplete, sobre todo la estanqueidad y limpieza de las boquillas.- Verificar conexiones de mangueras al soplete.- Comprobar presiones de trabajo.- Para apagar la llama del soplete siempre en primer lugar la válvula del combustible y luego la del comburente.- Manejar el soplete con cuidado, evitando movimientos bruscos e incontrolados.

3. Cierre De Botellas.

- Cerrar las válvulas de los cilindros.- Aflojar el tornillo de regulación de los manorreductores.- Desalojar los gases de las mangueras.- Atornillar la válvula de cierre del manómetro.- Cerrar las válvulas del soplete.- Abrir la válvula de oxigeno del soplete para dejar salir todo el gas.

- EQUIPO.Dentro del proceso OFW se realizan varias funciones, entre otras la Operación de unir

varios metales entre sí como lo son las uniones disímiles y las de un mismo metal. Calentamiento con llama y Oxicorte. Para estas Operaciones se diseñaron unos Equipos y accesorios que funcionan con los gases mencionados anteriormente.

ACCESORIOS:

REGULADORES DE GAS CON MANÓMETROS DE ALTA Y BAJA PRESIÓN. ARRESTADORES DE LLAMA. MANGUERAS DE GAS Y OXIGENO (ROJA Y VERDE) ISO-A (ROJA Y AZUL) ISO-E. VÁLVULAS UNIDIRECCIONALES. MANGO MEZCLADOR. PICO O BOQUILLA DE SOLDAR. BOQUILLA DE CALENTAR. CHISPERO. AGUJAS DESTAPA BOQUILLAS. CILINDROS DE GAS CARBURANTE (gas combustible). CILINDROS DE GAS COMBURENTE (gas oxidante).

CILINDROS

- CONSTRUCCIÓN DE LOS CILINDROS DE GAS: NORMAS DE FABRICACIÓN. Los Gases son Acondicionados y transportados en recipientes de presión denominados Cilindros. Los Cilindros son fabricados según normas locales y/o Internacionales, tales como: DOT. ISO. DIN.Durante el proceso de fabricación de los Cilindros, los Inspectores realizan las siguientes pruebas y exámenes:

1. verificación del acero con el que va a fabricarse cada lote de 200 Cilindros emitiendo el certificado correspondiente

2. Contraanálisis del Acero, es decir Análisis de la verificación de la exactitud del análisis proporcionado por la siderúrgica.

3. Examen de los Cilindros inmediatamente después de la formación del Fondo, marcándolos de forma individual.

4. Examen de la cerradura del Hombro y del cuello del recipiente5. Seguimiento de la toma de muestro para los ensayos mecánicos después de los

tratamientos térmicos.6. Seguimiento de cada ensayo de estanqueidad y presión hidráulica7. Examen de la demarcación y de la rosca de acoplamiento de la válvula.

- PARTES DE UN CILINDRO DE GAS.

BASE. Es la parte del Cilindro que presenta una configuración tal, que permite la estabilidad del mismo en posición vertical. HOMBRO. Parte del cilindro limitada por una superficie de revolución cuya generatriz es una línea de concordancia entre la garganta y el cuerpo. TAPA. Pieza destinada a proteger la Válvula del Cilindro, pudiendo ser Fija o Removible. COLLARÍN. Pieza fijada a la garganta del Cilindro y provista de una Rosca externa para la colocación de la Tapa. CUERPO. Parte del Cilindro limitada externamente por una superficie de revolución cuya generatriz es un segmento de recta y cuyo radio de generación es el radio del Cilindro. FONDO. Parte que obstaculiza por completo el Cilindro, y está opuesto al Hombro del mismo. GARGANTA. Parte gruesa del Cilindro dispuesta hacia fuera en dirección de su eje, en la cual existe un orificio roscado internamente para la colocación de la válvula. PIE. Accesorio opcional que encaja en la parte inferior del Cuerpo, cuya función es brindar estabilidad al Cilindro en posición vertical, cuando es necesario.

- CILINDROS DE ACETILENO El Acetileno es un gas, además de inflamable, fácilmente polimerizable y, en esas

condiciones, es altamente explosivo. Es por eso que los Cilindros que lo acondicionan tienen características especiales en su fabricación. Los Cilindros de Acetileno C2 H2, contienen una masa interna muy porosa y entre sus poros hay cierta cantidad de Acetona. El Acetileno al ser comprimido en el Cilindro, se disuelve en Acetona en una proporción de 1: 24 volúmenes, como promedio.

El proceso de disolución del Acetileno permite que la presión interna del cilindro llegue a 2,5 Mpa (25 bar) al final del llenado, cayendo a 1,8 y 2,0 Mpa después del enfriamiento natural. El sistema de pesaje se debe a que el acetileno no puede ser comprimido, como se hace con el oxígeno, ya que es susceptible de ignición espontánea si la presión sobre pasa de 2,5 Mpa o mejor 25 bares.

REGULADORES.Es un dispositivo que montado en los Cilindros controle las altas presiones existentes en el interior del cilindro, y las transforme en presión conveniente para la realización del trabajo programado.

En su sistema de funcionamiento, los reguladores son semejantes, diferenciándose tan solo en las dimensiones, formas y características de acuerdo con los siguientes puntos:a) El gas cuya presión va a regularb) La presión que va a reducirc) La presión que va a mantener en la salidad) El volumen máximo a suministrar, manteniendo la presión constantee) La aplicación llámese industrial o medicinal.

Según el gas, cuya presión va a reducirse, los reguladores difieren en cuanto a dimensiones y sistemas de roscas de sus conexiones de entrada y salida, así como también en algunas piezas de su interior, manómetros, flujómetros etc.

VÁLVULAS.La Válvula del Cilindro, fabricada en la mayoría de los casos con Latón Forjado, está diseñada para trabajar con gases en alta presión, en perfectas condiciones de seguridad.

