2 proceso gmaw-facw espe 3 1

7/25/2019 2 Proceso GMAW-FACW Espe 3 1

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SOLDADURA POR ARCO METÁLICO y GAS DE PROTECCIÓN (GMAW).

La soldadura por arco metálico y gas de protección (GMAW), es un proceso de soldadurapor arco eléctrico que produce la coalescencia de los metales por el calentamiento de elloscon un arco eléctrico, entre un electrodo continuo (O alambre) que hace de metal de aportey la pieza de abajo. La protección se obtiene enteramente por medio de un gas suministradoextremamente. Algunos nombres comunes para el proceso son: soldadura MIG, soldaduraMIG-MAG, soldadura CO2 soldadura con microalambre de soldadura con arco corto, soldadura de transferencia por baño y soldadura en alambre.

Su primera utilización fue en la soldadura de materiales de aluminio, empleando gases deprotección inertes, tales como el Argón y el Helio, de allí la designación original de ésteproceso con las siglas MIG (Metal Inert Gas). Posteriormente se han introducido variaciones,principalmente el empleo de gases activos como el CO2, haciendo su uso extensivo amateriales ferríticos.

El proceso de soldadura GMAW es capaz de soldar la mayoría de metales terrosos y no

terrosos, desde secciones delgadas a gruesas. Este proceso puede usarse en todas lasposiciones para producir depósitos de soldadura con poco o nada de escoria. Mayores tasasde deposición, velocidades de avance y eficiencias de la soldadura, dan como resultado unmenor tiempo de soldaduras en tareas de producción, en comparación a la soldadura porarco manual SMAW.

En la actualidad este proceso que también puede ser utilizado en forma automática, seaplica masivamente en la industria automotriz y en soldaduras de grandes producciones yasean seriadas, o en procesos automatizados robotizados.

COMPONENTES DEL EQUIPO

El proceso GMAW (Gas metal arc welding) básicamente está compuesto por:

Figura 1 Equipo GMAW de soldadura

o Fuente de poder (máquina de soldar)o Alimentador de alambre (cabezal devanador)o Torcha (en uno de los extremos esta la pistola)o Fuente de gas protector (tubos con caudalímetro)



Fuente de poder. La fuente de poder para el proceso de soldadura GMAW es normalmenteuna fuente voltaje constante (VC) o de potencial constante (PC). Su curva característica desalida voltios-amperios es esencialmente plana con una pequeña caída. Por lo tanto, elvoltaje de salida es aproximadamente el mismo aunque la corriente de soldadura cambia.

El voltaje de salida se ajusta en la fuente de poder, la cual puede ser untransformador/rectificador, un generador accionado por un motor. Una fuente de poder devoltaje constante no tiene un control de la corriente de soldadura y no se usa para el procesopor arco manual. La salida de la corriente de soldadura se determina por la carga eléctricaen la máquina, la cual depende de la velocidad de alimentación de la máquina. Normalmentese usa la conexión corriente directa electrodo positivo. Las máquinas para este procesoestán disponibles desde los 15 amperios hasta un valor tan alto como 1000 amperios ydeberán estar diseñados para un ciclo de trabajo de 80 -100 %. Estas máquinas deberáninducir un contactor y medidores y deberán proporcionar potencia AC en 115 voltios para elalimentador de alambre.

A veces se usa una fuente de poder de corriente constante. Estas fuentes de poder tiene una

curva voltios-amperios con caída, la cual mantiene una corriente casi constante para Ioscambios en el voltaje.

Este sistema, a diferencia del convencional manual, posee 2 tipos de regulación:a) Velocidad de alimentación del alambre.b) Tensión de trabajo ó voltaje.

La regulación de la velocidad del alambre (indirectamente varia la corriente de soldadura) seefectúa desde el cabezal devanador, el cual también controla la electroválvula del gasprotector.

Figura 2 Efecto de la inductancia sobre la corriente

La regulación de la tensión del arco, se realiza desde la fuente de poder o máquina desoldar, cuya tensión prefijada, se mantendrá constante mientras dure el ciclo de soldadura ypor consiguiente, también lo será la longitud del arco eléctrico, independientemente de lavelocidad de alimentación del alambre. Existe un tercer aspecto operativo que posee lafuente de poder, que es la INDUCTANCIA, la cual influye o afecta la configuración delcordón depositado, cuando se trabaja en transferencia por corto circuito, el aumento de lamisma favorece a suavizar la transferencia de las gotas, o sea, minimizar las proyecciones osalpicaduras del metal. Cuando se opera en el modo de corto circuito, la gota se separa delelectrodo por el efecto "Pinch" (es un fenómeno electromagnético de estricción) el cual seproduce cuando la corriente alcanza el valor máximo de cortocircuito, como dicho ascensose produce en forma violenta, el desprendimiento de la gota también es violenta, lo cualcausa el chisporroteo antes mencionado. La acción de la inductancia, es precisamente,

producir el retardo de dicho ascenso de la corriente, o sea, prolongar la duración del efectode desprendimiento y con ello las proyecciones.



