AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Temaa 2. Prrocesos dee soldeo más utiilizados indusstrialm mente e 2.1. Prin ncipales procesos p s de soldeeo 2.2. Sold dadura por arco eléctrico e 2.3. Sold deo Manual por electrodo e os revesttidos: SM MAW 2.4. Sold dadura bajo gas protector p r con ele ectrodo no n consuumible: Soldeo S TIG, PAW W Y APS 2.5. Sold deo por arco a bajo o gas pro otector co on electrrodo connsumible e: Soldeo o MIG/MA AG y FCA AW. 2.6. Sold dadura por arco sumergid s do: SAW 2.7. Sold dadura por resistencia elééctrica: ERW E 2.8. Otro os processos de so oldeo y ccorte de metales 1 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.1 PRINCIP PALES PROC CESOS DE SOLDEO S Cualquier operación dee soldadura siempre reqquerirá aporrtar energía (para calenntar, fundir o deformar)), mantener lim mpia la zonaa de unión (para evitar lla presencia de impurezas que compprometan la continuidad d de la soldad dura) y, even ntualmente, aportar maaterial. En fu unción de lass diferentes formas de llevar l a cabo o estas premissas tendremos los diferentes procesoos de soldeo (figura 2.1). SOLDEO OXIGAS O (OFW) (Por acción de una llama) SOLDEO POR P ARCO ELECTRICO (AW) T E C N I C A S SOLD DEO POR FU USION SOLDEO HOMOGENEO D E Por ppuntos (RSW) Por pprotuberancias (UW W) Por rooldanas (RSEW) Por cchisporreteo (FW) FRW) Por aalta frecuencia (HF Por reecalcado (PEW) PARTÍCUL LAS DE ALTA ENE ERGÍA Por hhaz de electrones (EBW) Por LLaser (LBW) OTRAS TÉ ÉCNICAS DE SOLDEO Por eelectroescoria (ES SW) Alum minotérmica (TW) Por ddifusión (DFW) Por uultrasonidos (USW W) Por eexplosión (EXW) Por ppresión (HPW) Por ffricción (FRW) Por llaminación (ROW W) Por ppresión en frío (CW W) Por forja (FOW) Porr arco (AB) Porr difusión (DFB) Porr fluencia (FLB) En horno (FB) Porr inducción (IB) Porr inmersión (IMB) Porr resistencia (RB) Conn soplete (TB) Conn arco doble de ca arbono (TCAB) SOLD DEO FUERTE E (B) SOLDEO HETEROGENE EO BAJA A TEMPERATUR RA SOLD DEO BLANDO O (S) MEDIA TEMPERATU URA ALTA A TEMPERATUR RA S SOLDEO POR R P PROYECCION Hidróógeno atómico (AH HW) ( Electrrodo de carbono (CAW) Electrrodo metálico des snudo (BMAW) Electrrodo metálico reve estido (SMAW) TIG MAG MIG/M Hilo tuubular (FCAW) Plasm ma (PAW) Arco ssumergido (SAW)) SOLDEO O POR RESISTEN NCIA (RW) SOLDE EO EN ESTAD DO SÓL LIDO (SSW) S O L D E O oxigeeno-acetileno (OAW AW) aire-aacetileno (AAW) Oxhíddrica (OHW) Otross gases combustib bles Poor ultrasonidos (US S) Enn horno (FS) Poor inducción (IS) Poor inmersión (IMS)) Poor resistencia (RS) Coon soplete (TS) Proyeección por combustión (FLSP) Proyeección por arco (E EASP) Proyeecciónpor plasma (PSP) Figura 2.1. Clasificación C de las principales técnicas de soldeoo 2 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras SOLDEO O HOMOGÉN NEO se caracteriza porquue las tempe eraturas de fusión f de loss materialess a unir y deel material de aporte (si ( se utiliza)) son muy sim milares. Den ntro de este grupo habráá que distingguir entre lass m a unir como ddel aporte (SSOLDEO POR R técnicass en las que se produce la fusión ta nto de los materiales FUSIÓN)), y las que se caracterizzan por quee la unión se e produce en ntre las piezaas a unir en ncontrándosee éstas en n estado sólid do (SOLDEO EN ESTADO O SÓLIDO) me ediante la ap plicación de presión y sin n material dee aporte. SOLDEO O HETEROGÉN NEO que se materializa m ccon la ayuda de un metal de aporte fuundido que sirva s de nexo o de unión n entre las piezas p a unir que no llegaan a fundirse e. En este ca aso las tempeeraturas de fusión de lass piezas a unir y del material m de ap porte deben de ser distin ntos O POR PROYEECCIÓN, que normalmentte se utiliza en e recubrimientos y quee consiste en proyectar el e SOLDEO metal dee aporte a muy m alta velo ocidad (hastaa 3000 m/s) y a elevada temperatura t a (hasta 1800 00º C), sobree la base q que se encueentra a una temperatura t a baja (150º C). C 2.1.1 Soldeeo homogén neo: soldeo o por fusión n y soldeo por p presión Dentro del ssoldeo homo ogéneo cabe e distinguir ddos grandes grupos: Soldeo por fusiión y soldeo o por presión n (soldeo en faase sólida). El soldeo po or fusión qu ue es el que agrupa la m mayor parte e de las soldaduras y quue por tanto o será al quee prestemos u una mayor atención dura ante el cursoo, se caracte eriza por que e la unión dee los metaless se realiza a una tempera atura superio or a la corresspondiente a la fase líquiida del meta al base y del m metal de apo ortación si see utiliza. Se d debe contar por tanto, con c la preseencia de unaa fase líquida (consecueencia de la fusión f de loss bordes a un nir y de la fu usión total del d metal dee aportación n en su caso), fase que al enfriar re econstruye laa estructura ssólida sobre la base no fundida, f conn el consecu uente problema metalúrg rgico que estto acarrearáá. Dado que eel baño de fu usión es muy reactivo sserá necesarrio protegerlo para evitaar su contam minación. Lass por fusión son las más utilizadas u dee forma gene eral, y entre e ellas, el gruupo de mayo or desarrollo o soldaduras p correspondee a las soldad duras por arcco eléctrico. La soldadurra en fase só ólida, también denominnada soldadu ura sin fusión o soldadu ra por presión, presenta a como característica prin ncipal la aussencia de faase líquida y se realiza efectuando el calentam miento de lass superficies a unir, por distintos método, hasta cconseguir su u estado plásstico, sometiiendo posterriormente lass piezas a preesión hasta que q se produzca una unnión metalúrrgica entre la as mismas ccomo conseccuencia de la a acción de ffuerzas de atracción a intteratómicas.. En este tipo de solde eo no se uttiliza nunca material dee aportación y las superficcies a unir deben de esttar perfectam mente limpia as y presentaar una plenittud extremaa. La presión eejercida sobree las superficcies en estaddo plástico, contribuye c a crear una deeformación que acercaráá los átomos de ambas piezas, fraggmentando además la capa de óxido de am mbas superfiicies, con el e consecuentee aumento de d la superficcie de contaccto que dará lugar a una verdadera sooldadura. 2.1.2. Soldeeo heterogéneo: solda adura bland da y soldadura fuerte En este tipo de soldadurra sólo se fun nde el metall de aportaciión, cuya tem mperatura dee fusión es muy m inferior a la correspon ndiente a los metales a unir. u Se puedden distinguir dos tipos de d soldaduraa heterogéne ea en función n de la temperatura de fussión del metal de aporta ción: ura fuerte, que q agrupa a los diferenttes procedim mientos de soldeo dondee la unión de e los metaless ‐ La soldadu se efectúa m mediante la adherencia de d un metall de aportaciión líquido con un puntoo de fusión superior s a loss 450ºC, a lass superficies del metal ba ase. La unió n se consigu ue al penetra ar el metal dde aportació ón, en estado o líquido, por efecto de capilaridad, c a que a tal eefecto se de eja entre loss en el estreccho espacio de la junta metales a un nir. 3 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Los materialles de aportee utilizados para p la soldaddura fuerte son s aleaciones binarias o ternarias de metales no o férreos cuyo o punto de fusión f se encuentra por encima de los 450ºC. El E metal clássicamente uttilizado en laa soldadura fu uerte es un latón l (aleación Cu‐Zn coon algo de Si) cuyo punto o de fusión ees de 880ºC. También see emplea la pllata (soldadu ura de Plata),, aleada con Cu y Zn y en n ocasiones también con Cadmio. a fuerte se suele s utilizarr para unir m metales difíciiles de soldarr por fusión,, y para que la soldaduraa La soldadura sea correctaa se debe pro oceder a un correcto dessoxidado de las superficies a unir coon una mezcla de bórax y ácido bórico o. La diferenciaa entre las diferentes téccnicas de sol dadura fuertte radica en la forma de realizar el ca alentamiento o del metal dee aporte y dee las superficcies a unir: ‐ Soldeo fuerte con soplete: Se preca alienta la junnta a soldar con un sople ete oxiacetiléénico hasta que q se fundaa el fundente o desoxidan nte que se habrá colocaddo en la juntta, para segu uidamente aañadir el mettal de aportee que se fundee y se extiende con el soplete. ‐ Soldeo fueerte dentro de un horn no: El calenttamiento se efectúa den ntro de hornnos eléctrico os continuoss donde se haabrán introdu ucido las piezas a unir, tootalmente lim mpias y con el fundente y el metal de d aportación n dentro de la junta. El calor c funde primero el desoxidante e y después el metal d e aportación n, quedando o materializad da la soldadu ura al enfriar. ‐ Soldeo fuerte por induccción: En estte caso la fueente de calorr es un inducctor. ‐ Soldeo fueerte por resistencia: Estte procedimiiento se em mplea casi exxclusivamentte en la unió ón de piezass planas solap padas. Las ju untas, entre las que se ccolocan el fu undente y el material d e aportación n, se sujetan n entre dos eelectrodos dee carbono entre e los qu e se hace pasar p una co orriente elécctrica hasta conseguir laa fusión. p a unirr, preparadass ya con el metal m de apoortación en las juntas, see ‐ Soldeo fueerte por inmersión: Las piezas sumergen en un baño de d fundente que funde eel metal de aporte estab bleciendo la unión. Se utiliza u para laa soldadura en n serie de pieezas