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CONSUMIBLES PARA SOLDADURA

CONSUMIBLES PARA SOLDADURA ELCTRICA

Para lograr que la unin soldada cumpla con los requisitos de calidad y de resistenciaque se le imponen, la mayora de los procesos de soldadura convencionales utilizan unmaterial de aporte externo conocido como consumible y cuya finalidad es la dereconstituir, a partir de la fusin de dicho material en el arco elctrico, la masametlica quitada a los materiales base como consecuencia de su preparacin previa ala soldadura (biselado de los bordes de las chapas o caos), y de esta forma,devolverle su resistencia mecnica original.

Es una excepcin particular la unin de materiales de poco espesor, en los cuales,debido a su escaso espesor no se les realiza biselado y por lo tanto, no se requiereagregar material externo al sistema.

Como regla general los consumibles usados en soldadura elctrica de metales ferrosostienen una composicin qumica y propiedades mecnicas, fsicas y metalrgicassimilares a los de los metales a unir. Esta no es una regla de aplicacin universal dadoque en algunas circunstancias y por razones que tienen que ver con la ingeniera dediseo de la pieza a fabricar puede requerirse el empleo de consumibles conpropiedades distintas a los de uno o de ambos metales a soldar. Esto esparticularmente aplicable en la soldadura de metales dismiles.

Los consumibles para los procesos convencionales se materializan mediante electrodosrevestidos (proceso SMAW) o alambres macizos o tubulares (procesos GTAW, GMAW,SAW y FCAW), aunque en algunos procesos especiales de alto rendimiento, el materialde aporte puede agregarse en forma de polvos metlicos introducidos a la piletalquida mediante algn mtodo idneo para tal fin.

ELECTRODOS REVESTIDOS

En el ao 1912 el sueco O. Kjellberg patenta su invento: el electrodo revestido. Fue elprimero en concebir un revestimiento por medio del cual poda estabilizar el arco ycrear una atmsfera protectora del oxgeno y nitrgeno del aire. De sus inicialessurgen los nombres O.K. de la lnea de electrodos ESAB, empresa por l fundada.

Un electrodo revestido est formado por un alambre de una longitud que depende deldimetro del mismo, y que est recubierto por una serie de materias primasdebidamente mezcladas.

En la actualidad se fabrican los electrodos revestidos por extrusin del revestimientosobre el alambre.

Se denomina factor de revestimiento (FR) a la relacin entre el dimetro delrevestimiento (D) y el dimetro del alambre (d).

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Fr = D/d Descentrado Centrado

Cuando se habla de dimetro de un electrodo se refiere al dimetro del alambre. Losms usuales son: 2,00 2,50 3,25 4,00 5,00 6,00 mm. Un detalle defabricacin importante consiste en lograr concentricidad entre el centro delrevestimiento y el del alambre, caso contrario el arco se desva, hacindose difcil laoperacin de soldadura, que requiere un arco bien dirigido.La seleccin del tipo y dimetro se basa en el conocimiento de:

1. Posicin de soldadura.2. Tipo y espesor del material a utilizar (metal base).3. Preparacin y presentacin de la junta.4. Tipo de corriente disponible.5. Exigencias de la junta (penetracin, resistencia, radiografa, etc.)

EL REVESTIMIENTO DE LOS ELECTRODOS

El revestimiento de los electrodos, compuesto por una mezcla de materias primas enpolvo aglutinadas con silicatos alcalinos lquidos, tiene las siguientes funciones:

1. Facilitar el encendido del arco y su estabilidad.2. Mejorar las condiciones de viscosidad y tensin superficial del metal en estado

lquido de manera de asegurar una buena transferencia del metal de aporte ymezcla con el metal base.

3. Aumentar la velocidad de fusin.4. Proveer de una atmsfera protectora.5. Aportar los elementos que equilibran los procesos fisicoqumicos del arco.6. Constituir una aislamiento elctrica del alambre de tal manera de poder dirigir

el arco.7. Aportar los elementos constituyentes de la escoria de manera de hacerla lo ms

activa posible respecto al afino y proteccin del bao de fusin.8. Eventualmente, aportar elementos de aleacin al bao de fusin.

Las materias primas ms comnmente utilizadas en los revestimientos de loselectrodos, dependiendo sus proporciones del tipo de revestimiento, son:

Dd

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MATERIAS PRIMAS FUNCION PRINCIPAL FUNCION SECUNDARIA

MINERALES

1. Oxidos de Fe(Fe3O4 ; Fe2O3)

Agentes oxidantes; fluidificany dan basicidad a la escoria.

Estabilizan el arco.Disminucin de C

2. Rutilo (TiO2) Forma escoria. Estabiliza elarco.

3. Cuarzo (SiO2) Forma escoria

FUNDENTES

4. Fluorita (F2Ca) Fluidifica la escoria y dabasicidad

Proteccin gaseosa.