- CÓDIGOS DE IDENTIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES DE SALIDA. El Código de Identificación de las Conexiones de Salida, según la Norma ABNT PB – 588, está conformado por cuatro dígitos, siendo el siguiente:

A) Los tres primeros Dígitos son algoritmos representativos de la medida del mayor diámetro de la rosca macho hasta el décimo de milímetro.

B) El último digito es un algoritmo que indica el orden de acoplamiento de un mismo diámetro, separado de los demás por un guion.

SOPLETES.El soplete consiste esencialmente en un conjunto de tubos de gas y válvulas de control. Uno de los tubos y una de las válvulas controlan el suministro de combustible, y el otro tubo y la otra válvula controlan el suministro de oxígeno.

- PARTES DEL SOPLETE CUERPO: Consiste en el conjunto de tubos y válvulas anteriormente descrito. El cuerpo del Soplete de Soldadura sirve como cabo que el operador sujeta para manejarlo. Es por eso que algunos lo llaman Mango.En el Cuerpo o mango, hay dos Tubos conductores uno para el gas combustible y el otro para el Oxigeno o gas comburente. En la Cámara de Mezclado se unen los dos tubos para realizar el proceso de mezcla de ambos gases. CÁMARA DE MEZCLA: La finalidad de esta recamara es la de proporcionar la mezcla equivalente, en volumen, de los dos gases de soldadura. La cantidad mezclada de oxígeno y acetileno apenas es contenida en el mezclador del extremo de soldadura y, en la mayoría de casos, representa pocos centímetros cúbicos. Esto se hace para mantener la cantidad exacta de la mezcla dentro del margen de seguridad, ya que dicha mezcla es altamente explosiva.

- TIPOS DE SOPLETE. De acuerdo a la cámara de mezclado, el equipo OXICOMBUSTIBLE emplea dos tipos de sopletes a saber:

SOPLETES DE PRESIÓN MEDIA: En estos Sopletes los Gases, Oxigeno y Acetileno, llegan a la Cámara de Mezclado con Presiones esencialmente iguales.

SOPLETES DE TIPO INYECTOR: En los cuales el Acetileno a baja presión es direccionado a través del soplete y la boquilla debido a la mayor presión del Oxígeno, a través de un Venturi.

DISPOSITIVOS DE CORTE.Los dispositivos de Corte funcionan de manera económica para las operaciones de corte en las que la aplicación no requiere de un Soplete estrictamente diseñado para el corte.

Cuando el dispositivo de Corte está acoplado al Mango o Maneral, proporciona al operador una gran variedad de posibilidades de corte. Los Elementos básicos de un dispositivo de Corte son:a) Tuerca de Acoplamientob) Conjunto de regulación de Oxigenoc) Cámara de Mezclad) Palanca y Tubo de Oxigeno de Cortee) Cabezal del dispositivo de Cortef) Boquilla de Corte.

- BOQUILLAS PARA SOLDADURA Y CORTE. La función de las boquillas de soldadura y de corte es proporcionar un método conveniente y seguro para realizar la combustión y, en consecuencia, transferir el calor necesario al material, así como dirigir la llama y el calor al punto escogido por el operador. Existen boquillas para realizar diferentes funciones tales como:

SOLDADURA CORTE CALENTAMIENTO RANURADO

- BOQUILLAS DE SOLDADURA La boquilla de soldadura es un conducto de cobre con forma adecuada y cuyo agujero tiene un perfil específico para cada flujo necesario de gas destinado a soldar diferentes grosores de chapas. Hay boquillas que vienen el solo pico, y otras que vienen ensambladas al mezclador o inyector.

- BOQUILLA DE SOLDAR Y MEZCLADOR O INYECTOR La extremidad cónica se proyecta de modo que produzca la mezcla del oxígeno con los gases combustibles.Cuando el oxígeno se encuentra con el gas combustible, el mezclador que está montado en el pico o boquilla dosifica la mezcla en proporción correcta para una excelente combustión, formando la llama. En el mezclador o inyector, puede existir o no anillos de obturación que mantienen la separación de los gases antes del punte en que ocurre la mezcla y permiten la conexión de la boquilla de soldadura al mango del soplete.

- BOQUILLA DE CALENTAMIENTO La boquilla de calentamiento de llama múltiple, comúnmente conocida como boquilla regadera, dicha o aguacero, básicamente es una boquilla de soldadura, solo que en vez de un solo agujero de salida, tiene una cantidad mayor de agujeros de menor diámetro. Esta distribución de los agujeros permite una llama más diseminada que alcanza una mayor área de la pieza y permite un calentamiento más rápido.

Debido a que este dispositivo trabaja con grandes volúmenes de gas combustible y oxígeno, así como el calor irradiado de la pieza puede calentar en exceso la boquilla y producir un retroceso de llama. Hay que trabajar con los volúmenes de presión correctos.

- BOQUILLA DE CORTE Existen dos partes en las boquillas de corte, que deben observarse antes de la instalación:

SUPERFICIE CÓNICA O PARALELA A LA OBTURACIÓN. Las superficies cónicas o paralelas de las boquillas y de cabezal con frecuencia deben someterse a una revisión visual. Una superficie de asentamiento averiada en cualquiera de esas piezas puede crear condiciones peligrosas y provocar un incendio o retroceso de llama, pudiendo dañar el cabezal de corte. Las boquillas con asentamiento deteriorado no deben ser usadas.

ORIFICIOS DE SALIDA. El metal fundido puede salpicar e introducirse en los orificios de la boquilla de corte, obstruyéndolos. Estas obstrucciones deben retirarse usando una aguja adecuada del limpia boquillas en el agujero de la boquilla. Entre las boquillas de corte térmico hay boquillas mezcladoras que desempeñan la función de mezclador, aparte de las funciones anteriormente descritas. A estas boquillas se les denomina boquillas de tres puntos. En este caso la mezcla se hace en la propia boquilla, con innumerables ventajas bajo el punto de vista de la seguridad.

- ENCENDIDO Y REGULACIÓN DE LA LLAMA DE SOLADURA.La llama se caracteriza por tener dos zonas bien delimitadas, el cono o dardo, de

color blanco deslumbrante y es donde se produce la combustión del oxígeno y acetileno y el penacho que es donde se produce la combustión con el oxígeno del aire de los productos no quemados.