plaquea adas con el m metal de apo ortación. ‐ Soldeo fueerte por fluencia: El metal de aportaación líquido o se vierte en ntre las ranuuras de las piezas p a unirr, sujetas con un posicionador. Será necesario precalentar las piezas a unir para evitar un enfriamiento e o demasiado b brusco del metal m de aporrte. ‐ Soldeo fueerte por arco o doble de ca arbono: La ffusión del metal de aporrte se efectúúa mediante la aplicación n de un arco eeléctrico enttre dos electtrodos de caarbono. La energía aporttada es tan ggrande que es necesario o vigilar que n no se produzcca la fusión del d material base. Por su partee, la Soldadu ura blanda, difiere d de la anterior en que los matteriales que se emplean como meta al de aporte tiienen un pu unto de fusió ón inferior a los 425ºC.. Generalme ente se utilizzan aleacion nes Sn‐Pb en n diferentes p proporcioness (de ahí que e a esta sold adura se la conozca tam mbién con el nombre de ESTAÑADO)), aunque tam mbién se pueede emplearr Antimonio,, zinc o Cadmio. Habrá distintos tippos de solda adura blandaa según la tem mperatura dee fusión de la a aleación em mpleada: ‐ Soldadura blanda a bajja temperatu ura: Entre 1550 y 260ºC ‐ Soldadura blanda a meedia tempera atura: entre 2260 y 380ºC ‐ Soldadura blanda a alta a temperatu ura: Entre 38 0 y 425ºC 3.3. Soldeo o por proyección Con este sisttema, no tieene mayor im mportancia laa naturaleza de los meta ales base y dde aportación n, siendo por consiguientee posible, laa aportación n de otros ccompuestos,, no metáliccos, como ees el caso de materialess cerámicos. La superficiee sobre la que se proyectta ha de estaar perfectamente limpia y exenta de humedad. 4 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Las caracterrísticas mecá ánicas de los recubrimienntos obtenidos con esta técnica, deppenderán en gran medida a de la tempeeratura y veelocidad de las partícullas proyecta adas, paráme etros que a su vez dep penderán deel sistema de proyección utilizado. La as capas obttenidas por la unión succesiva de paartículas no forman unaa u y se s caracterizzan por ser microporossas y presenntar valores de micro y verdadera eestructura uniforme macrodureza muy difereentes de una as capas a otrras. de aportació ón suele pre esentarse en forma de polvo p o de varilla, produuciéndose en n este último o El material d caso la fusió ón y la fragmentación dell metal simu ltáneamente e. Los sistemas más utilizados, y que e difieren únnicamente en e la fuente e calorífica eempleada pa ara fundir el e material de aportación, son los siguientes: ‐ Proyección n por gas: Meezcla de oxígeno‐ Propanno u Oxígeno o‐Acetileno ‐ Proyección n por arco elééctrico ‐ Proyección n por plasma: Plasma de gas g (Nitróge no, Hidrógen no, Argón...) El propio gass o un chorro o de aire imp pulsa las parttículas comu unicándoles la l velocidad requerida. 2.2 SOLDAD DURA POR ARCO ELÉC CTRICO La soldadura por arco eléctrico e agrrupa a una sserie de pro ocesos de so oldeo por fuusión en los que el calor necesario paara producirr la unión prroviene de uun arco elécctrico que se e establece eentre un ele ectrodo y loss materiales a unir. El arco elécctrico es unaa descarga continuada c eentre dos co onductores ligeramentee separados (electrodo y mprendido entre metal a sold dar), y por él é pasa la co orriente al hhacerse conductor el aire o gas com e amboss conductoress. El arco es la fuente de e calor utilizzada por un gran número de processos debido a dos razoness fundamentaales: Proporcciona altas intensidades i s de calor y es fácilmen nte controlaable a través de medioss eléctricos. c como Dado que el arco eléctrrico puede considerarse un conducto or gaseoso, existirá una relación enntre su intensidad d de corriente (I) y su diferrencia de pottencial "curva (V), relació ón a la qu ue se le denomina d característicca del arcco" (figura 2.2). La curva característicca dependerá entre ottras cosas de la naturaleza d del electrodo y del matterial a soldaar, del tipo de gass de proteccción o del recubrimien to del electrodo y de la "longiitud del arco o" (distanciaa entre el electrodo y la superficcie a soldar). orriente utilizada puede e ser tanto aalterna El tipo de co como contin nua dependieendo del tipo de procesoo y del material a so oldar. Figura 2.2. Curvaa característicaa del arco En el caso d de que se uttilice corriente continua (CC) y en función d del polo al qu ue se conecte el electroddo tendremo os (figura 2.3): ‐ CC C con polarida ad directa: electrodo connectado al po olo negativo C con polarida ad inversa: electrodo e connectado al po olo positivo. ‐ CC de estar en contacto c con n las piezas a soldar o con n algún elem mento metálicco en contaccto con ellas.. La masa ha d La diferenciaa entre ambos tipos de corriente c co ntinua radica básicamen nte en la pennetración con nseguida con n cada uno dee ellos. 5 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Así cuando se utiliza la polaridad diirecta (figuraa 2.3.a), la energía e del arco a se conccentra básica amente en laa pieza, por lo o que se conssigue un rendimiento térrmico relativvamente aceptable y unaa buena penetración. Por su parte, el eelectrodo see deteriora mucho m menoss que si estuviese conecttado al polo positivo, pud diendo llegar a soportar in ntensidades del orden de e 8 veces maayores sin fun ndirse ni detteriorarse. En cambio si se utilizaa la polarid dad inversa (figura 2.3.b), el reparto térmicco es menoss favorable, lo que se traduce een un baño relativament r te ancho, coon poca penetración y una excessiva concenttración de caalor en el electrodo o, que provvoca su sobrecalentami ento y rápido deteerioro inclu uso a bajass intensidaddes de corriente. De acuerd do con esto, la po laridad recomendab ble en corrieente continua a es la direccta. No obstante, essta polaridad d resulta imp practicable ccuando a) b) b se sueldan aalgunas aleacciones (por ejemplo e aleaaciones ligeras de Al y Mg) debido a la form mación de unna capa Figura 2.3. Tipos T de Polar aridad en CC. a) Polaridad directa, d b) polaaridad inversaa de óxidos reefractarios que cubre el baño e impoosibilita la soldadurra. Este problema no se observva con polaridad inversa, en do onde se prod duce la vapo rización de los óxidos y la l rotura de los mismos, que flotan y se desplazan n hacia los bo ordes del baño de fusiónn produciénd dose un verdadero efectoo de limpieza a del baño. La corrientee alterna aú úna, aunque e reducidas, las ventajaas de las do os polaridad es (figura 2.4): 2 el buen n comportamiiento durante el semiciclo de polaaridad directta y el efeccto decapannte del baño o durante el e semiciclo dee polaridad in nversa. Como principales inconvvenientes, prresenta dificcultades de cebado c y estabilidad d del arco, que obliga a incorporarr un generad dor de alta frecuencia. nterior indica pues la necesidad dde transform mar la Todo lo an energía sum ministrada por p las com mpañías elééctricas (corrriente alterna de baja intensidaad y alto volttaje) en otra de alta intensidad (50‐5000 A) y bajo voltaaje (20‐80V) que ademáss en la mayo oría de los casos deeberá ser co ontinua. De ello e se enca rgaran las fu uentes de energía q que deberán rectificar y//o transform mar la energíaa de la red eléctricaa Figura 2.4. A Arco en corriente alterna Un aspecto importante a considerarr desde el puunto de vistaa práctico es la relación eexistente en ntre la fuentee de alimentación y las características del arco. Unna fuente de alimentació ón en soldaduura tiene su propia curvaa característicca voltaje‐inttensidad. La característicca de la fuen nte de alime entación es lla representación gráficaa de la relació ón existente en todo mo omento entrre la tensión n y la intensiidad de la coorriente de la fuente. Laa intensidad y diferencia de potencial reales obteenidos en ell proceso de e soldeo viennen determinados por el e punto de inttersección dee las curvas característica c as de la fuen nte de alimen ntación y la ddel arco. Este es el punto o de funcionamiento, o pu unto de trab bajo definidoo por la inten nsidad y la te ensión de sooldeo (I1 y V1) en la figuraa 2.5. Las fuentes de alimentaación se classifican en fuunción de su u curva caraccterísticas enn: fuentes de d intensidad d constante y fuentes de tensión t consttante. Las fuentes de energía de d intensidad d constante, también denominadas de d "caracterrística descendente", son n aquellas quee tienden a producir p una a intensidad de corriente e relativame ente constannte (fig. 2.5.) Este tipo dee característicca es la más adecuada a pa ara el soldeo con electrod dos revestido os (SMAW) y TIG. Por su partee, una máquina para el so oldeo por arcco de tensión constante es aquella qque nos sirve e para ajustar la tensión d del arco y que q tiene una u curva caaracterística que tiende e a producirr una tensió ón de salidaa 6 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras relativamente constantee (fig. 2.6). Este tipo de ffuente de aliimentación se s utiliza en soldeo MIG‐‐MAG, FCAW W y SAW Figura 22.5. Caracterísstica de una fu uente de eneergía de intenssidad constantte Figura 2.6. 