La figura 2 muestra el efecto de la inductancia sobre la corriente. En el punto (A) de la figura,se tiene inductancia mínima y con efecto pinch máximo, este efecto conduce a que seobtenga

o mayor chisporroteo o salpicaduraso cordón más convexoo arco más fríoo mayor cantidad de corto circuitos por segundoo Baño menos fluido

Todo lo contrario ocurre cuando se tiene el punto (B) de la figura donde la inductancia esmáxima y el efecto pinch es mínimo

En la mayoría de las aplicaciones de éste proceso se emplea fuentes de corriente continua ypolaridad inversa (positiva), por consiguiente el polo positivo va conectado a la torcha y elnegativo a la pieza

Cuando se trabaja dentro de un taller o fábrica se emplean preferentemente fuentesestáticas (rectificadores), en cambio, si no se dispone de fuente de energía eléctrica, seemplean equipos rotativos generadores de corriente eléctrica, como ser, motosoldadoras

Al imentador de Alambre. El alimentador de alambre desde su carrete, a través del cable yde la pistola hacia el arco de soldadura. El sistema de alimentación del alambre debe hacer juego con el tipo de fuente de poder. El alimentador de alambre con velocidad constante seusa con la fuente de poder de voltaje constante. En este sistema, la relación entre la fusióndel electrodo continuo (alambre) y la corriente deberá mantenerse para producir un arcoestable. Un dispositivo sensor del voltaje es incorporado al sistema para detectar loscambios en el voltaje (longitud del arco). Basado en el cambio del voltaje el alimentador del

alambre aumenta o diminuye su velocidad para corregir el cambio en el voltaje (longitud delarco). La corriente es fijada por medio del control del alimentador del alambre. Durante lasoldadura la fuente de poder proporciona una cantidad adecuada de corriente para mantenerla tasa de fusión del alambre. Ya que la velocidad del electrodo es constante, lasfluctuaciones de la corriente mantienen uniforme la fusión para reducir una longitud del arcoconsistente.

Los sistemas de alimentación de alambres se dividen generalmente en tres grupos y -seidentifican por la ubicación del mecanismo de accionamiento, Estos son sistemas de empuje-arrastre. El sistema de empuje esta diseñado de tal forma que los rodillos alimentadores delalambre estén cerca del alimentador y es empujado a través del conductor del alambre (eningles "liner") hacia la pistola o antorcha para soldar. El sistema de arrastre tiene los rodillos

alimentadores del alambre en la pistola o antorcha para soldar y arrastra el alambre a travésdel conductor hacia la pistola o antorcha, El sistema de empuje-arrastre tiene los rodillosalimentadores del alambre tanto en la pistola o antorcha para soldar como en el alimentador.

La pisto la para soldar y el juego de cables. La pistola para soldar y el juego de cables seusan para llevar el alambre, la corriente en soldadura y el gas de protección hacia el arco desoldadura. Un tubo de contacto (centrado en la tobera de la pistola) guía el alambre hacia elarco, La tobera controla el flujo del gas de protección. El orificio de la tobera de la pistolanormalmente varia desde un diámetro de 3/8” hasta 7/8” (9.5 mm a 22.5 mm), dependiendode la aplicación.

Las pistolas para soldar pueden ser enfriadas por aire o agua. Las pistolas enfriadas poragua se usan normalmente en las aplicaciones con altos amperajes, con gases inertes o conuna mezcla de argón-oxígeno, donde se requiere un enfriamiento eficiente de la pistola. Las



pistolas enfriadas por aire se usan normalmente en trabajos livianos o donde se requieranmenores amperajes. Cuando se una mayores corrientes y mayores diámetros de electrodoscontinuos con un gas CO2, para protección, pueden usarse pistolas enfriadas por aire. Estaspistolas utilizan el flujo del gas de protección para su enfriamiento.

Existen dos tipos básicos de pistolas o antorchas para el proceso de soldadura por arco gasmetal. Estas son: las pistolas curvadas (o con cuello de ganso) y las rectas (o con mangotipo pistola). Las pistolas curvadas tienen un radio con un ángulo predeterminado entre 0º y10º desde le mango de la antorcha. Ellas pueden tener un sistema de alimentación delalambre tipo empuje o empuje-arrastre. El electrodo continuo sigue el radio de la pistola através del conducto hacia la punta del contacto.

La antorcha con mango tipo pistola generalmente tiene un conducto recto a través dla entrada hacia la punta de contacto. El mango tiene usualmente 70 -90 desde labarra de la antorcha. La antorcha para soldar con mango tipo pistola se usa másfrecuentemente con el sistema de alimentación de alambre tipo arrastre o empuje-arrastre. La pistola recta puede también llevar un pequeño carrete de alambre,montado sobre la pistola o dentro de ella.

Las pistolas para soldadura mecanizada son usualmente similares a las pistolas parasoldadura semiautomática con mangos rectos, excepto que ellas generalmente se montandirectamente debajo del mecanismo para la alimentación del alambre. Las pistolas parasoldadura automática tienen el cuello curvado o recto, y generalmente son del sistema deempuje o empuje-arrastre. Muy a menudo las antorchas mecanizadas y automáticas sonmás pesadas que sus equivalentes semiautomáticas.