La zona de mayor temperatura es aquella que esta inmediatamente delante del dardo y en el soldeo oxiacetilénico es la que se usa ya que es la de mayor temperatura hasta 3200ºC, no en el caso del brazing.

La llama es fácilmente regulable ya que pueden obtenerse llamas estables con diferentes proporciones de oxígeno y acetileno. Una forma de comparar la proporción de acetileno con respecto al oxígeno, es comparando la longitud del dardo con el penacho acetilénico medido desde la boquilla. Si este es el doble de grande, habrá por tanto el doble de acetileno.

CLASES DE LLAMA OXICOMBUSTIBLE.

Llama de acetileno puro: Se produce cuando se quema este en el aire. Presenta una llama que va del amarillo al rojo naranja en su parte final y que produce partículas de hollín en el aire. No tiene utilidad en soldadura.

Llama reductora: Se genera cuando hay un exceso de acetileno. Partiendo de la llama de acetileno puro, al aumentarse el porcentaje de oxígeno se hace visible una zona brillante, dardo, seguida de un penacho acetilénico de color verde pálido, que desaparece al igualarse las proporciones.

Llama neutra: Misma proporción de acetileno que de oxígeno. Llama oxidante: Hay un exceso de oxígeno que tiende a estrechar la llama a la

salida de la boquilla. No debe utilizarse en el soldeo de aceros.

- TIPOS DE SOLDADURA OXICOMBUSTIBLE.

SOLDADURA FUERTE. Soldadura con estaño, plata. Es la unión de dos piezas de metal con ayuda de un material de aportación (alambre de aporte) que tiene un punto de fusión inferior al del material de base.

SOLDADURA BLANDA.Este tipo de soldadura es una soldadura con una separación entre chapas (soldadura por fuerza capilar), que se realiza con un alambre de aporte cuya temperatura de trabajo es inferior a los 450 °C, el alambre de aporte más común esta hecho a base de estaño. La soldadura blanda en comparación con la soldadura fuerte proporciona uniones débiles.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN LA SOLDADURA OXICOMBUSTIBLE.

VENTAJAS

- Equipo portátil y económico- El equipo puede ser utilizado para: calentar, endurecer, doblar o forjar- Se puede utilizar en cualquier posición de soldadura- Normalmente utilizado para soldar metales de hasta ¼´´- Mediante esta combinación, se alcanza alta temperatura de llama.- El soldador tiene control sobre la fuente de calor y sobre la temperatura de

forma independiente del control sobre el metal de aportación.- Suelda materiales ferrosos y no ferrosos.- El equipo de soldeo es de bajo coste, portátil y muy versátil ya que se puede

utilizar para otras operaciones relacionadas con el soldeo, como oxicorte, enderezado, doblado, con solo añadir o cambiar algunos accesorios.

DESVENTAJAS.

Es un proceso más costoso que el de oxigeno propano. Produce deformaciones por la gran concentración de calor, por lo tanto no es

recomendable para ciertos trabajos. La soldadura en espesores gruesos tiene un costo elevado.

1.5 SOLDADURA POR RESISTENCIA.

La soldadura por resistencia, SR (en inglés resistance welding, RW), es un grupo de procesos soldadura por fusión que utiliza una combinación de calor y presión para obtener una coalescencia, el calor se genera mediante una resistencia eléctrica dirigida hacia el flujo de corriente en la unión que se va a soldar.

La soldadura por puntos, a tope, roldanas, protuberancias y chispa, son un conjunto de procesos de soldadura por resistencia, donde el calor generado para que se produzca la soldadura, viene determinado por la resistencia que se opone al paso de una corriente eléctrica de elevada intensidad. Esta resistencia dependerá de la configuración de la unión a soldar, y de la conductividad eléctrica de los materiales. En este proceso de soldadura, aparte de requerirse el paso de una corriente eléctrica, es necesario aplicar una presión durante y después del paso de la corriente.

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA.

Resulta dificultoso determinar con exactitud en qué país y en qué momento se han desarrollado ciertas técnicas de soldadura en particular, ya que la experimentación ha sido simultánea y continúa en diversos lugares. Aunque los trabajos con metales han existido desde hace siglos, los métodos tal cual como los conocemos hoy, datan desde el principio de este siglo.

En 1801, El inglés Sir H. Davy descubrió que se podía generar y mantener un arco eléctrico entre las terminales. En 1835, E. Davey, en Inglaterra, descubrió el gas acetileno, pero para dicha época su fabricación resultaba muy costosa. Recién 57 años después (1892), el canadiense T. L. Wilson descubrió un método económico de fabricación. El Francés H.E Chatelier, en 1895, descubrió la combustión del oxígeno con acetileno, y en 1900, los también franceses E. Fouch y F. Picard desarrollaron el primer

soplete oxiacetilénico. En el año 1881, el francés de Meritéis logro con éxito soldar diversas piezas metálicas empleando un arco eléctrico entre carbones, empleando como suministro de corriente acumuladores de plomo. Este fue el puntapié inicial de muchas experiencias para intentar reemplazar el caldeado en fragua por este nuevo sistema. La gran dificultad hallada para forjar materiales ferrosos con elevado contenido de carbón (aceros), motivos diversos trabajos de investigación de partes de los ingenieros rusos S. Olczewski y F Bernardos, los resultados exitosos recién en el año 1885. En dichos años se logró la unión en punto definido de dos piezas metálicas por fusión. Se utilizó corriente continua, produciendo un arco desde la punta de una varilla de carbón (conectada al polo positivo) hacia las piezas a unir (conectadas al polo negativo). Dicho arco producía suficiente calor como para provocar la fusión de ambos metales en el plano de unión, que al enfriarse quedaban mecánicamente unidos.

