SOLDADURAPOR FUSION

ARCO ELECTRICO OXIGAS

ARCOELECTRICO

MANUALTIG MIG/MAG FCAW SAW

ELECTRODO VARILLA ALAMBRE MACIZO ALAMBRE TUBULAR

Procesos de Soldadura

Definicin La soldadura por arco elctrico manual es un proceso

de soldadura en el que la coalescencia se produce por el calor generado por el arco elctrico establecido entre el extremo del electrodo revestido y la superficie del metal base en la unin en que se esta soldando.

La AWS 3.0 lo denomina como:

S : ShieldM : Metal

A : Arc

W : Welding

Principios del Proceso Establecimiento de un circuito elctrico

cerrado. Iniciacin con el cebado del arco. Generacin de calor por efecto Joule. Emisin de electrones. Generacin de una atmsfera ionizada

(permite el paso de la corriente a travs del aire).

Desprendimiento de gotas de metal fundido sobre el metal base fundido, formando el bao de fusin.

Formacin del cordn de soldadura.

ANODO 4200ANODO 4200CC

CATODO 3200CATODO 3200CC

+

-

++++++++

ELECTRONESELECTRONESIONES IONES METALICOSMETALICOS

-

-

-

-

-

-

-

-

COLUMNACOLUMNAPLASMAPLASMA

El Arco ElctricoDescarga contnuaentre 2 conductoresseparados ligeramantepor donde va a pasaruna corriente elctrica.

La temperatura mximapromedio medida alcentro de arco elctricoes de 5000C (9000F).

L

L

A

M

A

L

L

A

M

A

05

10

15

20

25

30

35

40

45

1986 1990 1994 1997

SMAWMIG/MAGFCAWSAW

Mercado U.S.A.

Mercado EUROPEO

0

10

20

30

40

50

60

1986 1990 1994 1997

SMAWMAG/MIGFCAW SAW

Esquema del Proceso

Portaelectrodo

Fuente de poder

Electrodo

Cable de fuerza

Cable de tierraMetal Base

Ventajas y Desventajas del ProcesoVentajas: Fuente de poder sencilla,

econmica y prtatil. Menos sensible al viento. No es necesario proteccin

adicional. Se puede emplear en

cualquier posicin. Es aplicable en cualquier

espesor ( > 1,60 mm). Es aplicable a la mayora de

los metales y aleaciones de uso industrial.

Se puede emplear en zonas de acceso limitado.

Desventajas: Tasa de deposicin baja,

por tiempos muertos en retirar la escoria y cambio de electrodo.

No es aplicable en metales de bajo punto de fusin (Pb,Ag), ni a los metales sensibles a la oxidacin.

Es un proceso manual. Para espesores mayores a

38mm el proceso es sumamente improductivo.

Baja rendimiento

Rendimiento del MaterialDepositado

PROCESO DE SOLDADURA EFICIENCIA

Electrodo Revestido (SMAW) 60-80%Arco Sumergido (SAW) 90-95%MIG-MAG (GMAW) 90-95%TIG (GTAW) 98%Alambres Tubulares (FCAW) 80-85%

FUENTE DE PODER

Caracteristicas Fuentede Poder

Tipo de corriente : Alterna / Continua. Voltaje en vaco. Ciclo de trabajo. Capacidad de corriente : Amperaje (min/mx). Tipo de regulacin : Electrnica /

Elctrica/Combustin. Red : Monofsica / Trifsica. Funciones adicionales : Fuerza de arco y Hot Start.

Condicin fundamental: Amperaje Constante

VV

AA

Fuente de Poder deFuente de Poder deAmperaje ConstanteAmperaje Constante

1

2

3

In

Vn

Vo

Icc

Diagrama Esttico de la Mquina

Curva de Equilibrio del Arcof(tipo de electrodo, long. del arco)

Mquinas de Soldar - SMAW

Mquinas Estticas

Mquinas Rotativas

Mquinas Inversoras

Mquinas Estticas - SMAW Transformadores

Rectificadores

Transformadores -rectificadores

Mquinas Rotativas - SMAW

De motor elctrico

De motor a combustin interna :

A gasolina

A petrleo

Mquinas Inversoras - SMAW Mquinas Inversoras

Monofsicas

Maquinas Inversoras Trifsicas

ACCESORIOS

Portaelectrodo

Transfiere la corriente elctrica del cable al electrodo.