5. Caoln Forma escoria Estabiliza el arco. Resistenciaal recubrimiento.

6. Talco Forma escoria Estabiliza el arco.

7. Feldespato Forma escoria Estabiliza el arco.

8. Amianto Forma escoria. Da resistenciaal recubrimiento

Estabiliza el arco.

9. Silicatos de K Estabiliza el arco. Formaescoria. Aglomerante.

10.Silicatos de Na Forma escoria. Aglomerante Estabiliza el arco

11. Calcita (CO3Ca) Da proteccin gaseosa.Da basicidad a la escoria

Estabiliza el arco.Agente oxidante.

12. Magnesita (CO3Mg) Da proteccin gaseosaDa basicidad a la escoria

Estabiliza el arco

13. Dolomita (CO3) 2 CaMg

Da proteccin gaseosaDa basicidad a la escoria

Estabiliza el arco

MATERIAS ORGANICAS

14. Celulosa Proteccin gaseosa.Ayudante de extrusin

Reductor. Da resistencia alrecubrimiento.

METALES

15. Ferro-manganeso Ferro-silicio

Aporta manganesoReductor

Forma escoria

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16. Polvo de hierro Aumenta el rendimiento

17. Ferro aleaciones y No- ferrosos

Aportan elementos aleantes.Desoxidantes

Para poder comprender claramente el fenmeno de la soldadura elctrica es necesarioprecisar con mayor detalle el papel importante que juega el revestimiento de loselectrodos, y que puede ser clasificado en tres roles: metalrgico, elctrico y fsico-mecnico.

FUNCIN METALRGICA DEL REVESTIMIENTO

El electrodo se utiliza para realizar una junta soldada en el metal base; por lo tantodebe obtenerse un metal fundido que responda a caractersticas bien determinadas. Elrevestimiento colabora a obtener este resultado metalrgico protegiendo el bao defusin contra la accin exterior y aportando los elementos necesarios para compensarlas prdidas por oxidacin y para mejorar ciertas propiedades del metal fundido.

1. Proteccin gaseosa

Hay materiales en los revestimientos que por combustin y/o descomposicin en elarco elctrico proveen de una atmsfera gaseosa protectora que no permite elcontacto de los elementos del aire con el metal fundido. En los electrodos celulsicoses la celulosa que al descomponerse libera gas hidrgeno, fuertemente reductor, queacta:

- sobre el xido de hierro FeO + H2 Fe + H2O- sobre el nitruro de hierro 2Fe4N + 3H2 8Fe + NH3

El mejoramiento que se obtiene de las propiedades mecnicas corresponde a ladisminucin de xidos en el metal depositado, y puede verse con un electrodoexperimental.

Electrodo Electrodo Experimentalms celulosa

Resistencia a la traccin /kg/mm2) 48 50

Alargamiento (%) 12 17

Impactos Charpy (+20 C) (kgm/cm2) 4 15

En el caso de los electrodos bsicos, que no poseen celulosa, la descomposicin delos carbonatos brinda una atmsfera protectora de monxido y dixido de carbono.

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2. Proteccin mecnica

Se produce en aquellos casos en que la velocidad inicial de fusin del revestimiento esmenor que la del alambre, provocndose un entubado de ste dentro delrevestimiento, el que acta como protector mecnico de la gota en estado lquido.

3. Proteccin por la escoria

En las operaciones metalrgicas el papel fundamental de las escorias es absorberciertas impurezas del metal. En soldadura esta funcin se ve equilibrada con la deproteger el metal mientras est en estado lquido y luego actuar como aislantedemorando el enfriamiento del mismo, adems de proveer elementos de aleacin.

La composicin qumica de la escoria determina el grado de acidez o basicidad de lamisma, los que pueden variar en todo el espectro. No existe el problema de limitacinde composicin de las escorias metalrgicas para evitar el ataque del refractario de loshornos. Son constituyentes cidos de la escoria SiO2 TiO2 Al2O3 y bsicos el CaO MgO, Mn2O3.

Un modo de medir la basicidad de la escoria en electrodos bsicos es, despus de unanlisis qumico, realizar el cociente de componentes bsicos a cidos; cuando mayores este cociente, mayor la basicidad de la escoria y por lo tanto, el carcter bsico delelectrodo.Las reacciones metal-escoria, que pueden interesar desde el punto de vista de lasoldadura del acero, pueden ser:

C + 2FeO 2Fe+ CO2

(reduccin y proteccin)

C + FeO Fe+ CO

(reduccin y proteccin)

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Si + 2FeO 2Fe+ SiO2

(reduccin)

2P + 3FeO 5Fe+ P2O5

(desfosforizacin)

P2O5 + 3OCa Ca3(PO4)2

(desfosforacin)

S + Mn SMn

(desulfuracin)

Fe + S SFe

(desulfuracin)

SFe + CaO SCa + FeO

4. Aporte de elementos de aleacin

A pesar del corto tiempo de contacto entre el metal depositado, en estado lquido y laescoria, el aporte de elementos de aleacin por medio del revestimiento, no esdespreciable.