2 Característica de una fu fuente de energ gía de tensión constantee Los procesoss de soldadu ura por arco más utilizaddos industria almente y qu ue iremos deescribiendo a lo largo deel curso son: o manual con n electrodos revestidos (SMAW) ‐ Solldeo por arco ‐ Solldeo por arco o bajo gas prrotector con electrodo no o consumible e: ‐ Soldeo o TIG ‐ Soldeo o por Plasma (PAW y APSS) ‐ Solldeo por arco o bajo gas prrotector con electrodo co onsumible: ‐ Soldeo o MIG/MAG ‐ Soldeo o con hilo tub bular (FCAW ) ‐ Solldeo por arco o sumergido (SAW) ‐ Solldeo por Elecctroescoria (E ESW) 7 DE CADA METODO, FUENTE, ELECTRODO Y APLICACIONES AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.3 SOLDAD DURA POR ARCO MAN NUAL CON EELECTRODO O REVESTIDO. SMAW W: Shield ded Meta al Arc W Welding Se trata de u un proceso de d soldadura manual, en el que la fue ente caloríficca es un arcoo eléctrico qu ue se producee entre la piezza a soldar y un electrodo o metálico reecubierto. El electrodo o, que actúa a como mateerial de apoortación, con nsiste en una a varilla meetálica, geneeralmente dee acero, con u un recubrimieento concénttrico de flux eestruido y seeco. El calor prod ducido por el arco hace que q se fundaa el electrodo y los borde es del materrial base, de modo que el e material meetálico del alm ma pasa al baño de fusióón como matterial de aporte, mientra s el recubrim miento formaa una escoria de baja densidad (flota en el baño dde fusión y solidifica ante es que él), q ue sirve para proteger el e cordón de soldadura de d la acción n del medioo ambiente (aunque en ocasiones también pu uede aportar elementos de aleación al baño). La figura 2 .7 muestra esquemáticcamente el sistema de soldeo con n electrodos revestidos. 7. Soldadura por arco con n electrodos revestidos Figura 2.7 2.3.1. Equip po utilizado o y parámettros de con ntrol El equipo uttilizado constta básicamente de un G enerador dee corriente co ontinua y/o aalterna, de los l Cables dee pinza y de m masa y de la Pinza P portaelectrodo. La fuente d de energía dependerá d del d tipo de corriente utilizada aunque siemprre será de característica c a descendentee, habrá fuen ntes que trab bajen con coorriente continua (rectificcadores) y ottras con corrriente alternaa (transformadores). El tip po de corrien nte utilizada dependerá fundamenta almente del tipo de electrodo que see utilice (será función del revestimiento). Aunque la corriente e continua ess la más com mún cada vezz son más loss electrodos q que trabajan con corrientte alterna. Los parámettros que pod drán regularsse en el equippo de soldad dura son: ‐ Tipo de co orriente y polaridad p (en n caso de uutilizar corrie ente continu ua normalmeente se utiliiza polaridad d directa) d, que a su u vez será función de la posición n de soldad dura y del diámetro del electrodo o ‐ Intensidad (Normalmen nte cada maarca de electtrodos propoorciona tablaas con el rango de intennsidades aprropiado paraa cada tipo dee electrodo). Por su partee, la velocida ad de soldad dura es contrrolada por el operador. Para P un elecctrodo dado, la velocidad d de fusión ‐y por tanto laa rapidez con n la que se foorma el depó ósito‐, aumenta con la inntensidad de corriente dee la soldaduraa. Para una velocidad v de avance consstante del electrodo a lo o largo de la línea de soldadura, si see aumenta la a intensidad d de corrien nte se depoositará máss cantidad de d metal ppor unidad de longitud d, aumentando o la sección del d cordón de soldadura . En estas co ondiciones, por tanto: a) Ell metal depo ositado es más fluido, se deposita más fácilmente en la piezaa y forma un n cordón máss ancho y plan no. 8 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras b) LLa penetraciión, es decir, la profunndidad del depósito d de fusión form mada en el metal basee, aumenta también. Para intensidade es muy pequueñas, avancces demasiado rápidos, ó ambas co osas a la vezz, apenas hay penetración. emasiado eleevadas, avances demasiado lentos, ó ambos caso os a la vez, see Por el contraario con inteensidades de producirá un na penetración excesiva a y aparecerrán mordedu uras en la un nión, pudienndo llegar a quemarse el e metal base y el electrodo o. 2.3.2. Prod ductos de aporte (conssumibles) El material de aportación utilizado en este pr oceso se co onoce como electrodo y consiste en n una varillaa ecubierta de un revestimiento concén ntrico de fluxx estruido y seco. s metálica, geeneralmente de acero, re muy comple eja y norma almente la m mantiene en secreto el e La composición del revvestimiento suele ser m fabricante, q que en la práctica p se limita a garaantizar la co omposición química q del metal depo ositado y suss característiccas mecánica as (carga de rotura, r límitee elástico, ettc.). Al revestimieento se le exxige que cum mpla tres funcciones primo ordiales: ‐ Eléctrica: EEl revestimieento cumple e una misiónn en el arco o eléctrico que será, po r una parte favorecer el e cebado y el m mantenimien nto del mism mo y por otraa, darle estab bilidad al arco. ‐ Física: Unaa misión fund damental de el revestimie nto es imped dir que el me etal fundido entre en con ntacto con el e oxígeno, nitrrógeno e hid drógeno del aire, esto see consigue en primer lug gar mediantee la formació ón de un gass protector alrededor deel camino que han de seguir las gotas fundidas y posteeriormente mediante laa dante escoria a que flota ppor encima del baño de fu usión. formación de una abund pone de elem mentos que se disuelven n en el metaal fundido co on objeto dee ‐ Metalúrgicca: El revesttimiento disp mejorar las característiicas mecánicas del mettal depositaado o comp pensar posibbles pérdidas de ciertos elementos d de aleación (como el Cr). Por su p arte, la esco oria: reduce la velocidaad de enfriam miento de la a soldadura po or su efecto aislante, red duce el númeero de inclusiones en la soldadura al eliminar gran número dee impurezas, p produce en el e baño una verdadera m micrometalurrgia (desoxid dando, desniitrurando, ettc.) y, aísla al a baño de eleementos por los que tiiene gran aafinidad (O2, H2, N2) ya sea a travvés de escorias o gases protectores.. El proceso d de SMAW se utiliza porr su versatiliidad en unaa amplia gam ma de aplicaaciones, sin embargo, la a selección de los electrod dos tiene una a influencia ddecisiva en la a calidad y co oste de la solldadura. Esto os electrodoss os tipos de eelectrodos más m utilizados se clasifican en función del tipo de revestimientto que posean, siendo lo los siguientees: ‐ Electrodoss ácidos. Esttos electrodo os contienenn una adecu uada proporrción de prooductos deso oxidantes en n forma de feerroaleacionees, sin emba argo el conttenido en silicio del cord dón se manttiene bajo por p lo que el e metal aporttado contien ne siempre una u cierta caantidad de oxigeno y, en e consecueencia el cord dón suele ser bastante frá ágil. La acideez del electrrodo provienne de la escoria, cuya re eacción es áácida, o sea, disuelve loss óxidos básiccos, tales co omo el MnO. Estos electtrodos confieren al metal depositaddo un conten nido en H2 e impurezas reelativamentee alto. A men nudo el corddón contiene e escorias. La soldabilidadd del metal a soldar debee ser buena, p pues de lo co ontrario pue ede producirsse agrietamiiento en caliente. Esta suusceptibilida ad es función n de la acidez de la escoriaa y disminuye a medida qque ésta tien nde a la neuttralidad. Estos electrrodos se utiilizan para soldar s aceroos normaless de constru ucción, de rresistencia inferior a 48 8 Kg/mm2, aun nque en la actualidad se encuentran prácticamen nte en desuso. ‐ Electrodos Celulósicos.. En estos electrodos la celulosa, ob btenida a pa artir de la puulpa de la madera, m es el e componentee principal. Esta sustan ncia orgánicca se desco ompone por el calor ddesarrollado en el arco o, proporciona ando un gass protector que aísla y protege dee la oxidaciión. El metaal depositad do por estoss electrodos ccarece prácticamente de oxigeno, pe ro en cambio o contiene una gran canttidad de hidrrógeno. 9 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras En cuanto a sus aplicacio ones, aunqu ue son adecuuados para so oldar en cua alquier posiciión se suelen n emplear en n exclusiva pa ara soldar tubería en verrtical descenddente. Su usso está generalizado en ooleoductos y gasoductoss en donde reesulta ventaajoso soldar en todas laas posicione es sin cambiar los parám metros de soldeo. s En laa actualidad su cuota de consumo c alca anza el 3% approximadam mente. omponente dde estos elecctrodos es el Rutilo, min eral obtenid do a partir dee ‐ Electrodos de rutilo: El principal co menas que en su estad do natural contienen c dee un 88 a un u 94% de TiO T 2. El metaal depositad do con estoss electrodos, contiene un n elevado número de i nclusiones. El nivel de impurezas ees medio entre los quee presentan lo os electrodo os ácidos y los básicos . Por su parte, el contenido en hiidrógeno puede llegar a fragilizar f lass soldaduras.. Estos electrodos, fáciless de encender y reencennder, poco accesibles a a la humedadd, escasas sa alpicaduras y favorable eliminación dee escorias, que q permitenn una razonable velocidad de soldeoo, constituye en una gamaa de consumib bles muy preeciada, siend do idóneos ppara todo tip po de soldaduras siempree que no se requiera una a elevada ten nacidad. Loss principaless campos dde aplicación son las estructuras metálicas, calderería y