Est aislado para permitir la manipulacin por el operador.

Disponible en varias capacidades.

Pinza de Tierra Es el medio de conexin del cable de fuerza a

la pieza de trabajo. Estn disponibles en varios tamaos y

configuraciones para diferentes aplicaciones.

CablesA Longitud de cable en el circuito - A.W.G. 60 100 150 200 300 400

100 4 4 4 2 1 1/0 150 2 2 2 1 2/0 3/0 200 2 2 1 1/0 3/0 4/0 250 2 2 1/0 2/0 300 1 1 2/0 3/0 350 1/0 1/0 3/0 4/0 400 1/0 1/0 3/0 450 2/0 2/0 4/0 500 2/0 2/0 4/0 400 4/0 4/0 800 4/0 (2) 4/0 (2) 1200 4/0 (3) 4/0 (3)

Operacin automtica (100% Ciclo de trabajo)

MATERIAL BASE

Material BaseSe debe conocer:

Composicin Qumica . Dimensiones y formas. Historia Trmica (Tratamiento Trmico). Curvas de revenido Caractersticas Mecnicas. Condiciones de Servicio. Soldabilidad.

Propiedades de los Materiales Bases

AcerosEspeciales

Dureza

ElongacinTemperatura

TenacidadLmite deFluencia

Resistenciaa la

Traccin

Corrosin

Agentes de Desgaste

ErosinCavitacinTemperatura

FriccinImpacto

Abrasin CorrosinAcerosEspeciales

Clasificacin General de los Aceros

Aceros de Baja AleacinAleantes 5% Aleantes

Aceros T1

Aceros de Mediana Aleacin5% < Aleantes 10%

Aceros al 5% Cr 0,5% Mo

Aceros de Alta AleacinAleantes > 10%

Aceros InoxidablesAceros al Manganeso

Aceros de Bajo Carbono0,03% < C 0,25%

ASTM A-36

Aceros de Mediano Carbono0,25 < C 0,45%

Aceros Fundidos

Aceros de Alto CarbonoC > 0,45%

Aceros Herramienta

Aceros AleadosAceros al Carbono

Tcnica de Soldadura enFuncin del Metal Base

b Conocimiento del metal base (metalurga)b Tranformaciones Estructurales debido a la velocidad de

enfriamiento:Energa aportadaDimensiones de la piezaPrecalentamiento, Post-calentamiento y T T

b Posibles problemas de agrietamiento:Carbono Eq., Hidrgeno y EspesorMaterial de aporte y Soldabilidad del metal baseDilataciones y contracciones

b Dilucin

MATERIAL DE APORTE

Material de Aporte

Electrodo Revestido

xxxxx

Alma o Ncleo(alambre metlico) Revestimiento

Nombre del producto Norma TcnicaIdentificacin

segn NEMA

Alma NcleoComposicin Qumica (%):

C 0,06 (0,1 mx.)Mn 0,4 mx.Si 0,02 mx.S 0,01 (0,04 mx.)P 0,01 (0,04 mx.)

Funciones del Revestimiento

a Funcin Elctrica

a Funcin Metalrgica

a Funcin Mecnica Fsica

Funciones del Revestimiento

Metal solidificadoNcleo del electrodoFundente del electrodo

Gotas de metal

EscoriaDepsito

desoldadura

Direccin de avanceGas de proteccinproveniente del revestimiento de electrodo

Metal Base

Funcin Elctricab Asegurar una buena ionizacin entre el ctodo y

el nodo (estabilizacin del arco y una fusin uniforme).

b Permitir el empleo de corriente alterna y/o corriente continua

b Facilitar el encendido del arco (cebado)

Funcin Metalrgicab Generacin de gases para proteger al metal fundido de los

gases dainos del medio ambienteb Agregar los elementos formadores de la escoria protectora:

h Evita los cambios bruscos de temperaturah En la escoria se elimina las impurezas: S y P

b Compensar la perdida de los elementos aleantes que por accin de las altas temperaturas del arco tienden a perderse: Silicio,Cromo.

b Aporta elementos de aleacin para obtener propiedades y caractersticas determinadas: Cromo, Manganeso, Niquel, etc.