El operario comenzaba el trabajo de soldadura apoyando el electrodo de carbón, el que estaba provisto de un mango aislante, sobre la parte por soldar hasta producir chisporroteo, y alejándose de la pieza hasta formar un arco eléctrico continuo. Para lograr dicho efecto, se debía aplicar una diferencia de potencial suficiente para poder mantener el aro eléctrico a una distancia relativamente pequeña. Una vez lograda la fusión de los metales en el punto inicial de contacto, se comenzaba el movimiento de traslación del electrodo hacia el extremo opuesto, siguiendo el contorno de los metales por unir, a una velocidad de traslación uniforme y manteniendo constante la longitud ente el electrodo y la pieza.

Las experiencias que necesariamente se realizaron para determinar las condiciones óptimas de trabajo para lograr una unión metálica sin defectos, permitieron verificar desde aquel entonces que con el arco eléctrico se podía cortar metal o perforarlo en algún sitio deseado. Los trabajos de soldadura efectuados no eran tan eficientes, ya que resultaban difíciles de gobernar el arco eléctrico, debido a que este se generaba en forma irregular. Continuando con los ensayos en función de obtener mejores resultados, se obtuvo un éxito concluyendo al invertir la polaridad de los electrodos ( pieza conectada al positivo), debido a que en estas condiciones el arco no se genera desde cualquier punto del electrodo de carbón, sino solo desde la punta, es decir en el mismo plano de la unió.

El comportamiento del arco, según la polaridad elegida, llevo en 1889 al físico alemán, el doctor H. Zerener, a ensaya un tipo de soldadura por generación de un arco eléctrico entre dos electrodos de carbón. Como bajo estas condiciones no se lograba buena estabilidad en el arco producido, adiciono un electroimán, el cual actuaba sobre el mismo dirigiéndolo magnéticamente en el sentido deseado. Ello producía sobre el arco eléctrico por arco soplado, encontrándose interesantes aplicaciones en procesos automáticos para chapas de poco espesor.

Este sistema fue utilizado industrialmente por primera vez en el año 1899 por la firma Lloyd & Lloyd de Birmingham (Inglaterra), para soldar caños de hierro de 305mm de diámetro, los que luego de soldados eran capaces de soportar una prueba hidráulica de 56 atmósferas. Se trabajaban empleando 3 dinamos de 550 amperes cada uno y con un potencial de 150 volts, los cuales cargaban una batería de 1.800 acumuladores plante, destinados a proveer una fuerte corriente en un breve lapso de tiempo.

En los estados unidos, en 1902, la primera fábrica que comenzó a utilizar industrialmente la soldadura por arco con electrodos de carbón fue de Baldwin locomotive Works. El excesivo consumo de electrodos de carbón y el deseo de simplificar los equipos de soldadura, hicieron que en el año 1891, el ingeniero ruso N. slavianoff sustituyera los electrodos de carbón por electrodos de metal. Este cambio produjo mejoras en las uniones de los metales al evitar la inclusión de partículas de carbón dentro de la masa de metales fundidos y luego retenidas en la misma al solidificarse. El método Slavianoff, con algunas mejoras técnicas implementadas en 1892 por el estadounidense C. L. COFFIN (quien logro desarrollar el método de soldadura por puntos),

ha sido usado hasta la fecha y es la soldadura por arco conocida en la actualidad. A partir de las determinaciones de Slavianoff se continuaron empleado indistintamente electrodos de carbón y /o metálicos.

En el año 1910 se abandonó definitivamente el electrodo de carbón. Se comenzaron a utilizar de hierros sin recubrir, pero se obtuvieron resultados deficientes debido a la poca resistencia a la tracción y a su reducida ductilidad.

La nociva acción de la atmosfera (oxidación acelerada por el calentamiento) sobre los electrodos sin recubrir durante la formación del arco, llevo a los investigadores a tratar de solucionar dichos inconvenientes. Una de las primeras experiencias en busca de evitar dicho problemas, se debió a los ensayos realizados por Alexander, quien pensó en eliminar la acción perniciosa del oxígeno que rodeaba al arco, haciendo que este último se produjera en una atmosfera de gas protector donde se observa el metal base a soldar, el porta electrodo con el electrodo ubicado, y el abastecimiento de gas, Alexander ensayo con diversos gases, logrando buenos resultados con el metanol, pero este requería de un complejo equipamiento, por lo que lo hacía poco viable, retomando y modificando la idea original de Alexander, en 1907 O. Kjellber, revistió los electrodos con una sustancia sólida que poseía idéntico punto de fusión que el metal de aporte.

Al producirse el arco eléctrico, ambas se fundirían simultáneamente, formando una cascarilla sobre el metal fundido brindando la adecuada protección contra el oxígeno del ambiente en la etapa de enfriamiento. En 1908, N. Bernardos desarrollo un sistema de electro escoria que se volvió muy popular en su momento. Los electrodos fusionables, fueron mejorados nuevamente en 1914 por su creador, el sueco O. Kjellberg junto El inglés A. P. Strohmenger. Quedaron constituidos por una varilla de aleaciones metálicas (metal de aporte) y un recubrimiento especial a base de asbesto, tal como los que se utilizaron en la actualidad.

En 1930, los estadounidenses H. M. Hobart y P. K. Devers desarrollaron el sistema de soldadura con gas inerte, y basado en ello, el doctor Orving Langmuir, ideo la soldadura atómica de hidrogeno. En esta, el arco se produce entre dos electrodos insolubles de tungsteno, en una atmosfera de hidrogeno soplando sobre el arco.

La variedad de aplicaciones industriales de los sistemas de soldadura llegaron a un grado tal que inclusive han sustituido en la mayoría de los casos al tradicional forjado y remachado. No solamente del remachado permitió reducir el peso de las construcciones metálicas, al simplificar sus estructuras. La soldadura asegura una reducción de costo apreciable con respecto a los métodos de construcción y reparación empleados antiguamente, se han resuelto problemas de estanqueidad y rigidez, eliminándose las vibraciones.

La soldadura eléctrica usada en la actualidad, era desconocida a fines del siglo pasado. Muchas circunstancias influyeron en el extraordinario desarrollo adquirido por la misma.

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO.