construcción n naval. En la actualidad su cuota dee consumo alcanza a aproxximadamentte el 55% de e la demandaa total del mercado. ntes principaales son el carbonato cálcico y el fluuoruro cálcicco. Funden a ‐ Electrodos básicos: Sus componen temperaturaa muy elevad da (unos 200 00ºC), razónn por la cual necesitan un n fundente een su compo osición, como o es el espato flúor. Son fu uertemente higroscópico h os, por lo que e necesitan de d ciertas prrecauciones para p evitar laa retención de humedad. El metal depositado d sse encuentra a prácticamente exentoo de impurezas, libre dee hidrógeno y de porosid dad (siemprre que el reevestimiento o esté seco o), poseyenddo además una elevada a capacidad d de deformació ón (A=30%) y una elevadda tenacidad d. Debido a laas excelentess característticas que esste tipo de electrodo prroporciona aal cordón, su s campo dee aplicación ees muy ampllio. Se utiliza an ampliameente en la so oldadura de estructuras metálicas, recipientes a presión, con nstrucción naaval y maquinaria. ‐ Electrodos de gran ren ndimiento: So on aquello qque, cualquie era que sea la composicción de su re evestimiento o, tienen un reendimiento gravimétrico o superior aal 130%. Si en e los electrrodos clásicoos el rendim miento puedee oscilar entree el 80% y el 100%, con esta e clase de electrodos se s puede lleg gar al 240%. El rendimien nto de un eleectrodo vienee dado por laa relación deel peso del metal m deposiitado al peso o de la varilla a metálica (sin n contar el revestimient r to) fundida ((Norma UNEE‐14.038: De eterminaciónn de los rend dimientos dee los electrodos). El rendiimiento de un u electrodoo, en general, es función n de la naturraleza del re evestimiento o, del diámetro o del electrodo y de la intensidad de corriente. En cuanto a sus aplicacciones, estoss electrodos se seleccion nan para reducir costess en soldadu ura, tanto en n construcción n naval como o en talleress de caldererría pesada. Los L electrodos básicos dde gran rendimiento, con n elevadas característicass mecánicas son utilizaddos en consstrucción Offf‐shore (plaataformas pe etrolíferas) y calderería peesada, donde se exigen altos a valoress de impacto a baja temp peratura. Como puedee observarsee, existe un amplio abanicco de electro odos que nos permitirá eelegir el más convenientee para la apliccación especcífica que de eseemos. Noo obstante, la l unión nun nca será corrrecta si los electrodos e see humedecen.. De ahí quee el principal cuidado qque debe te enerse con los electroddos será segguir en todo o momento laas recomend daciones dell fabricante para que ésstos no se humedezcan h n. Para ello se deben dee mantener dentro de una estufa a te emperaturass comprendidas entre 50 0ºC y 300ºC y durante el e proceso dee soldeo y en espera de seer utilizados,, el soldadorr debe de maantenerlos dentro d de unna estufa porrtátil hasta el e momento qu ue extraiga el e electrodo para ser utiliizado. 2.3.3. Nom menclatura de d electrodos. Normattiva. La clasificacción de los consumibless utilizados en SMAW dependerá d de d la normaativa utilizad da. Nosotross veremos la correspondiiente a la no ormativa am mericana (AW WS) por ser la más utilizzada a nivell mundial assí 100 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras como la corrrespondientte a la Euron norma UNE‐ EN 499 “Pro oductos de aportación a paara el soldeo o. Electrodoss revestidos p para el soldeeo manual por p arco dee aceros no aleados y aceros a de grrano fino. Clasificación” C ”, oficialmentee adoptada por p el comité de norma lización espaañol para la especificaci ón de cierto os electrodoss revestidos y que designa a los electtrodos de foorma muy similar a la no orma alemanna DIN, cuyo o sistema dee designación se incluye co omo anexo. n una design ación de los electrodos del d tipo: No obstantee todas ellas coinciden en E XX X X ..... X Donde la leetra E indicaa “electrodo revestido” y se utiliza para distinguirlos de l os flux, que e siguen unaa nomenclatura similar peero comenza ando por la letra F. El resto de dígittos XX X X..... indican una serie dee propiedadess tanto del revestimien nto como d el metal de epositado y variarán dee unas norm mas a otrass. Finalmente, bien al inicio (Euronorm ma) o tras la designación del electrod do (AWS) se ha de hacerr referencia a la norma corrrespondientte. A continuacción veremo os un ejemp plo de desiggnación segú ún ambos tipos t de norrma, para un u Electrodo o revestido, cu uyo material de soldadura tiene un límite elásticco mínimo 400 4 MPa unaa resistencia a la tracción n de 480 MPaa, un alargaamiento mín nimo del 20 % y una en nergía de im mpacto mínim ma de 47J a ‐30ºC, con n revestimientto básico co on un rendim miento graviimétrico dell 140%, que puedan solldar en toda as posiciones tanto con co orriente alteerna como co on corriente continua de e polaridad directa. d Adem más el meta al depositado o tiene una co omposición química q tal que 1.1%Mn, 0.7%Ni y su contenido en e hidrógenoo es menor de d 5ml/100g.. ma UNE‐EN 499: EN 49 99 E 38 3 1Ni B 5 1 H5 Norm Esta sería la simbolizació ón completa,, siendo la si mbolización obligatoria: EN 499 E 388 3 1Ni B dida de éstoos, los datos se indicarán n Si al realizarr un pedido de electrodo fuera neceesario especcificar la med según el sigu uiente orden n: Denomiinación‐diám metro (mm)‐l ongitud (mm m) ‐Norma‐Abreviatura eelectrodo Por ejemplo o: Electrodo revestido r 3.2 25 x 350 EN 499 E 38 3 1Ni B Norma AWS: E 70 1 8 AWSS A.5.1 Pasando los valores de laa carga de ro otura a psi, ( 1000 psi corresponden a 7 N/mm2): metro: Con la longittud y el diám Electro odo Revestid do 3.25x350 AWS A.5.1 E 70 1 8 2.3.4. Diseeño de juntaas Con el proccedimiento SMAW S se pu ueden soldaar a tope co on bordes re ectos chapass desde 1.5 a 4 mm de e espesor. En este caso la separación de d las chapaas suele ser de d unos 2 a 3 mm y es reecomendable e disponer en n el reverso un na placa de respaldo r de acero o cobrre para evitar el descuelg gue del bañoo. Para espeso ores mayorees ya será necesario n acchaflanar loss bordes. El perfil del cchaflán será función deel espesor de la chapa (fiigura 4.2). Con C vistas a reducir la cantidad c de material dee aporte necesario y lass deformacion nes que se presentan p du urante el enffriamiento, el e ángulo del chaflán no ddebe excede er los 60º. En n la figura 2.88 se recogen n algunos tip pos de prepaaración de bordes para SMAW S recom mendados por p la Normaa Básica de la Edificación EA‐95. E 11 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Figu ura 2.8. Distin ntos tipos de e preparació n de bordes para SMAW W (NBE EA‐95 ) 2.3.5. Venttajas e Inconvenientes del processo Entre las ven ntajas de estte procedimiento de solddadura podemos citar lass siguientes: Posibilid dad de soldaar en todas la as posicioness Posibilid dad de soldaar a la intemperie al ser uun proceso poco p sensible e a las corrie ntes de aire Amplio rango de maateriales a so oldar por estte procedimiiento Manejaabilidad y portabilidad de el equipo Como inconvvenientes: Menorees velocidadees de soldeo o que con otrros procesoss de hilo conttinuo sin recuubrimiento. Necesid dad de eliminar la capa de d escoria soolidificada antes de procceder al apoorte de un nu uevo cordón n, lo que ssupone un in ncremento en el tiempo ttotal de sold dadura. Ambos facto ores hacen que q el rendimiento del tiempo de soldeo (Facttor de operaación) sea generalmentee inferior al 255%. 2.3.6. Apliccaciones El proceso d de SMAW se utiliza por su s versatilidaad en una am mplia gama de d aplicacionnes, tanto en n taller como o en obra, en la soldadura de materiales de espesoor superior a 1.5 mm. a son la construccción naval, de máquina as, estructurras, tanques y esferas de e Los sectoress de mayor aplicación almacenamiiento, puenttes, recipientes a presiónn, etc. Sin embargo o, la selección de los elecctrodos tienee una influen ncia decisiva en la calidadd y coste de la soldaduraa. Para el usu uario, es mu uy importan nte disponerr de una co orrecta relación de eleectrodos con n finalidadess específicas. En este seentido, los catálogos c y folletos que e editan loss fabricantees, suelen co ontener unaa completa in nformación acerca de diámetros, d pparámetros de uso, revvestimiento y precaucio ones para el e almacenaje y funcionam miento de cad da uno de su s productos. 