Funcin Mecnica Fsicab Formar el can (crter) del electrodo (transferencia de

las gotas al bao de fusin)b Influenciar en la formacin del cordn de soldadura

(escoria)b Influenciar el la proteccin de bao de fusinb Influenciar en la penetracinb Evitar un arco errticob Permitir operar el electrodo en diferentes posiciones de

soldadurab Permitir en algunos casos la soldadura por arrastre del

electrodob Ayudar a la transmisin del calor al metal

Tipos de Revestimientos segn AWS

Celulsicos

Rutlicos: Medio Y Grueso

Hierro en Polvo: Acidos

Bsicos de Bajo Hidrogeno Mixtos

Smbolo DesignacinO OxidantesA Acidos ( O. de Hierro)AR Acido de RutiloR Rutilo medioRR Rutilo gruesoB BsicoC CellosicoV Varios

Tipos de Revestimientos segn DIN

Electrodos Celulsicosb El revestimiento esta formado por sustancias

orgnicas que generan grandes cantidades de calor (celulosa)

b Pueden trabajar con amperajes altos, sin embargo, son susceptible a que se queme el revestimiento cuando se emplea amperajes demasiados altos

b Se puede soldar con corriente continua y alterna.b Aplicaciones especiales en tuberas (piping)b Ejemplos:

E 6010, E 6011E 7010-A1, E 8010-G

Caractersticas de los Electrodos Celulsicos

b Elevada penetracin- Arco muy potenteb Poca escoria y es livianab Transferencia tipo sprayb Revestimiento con alto contenido de celulosa

C6 H10 O5 + 1/2 O2 6 CO + 5 H2b Factor de revestimiento: 1,4-1,6b Secado: 65 - 110C

Humedad en el revestimiento: 2 a 4%Los electrodos de biselado llegan hasta 7%

b Puede trabajar con ambos tipos de corrienteb Con corriente continua la polaridad debe ser invertida, sin

embargo trabajan bien con polaridad directa (pase de raz en soldadura de tuberas)

Electrodos Bsicosa Su principal componente es el Ca CO3 y F2Ca, lo que produce una escoria bsica (desulfurizante)a El Mn y Si aumentan la basicidad de la escoriaa Soldadura presenta altos valores mecnicaa La temperatura de secado es de 450Ca Humedad mxima en el revestimiento: 0,4%a Son electrodos muy higroscpicosa Sueldan en toda posicina Factor del revestimiento: 1,65-1,80a Trabajan con corriente CA y CC (+)a Ejemplos:

E 7018, E 8018-C3, E 11018-G

Caractersticas de los Electrodos Bsicos

b Caractersticas del arco:h Transferencia del metal en gotash Importante efecto de la polaridadh Existe dificultad con c.a

b Necesariamente debe usarse: arco corto con poca oscilacin

b El arco es suave, pocas salpicaduras, penetracin media y buena velocidad de avance.

Electrodos con Hierro en Polvob Tiene adicin de hierro en polvo en el revestimientob El hierro en polvo incrementa la cantidad de material

depositado (alta eficiencia de deposicin)b Presenta arco mas ancho y estableb Soportan de mejor manera los altos amperajes que los

electrodos comunesb Ideal para soldadura de relleno y acabadob Limitados a posicin plana y horizontal

E 7024, E 6027

Electrodos Rutlicosb El revestimiento contiene oxido de rutlo

(aproximadamente 50% del revestimiento)b La escoria es densa y viscosab Ideal para soldadura de relleno y acabadob Sueldan en toda posicinb Presentan excelentes caractersticas de

soldabilidadb Ideales para aplicarse en soldaduras por

arrastreE 6012, E 6013

TASA DE DEPOSICION

0

2

4

6

8

10

T

d

e

D

(

l

b

/

h

r

)

E6010 E6011 E6013 E7014 E7018 E7024Tipo de Electrodo

1/8" 5/32" 3/16"