Sistemas de gas para protección. Este sistema desplaza el aire alrededor del arco paraprevenir la contaminación del deposito fundido por acción del oxigeno y del nitrógeno de la

atmósfera. El sistema del gas de protección consta de un cilindro de gas, un regulador, unflujómetro y las mangueras de conexión.

Los gases para protección pueden ser almacenados en un cilindro para alta presión o en unsistema de almacenaje a granel para aplicaciones con elevados volúmenes. En algunoscasos, los cilindros son conectados aun distribuidor con la finalidad de proporcionar el gaspara protección a diversas estaciones de soldadura. El regulador se usa normalmente en uncilindro para alta presión con la finalidad de reducir el cilindro a una presión de trabajosegura. El flujómetro se usa luego para ajustar la tasa de flujo real a un valor seguro. Lasmangueras se usan para transportar el gas para protección desde el flujómetro hacia lapistola.

ESQUEMA TÍPICO DE UN ARCO ELÉCTRICOLos elementos básicos constituyentes de una torcha son:

1 – Boquilla de contacto y guía del alambre2 - Difusor de gas3 - Conducto del alambre4 - Tobera de gas o busa5 - Cable conductor de corriente6 - Microswitch (para encendido motor devanador)7 - Manguera conductora de gas8 - Manguera de- agua (si la torcha es refrigerada con agua)

La figura 3 representa el arco eléctrico de soldadura cuya torcha es enfriada por aire.



Figura 3

Nota: Es muy importante utilizar la boquilla de contacto adecuado al diámetro del alambre que se emplea,por cuanto la eficiencia de transmisión de la corriente eléctrica al electrodo (alambre) depende de lasuperficie de contacto entre ambas partes. Además por ser también guía del alambre es importante elcuidado del desgaste del pico como consecuencia del rozamiento.

PRINCIPIOS DE OPERACIÓNEl electrodo consumible (alambre) proveniente del rollo que se encuentra montado en elcabezal es conducido a través de la torcha hasta la pistola en la cual se halla una boquilladonde se establece el contacto eléctrico y a través del cual se transfiere la corrienteeléctrica al electrodo (alambre) en el preciso instante en que el alambre toca la pieza o metalbase a soldar, se establece el arco eléctrico el cual se mantendrá encendido mientras se

mantenga accionado el micro swich que accionó el devanador y originó la alimentación delalambre. El arco así formado, es protegido externamente por un gas que proviene de lostubos y es conducido por un conducto dentro de la torcha hasta salir por la tobera queposee la pistola en su extremo, rodeando el arco eléctrico como si fuera una copa, evitandode este modo que el O2 y el N2 del aire circundante entre en contacto con el metal fundidoque atraviesa el arco.

Dado que el equipo autorregula la longitud de arco y la velocidad de deposición (fusión delalambre), el único control requerido por el operador es la posición de la torcha y velocidadde avance del arco eléctrico (soldadura); la longitud del arco y el amperaje ó velocidad dealimentación del alambre son automáticamente mantenidas.

GASES UTILIZADOS

La razón de emplear gases para la protección del metal fundido que atraviesa el arco sedebe a que la mayoría de los metales exhiben una fuerte tendencia a combinarse con eloxigeno, formando óxidos y en menor proporción con el nitrógeno, formando nitruros. Eloxigeno también reacciona con cl carbono formando óxido de carbono que es un gas. Estosproductos que son el resultado de las reacciones con el O2 y N2 dan como resultadosoldaduras deficientes o con defectos; tales como porosidades (que favorecen a ladisminución de la resistencia por reducción de la sección de soldadura), y fragilización delmetal por formación de óxidos y nitruros en el metal depositado.

La principal función (entre otras), del gas es desplazar o evitar que el aire circundante entreen contacto

con el metal fundido. Sin embargo, el gas protector también tiene unpronunciado efecto sobre los siguientes aspectos.



1.- Característica del arco.2 – Modo de transferencia del Metal3 - Penetración y perfil del cordón de soldadura4 – Velocidad de soldadura5 - Tendencia al socavado6 - Acción de limpieza

Los gases empleados en las soldaduras son:o Argón (Ar), Helio (He)o Dióxido de Carbono (CO2)

Estos gases son utilizados ya sea separadamente (o sea individualmente), mezclados entresí, o bien, combinados con oxigeno. Los gases protectores y sus variantes (mezclas) sondivididos en metalúrgicamente activo e inactivos o inertes.

Los gases inertes o inactivos son el Ar y He.

Los gases activos son CO2 y mezclas con Argón.

El Argón.- es un gas monoatómico (un átomo por molécula) y es insoluble en el metalfundido, tiene una densidad relativa respecto del aire de 1,4; o sea, es un 38 % maspesado que el aire.

EL potencial de ionización de éste gas es relativamente bajo, lo que resulta en una tensiónde arco menor para una determinada longitud de arco. Por ser más pesado que el aire,resulta más efectiva la protección para cualquier caudal, dado su bajo potencial deionización, se obtendrá menor calor para un determinado amperaje.