La correcta ejecución de un punto de soldadura implica el seguimiento de una serie de pasos o ciclo de soldadura:

• Fase de posicionamiento y bajada (1). Es la operación en la que se produce el acercamiento de los electrodos hasta aprisionar las chapas a soldar, consiguiendo que éstas entren íntimamente en contacto, facilitando la ejecución de la soldadura.• Fase de soldadura (2). Es la operación por la que se hace pasar la corriente eléctrica a través de las chapas a soldar, produciéndose así el calentamiento las zonas en contacto con los electrodos, para poder ejecutar la posterior forja del punto.• Fase de mantenimiento o forja (3). Operación posterior a la fase de soldadura, una vez finalizada ésta, en la que se incrementa la presión de los electrodos sobre las chapas,

para, aprovechando el calentamiento producido en la zona de unión, conseguir la forja del punto y sus posteriores propiedades mecánicas.• Fase de cadencia o intervalo (4). Es la operación final del proceso, en la que se produce la reducción de la presión de los electrodos sobre las chapas ya soldadas, permitiendo la retirada de la máquina de soldadura y la vuelta a empezar para ejecutar un nuevo punto.

- TIPOS DE SOLDADURA POR RESISTENCIA.Las normas ISO, y otras como DIN, AFNOR, etc. Tiene clasificaciones muy complejas y exhaustivas con todas las variantes posibles en este tipo de máquinas para soldar; pero, para facilitar el manejo y compresión de estas técnicas vamos a clasificar en tres grupos principales según como se realiza.

SOLDADURA DE PUNTOS POR RESISTENCIA. SPR (en inglés resístanse spot welding, RSW).Los materiales a soldar (chapa), se disponen solapados entre los electrodos, cuando se aplica una presión que permite el óptimo contacto eléctrico, se hace pasar una corriente eléctrica de bajo voltaje y elevada intensidad, durante un tiempo “t” determinado. El punto de soldadura se localiza debajo de los electrodos, por ser el área donde la resistencia es mayor, la forma de la zona soldada la podemos asemejar a un círculo (visión planar), o a una elipse (visión transversal). Este tipo de soldadura se aplica principalmente en la industria del automóvil, gama blanca y mobiliario metálico, aunque se está igualmente aplicando en la industria aeronáutica. El proceso se usa para unir partes de láminas metálicas con un grosor de 3 mm o menos.

Figura. (a) Pasos en un ciclo de soldadura de puntos, y (b) gráfica de la fuerza de presión y la corriente durante el Ciclo. La secuencia es: (1) partes insertadas entre los electrodos abiertos, (2) los electrodos se cierran y se aplica una fuerza, (3) tiempo de soldadura (se

activa la corriente), (4) se desactiva la corriente, pero se mantiene o se aumenta la fuerza (en ocasiones se aumenta una corriente reducida cerca del final de este paso para liberar la tensión en la región de la soldadura) y (5) se abren los electrodos y se remueve

el ensamble soldado.

SOLDADURA ENGARGOLADA POR RESISTENCIA.En la soldadura engargolada por resistencia, SER (en inglés resistance seam

welding, RSEW), los electrodos con forma de varilla de la soldadura de puntos se sustituyen con ruedas giratorias, y se hace una serie de soldaduras de puntos sobrepuestas a lo largo de la unión.

El proceso produce uniones herméticas y sus aplicaciones industriales incluyen la producción de tanques de gasolina, silenciadores de automóviles y otros recipientes fabricados con láminas de metal. Técnicamente, la RSEW es igual que la soldadura de puntos. Las máquinas de soldadura engargolada son similares a los soldadores por

puntos de tipo presión, excepto que se usan ruedas de electrodos, en lugar de los electrodos normales con forma de varilla.

SOLDADURA POR PROYECCIÓN. La Soldadura por proyección, SEP (en inglés resístanse projection welding, RPW),

es un proceso de soldadura por resistencia en el cual ocurre la coalescencia en uno o más puntos de contado relativamente pequeños en la partes. Estos puntos de contacto se determinan mediante el diseño de las partes que se van a unir y pueden consistir en proyecciones, grabados o intersecciones localizadas de las partes.

OTRAS OPERACIONES DE SOLDADURA POR RESISTENCIA. Además de los procesos de soldadura por resistencia principales recién descritos,

deben señalarse varios procesos adicionales en este grupo: instantánea, a tope con recalcado, por percusión y por resistencia de alta frecuencia.

En la soldadura instantánea, Si (en inglés flash welding, FW), usada normalmente para uniones empalmadas, se ponen en contacto o se acercan las dos superficies que se van a unir y se aplica una corriente eléctrica para calentar las superficies hasta su punto de fusión, después de lo cual las superficies se oprimen juntas para formar la soldadura. Las aplicaciones de la soldadura instantánea incluyen las soldaduras de tiras de acero en operaciones con laminadoras, la unión de extremos en el estirado de alambres y la soldadura de partes tubulares. Los extremos que se van a unir deben tener las mismas secciones transversales.

La soldadura a tope con recalcado, STR (en inglés upset welding, UW), es similar a la soldadura instantánea, excepto que en la primera las superficies empalmantes se aprietan una contra la otra durante el calentamiento y se recalcan. En la soldadura instantánea, los pasos de calentamiento y presión se separan durante el ciclo. El calentamiento en la UW se obtiene completamente mediante resistencia eléctrica generada en las superficies que hacen contacto; no se producen arcos eléctricos. Cuando las superficies empalmantes se han calentado a una temperatura conveniente abajo del

punto de fusión, se aumenta la fuerza que presiona a las partes una contra otra para producir el recalcado y la coalescencia en la región de contacto.

La soldadura por percusión, SP (en inglés percussion welding . PEW), también es similar a la soldadura instantánea, excepto que la duración del ciclo de soldadura es extremadamente breve, por lo general sólo transcurren de 1 a l0 milésimas de segundo. El calentamiento se obtiene rápidamente a través de las veloces descargas de energía eléctrica entre las dos superficies que se van a unir, para continuar con la percusión inmediata de una parte contra la otra para formar la soldadura. El calentamiento está muy localizado y esto hace atractivo el proceso para aplicaciones electrónicas, en las cuales las dimensiones son muy pequeñas y los componentes pueden ser sensibles al calor.