Caracteristicas Generales de los Electrodos en Funciondel Revestimiento

Ductilidad Penetracion Ausencia de

socavado Ausencia de

salpicaduras Eficiencia de

deposicion Facilidad de

manipuleo Facilidad de

reencendido Resistencia a la

fisuracion

Celulosicos Rutilicos Basicos2 3 11 3 23 1 2

3 1 23 1-2 1-2

2 1 3

2 1 3

3 2 1

1: Muy bueno 2: Bueno 3: Regular

Minerales Tpicos en los Revestimientos (%)Componente CELULOSICO RUTILICO BASICO DE

BAJO H EFECTO

Si O2 32 19 16 Forma escoria

Ti O2 18 45 23 Estabiliza el arco

CaF - - 13 Bsicidad

CELULOSA 30 4 - Proteccin gaseosa

Fe-Mn 7 6 3 Repone Mn

CaCO3 - - 35 Basicidad

ElectrodoElectrodo Contenido de humedadContenido de humedad Contenido mContenido mximo en ximo en ml.ml.

en el revestimiento (%)en el revestimiento (%) hidrhidrgeno difundido porgeno difundido por100 grs de metal100 grs de metal

depositadodepositadoEE--60116011CELULOSICOCELULOSICO 1.51.5--3.53.5 > 20> 20EE--60136013RUTILICORUTILICO 1% M1% Mx.x. > 15> 15EE--70187018BASICOBASICO 0.4 M0.4 Mx.x. 55EE--10018 G10018 GBASICOBASICO 0.2 M0.2 Mx.x. 3 3 EE--312312--1616RUTILICORUTILICO 0.4 M0.4 Mx.x. > 5> 5E 410 NiMoE 410 NiMo--1515BASICOBASICO 0.2 M0.2 Mx.x. 33

Contenidos de Humedad de los Electrodos segn AWS

Tiempos Permisibles de Exposicin al medio ambiente segn D1.1

ELECTRODO A (Horas)

A5.1

b E 7018 4 mx

A5.5b E 80XX 2 mx

b E 90XX 1 mx

b E 100XX 1/2 mx

b E 110XX 1/2 mx

A: Electrodo expuesto a la interperie por un tiempo mayor debe resecarse

CONDICIONES

26.7C

80% HUMEDAD RELATIVA

0.41.2

3.6

6.0

5.64.8

8 10 12 14 16 18 22 24 26 28 30

%%HHuummeeddaadd

TIEMPO DE EXPOSICION DEL ELECTRODO ETIEMPO DE EXPOSICION DEL ELECTRODO E--7018 Y E7018 Y E--10018 G10018 GA LA INTEMPERIE ( horas)A LA INTEMPERIE ( horas)

Curva para electrodos bCurva para electrodos bsicos Esicos E--7018 Y E 10018 G7018 Y E 10018 G

80% HR80% HR

60% HR60% HR

40 % HR40 % HR

AbsorciAbsorcin de Humedad en los n de Humedad en los Electrodos BElectrodos Bsicos de Bajo Hidrsicos de Bajo Hidrgenogeno

Problemas en los Electrodos Revestidos por Absorcion de Humedad

b Porosidad en el metal depositado.b Incremento de salpicaduras.b Mal aspecto exterior del cordn.b Mala estabilidad del arco.b Socavaciones en el metal depositado.b Formacin de precipitados sobre el

revestimiento (afloramiento).

Condiciones Tpicas de Mantenimiento y Resecado de Electrodos Revestidos

AWS CONDICIONES DE MANTENIMIENTO* RESECADO**

AMBIENTE BAJO HORNO

E6010/11 T ambiente no recomendado no recomendado

E6012/13

E6019/20 3010C 12 A 24 C por 1 hora a T

E6022/27 HR Mx50% encima de T13515C

E7014/24 ambiente

E7027

E7015/16 no 30 a 140C por 260 a 427C

E7018/7028 recomendado encima de T 1 2 horas

E7018M/7048 ambiente

* despus de sacar del envase

Resecado de Electrodos

b Se debe evitar sobrepasar las temperaturas que el fabricante recomienda

b Los hornos deben tener circulacin de aire y permitir la evacuacin del aire hmedo

b Se RECOMIENDA usar hornos de mantencin en campo y termos, con mayor razn donde la humedad relativa es alta y cuando se esta soldando con electrodos bsicos

Embalaje Manipuleo y Transporte de Electrodos

b El manipuleo debe ser de tal manera que no se deteriore las condiciones normales.