Por otra, parte la conductividad térmica es baja; lo cual significa que el calor no se expande

o transmite radialmente al arco, sino, por el contrario, se concentra en la columna central delarco donde se produce la transferencia de la energía y del metal, obteniendo unapenetración no uniforme, tipo dedo (ver fig. siguiente)

El Helio.- también es un gas monoatómico, solo que es más liviano que el Argón (es un14% más liviano que el aire) lo que significa que para la protección del arco es necesariodisponer de un caudal 2 ó 3 veces mayor que con el Argón. Como contrapartida, el potencialde ionización es mayor lo que se traduce en una mayor tensión de arco por una longituddada y consecuentemente se obtiene mayor energía calórica del arco para un dadoamperaje.

Por otra parte, la mayor conductividad técnica del Helio permite obtener un arco mas abiertoy con una penetración más uniforme.

Dióxido de Carbono (CO2).- Se trata de un gas activo, por cuanto participametalúrgicamente por acción del arco eléctrico con los elementos provenientes del metal deaporte (alambre). La mayoría de los gases reactivos, no pueden ser empleados solos: parala protección del arco eléctrico, por ejemplo, el O2, sin embargo el CO2 es una excepción adicha regla; su conductividad térmica es similar a la del helio, por lo qué forma del cordón seasemeja bastante al obtenido con el helio, pero cuya penetración es mayor respecto de losotros 2 gases inertes, principalmente soldando en el modo de transferencia en corto circuito.La explicación de este fenómeno reside fundamentalmente en el hecho que larecombinación del gas según la ecuación de equilibrio indicada a continuación,

CO2 ⇔ CO + ½ O2



Se produce a temperaturas bajas del arco, siendo dicha recombinación exotérmica, o sea,con cesión de calor hacia la pieza que sumado al calor del arco permite fundir una mayorcantidad del metal base y consecuentemente penetrar más.

Debido al efecto oxidante del gas y para evitar su reacción con el Fe y formar óxidos queluego producen porosidad, se debe emplear alambres con elementos desoxidantes, talescomo Si y Mn., cuya afinidad con el O2 es mayor que la del Fe, formando compuestos abase de Si y Mn que por ser más livianos que el metal líquido; son reflotados hacia lasuperficie formando lagunas de silicatos.

Mezclas.- A menudo se suele utilizar mezcla de gases que favorecen a una mejorcaracterística operativa de la soldadura. Las mezclas más comunes son:

o ARGON + HELIOo ARGON + O2 o

ARGON + CO2 o CO2 + O2

La mezcla de (Ar + He) produce, como resultado de la combinación de las propiedades queposee individualmente cada uno de los gases, un perfil del cordón de soldadura masdeseable (penetración y tamaño de forma parabólica)

100% CO2 Ar + 20% CO2 Ar + 8% O2

Fig. 4 Perfiles de soldadura con diferentes gases de protección



En la transferencia por corto circuito, ésta mezcla es utilizada en la proporción de 60 a 90%de He, resto de Ar, para obtener una mayor penetración en el metal base, principalmentecuando se suelda acero inoxidable. La adición del CO2 al Argón produce el mismo efectoque el Helio, solo que no puede ser aplicado a la soldadura de acero inoxidable por el efectoadverso que causaría en las propiedades mecánicas del metal depositado. l agregado de 0 2 ó CO2 en pequeñas proporciones al Ar., produce un apreciable cambio en las característicasde la acción del arco y la transferencia del metal. El porcentaje comúnmente oscila entre un1 y 5 % de O2 y aproximadamente 20/ 30% de CO2

Cuando se suelda aceros ferríticos, el Argón puro no es utilizado como gas protector, debidoa que el arco tiende a ser errático y no produce características operacionales satisfactorias.La cantidad optima de adición de O2 ó CO2 al Argón dependerá de:

o Condición de la superficie (óxidos, escamas)o Geometría de la junta.o Posición de la soldadura y técnicao Composición del metal base

Selección del Gas ProtectorUna serie de factores deben ser tomados en consideración para la elección del gas protectormas adecuado, a saber:

o Proceso de soladurao Metal baseo Estabilidad del arcoo Tipo de transferenciao Velocidad de soldadurao Espesor del metal baseo Penetración

o Perfil del cordóno Terminación superficialo Defecto de soldadura

En la práctica los gases mas utilizados son:

o CO2: 100%o Ar/O2: 98/2%o Ar/CO2: 75/25%o Ar: 100%

Tabla No. 1 Aplicación de los Gases

Tipo de Gas Aplicación

CO2

Trabajos en grandes espesores de acero al C.Transferencia globularTransferencia por corto circuito

Ar/O2Trabajos de acero inoxidables y baja aleaciónTransferencia Spray

Ar/CO2Trabajo en acero al carbono en espesores finos y mediosprincipalmente al transferir por corto circuito

Ar Principalmente aluminio



MODOS DE TRANSFERENCIA

El tipo de transferencia del metal se refiere al método por el cual el metal fundido a partir delelectrodo continuo atraviesa el arco para formar el depósito de soldadura. Son posiblescuatro tipos de transferencia del metal con el proceso MIG.