La soldadura por resistencia de alta frecuencia SRAF (en inglés high-frecuency resistance welding , HFRW), es un proceso un proceso en el cual se usa una corriente alterna de alta frecuencia para el calentamiento, seguido de la aplicación rápida de una fuerza de recalcado para producir coalescencia. Las frecuencias están en el rango de 10 a 500 Khz. Y los electrodos hacen contacto con el trabajo en la vecindad inmediata de la unión soldada. En una variación del proceso, denominada soldadura por inducción de alta frecuencia, SIAF (en inglés high-frecuency induction welding, HFIW), la corriente de calentamiento se induce en las partes mediante un rollo de inducción de alta frecuencia.

- EQUIPOS DE SOLDADURA POR RESISTENCIA.La selección de los equipos de soldadura por resistencia viene determinada

principalmente por varios factores como son: los materiales a soldar, los tipos de unión (diseño de la fuente, la calidad y el ritmo de producción, a parte de las condiciones económicas pertinentes).

Las máquinas de soldadura por resistencia estándar están definidas en el boletín nº 16 de la R.W.M.A. Estas máquinas son capaces de soldar una amplia gama de materiales y tamaños de los componentes. Las máquinas de soldadura más complejas en su diseño deben ser fabricadas teniendo en cuenta los aspectos económicos y de producción que requiera el usuario. Una máquina de soldadura por resistencia consta principalmente de tres elementos:

a) Un circuito eléctrico que consiste en un transformador de soldadura, y un circuito secundario que incluye los electrodos que permiten la conducción de la corriente eléctrica.b) Un sistema mecánico que permita, bien a través de un sistema hidráulico o neumático, ejercer sobre los materiales a soldar, la presión necesaria para favorecer la unión.c) Un sistema de control que permita regular el tiempo de paso de la corriente eléctrica, la secuencia de tiempos, y la magnitud de la corriente eléctrica aplicada.

Las máquinas de soldadura por resistencia se clasifican de acuerdo con su aplicación eléctrica en dos grupos básicos: de energía directa, o de energía almacenada. En ambos casos las máquinas más comunes, son las de energía directa monofásica, dado su bajo coste, fácil mantenimiento y elevadas prestaciones, pero en comparación con las trifásicas, el requerimiento eléctrico es mayor (relación 5/1), dado que los Kva demandados son mayores y por tanto se requieren fuentes de alimentación de mayor capacidad.

Representación esquemática de una maquina fija de soldar por puntos.1.- Dispositivo para dar presión a los

electrodos.10.- Conmutador de regulación de

potencia.2.- Brazo superior. 11. Alimentación de aire comprimido.

3.- Armazón. 12.- Placa de bornes de conexión eléctrica4.- Transformador de Soldadura. 13.- Aparellaje eléctrico y armario

electrónico.5.- Pedal de mando. 14.- Soportes de porta-electrodos.

6.- Brazo inferior conductor. 15.- Porta-electrodos.7.- Soporte de fijación del brazo inferior. 16.- Electrodos.

8.- Secundario del transformador. 17.- Conductor superior flexible.9.- Primario del transformador. 18.- Conductor superior rígido.

LA PRESIÓN DE SOLDADURALas máquinas de S.R. constan de un sistema mecánico que permite aplicar la

presión adecuada a los electrodos y estos al material a soldar. Estas máquinas se clasifican de acuerdo con el método de soldadura y el sistema de aplicación de la fuerza que puede ser de dos tipos: por aire (neumática); o hidráulica. En las unidades pequeñas, la presión puede ser ejercida de forma manual. Los dispositivos que permiten el descenso del portaelectrodo y la aplicación de presión, pueden ser:

- Accionamiento manual (a mano o pie).- Accionamiento neumático.- Accionamiento hidráulico.- Accionamiento por leva (grupo motor reductor).

- ACCIONAMIENTO MANUALSe utiliza tanto en máquinas portátiles como fijas. La fuerza es ejercida con la mano o el pie. El esfuerzo se transmite a los electrodos de soldadura, pero multiplicado por el brazo correspondiente

- ACCIONAMIENTO NEUMÁTICOPrincipalmente el órgano motor es el cilindro con pistón alimentado por aire

comprimido, por lo general, el eje del pistón va fijado directamente al portaelectrodos. En este tipo de sistemas pueden utilizarse cilindros de doble o simple efecto. Este tipo de sistema de la accionamiento es utilizado muy a menudo, sobre todo en máquinas fijas, dada su multiplicidad y bajo coste, fácil mantenimiento y flexibilidad.

- ACCIONAMIENTO HIDRÁULICO.Si las dimensiones de los cilindros de presión han de ser reducidos, por ejemplo en el caso de soldaduras por puntos múltiples, o cuando su peso ha de ser lo menor posible, la presión se ejerce a través de un fluido a elevada presión (aceite, agua).

EL SISTEMA DE CONTROL.La máquina de soldadura debe disponer de un sistema de control electrónico, que permita gobernar con gran precisión todos los parámetros del ciclo de soldadura durante el mismo.

- CONTADORES DE TIEMPO. Existen varios sistemas para el control de los diferentes tiempos de actuación del circuito eléctrico o de presión normalmente se utilizan de dos tipos: a) contadores de tiempo R.C.; b) contadores de tiempo digital. Pueden existir otros contadores de tipo neumático o motorizado, pero estos solo se aplican en aquellos sistemas de máquinas de S.R. que nos son críticos.- CONTACTOR ELECTROMAGNÉTICO Un contactor se utiliza para abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica en el primario, estos pueden ser de dos tipos: Magnéticos o de flujo iónico; los primeros se utilizan en máquinas de baja energía, y en donde el control del tiempo no es crítico (máquinas de tipo manual).

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA SOLDADURA POR RESISTENCIA.