b Se requiere que el envase proteja al electrodo de un deterioro por mal trato.

b Manipular los electrodos con guantes limpios y secos, colocarlos en superficies sin grasa, polvo, pintura o suciedad

b Es necesario considerar siempre al elegir un producto el tipo de embalaje, tomando en cuenta: el transporte, las condiciones del clima y la humedad relativa del medio

Almacenaje de Electrodosa Hacer uso de los electrodos de manera cronolgica. Es

necesario que figure la fecha de fabricacin del producto.a Los envases no deben ser abiertos hasta su uso.a Cuando sea el caso usar hornos de conservacin,

especialmente cuando se trata de electrodos bsicos.a En el caso de las latas deben almacenarse verticalmente.a De ser posible el almacn debe ser en un lugar seco.a Controlar que los envases no estn deteriorados.

Norma AWS A 5.1 y A 5.5

E E x xx x xx xx -- xx

Resistencia a la traccinen 1000 lb/pulg2

RevestimientoRevestimientoTipo de corrienteTipo de corrientePolaridadPolaridad

Posiciones dePosiciones desoldadurasoldadura

Elementos Elementos aleantesaleantesElectrodo

Significado del ultimo dgito

Clasificacin Corriente Penetracin Tipo de RevestimientoEXX10 DCEP BUENA CELULOSA-SODIOEXXX1 AC-DCEP BUENA CELULOSA-POTASIOEXXX2 AC-DCEN BAJA RUTILO-POTASIOEXXX3 AC & DC BAJA RUTILO-SODIOEXXX4 AC & DC BAJA RUTILO-Fe en polvoEXXX5 DCEP MEDIO BAJO H.-SODIO.EXXX6 AC O DCEP MEDIO BAJO H.-POTASIOEXXX8 AC O DCEP MEDIO BAJO.H.-Fe en polvoEXX20 AC O DC MEDIO OXIDO DE HIERO-SODIOEXX24 AC O DC BAJA RUTILO-Fe en polvo.EXX27 AC O DC MEDIO OXIDO DE Fe-Fe en Polvo

E7018 AC/DCEP MEDIO BASICO DE BAJO HIDROGENO

Materiales que se pueden soldar con SMAW

a Aceros al carbonoa Aceros de baja aleacina Aceros al Manganesoa Aceros inoxidablesa Hierros Fundidosa Aluminio y aleacionesa Cobre y aleacionesa Nquel y aleacionesa Recubrimientos duros (carburos de tungsteno,

cobalto, hastelloy, etc.

Especificaciones de la AWS para Electrodos Revestidos

TIPO DE ELECTRODOESPECIFICACION

ACERO AL CARBONO A5.1

ACERO DE BAJA ALEACION A5.5

ACEROS INOXIDABLES A5.4

FIERROS FUNDIDOS A5.15

ALUMINIO Y ALEACIONES A5.3

COBRE Y ALEACIONES A5.6

NIQUEL Y ALEACIONES A5.11

RECUBRIMIENTOS A5.13 y A5.21

COMO SE SELECCIONA UN MATERIAL DE

APORTE?

Criterios de Seleccin de Electrodos Revestidos

a Composicin qumica similar al metal base

a Composicin qumica diferente al metal base

a Posicin de soldaduraa Dimetro del electrodoa Propiedades mecnicas del electrodoa Dilucina Soldabilidada Transferencia

Parametros de SoldaduraPARAMETROS

PRINCIPALES:a Amperajea Velocidad de avancea Altura de arcoa Tipo de corrientea Polaridad

PARAMETROS CONSECUENCIA DE LOS PRINCIPALES:

b Tipo y de electrodob Posicin de soldadurab Espesor de material

baseb Preparacin de juntab Nde pases

Intensidad de Corriente AmperajePOSICION Amp.mn Amp.medio Amp.mx

50 80 110

PLANA nnnn

FILETEnnnn

HORIZONTAL nnnn

SOBRECABEZA nnnn

VERTICAL ASC nnnn

122 334

% % DilucionDilucion Electrodo RevestidoElectrodo Revestido

70%70%

30%30%

C: 0,40C: 0,40MnMn: 0,8: 0,8

EE--1101811018--GGC: 0,06%C: 0,06%MnMn: 1,2%: 1,2%Ni: 1,5%Ni: 1,5%

DiluciDilucinn

SAE 1040SAE 1040

Influencia de los Parametros de Soldadura en el % de Dilucion

b VELOCIDAD DE AVANCE (250mm/min)