122 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Integridad Esp pecificacción de ellectrodoss según AWS A La AWS clasifica a los eleectrodos de SMAW utilizzados en la so oldadura de aceros en trres grupos: a al carb bono ‐ Eleectrodos de acero ‐ Eleectrodos de acero a de baja a aleación ‐ Eleectrodos de aceros a inoxid dables AWS‐A.5.1 AWS‐A.5.5 AWS‐A.5.4 Aquí únicam mente verem mos la design nación de lo s electrodoss pertenecientes al prim mer grupo po or ser el máss utilizado. SOLDADURA DEE ACEROS ALL CARBONO CCON ELECTR RODOS REVESTIDOS La A American Welding W Socie ety establecce actualmen nte para soldaduras dee aceros al carbono con n elecctrodos revesstidos, el sigu uiente sistem ma de clasificcación: 1 LET TRA E 2 DÍG GITOS X XX Inddica Electrodoo Inddica la cargaa de rotura mínima m del meetal depositad do en múltipllos de 1000 psii (0.7 Kg/mm m2). Estos díg gitos toman loss valores de 600 o 70. Díígito 0 para 3eer dígito 1 0 para 3eer dígito 2 1 2 3 4 5 6 7 8 1 DÍGITO X 1 DÍGITO D X Indica el tip po de revesttimiento y las caracterrísticas de laa corriente adecuada paara su uso segúún tabla 1 Indica laas posiciones de soldeo en las que el utilizado electrodo o puedee ser satisfacto oriamente, seg gún la clave siiguiente: 1: En tod das las posicio ones de soldeoo 2: Sólo en e posición sobremesa 3: Especialmente en vertical descenndente TABLA 1 Revestimiento ddel electrodo y tipo de corrieente Corriente continua Corrientee Electrodo conectado a R Revestimiento- Aglomerantee alterna Polo (+) Polo (-) C Celulósico - Siilicato sódico X A Acido X X X C Celulósico - Siilicato potásicco X X R RutiloSilicato o sódico X R RutiloSilicato o potásico X X X R Rutilo gran ren ndimiento X X X B BásicoSilicatto sódico X B BásicoSilicatto potásico X X A Acido gran ren ndimiento X X X B Básico gran ren ndimiento X X Silicatoo sódico Siliicato Potásico o Necesita para ionizarsse una elevad da tensión N Necesita para ionizarse i una baja tensión de trabajoo y, como connsecuencia dee la mayor dee trabajo y, como c consecu uencia de la energía, oorigina un arcco fuerte, pen netraciones m menor energía,, origina un arco suave. más profu fundas y mayoor tasa de depo osición. A Absorbe más humedad, po or lo que el m metal deposiitado contieene mayor caantidad de hid drógeno. 133 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Esp pecificacción segú ún UNE‐EEN 499 (1 1995) “Productos de aportaciión para solldeo. Electroodos revestidos para soldeo manuaal por arco de d aceros no o aleados y dee grano fino.. Clasificació ón” OBLIG GATORIOS OPCIONA AL E XX X Símbolo Aleación X o XX X 1 (Electrodo)) 2 3 4 5 6 1- Tipo de pproducto o prooceso 2- Propiedaades mecánicaas: Tabla 2 3- Referencia de resilienccia (resistenciia al impacto)): Tabla 3 4- Composiición química:: Tabla 4 5- Tipo de rrevestimiento:: Tabla 5 6- Rendimieento gravimétrrico y tipo de corriente: Taabla 6 7- Posicionees de soldeo recomendadas r s: Tabla 7 8- Conteniddo en hidrógenno del metal depositado: d Taabla 8 355 380 420 460 500 4440-570 4 470-600 5 500-640 5 530-680 5 560-720 aleación Sin símbolo Mo MnMo 1Ni 2Ni 3Ni Mn1Mn 1NiMo Z %Mn 2.0 %Mo - Tablla 5: Tipo de Reevestimiento %Ni - 1.4 0.3-0.6 >1.4-2.0 0.3-0.6 1.4 0.6-1.2 1.4 1.8-2.6 1.4 >2.6-3.8 >1.4-2.0 0.6-1.2 1.4 0.6-1.2 Cualquier ootra composiciión acordada Sím mbolo Revestimiento A C R RR R RC R RA R RB R B Acido Celulósico Rutilo Ru utilo Grueso Rutilo Celulósicoo Rutilo R Ácido Rutilo Básico Básico Tabla 7: Símbolo parra la posición dee soldadura Tabla 6: Símbbolo para el renndimiento del metal depositaado y tipo de coorriente Tipo dee Rendimientoo Símbolo M Metal depositaado corrientte 1 2 3 4 5 6 7 8 Sin requisitoos +20 0 -20 -30 -40 -50 -60 Z A 0 2 3 4 5 6 22 20 20 20 18 Tabla T 4: Símboolo para la compposición químicca del metal depositado mposición quím mica Com Símbolo de HX X o HXX 8 Tabla 3: Símbolo S para las propiedades aal impacto del metal depo ositado Temperaturra para un promedio o Símbolo mínimo de energía al im mpacto de 47J J (ºC) Tabla 2: Símbolo para la resisstencia y alargaamiento del metall depositado Limite Reesistencia Alargamiento Símbolo a laa tracción mínimo elástico (MPa) (%) m mínimo (MPa) 35 38 42 46 50 X 7 105 105 >105 y <1255 >105 y <1255 <125 y <1600 <125 y <1600 > 160 > 160 c.a. + c.cc. c.c. c.a. + c.cc. c.c. c.a. + c.cc. c.c. c.a. + c.cc. c.c. Símb olo Posició ón 1 2 3 4 5 Todas posiciones Todas po osiciones excepto vertical descenddente A topee plana, en ángulo o plana, en cornissa A tope plana, en ángulo á plana Verticaal descendente y posiciones segúnn 3 Tabla 8: Símbolo parra el contenido en hidrógeno enn el metal ddepositado Símb olo Conteniido máximo en n hidrógeno (m ml/100g) H55 H110 H115 5 10 15 144 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.4. SOLD DADURA BAJO B GAS PROTECTTOR CON ELECTROD E DO NO CO ONSUMIBLLE: Soldeo o TIG, PAW W Y APS Este proceso o agrupa a laas técnicas de d soldeo quue se realizan n bajo la atm mósfera de uun gas prote ector y en lass cuales el arcco eléctrico se establece e entre un eelectrodo no o consumible y la pieza a soldar. El material de e aporte, si ess necesario, se aplica a través de varrillas como en e la soldadura oxiacetiléénica. Las técnicas que empleaan este proce edimiento dee soldadura son s las siguie entes: G (Tungstten Inertt Gas) ‐ Solldadura TIG ‐ Solldadura por Plasma: PA AW (Plasm ma Arc Welding) W ‐ Pro oyección Térrmica por Pla asma: APS (Air Plas sma Spra ay) De los tres el más impo ortante es la a soldadura TIG, considerándose lo os otros dos como un desarrollo deel primero. 2.4.1. Soldeo TIG (TTungsten Inert Gass) El proceso d de soldaduraa por arco bajo b gas prootector con electrodo no consumiblle, también llamado TIG G (Tungsten In nert Gas), utiliza como fu uente de eneergía el arco eléctrico que se estableece entre un electrodo no o consumible y la pieza a soldar, mien ntras un gas inerte proteege el baño de fusión. Ell material de e aportación n, cuando es necesario, se aplica a travvés de varillaas. La figura 3.1 3 muestra esquemáticaamente los principios p deel proceso TIG. Figu ura 2.9. Esqu uema del Prrocedimiento TIG Aunque se ttrata de un proceso eseencialmente manual, se ha automattizado para aalgunas fabrricaciones en n serie (TIG Orbital), como o tubería de pequeño esspesor soldada longitudinal ó helicoiidalmente y para fijación n de tubos a p placas en intercambiadorres de calor.. Su aplicació ón manual exxige una gra n habilidad por p parte deel soldador, po or lo que esto os operarios están basta nte cotizado os. Puede empleearse en tod do tipo de un niones y posiiciones y con n los materia ales más diveersos: aceros al carbono o, aceros inoxidables, metaales no férreos, etc. 155 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.4.1.1 Equ uipo utilizad do y paráme etros de co ontrol Aunque exissten instalaciones muy sofisticadass que incluyyen dispositivos para pprogramar to otalmente el e proceso, los elementos básicos b integgrantes de unn equipo de soldeo TIG (Figura 2.10) son los siguientes: ‐ Un n generador de d corriente continua y/oo corriente alterna a ‐ Un n generador de d alta frecu uencia o un ggenerador de e impulsos ‐ Un n circuito de gas g protecto or ‐ Portaelectrodo os adecuado para esta téécnica ‐ Conjunto de váálvulas y órga anos de conttrol. En el processo TIG podrá utilizarse ta anto corrientte continua como c corrien nte alterna. LLa elección de d la clase dee corriente se hará en funcción del material a solda r. l polaridad recomendadda es la direecta (electrod do conectaddo al polo ‐), no obstantee Con corrientte continua la esta polaridad resulta im mpracticable e, como ya coomentábamos anteriorm mente, cuanddo se suelda an aleacioness ligeras de Al y Mg (el Al se s suele sold dar siempre ccon corriente e alterna). Figura F 2.10 . Equipo parra soldeo TIG El generado or de impullsos se utiliza para el proceso TIG G por arco pulsado, quue es una variante deel procedimien nto TIG en el que la corriente de solddadura varía cíclicamente e entre un niivel mínimo (corriente dee fondo) y mááximo (impullso). Esta téccnica facilita el control del baño de fusión y perm mite ajustar con c bastantee precisión la energía ap portada por lo que sueele emplearsse en espessores muy ffinos y en uniones quee presentan una gran dificcultad operattoria. drán regularsse en este prooceso son: Los parámettros que pod ‐ Tipo de corrriente y pola aridad ‐ Caudal de gas de proteección, que dependerá d dde la boquillaa a utilizar. Como C máxim mo suele emp plearse 1litro o por cada mm m de diámetro de la boqu uilla. 166 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras ‐ Intensidad,, que suele ser s entre 25 y 30 amperioos por mm de espesor de e la chapa a ssoldar. ‐ Velocidad d de soldeo, qu ue dependerrá del tipo dee trabajo que se vaya a realizar. r Cuanndo el materrial base estáá frío la veloccidad de soldeo debe ser s lenta. Sii la velocidaad es baja obtendremos o s un cordón n plano muyy penetrado, p pero si es deemasiado ele evada obtenddremos un co ordón bombeado y rugosso. 