1.6 OTROS PROCESOS DE SOLDADURA.

Mientras que la soldadura MIG y TIG se consideran como las más frecuentemente usadas para las uniones de metales y sus aleaciones, hay un gran número de otros procesos que son igualmente útiles y son regularmente utilizados, aunque quizá en aplicaciones más especializadas que los convencionales procesos de fusión de soldadura. Algunos de estos procesos se discutirán a continuación:

SOLDADURA LASER. (LASER BEAM WELDING [LBW]).

La soldadura por láser es un proceso que une materiales con el calor obtenido de la aplicación de un concentrado rayo de luz, actuando sobre la superficie a unir. El rayo láser enfocado tiene la concentración más alta de energía que cualquier fuente de poder conocida, este láser es una fuente de energía electromagnética o de luz que puede ser emitida sin divergencias y puede concentrarse en un punto preciso.La consistente luz emitida por el láser puede ser enfocada y reflectada en la misma forma que un rayo de luz; el tamaño del dispositivo enfocado se controla por la elección del lente y la distancia de este al metal base. El láser puede ser comparado con un rayo de luz solar para soldar, este puede ser enfocado y diseccionado por lentes ópticos y espejos especiales, puede operar a una distancia consistente de la pieza de trabajo.

Cuando se usa el láser para soldar la radiación electromagnética choca en el metal base con tal concentración de energía que la temperatura de la superficie del metal se vaporiza, fundiendo el metal base. La distancia desde la cavidad óptica al metal base tiene poco efecto en el láser ya que este es consistente y muy poco divergente, dirigiéndolo a un lugar preciso del trabajo con la misma cantidad de energía disponible, ya sea que este cerca o lejos.

Con la soldadura laser el metal fundiendo toma una configuración radial de forma similar a la soldadura al arco; en algunas aplicaciones se usa un gas inerte para proteger el metal fundiendo de la atmosfera. El vapor de metal que ocurre puede causar un desajuste del gas protector y crear plasma en la región, alrededor de la luz de gran intensidad justo por encima de la superficie del metal, el plasma absorbe energía del láser y realmente puede bloquear el rayo y puede reducir la fusión, el uso dirigido de un chorro de gas inerte cerca de la superficie del metal elimina la acumulación del plasma y protege la superficie de la atmosfera.

La soldadura laser tiene un tremendo diferencial de temperatura entre el metal derretido y el metal base inmediatamente adyacente a la soldadura, las velocidades de calentamiento y enfriamiento son muy superiores en la soldadura laser y las zonas afectadas por el calor son muy pequeñas. La distancia desde la cavidad óptica al metal base tiene poco efecto en el láser ya que este es consistente y muy poco divergente, dirigiéndolo a un lugar preciso del trabajo con la misma cantidad de energía disponible, ya sea que este cerca o lejos. Con la soldadura láser el metal fundiendo toma una configuración radial de forma similar a la soldadura al arco; en algunas aplicaciones se usa un gas inerte para proteger el metal fundiendo de la atmósfera. El vapor de metal que ocurre puede causar un desajuste del gas protector y crear plasma en la región, alrededor de la luz de gran intensidad justo por encima de la superficie del metal, el plasma absorbe energía del láser y realmente puede bloquear el rayo y puede reducir la fusión, el uso dirigido de un chorro de gas inerte cerca de la superficie del metal elimina la acumulación del plasma y protege la superficie de la atmósfera.

La soldadura láser tiene un tremendo diferencial de temperatura entre el metal derretido y el metal base inmediatamente adyacente a la soldadura, las velocidades de

calentamiento y enfriamiento son muy superiores en la soldadura láser y las zonas afectadas por el calor son muy pequeñas.

El rayo de alta energía también permite lograr velocidades muy rápidas para la soldadura y fácilmente conseguidas en alrededor de 2 m/min con 2 kW para el láser sólido y entre 5 a 6 m/min con 5 kW para el láser de CO2 en láminas de 2 mm de espesor, el principal parámetro para la soldadura es el poder del láser, el cual determina la penetración y la velocidad, otra variable es la posición del punto focal, generalmente en la superficie, el diámetro del alambre, la velocidad del dispositivo alimentador y la abertura a soldar.

Los defectos de las uniones soldadas con láser son similares a las hechas por otros procesos de soldadura por fusión; la porosidad es causada por el hidrogeno del ambiente disuelto en el metal base, contenido en la película de óxido o de un inestable preparación de los cantos; la solución a estos problemas es preparar cuidadosamente la superficie incluyendo desoxidación, limpieza de los residuos, el uso del gas protector y el adecuado poder para asegurar la penetración adecuada.

SOLDADURA DE RAYO ELÉCTRICO (ELECTRON BEAM WELDING [EBW]

La soldadura con rayo electrónico es un proceso de unión de metal con calor de un concentrado rayo de alta velocidad de electrones golpeando la superficie de la unión, el calor es generado en la pieza de trabajo tal como está, bombardeada por un denso flujo de electrones de alta velocidad, virtualmente toda la energía cinética o la energía de movimiento de los electrones es transformada en calor al momento del impacto.

Dos diseños básicos de estos procesos son los sistemas de rayo eléctrico de bajo voltaje que usa aceleradores de voltaje en rangos de 30.000 a 60.000 volts y sistema de alto voltaje con aceleradores de voltaje en el rango de 100.000 volts, este último emite mayor cantidad de rayos-x; en un tubo de rayos-x, el rayo de electrones está enfocado a un objetivo ya sea de tungsteno o molibdeno que emite rayos-x, este objetivo se vuelve extremadamente caliente y debe ser enfriado con agua; cuando se suelda, el objetivo es el metal base que absorbe el calor para generar la etapa de fusionarse, aquí los rayos-x pueden ser producidos si el potencial eléctrico es lo suficientemente elevado, por otro lado el disparador de electrones y la pieza de trabajo se albergan en una cámara de vacío.