Amperaje (A)Dilucin

130 30%

150 42%

b AMPERAJE ( 160 Amp)

Velocidad (mm/min)Dilucin

220 44%

300 30%

Corriente alterna (AC)El sentido del flujo de corriente cambia 120 veces

por segundo (frecuencia de 60 Hz).Se obtiene una penetracin y una tasa de

depsito media.Se reduce el soplo magntico.El equipo es ms econmico.

tt

C

o

r

r

i

e

n

t

e

C

o

r

r

i

e

n

t

e

Corriente directa (DC)La corriente directa fluye continuamente en un

solo sentido.Puede usarse con todos los tipos de

electrodos recubiertos.Es la mejor opcin para aplicaciones a bajos

amperajes.DCEPDCEP

((++))

((--))

Corriente directa (DC)El encendido y la estabilidad de arco son

mejores.Produce menos salpicadura.DCEP para alta penetracin.DCEN para alto depsito. DCENDCEN

((++))

((--))

Corriente continuaCorriente continuaPolaridad DirectaPolaridad Directa

Corriente continuaCorriente continuaPolaridad InvertidaPolaridad Invertida

Corriente alternaCorriente alterna

Tipos de Corrientes y PolaridadTipos de Corrientes y Polaridad

( + )

( + )( + )

( ( -- ))

Polaridad InvertidaPolaridad InvertidaMAYOR PENETRACIONMAYOR PENETRACION(10(101212 A/mA/m22))

Polaridad directaPolaridad directaMENOR PENETRACIONMENOR PENETRACION

(10(1099 A/mA/m2 2 ))

( ( -- ))

Pasos a seguir

1

IDENTIFICACIONDEL METAL BASE

2SELECCIN DEL PROCESO DE

SOLDADURA

3

SELECCISELECCIN DELN DELMATERIAL DE APORTEMATERIAL DE APORTE

4TECNICA DE SOLDADURAMETAL BASE

OK A- A+ V- TS+V+ TS-

Efecto de las variables

Calidad de soldadura Inclusiones de

escoria

Porosidad

Fusin Incompleta

Velocidad de avance errtica. Oscilacin demasiado amplia. Escoria del cordn anterior.

Corriente excesiva. Metal base sucio, aceites, grasa, demasiado

xido. Alta humedad en el recubrimiento.

Velocidad de avance muy alta. Mayor dimetro de electrodo del necesario.

Calidad de soldadura Socavado

Porosidad de agujero de gusano

Excesivo amperaje de soldadura. Voltaje demasiado alto. Velocidad de oscilacin alta.

Causado por humedad o azufre en el acero.

Superficie de la junta sucia. Demasiada humedad en la junta.

Diseos de Junta

bA topebEn filetebA solapebTubera

POSICIONES DE SOLDADURA

3G

1G

4G

2G

Posiciones de Soldadura a Tope

1F1F 2F2F

4F4F

Posiciones de Soldadura en Filete

3F3F

Seguridad e Higiene ANSI Z49.1 Seguridad al soldar y cortar. El arco elctrico emite una luminosidad intensa,

acompaada de radiacin ultravioleta e infrarrojas. Utilizar filtros.

Los humos generados son voltiles y pueden ser txicos. Utilizar extractores de aire y solicitar MSDS.

Vestimenta humeda puede originar derivaciones de corriente. Utilizar ropa aislante.

Se generan altos niveles de temperatura pudiendo originar quemaduras. Utilizar equipo completo para el soldador.

Seguridad e Higiene

Conclusin General Para cada aplicacin existir la posibilidad de emplear varios

procesos de soldadura. La seleccin depender de los procesos que tengamos disponibles

y del dominio de cada uno de ellos. Desde el punto de vista tcnico cada proceso brindar diferentes

calidades de uniones soldadas. Desde el punto econmico cada proceso de soldadura nos brindar

diferentes costos de uniones soldadas.Por lo tanto, todos los procesos de soldadura son importantes, siendo en el Per el SMAW el de mayor aplicacin en la actualidad.