2.4.1.2. Con nsumibles En este procceso, los con nsumibles se erán: el gas de protecció ón, el electrrodo no connsumible y ell material dee aporte si see utiliza (elecctrodo consu umible). Com mo se obserrva hemos in ntroducido ttambién el electrodo e no o consumible debido a que, q aunque su única m misión es esstablecer y mantener m ell arco, se deteriora con n ndo necesario reponerlo o con relativaa frecuencia. facilidad sien 1) Gases de Protección. Los L gases utiilizados en sooldadura y té écnicas afine es se dividen en: Inertes: Argón (A) y Heelio (He) os: Nitrógeno (N2) Poco activo O Oxidantes: CO2 y O2 Activos R Reductores: H2 os gases suffren proceso os de disociiación e ion ización, fenómenos quee Durante el proceso de soldeo esto e lo siguientte: básicamentee consisten en ‐ Disociación n: Es la separración, con carácter c reveersible, de lo os gases polia atómicos en sus átomos. Ejemplo: O2 2O n carácter reeversible, de los átomo os ó molécuulas del gass en iones y ‐ Ionización: Es la sepaaración, con electrones: Ejem mplo: A A + + e‐ Para consegguir estos fen nómenos es necesario s uministrar al gas una en nergía, denom minada resp pectivamentee de disociació ón e ionización. En ambos casos, estta energía laa proporcion na el propio arco eléctricco durante laa operación de soldeo. Cuando el gas ionizado o d isociado enttra en contaccto con la pieeza a soldar se s enfría y see produce lo q que se denomina una re ecombinaciónn. El plasma se convierte e de nuevo een gas y libe era la energíaa de ionizació ón o disociacción, que tra ansmite a la pieza. Por tanto, la tra ansferencia dde energía de d un gas dee varios átomo os a la misma temperatu ura es considderablemente mayor que e un gas monnoatómico. El proceso TTIG utiliza loss gases inactiivos como gaases de proteección: Argón n, Helio ó unna mezcla de ambos. El argón es u un gas mono oatómico, de e densidad eelevada y que e proporcion na al arco unna notable prrotección. Su u energía de iionización ess baja, lo qu ue facilita el cebado y orrigina arcos estables conn pocas proyyecciones. Al A necesitar ten nsiones redu ucidas produ uce consecueentemente arcos poco en nergéticos, rresultando id dóneo para la a soldadura de pequeños espesores. Su S conductiviidad térmica a también ess baja, lo quee da lugar a una elevadaa ón de calor en la zona central del arco, produciendo pene etraciones dee aspecto característico o, concentració similar al rep presentado en e la figura 2.11. 2 Su uso se en ncuentra mu uy extendido en soldadurra y como ge enerador de gas plasma.. No suele uttilizarse en laa soldadura seemiautomáttica de los aceros a por oofrecer un baño b poco fluido con unna fuerte tendencia a laa formación de poros. El helio es un gas monoaatómico de menor m densiddad que el Argón. Por su baja densiddad se requie ere un caudaal de He 2 ó 3 veces supeerior al de A para propo rcionar al arrco la misma a protecciónn. Además, su energía dee 177 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras ionización ess más elevada que la deel A, lo que ofrece dificu ultades para a el cebado y la estabilid dad del arco o, pero a su veez se traducee en mayoress energías apportadas a iggual intensida ad de soldeoo. Resulta pu ues excelentee cuando se reequieren elevados aportes térmicos. Por su parte el helio se caracte eriza por unna conductivida ad térmica elevada, e sup perior a la ddel A, por eeste motivo la disttribución dde temperaturaas en el arco es más ho omogénea een sentido tran nsversal, dan ndo lugar a cordones c máás anchos y peenetración uniforme u (figgura 2.11), ssin embargo, bu uena parte de d la energía a aportada een el arco, se p pierde por raadiación y no o se transmitte a la piezaa, produciéndose una penetracióón inferior a la que se consiigue con A. Figu ura 2.11. Aspeecto de los corrdones conseg guidos con distin ntos gases de pprotección A pesar de ssus ventajas, en Europa el e He es escaaso y resulta caro, por lo que ha sido desplazado por el Argón n en casi todass las aplicaciiones. Por su partee las mezclass He/A ofrecce prestacionnes complem mentarias en n función dee la proporción en la quee interviene cada uno de ellos. La pen netración es intermedia entre las típ picas de cadaa gas puro (vver fig. 2.11)). onómicamen te interesantes cuando sea s necesariio incrementtar la energíaa Estas mezclaas resultan técnica y eco aportada. Elllo ocurre cu uando se van n a soldar maateriales de alta conducttividad térm ica, como allgunos de loss citados en laa tabla 2.2. Material Posicción de sooldeo Espesor (mm) ( < 5 mm 5mm Aluminio y sus Toddas Argón A 75 7 He – 25 Arr aleacione es Cobre y su us Argón A Helio Toddas aleacione es 75 He e – 25 Ar 75 7 He – 25 Arr Níquel y sus 75 7 He – 25 Arr Argón A Toddas aleacione es Tabla 2.2 2. Elección del gas de prootección en función f de lo os materialess a soldar En la soldad dura TIG el gas de prottección cubrre y protege e el lado sup perior del coordón de so oldadura. Sin n embargo, la parte inferiior se encuentra expues ta a la oxidaación. Para evitar e este innconveniente se empleaa, deposición del primer co ordón (cordóón de raíz), un u gas de prrotección dee raíz. Los disspositivos dee durante la d aplicación de este gas, llamado norm malmente dee apoyo o re espaldo, son diversos. Enn general se procura quee el gas se enccuentre en contacto c con el talón de la junta sin que q se escap pe al exteriorr. Para ello se adapta a laa cara externaa de la junta una cinta autoadhesiva no transpiraable que se va retirandoo a medida que q avanza el e depósito dee la primera pasada. En soldadura de tuberías se suele em mplear cartoones rígidos o discos dee madera de d diámetro lo más ajustad do posible a los diámetrros interioress de las tubeerías. En uno de ellos see hace un orificio en dond de se conecta a la goma ó m manguera qu ue lleva el ga as inerte. 2) Electrodo os no consum mibles. La misión m de esttos electrodo os en el procceso TIG es úúnicamente mantener el e arco sin apo ortar material al baño de d fusión. Poor este motivo y para evvitar el desggaste, es imp portante quee posean una alta tempera atura de fusiión. Se empl ean tres tipo os diferentess de electroddos: T puro ‐ Eleectrodos de Tungsteno ‐ Eleectrodos de Tungsteno T aleado con Toorio ‐ Eleectrodos de Tungsteno T aleado con Ci rconio 188 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras La elección del tipo y diámetro d de estos electrrodos depen nderá a su vez del tipo y espesor deel material a soldar. Los electrod dos de Tungssteno puro tienen una teemperatura de fusión de 3400ºC y se utilizan normalmente n e con corrientte alterna en e la soldad dura del alum minio y sus aleaciones. El extremo del electrodo debe ser redondeado. dos de Tungsteno aleado con torio see utilizan con n corriente continua en lla soldadura a de aceros al a Los electrod carbono, ba aja aleación,, inoxidables, cobre, tittanio, etc. El E extremo del electroddo debe serr afilado. Su u temperaturaa de fusión es e de unos 40 000ºC. Los electrod dos de Tun ngsteno aleeado con circonio son n válidos paara soldar ta anto con corriente co ontinua como o alterna y se utilizan en la solda adura de metales m ligerros como aluminio y m magnesio, en n donde sea necesario n evitar la con ntaminación del metal de d aporte. Su temperattura de fusió ón es de 3800 0ºC. En el processo TIG tiene mucha m importancia la forma del exxtremo del electrodo e pu ues, si no es correcta, existe el riiesgo de que el arco eléctrico seaa inestable. En la figuraa 2.12 se muestran diferentes d acabados d del extrem mo, indicánd dose las característiccas peculiarees de cada tipo de afilado. Bien afillado - Arco muy estaable - Calor puntual - Buena penetraación Mal M afilado Muy puntiagudo p - Arco A errático - Baño B muy ancho - Poca penetración - Peligro de d inclusiones de tungsteeno en el baño de fusión. Figura 2.1 12. Influencia del afilado enn el comportamiento del electrodo 3) Electrodos consumiblees. Dado que e le TIG es u n proceso que no produ uce escorias y que se rea aliza bajo unaa atmósfera in nerte que no o provoca reacciones en el baño, el material m de aportación, a ccuando se utilice, deberá á química sim tener básica amente una composición c milar a la dell metal base. Además el diámetro de e la varilla dee metal de apo ortación seráá: e varilla = + 1mm , ((e = espesor de la chapa en mm.) 2 2.4.1.3 Nom menclatura de los elecctrodos. No ormativa Las especificcaciones de los distintoss electrodoss utilizados en e soldadura a TIG, las reecoge la AW WS (American n Welding Socciety) en las siguientes s se ecciones: Electrodos consumibles: Electrod dos para aceeros al carbono Electrodos para aceeros de baja aleación Electrodos para aceeros inoxidab bles Electrodos n no consumiblles: Electrod dos de Tungssteno AWS‐A5.18 AWS‐A5.28 AWS‐A5.9 AWS‐A5.12 Por su partee, la norma UNE U 14.208 (que aún noo ha sido ace eptada como o Euronormaa), recoge la clasificación n de los electrrodos no con nsumibles utiilizados en laa soldadura por p arco protegido por ggas inerte y para p soldeo y corte por plaasma. 2.4.1.4 Diseeño de junttas Con el proceedimiento TIG G se puede soldar a tope y sin aportee de materiall desde 0.3 a 4 mm. 199 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Como su ta asa de depossición de material es b aja, este prrocedimiento o no resultaa económico para soldar materiales ccon espesorees mayores de d 6‐8 mm. PPara espesorres mayores el proceso TTIG se utiliza a únicamentee para efectuaar la pasadaa de raíz, em mpleándose ootros processos de mayo or productiviidad para el resto de lass pasadas de rrelleno. 2.4.1.5 Ven ntajas y limitaciones del proceso Entre las ven ntajas del procedimiento o TIG podem os citar: ‐ Como el gaas protector impide el co ontacto entree la atmósfe era y el baño de fusión, laas uniones obtenidas o son n más resisten ntes, más dú úctiles y menos sensibles a la corrosió ón que las qu ue se obtieneen por la ma ayor parte dee los otros pro ocedimientoss. ‐ La protecciión gaseosa simplifica no otablementee el soldeo de d materialess no férreos, al no requeerir el empleo o de desoxidan ntes responssables, much has veces, dee la formació ón de sopladu uras e inclus iones de esccorias. ‐ Por su parrte la escasezz de humos y proyeccionnes hacen que se obtengan soldaduuras más limpias, sanas y uniformes. ‐ Puede apliccarse para cu ualquier tipo o de unión y pposición de soldadura. s ‐ Las piezas soldadas por este métod do muestrann una menorr deformación en las inm ediaciones del d cordón dee soldadura. Como inconvvenientes po odemos citarr: ‐ No resulta económico para p soldar espesores e maayores de 6‐8 8 mm. ‐ Se necesitaan operarios con gran ha abilidad para soldar con este e método. ‐ Necesidad de soldar en n ambientes tranquilos, t ppues de lo co ontrario pierd de eficacia ell método. 