Con este proceso se pueden obtener 4 modos de transferencia diferentes, a sabero Transferencia por corto circuitoo Transferencia globularo Transferencia Spray (gotas de lluvia)o Transferencia con corriente pulsante

Transferencia cortocircuito. Durante la transferencia por cortocircuito, una gota de metalcrece en la punta del electrodo continuo (alambre). A medida que la gota crece, el alambrese aproxima más al depósito hasta que realmente entra en contacto con él. En este punto elarco se extingue. Se produce un Cortocircuito, el cual hace que el alambre resista el calor yse desprenda, produciendo un nuevo arco. Este ciclo continua muchas dependiendo de los

parámetros de soldadura y del tipo de gas utilizado se produce entre 50 y 200 veces porsegundo. Se trata inherentemente de una transferencia de baja energía yconsecuentemente de bajo aporte térmico. La transferencia por cortocircuito se usacomúnmente para soldar aceros al carbono: bajos y medios, aceros de baja aleación y altasresistencias y algunos aceros inoxidables, en planchas y tuberías de espesores delgados amedianos. El gas para protección bióxido de carbono es usado en la mayoría de soldaduraspor cortocircuito. Una mezcla de gases para protección bióxido de carbono-argón puedeusarse para lograr un arco más estable.

Transferencia globular. Es similar al cortocircuito, pues la gota se forma en la punta delalambre.Se obtiene únicamente cuando se utiliza el CO2 como gas protector (también seconsigue con He). En este modo, la transferencia del metal a través del arco, se produce

forma de gotas irregulares cuyo tamaño es de aproximadamente 4 x diámetro del electrodo,que al azar son transportadas a través del mismo hacia el metal base. Este tipo detransferencia produce mucho chisporroteo, dado que el Co2 es por naturaleza inestable,generalmente inestables y es caracterizado por un sonido crepitoso del arco. La relativaestabilidad del arco con CO2 puede ser establecida a elevados niveles de corriente. Estatransferencia produce mayores tasasde deposición y más calor que la transferencia porcorto circuito. La transferencia globular se usa para soldar aceros al carbono bajos y mediosy aceros de baja alineación y alta resistencia.

Transferencia por rocío o spray. Se obtiene cuando se emplea el Argón como gasprotector con un porcentaje mínimo del 80%, gotas finas del alambre fundido, las cuales sedesprenden electromagnéticamente de la punta ahusada que forma en la punta del extremo

del alambre. Las gotas se transfieren al depósito desde menos de un ciento hasta varioscientos de veces por segundo. Las gotas son dirigidas axialmente en línea recta desde elelectrodo hacia la pileta líquida. El plasma del arco adopta una forma cónica que produce unbuen mojado da los flancos de la junta con una excelente apariencia del cordón depositadoy con ausencia total de chisporroteo, pero la penetración es poca.

La transferencia por spray se usa para soldar metales ferrosos y no ferrosos. Unacombinación de argón y oxígeno se usa para soldar aceros de baja alineación ya la altaresistencia y aceros inoxidables. La mezcla argón-oxígeno es la más usada en latransferencia por rocío. Argón, Helio o una mezcla de ambos se usa para soldar aluminio,aleaciones de aluminio, níquel y aleaciones de níquel. Titanio, aleaciones de cobre y otrosmetales no ferrosos. Esta se usa en posición plana y horizontal con estos gases. Argón purose usa para soldar metales no terrosos en todas las posiciones.



Transferencia con corriente pulsante. Es una forma de transferencia por spray. Estaocurre en intervalos espaciados regularmente con el amperaje pulsante entre altos picospreajustados y bajos niveles de fondo, a una tasa de 60 ciclos por segundo. Cada pulso decorriente transfiere una gota de metal fundido. Para producir la forma de onda pulsante, seconecta la corriente entre dos fuentes de poder de potencial constante. El amperaje pico seajusta sobre el punto de transferencia por rocío y el amperaje de fondo se ajusta en el rangode la transferencia globular. La punta se funde durante la porción de fondo de ciclo. Amedida que el amperaje aumenta sobre el punto de transmisión, la punta se hacepronunciada. Una gota se separa y es transferida a través del arco hacia el depósito desoldadura.

La corriente pulsante puede usarse para soldar tanto metales ferrosos como no terrosos.

Una mezcla de argón y oxígeno es el gas para protección recomendado en la corrientepulsante. La corriente pulsante requiere de un equipo especial.

Figura 5 Formas de transferencia

Aplicaciones

A continuación se da un cuadro orientativo de los tipos de modos de transferencia,los parámetros a los cuales se obtiene los distintos modos, el gas empleado y laprincipal aplicación:

Tipos detransferencia

Gas Protector Parámetros Volt Amper

Aplicación

Corto circuitoCO2 ó Argón/CO2

16/22 40/190

-Chapas finas 10mm

-Padadas de raiz en cualquier espesor

-Soldadura en todas posiciones

Globular CO2 24/28 200/300

-Chapas medianas y gruesas 12mm

-Aceros al carbono

-Posición bajo mano solamente

Spray Argón ó Argon/CO2

28/40 200/500

-Aceros inoxidables

-Aluminio

-Posición bajo mano solamente

PARÁMETROS DE SOLDADURA

Se define parámetros de soldadura, aquellas variables que al ser cambiadas o

modificadas, alteran la configuración o forma del cordón depositado y además afectan lascaracterísticas del arco eléctrico.