Una experiencia simple consiste en introducir pirita (SFe) en el revestimiento: al soldarcordones en ngulo aparecen fisuras en caliente. Si ahora agregamos ademsferromanganeso a es mismo revestimiento, no aparecern las fisuras en la soldadurade filete. Esto muestra la transferencia de azufre al metal depositado, formandocompuestos de bajo punto de fusin que facilitan la fisuracin, y su eliminacin por laaccin del manganeso. El revestimiento puede tener una gran influencia sobre lacomposicin qumica del metal depositado. As es posible fabricar un electrodo conalma de acero dulce, cuyo depsito es un inoxidable del tipo 18/8; el cromo y el nquelnecesario se encuentran en el revestimiento y la aleacin se produce en el proceso deformacin de la gota metlica en la punta del electrodo.

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FUNCIN ELCTRICA DEL REVESTIMIENTO

El encendido y la estabilidad del arco de soldadura dependen de la ionizacin de suatmsfera, y esa ionizacin puede estar favorecida por la introduccin en elrevestimiento de sustancias de bajo potencial de ionizacin. El potasio y el sodiotienen bajos potenciales de ionizacin (4.1 y 5.1 eV respectivamente), mientras queel fluor tiene 18 eV. Por lo tanto en aquellos casos en que sea necesario un contenidoelevado de fluoruro de calcio, por su positivo efecto metalrgico, debe compensarsecon suficientes sales de potasio y/o sodio con el fin de obtener un arco estable. Lacomposicin del revestimiento determina, por su accin elctrica, la naturaleza decorriente apta para el soldeo (CC CA) y la polaridad en corriente continua.

FUNCIN FSICA Y MECANICA

El revestimiento influye sobre la facilidad en la operacin de soldadura. Mediante lacomposicin del revestimiento se puede:

1. Influir sobre la forma del depsito del electrodo.2. Influir la penetracin.3. Hacer posible la soldadura en toda posicin.4. Evitar un arco errtico.5. Ayudar a la transmisin del calor al metal.

1. Forma del depsito

Los electrodos desnudos forman un depsito de gran sobreespesor.El revestimiento reduce la sobreespesor y el tipo de revestimiento influye sobre lasdimensiones del cordn.

En la soldadura en ngulo pueden obtenerse cordones cncavos o convexos, y esto esfuncin del revestimiento que acta variando la tensin superficial del metal en estadolquido.

2. Penetracin

La formacin del crter de soldadura est ntimamente ligado a la temperatura defusin del revestimiento. Los electrodos de gran penetracin poseen un revestimientocapaz de generar flujo gaseoso intenso y de fusin ms lenta que el alambre.

Al producirse el entubamiento en la punta de electrodo, el flujo gaseoso se concentracomo en una tobera y se dirige concentrado al metal base.

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De esta manera, la concentracin de calor produce la gran penetracin.

3. Soldadura en toda posicin

Cada posicin de soldadura exige un tipo de revestimiento especial, que provoque unmodo de transferencia del metal fundido que lo haga apto para la soldadura en esaposicin. Los electrodos a base de celulosa son, por lo general, fciles de operar en lascuatro posiciones bsicas, mientras que los bsicos y rutlicos son de difciloperatividad en posicin vertical y sobrecabeza.

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4. Arco errtico

Con un electrodo desnudo el arco tiene tendencia a seguir el camino de menorresistencia elctrica y el punto de impacto sobre la pieza a soldar sufre desviacionescontinuas; esto es un arco errtico. Es as que al soldar una junta con chafln en V elarco puede oscilar entre las dos paredes laterales.

La funcin del revestimiento es de hacer de gua mecnica para el arco elctrico.

5. Transmisin de calor

El gas formado por la descomposicin de materias primas del revestimiento contribuyea la transmisin del calor al metal base. En el arco, los gases como H2, O2, N2, etc, sedisocian al estado atmico, absorbiendo una gran cantidad de energa. Estos tomosionizados se recombinan en la superficie metlica, en gran parte, al estado molecular,cediendo al metal su calor de disociacin. De esta manera, facilitan el calentamientodel metal. La escoria formada sobre el depsito de soldadura, lo protege contra laatmsfera cundo an est lquido, y retarda el enfriamiento cuando ya solidific, demanera de permitir la formacin de una estructura cristalina favorable.

EL REVESTIMIENTO DE LOS ELECTRODOSFUNCIN METALRGICA DEL REVESTIMIENTOElectrodo