Hay tres componentes básicos en la máquina soldadora de rayo electrónico, los cuales son la pistola de rayo eléctrico, fuente de poder con control y una cámara de vacío con manipulación de equipo; la pistola de rayo eléctrico es similar al usado en un tubo de imagen en la televisión, los electrones son emitidos por un cátodo caliente o filamento y acelerados por un ánodo el cual es una plancha con un agujero que está positivamente cargada, a través del cual pasa el rayo eléctrico; una bobina magnética ubicada más abajo del ánodo desvía el rayo eléctrico.

La cámara de vacío debe ser un contenedor completamente sellado, es evacuado de forma mecánica por bombas para reducir la alta presión del vacío; el equipamiento de trabajo es necesario para mover y manipular las piezas bajo el rayo eléctrico, los cuales están diseñados para trabajar en el vacío.

Una de las mayores ventajas de la soldadura de rayo eléctrico es la tremenda penetración, esto ocurre cuando los electrones altamente acelerados chocan con el metal base, penetrando ligeramente bajo la superficie y en ese momento soltara la mayoría de la energía cinética que empieza a calentar; la adición de calor causa un sustancial incremento de la temperatura en el punto de impacto, la sucesión de electrones golpeando en el mismo lugar causa fusión y evaporación del metal base, esto crea vapor de metal donde el rayo electrónico viaja a través del vapor mucho más fácilmente que en el metal sólido, lo que causa que el rayo penetre más profundamente en el metal base, el patrón de ancho en la penetración es sumamente estrecha, lo que produce una proporción que puede exceder del orden de 1 a 20; como la densidad de poder se aumenta, la penetración también lo hace, además la velocidad de enfriamiento es muy superior y para muchos metales es muy ventajosa, sin embargo para el acero carbono esto es una desventaja y pueden ocurrir grietas.

Los recientes avances en los equipamientos permiten a la cámara de trabajo operar en una presión o vacío mediano, esto es algunas veces llamado un vacío suave, con rangos de vacío que permitieron la misma contaminación que sería obtenida en la atmosfera de Argón de un 99,995 % de pureza.

La soldadura de rayo eléctrico fue inicialmente hecha en el vacío porque el rayo es fácilmente desviado por el aire, los electrones en el rayo chocan con las moléculas del

aire perdiendo velocidad y dirección de manera que la soldadura no pueda ser realizada.

En un sistema de gran vacío, el rayo electrónico puede localizarse tan lejos de la pieza de trabajo como 762 mm (30 in.), en la cámara de vacío medio la distancia en funciones se reduce a 304,8 mm (12 in.), los espesores que pueden soldarse en la cámara alta son de hasta 152,4 mm (6 in.), mientras que en la cámara de vacío mediana se reducen los espesores a soldarse 50,8 mm (2 in.).

El desarrollo más reciente del sistema es un rayo eléctrico de vacío sectorizado, aquí el área de trabajo se mantiene la presión atmosférica durante la soldadura, la pistola de rayo se aloja en una cámara alta de vacío, donde hay varias cámaras intermedias entre la pistola y el área de trabajo, cada una de estas plataformas intermedias se reduce la presión por medio de bombas de vacío; el rayo pasa a través de un pequeño orificio bastantemente grande para el pequeño volumen de aire. Por medio de estas cámaras diferenciales de presión, un gran vacío se mantiene en la cámara de la pistola eléctrica; el máximo espesor que se puede soldar es aproximadamente 51 mm (2 in.), además con este sistema se utiliza una fuente de poder de alto voltaje.

El aporte de calor en la soldadura con rayo eléctrico se controla por cuatro variables:

Número de electrones por segundos que chocan en la pieza de trabajo o corriente emitida.

Velocidad de los electrones al momento del impacto, el potencial acelerador. El diámetro del rayo en la pieza de trabajo, el tamaño en el lugar del rayo. Velocidad de trabajo o la velocidad de la soldadura.

Casi todos los metales pueden ser soldados con el proceso del rayo eléctrico, los metales que a menudo se sueldan son las súper aleaciones, metales refractarios, metales reactivos, aceros inoxidables y muchas combinaciones de materiales disímiles.

- SOLDADURA POR FRICCIÓN (FRICTION WELDING [[FRW]).

La soldadura por fricción es un proceso de soldadura por presión de estado sólido, el cual produce la unión de materiales por el calor obtenido del movimiento inducido mecánicamente entre superficies en contacto manteniendo unidas bajo presión las piezas de trabajo; este proceso usualmente involucra la rotación de una parte contra la otra generando calor friccional en el empalme, cuando la adecuada temperatura tiene un incisivo alcance, la rotación cesa y una presión adicional se aplica ocurriendo la unión.

Hay dos variaciones del proceso de soldadura por fricción, las que se describen a continuación:

En el proceso original, una parte es sujetada fijamente y la otra parte es rotada por un motor, el cual mantiene una velocidad rotacional esencialmente constante, las dos piezas son puestas en contacto bajo presión por un periodo de tiempo y una presión especifica. El poder rotativo se libera de la pieza aumentando la presión, cuando esta se detiene la soldadura se completa; este proceso puede controlarse exactamente mientras la velocidad, presión y el tiempo estén estrictamente regulados.

La otra variación es la soldadura por inercia, un volante se hace girar por un motor hasta que una velocidad preprogramada se alcanza, este a su vez rota una de las piezas para soldar; el motor se desembraga del volante y la otra parte puede ser soldada colocándola en contacto bajo presión con la pieza en rotación, durante un tiempo determinado en el cual la velocidad rotacional se reduce hasta detenerse, una presión adicional es provista para completar la soldadura.

Ambos métodos utilizan calor friccional y producen soldadura de similar calidad, aunque el primer proceso mantiene un mejor control, ver la figura siguiente que muestra estos procesos:

Las ventajas de este proceso de soldadura son las siguientes:

- La soldadura por fricción puede producir alta calidad de soldadura en un corto periodo de tiempo.

- No se requiere de metal de aporte ni fundente.- Este procesos es capaz de soldar la mayoría de los metales y también pueden

unir muchas combinaciones de metales disimiles.