Si bien son muchas las variables que de un modo u otro afectan en mayor o menor grado ala soldadura, tomaremos en consideración solamente aquellas variables eléctricas yoperativas cuya modificación o cambio no implica la detención del proceso (como ser uncambio de gas ó de un diámetro del alambre por otro). Además dividiremos las variables endependientes e independientes de la mano del operador de soldadura, así se tiene:

Parámetros eléctricos(Independientes)

o Corriente (Veloc. Alambre)o Tensióno Inductancia

Parámetros Operativos(Dependientes)

o Velocidad de soldadurao Inclinación de la torchao Salida ó extensión libre del alambre

Cuando se habla de variables dependientes, se refiere al hecho que mientras se estáejecutando la soldadura ( o sea estando el arco encendido) el operador de soldadura puede

variar a voluntad cualquiera de las 3 variables (velocidad de avance, inclinación de la torchaó salida del alambre), sin que ello afecte las características propias del arco eléctrico quedependen de otros parámetros que hemos definido como independientes.

Influencia sobre el cordón de soldaduraPrimeramente definimos las variables que determinan la configuración de un cordón desoldadura.

a: ancho del cordón

p: penetracións: sobreespesort: tamaño del cordón

A continuación se vera como los parámetros de soldadura afecta la forma del cordón cadauno de los parámetros de soldadura, haciendo variar uno por vez y manteniendo constanteel resto de los mismos:

Corriente de soldadura o velocidad de alimentación del alambreEstas 2 variables, son las que principalmente son controladas con la corriente

(*) Estas 2 variables, son las que se controlan principalmente con la corriente.



Tensión o voltaje del arco

(*) La tensión se utiliza principalmente para controlar estas 2 variables. La variación de la tensión modula laforma del cordón, no agrega ni quita el metal aportado.

InductanciaEl comportamiento dé este parámetro ya había sido descrito al comienzo de este curso,donde el aumento de esta hace variar la intensidad de corto circuito, la cual tiene influenciasobre el efecto PINCH.

Velocidad del Arco (Soldadura)

(*) Esta es la variable que fundamentalmente es controlada con la velocidad.

Inclinación de la torchaLa torcha puede ser inclinada respecto del eje vertical de la forma como se indica

Siendo:

(a) el ángulo de inclinación en el sentido del avance

(b) el ángulo de inclinación en el sentido opuesto al avance

Lugo definimos:

Pos 1 para b> 90° técnica por empuje

Pos 2 para a< 90° técnica por arrastre



(*)Esta es la variable que fundamentalmente se controla con el de inclinación de la torcha. Con la

inclinación de la torcha, se controla principalmente la penetración de la soldadura y en segundo lugarel ancho del cordón.

Por lo general la técnica mas usual es la de EMPUJE cuando se suelda con éste proceso.

Extensión libre del alambre

Se define como extensión libre o salida del alambre a la distancia que media entre el pico decontacto y el extremo donde se establece el arco eléctrico en el alambre.

Modificando dicha distancia, se obtiene el siguiente efecto sobre el cordón depositado.

(*) Esta es la variable que principalmente se controla con el (ELA), y en menor escala la penetración.

Parámetros Eléctricos de la soldadura A continuación se da una tabla de los valores de amperaje y voltaje recomendados paradiferentes ø de alambre y modos de transferencia.

Corto Circuito Globular SprayModosØ mm A V A V A V

0,8 50/130 14/18 110/150 18/22 140/180 23/28

1,0 70/160 16/19 130/200 18/24 180/250 24/301,2 120/200 17/20 170/250 19/26 220/320 25/32

1,6 150/200 18/21 200/300 22/28 260/390 26/32



En el caso particular del modo por corto circuito, veremos como influye el gas protectorsobre los parámetros eléctricos para cada uno de los valores extremos del rango delamperaje

Argón/CO2 CO2 (100%)Gas

Ø mm A V A V0,9

40170

14-1617-22

40170

16-1819-24

1,2110250

17-1920-23

110250

19-2122-25

Selección del ø del alambreNo existe una regla precisa que permita seleccionar con exactitud que ø de alambre es elmas adecuado para un determinado tipo de trabajo. Fundamentalmente, el criterio deselección esta basado en la experiencia adquirida con el uso del proceso semiautomático.Sin embargo como guía orientativa, se pueden tomar en cuenta para la selección de undeterminado ø de alambre, los siguientes aspectos ó pautas.

1- La velocidad de fusión es una función de la densidad de corriente. Si 2 alambres dediferentes ø son operados con igual intensidad de corriente, el menor de los 2 tendráuna velocidad de fusión mayor.

2- La penetración también es función de la densidad de corriente, luego a < ø, P <

3- Ø mayores de alambre, depositan cordones más anchos bajo idénticas condiciones develocidad de soldadura y configuración de la junta.

4- El espesor del metal base, afecta la elección del ø de alambre, por ejemplo, para soldar

espesor fino (láminas) de espesor ≈ 0,8 mm. usualmente se emplean Ø de 0,7 mm.,también puede utilizarse en espesores de hasta 2 mm. En la medida en que aumenta elespesor del metal base se deberá aumentar el Ø de alambre.