2.4.1.6 Aplicaciones El proceso TTIG se aplica a principalm mente en la ssoldadura de aceros ino oxidables, acceros resistentes al calor (aceros al C Cr‐Mo), así como en la del d aluminio y sus aleacciones y níq quel y sus alleaciones. Se e emplea assí mismo en la soldadura de d metales seensibles a la oxidación co omo el titanio y el circoniio. Puesto que con este pro oceso se consiguen soldaaduras de mu uy alta calida ad y una elevvada pureza metalúrgicaa, exentas de d defectos y buen b acabado superficiall es ideal para soldadura as de responnsabilidad en n la industriaa del petróleo o, química, peetroquímica,, de alimentaación, centraales eléctrica as, nuclear, eetc. 2.4.2. SO OLDADURA A POR PLLASMA: P PAW (Plassma Arc Welding)), APS (Air Plasma a Spray) La soldadurra por plasm ma (PAW) utiliza u los m mismos princcipios que la soldaduraa TIG, por lo que suelee considerarsee un desarro ollo de este último prooceso. Sin em mbargo, tanto la densiddad energétiica como lass temperaturaas alcanzadas son aquí mucho m más e levadas. Como sabem mos, el plasm ma es un esttado de la m ateria que se alcanza cu uando un gass es calentad do hasta una a temperatura a suficiente para p consegu uir su ionizacción. En el processo PAW, la energía e necesaria para coonseguir la ionización la proporcionaa el propio arco a eléctrico o que se estab blece, como observamoss en la figura 3.8., entre un u electrodo o no consumiible y el mettal base (arco o transferido) o entre el ellectrodo y la boquilla (arrco no transfferido) Como soporrte al arco see emplea un gas g en estaddo plasma al que se rodea con un gass de protección. El estado o plasma se allcanza al passar el gas porr un orificio dde la boquillaa que estrangula el arco.. 200 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras A diferenciaa que en el Proceso P TIG donde las temperaturaas alcanzadaas son del ord den de los 11.000ºC y la columna del arco es libre de mo del electtrodo y la oscilar entre el extrem pieza, en ell Proceso PA AW, debido al diseño especial de la boquilla‐‐tobera, el chorro de plasma se concentra (figura 2.1 13.), y la temperaturaa en el centtro de la columna del chorro pued de alcanzar lo os 28.000ºC. Así, la zona a de impacto o es dos o tres veces inferior quee en soldad dura TIG y cuando c el plasma entrra en contaacto con la pieza fría recupera su u estado de d gas, libe erando la energía consumida por éste al tran nsformarse en plasma. Esta energíía es precisa amente la que se apo orta a la piieza para producir la fusión de la misma. Figura 2.13. 2 Ilustración esquemáática de pisto ola para la so oldadura plassma La mayor veentaja del prroceso PAW se obtiene aal trabajar en e espesores suficientem mente grueso os como para a emplear la TTécnica keyhole (o de ojo o de cerradurra), que se muestra m en la a figura 2.14.. Esta técnica a implica quee el calor producido por el fino chorro de plasm ma atraviesa la chapa (la funde). Cuaando se hacce avanzar laa pistola se fu unde el mateerial situado delante del agujero. La fuerza del chorro c de plaasma empuja el materiaal fundido haccia el conto orno del bañ ño de fusiónn, y este material m postteriormente,, y debido a la tensión n superficial, vvuelve a unirse detrás del d surco doonde se enfría y solidifica. La soldaadura es hom mogénea, en n cuanto a calidad, en todo el espesor. La soldadurra PAW pueede realizarsse con o sinn material de aportación.. En cuanto a los gasess utilizados, sse suele emplear A puro como gass plasmógeno o aunque en n ciertos cassos tambiénn se utiliza He o una mezcla de 98%He e‐2%H2. oldadura po or plasma laa Una aplicación de la so constituye lla Proyecció ón Térmica por Plasmaa (APS: Air Pllasma Sprayy). Esta técn nica consistee en utilizar co omo medio de transportte un chorroo de plasma q que sale de una u tobera siituada a unaa distancia en ntre 80 y 150 1 mm de la pieza a recargar. Un dosificado or muy preciso inyectaa polvo metálico en la zo ona más caliente de laa columna d de plasmaa. El po olvo fundee instantáneamente y es proyyectado a Figura 2.14. 2 Soldad dura con plassma, Técnica a “Key-hole” elevadísima velocidad so obre la pieza a. El materiall aportado, p pese a las altas a temperaturas, no se sublima ni se alterra, en virtu d del breve e tiempo dee permanencia en el chorrro de plasma a. Este proceso o es adecuad do tanto para a recubrir pieezas pequeñ ñas como gra andes compoonentes. Permite ademáss la automatizzación siendo o apto para la l producció n en serie o individualiza ada. 21 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.5. SOLD DEO POR ARCO BA AJO GAS PROTECT TOR CON ELECTRO ODO CON NSUMIBLE: SOLDEO M MIG/MAG G Y FCAW.. e proceso ag grupa a las téécnicas de soldeo que see Comúnmentte denominaado Soldadurra Semiautoomática, este realizan bajo la atmósffera de un gas protecto tor y en las cuales el arco eléctricoo se estable ece entre un n electrodo dee hilo continuo consumib ble y la piezaa a soldar. Las técnicas que empleaan este proce eso de soldaddura son las siguientes: - Soldeo MIG M (Metal Innert Gas) Soldeo MAG M (Metal Active Gas) Soldeo FC CAW (Flux Cored C Arc W elding) La diferenciaa entre las dos d primeras técnicas esttriba básicam mente en el gas g de proteección utiliza ado, que seráá un gas inertte para el Pro oceso MIG y un gas activvo para el MAG. M Por su parte el procceso FCAW, que veremoss más adelantte, se difereencia de loss dos anterioores en el tipo t de elecctrodo utilizaado: un hilo o tubular dee material de aporte relleeno de flux. 2.5.1. SOLLDEO BAJO GAS PR ROTECTOR R CON ELEECTRODO CONSUM MIBLE MAC CIZO: MIG G (Metal Inert Gas) / MAG (Metal Activve Gas) 2.5.1.1. Tip pos de Transferencia de Metal de Aporte El equipo utiilizado constta básicamen nte de los sigguientes elem mentos (figura 2.15) - Generrador de corriente contin nua de potenncial constan nte ligeramen nte descendeente. Unida ad de alimentación del hilo, que puedde ser indepe endiente ó in ntegrada en eel propio generador. Circuito de gas pro otector. Eventualmente, ciircuito de reffrigeración. Pistola a de soldadu ura. Conjunto de válvu ulas y órgano os de control . Figura 2.1 15. Equipo u tilizado en lo os Procesos MIG/MAG M 222 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Los transformadores de d corriente e continua más utilizad dos en esto os procesoss son de teensión plana a ligeramentee descendentte, con una caída c de 3 a 5 voltios po or cada 100 A. A La figura 2.16. muesttra una curvaa característicca de este tip po. Este tipo de transform madores sólo pueden utilizarse paraa soldadura automática a ó semiautomá ática. El sisteema en realid dad es auto‐‐regulador: dado d que la fuente f de coorriente debe e suministrar en cada momento una energía e igual a la necesaaria para fun ndir la cantid dad de hilo qque sale por la pistola dee soldadura, ssi la velocidad d de salida del d hilo aumeenta, tambié én deberá au umentar la inntensidad de e corriente yaa que se debee fundir más hilo por unid dad de tiemppo y viceverssa. n soldadura ssemiautomá ática Figura 2.16. Curvas características habittualmente empleadas en Por otra parrte, la intensidad de corrriente tambbién será fun nción de la longitud dell arco (distancia entre laa pistola y el material a soldar). Para una determ minada longittud del arco tendremos una curva característica c a asociada a d dicha longitud de arco (figgura 2.16) y la intensidad d de corrientte necesaria , será la corrrespondientee al punto de corte entre dicha curva característicca y la curvaa característica del grupoo. La curva característica c a eza a soldarr. del arco varriará con la longitud del mismo, ess decir, con la distancia entre la pisstola y la pie Conforme eel arco se accorta (menorres distanciaas entre pisttola y pieza)), la curva caaracterística a se desplazaa hacia menorres valores de d tensión y por p tanto ha cia mayores intensidade es de corrientte (ver figura a 2.16). En función d de todo esto o, el fenómen no de autorrregulación se e producirá tanto t si variaamos la longgitud del arco o como si variiamos la velo ocidad de alimentación ddel hilo. Veaamos como actúa a en cadda caso partiendo de unaa condición esstable del arcco: ‐ Si por cualq quier razón variamos v la longitud l del arco ‐imagin nemos que la a distancia e ntre la boqu uilla y la piezaa aumenta‐, laa tensión taambién aume enta pero laa intensidad disminuirá por lo que la fusión será más lentaa hasta que see restablezcaa la longitud de arco y vooltaje inicial. ‐ Por su parrte, si lo quee se varía es la velocidadd de salida del d hilo ‐imaginémonos que aumentta‐, el propio o equipo se encargará de disminuir la a longitud deel arco hastaa que la inte ensidad de coorriente sea la necesariaa para fundir eesta mayor cantidad