5- Cuando se requiera efectuar soldaduras en posición vertical generalmente se empleanalambres de Ø 0,9 a Ø 1,1mm.

DefectosLos defectos que mayormente se encontraran en este tipo de soldadura son:

o Falta de fusióno Poroso Socavaciones.

Electrodo continuo (alambre). Electrodo continuo (alambre) para la soldadura al arco metales sólido y desnudo. Los alambres de acero 'tiene que normalmente un fino recubrimiento decobre para mejorar la conducción eléctrica y. para protegerlo de la oxidación. El tamaño delalambre se determina por su diámetro. Diversos diámetros están disponibles y se basan enla transferencia del metal, posición de soldadura y aplicación. El alambre viene en carretes,bobinas o tambores, y se empaquetan en contenedores especiales para protegerlo deldeterioro y contaminación.

La American Welding Society clasifica los alambres sólidos, usando una serie de números yletras de manera similar a los electrodos para soldadura por arco manual. Para los aceros alcarbono y de baja alineación la clasificación se basa en las propiedades mecánicas del

depósito de soldadura y en su composición química (AWS A5.18 para aceros al carbono y AWS A5.28 para aceros de baja aleación). Para la mayoría de los otros metales, la



clasificación se basa en la composición química del electrodo continuo. El alambre se colocanormalmente en el carrete y/o paquete del metal de aporte.

Una clasificación típica del electrodo es: ER-70S-6.1. La "E" indica que el alambre de aporte es un electrodo continuo que puede usarse en

la soldadura por arco gas metal. La "R" indica que también puede usarse como varillade aporte en la soldadura TIG o por arco plasma.

2. Los siguientes dos (o tres) dígitos indican la resistencia nominal a la tensión delalambre de aporte.

3. La letra a la derecha de los dígitos significa el tipo del metal de aporte. Una "S"representa un alambre sólido y una "C" representa un alambre tubular, el cual constade un alma con polvo metálico en un revestimiento metálico.

4. El dígito (o letras y dígito) en el sufijo indica la composición química especial delmetal de aporte.

Para los aceros inoxidables y los metales no terrosos, la clasificación se basa en lascomposiciones químicas de los electrodos continuos.



SOLDADURA DE ARCO CON ELECTRODO TUBULAR (FCAW). La soldadura de arco con electrodo tubular (FCAW) es un proceso de soldadura que"produce la coalescencia de los metales por calentamiento de ellos con un arco, entre unelectrodo continu0 (alambre) y la pieza de trabajo. La protección es proporcionada por unfundente contenido dentro del alambre tubular. Una protección adicional puede o noobtenerse a partir gas o mezcla gaseosa suministrada externamente.

Figura 1 Diagrama del proceso de soldadura FCAW y su equipo

Este proceso de soldadura es capaz de soldar aceros al carbono y aceros aleados, hierrofundido y algunos aceros inoxidables. El proceso es también capaz de producir depósitos derevestimiento duro. El proceso se usa más comúnmente para soldar aceros medianos ygruesos, debido a las altas deposiciones que se obtienen con los diámetros más grandes delos electrodos continuos. La soldadura esta normalmente limitada alas posiciones planas yhorizontal, con alambres de gran diámetro. Alambres de menor diámetro son usados en

todas las posiciones. Una capa de escoria se produce sobre el cordón de soldadura. la cualdeberá removerse luego de soldar,



EQUIPO.-

El equipo para este proceso de soldadura consta de una fuente de poder, un alimentador dealambre, una pistola para soldar y los cables para soldar. Un sistema para el gas deprotección se añade para la variante con protección externa. Debido a la cantidad de humo

producido puede incluirse al rededor de la pistola una tobera para succión del humo, con lafinalidad de reducir humo y gases. Vea en la Figura 1 un esquema del equipo.

Fuente de poder. La fuente de poder para la soldadura al arco con electrodo tubularcontinuo es normalmente una máquina de voltaje constante, la cual tiene una curva voltios-amperios relativamente plana. El voltaje desajustado por un control en la fuente de poderpara soldar, la cual puede ser un transfom1ador-rectificador un generador con motoreléctrico o de combustión interna. La corriente de soldadura se detem1ina por la carga, lacual depende de la velocidad de alimentación del alambre.

Se usa una conexión tipo corriente continua electrodo positivo (DCEP) con la mayoría -dealambres tubulares; sin embargo, unos pocos electrodos se fabrican para operar con un

rango de amperaje de hasta 1000 amperios. Ya que el proceso usa un electrodo continúoalambre, se requiere normalmente ciclo de trabajo del 100 %. La fuente de poder deberá sercapaz de facilitar 100 voltios AC para la potencia hacia el alimentador del alambre.

Al imentador de alambre. El mecanismo de alimentación entrega el alambre tubular, desdeuna bobina o carrete, a través del juego de cables y de la pistola para soldar, hacia el arco.Normalmente se usa un alimentador de alambre con velocidad constante, haciendo juegocon una fuente de poder de voltaje constante, en la soldadura al arco con electrodo tubularcontinuo. El control de la alimentación del alambre fija la velocidad a la cual este esalimentado hacia el arco y controla el amperaje. En función de la regulación de laalimentación del alambre, la fuente de poder proporciona una cantidad suficiente decorriente, la cual es capaz de fundir e I alambre a una tasa uniforme. Debido a esta relación,

el sistema de voltaje constante se denomina a veces sistema auto-regulador.

Un sistema para la alimentación del alambre con controlador de voltaje, se usa con unafuente de poder de corriente constante, En este sistema, el alimentador del alambre opera auna velocidad variable para mantener una longitud arco consistente. Los alimentadores dealambres usados para este proceso de soldadura son esencialmente los mismos queaquellos usados para el proceso MIG. Un juego de rodillos de accionamiento que se ubicandentro del alimentador, empuja el alambre a través del cable de la pistola y de ella mismahacia el arco.

Pistola para soldar. Se usa una pistola para soldadura semiautomática para entregar elalambre o electrodo continuo (desde el alimentador del alambre) y la corriente para soldar elarco. Para la variante con protección externa esta también cumple la función de entregar elgas de protección al área del arco.

Las pistolas usadas para este proceso de soldadura son normalmente más grandes debido alos mayores amperajes usados en el proceso. También se emplea a menudo una toberapara succiones los humos (alrededor de la tobera de la pistola), con la finalidad de reducir lacantidad de humos y gases que se desprenden durante el proceso. Las pistolas conalambres tubulares con auto-protección usan guías especiales para el alambre, las cualesincluyen la salida eléctrica del extremo del alambre (en ingles "stickout"). Esta precalienta elalambre antes de que llegue al extremo de la tobera, con la finalidad de mejorar la eficienciade operación del alambre.



CONSUMIBLES

El Gas de protección (variante con protección por gas externo). El gas para proteccióndesplaza el aire al rededor del arco y evita la contaminación por efecto del oxígeno y delnitrógeno de la atmósfera. El gas que se usa normalmente en los aceros es el CO2. El aceroinoxidable y algunos aceros aleados usan una mezcla de bióxido de carbono y argón, o unamezcla de argón-oxígeno. Esto depende del metal base y del tipo de alambre tubular. Lastasas de flujo del gas dependen del tipo de gas usado, del metal que esta siendo soldado, dela posición de soldadura, de la corriente para soldar y de la configuración.

Electrodo continuo (alambre). El alambre para este tipo de soldadura, es tubular (lleno defundente). El fundente facilita la protección, des-oxidación, estabilización del arco yformación de escoria. A veces pueden añadirse elementos aleados a los ingredientes dentrodel núcleo. Los alambres con auto protección son usualmente más sensitivos al voltajerequieren una salida eléctrica del extremo del alambre ("Stickout") para lograr una operaciónsuave. Una protección externa puede o no usarse con estos alambres dependiendo del tipousado. Los alambres de la soldadura al arco con electrodo tubular continuo están disponibles

en una diversidad de tamaños desde 0.035 in (1.1 mm) hasta 5/32 in (4 mm). El alambre escontenido en carretes bobinas y tambores. La American Welding Society clasifica losalambres para la soldadura al arco con electrodo tubular continuo a emplearse en aceros(AWS A5.20 para aceros al carbono y AWS A5.29 para aceros de baja aleación), usandouna serie de letras y números.

Una clasificación típica del electrodo es: ER-70T -1.1. La "E" indica que el alambre de aporte es un electrodo continuo.2. El siguiente dígito indica la resistencia nominal a la tensión del alambre de --aporte,

en incrementos de 10,000 libras por pulgada cuadrada.3. El siguiente dígito indica las posiciones en que puede usarse el alambre. 0 -

posiciones plana y horizontal. 1 -todas las posiciones.

4. La “T” indica que el alambre es tubular.5. EI ultimo número indica la capacidad de uso y las características de operación del

alambre.

MÉTODO DE APLICACIÓN.

El proceso se aplica normalmente en forma semiautomática. El equipo mantiene el arco yalimenta el metal de aporte hacia la junta mientras que el soldador proporciona el avance yrecocido a lo largo de la junta. El soldador inicia y apaga usando un gatillo en la pistola parasoldar. El proceso también puede aplicarse por métodos mecanizados o automáticos. En lasoldadura mecanizada el equipo controla todas las operaciones para soldar, excepto el

avance por la junta. En la soldadura automática el equipo también controla el avance por la junta. El operador de la soldadura requiere monitorear el sistema en ambos métodos. El nivelde habilidad para la soldadura semiautomática al arco con electrodo tubular continuo essimilar al de la soldadura MIG.

Las ventajas del proceso de soldadura con electrodo tubular se pueden anotar lassiguientes:

• Comparado con el proceso SMAW se puede ahorrar entre un 50 a 75% en costos.

• Con un procedimiento normal de soldadura produce una soldadura libre de fisurascuando se sueldan aceros de medio contenido de carbono.

• Elimina el problema de presencia de humedad en el revestimiento de los electrodos.



• No requiere de pantallas de protección del aire.

• Minimiza la necesidad de reparaciones de juntas soldadas.

•

No requiere un perfecto alineamiento de la junta para obtener soldaduras de calidad.

Tabla No. 1 Alambres para proceso FCAW

2 proceso gmaw-facw espe 3 1

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