c de metal m de apoorte. Los parámeetros que se s podrán controlar een estos prrocesos y de d los que dependerán tanto deel comportamiiento del arcco como la forma fo de traansferencia del d metal a través t del miismo, la pen netración y la a forma f del co ordón, serán n los siguienttes: 233 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 1‐ Polaridad d. Afecta a la forma de d transfereencia, penetración, velocidad de fusión n del hilo, etc. a con polarid dad inversa. En la Normalmente se trabaja e la polaridaad en figura 2.17 sse indica la influencia de la penetració ón. 2‐ Tensión d de arco. A diferencia de lo que ocurrre en SMAW, estee parámetro puede regu ularse a voluuntad desde el pro opio generad dor y resulta determinantte en la forma dee transportee. En la figura 2.18. pu eden verse las reggiones del pllano Tensión n‐Intensidad para que la transsferencia dee metal de aporte a se reealice por arco corrto (cortocirccuito), por arrco pulsado ó por arco sprayy, que so on diferenttes modos de transferencia de metaal que se describen más adelante. Inversa Directa Figura 2.17. Influencia dee la polarida ad en la penetracción 3‐ Velocida ad de alimeentación dell hilo. En eestas técnicas no sse regula la velocidad dee soldadura,, sino que ésta, por el fenó ómeno de autorregulaación, resulta de laa velocidad im mpuesta al hilo. h d protecció ón. Presentaa una 4‐ Naturalezza del gas de notable influ uencia sobre la forma dee transferenccia de metal, peenetración, aspecto del corrdón, proyeccioness, etc. La figura 2.19. mu uestra las fo rmas de los cordo ones y las peenetracioness típicas de eestos procesos en función del tipo de gas utilizado. u Intensid dad (A) Fiigura 2.18. Influencia de laa tensión del arco en los modos de transferenncia de metal Debido a q que todos estos parám metros se el arrastre regulan prevviamente, y únicamente ú de la pisttola de soldadura se s realiza manualmente es por lo que este e tipo de soldadura se deno omina com múnmente Soldadura SSemiautomática. Cuando tod dos los pa arámetros, incluso i el arrastre de lla pistola dee soldadura, se regulan previamentee la Soldadurra será Automática. El Sistema será Robotiza ado cuando todo en la soldadura, incluso la as coorden nadas de localización de la junta a a soldar se s regulan previamentee. Figura 2.19. Aspecto del d cordón y ttipo de transfeerencia en funciión del tipo dee gas. 2.5.1.2. Tip pos de Transferencia de Metal de Aporte Como ya se ha citado, la l polaridad,, tensión e iintensidad de d soldadura y naturalezza del gas dee protección n, condicionan n notablemen nte el compo ortamiento ddel arco y da an lugar a muy m distintass formas de transferencia t a del metal. 244 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras En la figuraa 2.20 se esquematiza e an las distinntas formass de transfe erencia, las cuales se describen a continuación n. ay. La transfferencia de metal se reealiza a travvés de gotass muy finas. El arco es estable y laa ‐ Arco Spra pulverización de metal se lleva a cabo de forma ininteerrumpida y similar a como se indica en la figura 2.20..A). Por este e método se alcanza una mayor deeposición de material aportado, co onvirtiéndolo o en muy ren ntable. Para que el arco se com mporte de essta forma es necesario o que: ‐ El hilo see encuentree conectado al polo positivo (pollaridad inverrsa) ‐ El gas de protección debe ser arrgón con algo de O2 ó de argón co on CO2. ‐ Exista una elevada den nsidad de corrriente Figu ura 2.20. Tipo os de transfeerencia de metal m ‐ La tensión del arco sea relativamen nte alta. El efecto de la polaridad d inversa se traduce t en uuna enérgicaa acción de limpieza sobrre el baño de e fusión, quee resulta venttajosa en la soldadura s de e metales quue produzcan n óxidos pessados y difíciiles de reduccir como Al y Mg. La penetraciión que se co onsigue es bu uena, por lo que se recom mienda para soldar piezaas de grueso espesor. El baño de ffusión resulta a relativamente grande y fluido, por lo que no se e controla coon facilidad en e posicioness difíciles. ‐ Arco Globu ular. Cuando o se opera co on este tipo dde arco (figura 2.20.B), el e hilo se va fu fundiendo po or su extremo o a través de g gotas gruesa as, de un diá ámetro hastaa tres veces mayor m que el e del propio electrodo. Estas gotas see desprenden cuando la tensión superficial es innferior al pe eso de las mismas. m Al m mismo tiemp po se puedee ue la gota al desprende erse oscila d e un lado a otro, por lo l que la traansferencia de metal ess observar qu dificultosa. EEl arco es in nestable, de poca penetrración y pro oduce numerrosas proyeccciones, por lo que no ess recomendab ble su empleo o. El arco glo obular se prooduce cuando o: ‐ El h hilo se encueentra conecta ado al polo nnegativo (polaridad direccta) ‐ La densidad dee corriente ess inferior a laa del Arco Spray. ‐ Arco Corto o o Cortocircu uito. En esta a forma de trransferencia, el extremo del hilo se fu funde forman ndo una gota a que se va allargando ha asta el momeento en el quue toca el material m base e, momento en el que see produce un n cortocircuito o que corta la unión con n el hilo (figgura 2.20.C).. En el mom mento de esttablecer con ntacto con el e metal de baase se produce un cortoccircuito, aum menta mucho o la intensidad y como cconsecuencia a, las fuerzass axiales romp pen el cuello o de la gota y simultáneaamente se re eanuda el arrco. Para quee el arco se comporte dee esta forma ees necesario que: ‐ El h hilo se encueentre conecta ado al polo ppositivo (polaaridad inverssa) ‐ La densidad dee corriente seea baja ‐ El g gas de proteección sea CO O2 ó mezclas de Argón/CO O2 ‐ La tensión del arco a sea rela ativamente bbaja. 255 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Con este tip po de arco se sueldan piiezas de redducido espeso or dado que e la energía aaportada es pequeña en n relación con n el arco Sprray. Es ideal para soldadduras en verttical, en corn nisa y bajo ttecho, porqu ue el baño dee fusión f es red ducido y fácill de controla ar. ‐ Arco pulsa ado. Se trata de una variante del sisttema de tran nsferencia Sp pray (figura 22.20.D). Este tipo de arco o se consigue gracias a un n equipo de soldadura, ccombinado con c un gene erador de freecuencias qu ue opere con n 50‐100 Hz. D De esta man nera se superrponen dos ccorrientes, una u ininterrumpida y de débil intensidad llamadaa corriente dee fondo ó dee base, cuyo o destino es proporcionaar al hilo la energía caloorífica necessaria para su u fusión, y otrra corriente que q está con nstituida por una serie dee impulsos a la misma freecuencia. Ca ada pulsación n eleva la inteensidad a 200 0A y provoca a la proyecci ón de una go ota de metal fundido. Essto no ocurre e más que en n el momento o de la pulssación, que es cuando la densidad d de corrien nte es la suuficiente para que hayaa transferencia. 2.5.1.3. Co onsumibles:: Productoss de aporte y gas de prrotección En estos pro ocesos los consumibles seerán el electrrodo continu uo consumiblle y el gas dee protección. Electrodos ccontinuos con nsumibles. En la soldaduura MIG/MAG G, el electrod do consiste een un hilo ma acizo, con un n diámetro qu ue oscila norrmalmente entre e 0,8 y 1 ,6 mm, y qu ue se presentta arrollado en bobinas. El hilo suelee estar recubiierto de cob bre para favvorecer el ccontacto eléctrico con la a boquilla, ddisminuir ro ozamientos y protegerlo d de la oxidació ón. En general, la composición del hilo macizo suelee ser similarr a la del ma aterial de basse. No obsta ante, para su u elección hayy que tener en cuenta la naturalezza del gas de e protección n, por lo quee se debe seleccionar la a pareja hilo‐g gas. Las especificcaciones actu uales para hilos macizos ssegún la AW WS son: Elecctrodos macizos para ace eros al carbonno Elecctrodos macizos para ace eros de baja aaleación Elecctrodos macizos para ace eros inoxidabbles 5.18 AWS‐A5 AWS‐A5 5.28 AWS‐A5 5.9 Gases de pro otección. Como ya hemo os comentaddo anteriorm mente la natu uraleza del ggas de proteccción es muyy importante ya que influ uye notablem mente en m multitud de factores: f can ntidad de ennergía aporttada, tipo dee ón, velocidad d de soldeo, etc. transferenciia, penetració a MIG se em mplea como gas g protectorr un gas inerte: Argón, He elio ó Ar+O2. En soldadura Por su partee en la soldad dura MAG el gas utilizadoo es un gas activo: a CO2, Ar+CO A 2, O2, H 2 ó N2. El CO2 es u un gas no inflamable, incoloro, i inoodoro y tóxxico. Se tratta de un gaas oxidante que, a altaa temperaturaa tiende a dissociarse segú ún la expresiión: 2CO O2 2CO + O2 Con este ga as el metal tiende a trransferirse een grandes gotas globu ulares que hhacen que disminuya d la a estabilidad d del arco y au umenten las proyeccionees. Así, la utilización de este e gas reqquiere un arcco muy corto o para limitar las proyeccciones. La tra ansferencia se realiza en n forma de gotas gruesaas, difíciles de d controlarr, que hacen q que el cordón tenga un aspecto a rugooso, menos regular que con otros gaases. Es venttajoso por su u bajo precio, aunque siem mpre se ha de d mantenerr un arco muy caliente pa ara reducir laa posibilidad d de faltas dee fusión. f o procedentee de la disocciación es mu uy activo y se s combina ccon el carbo ono del acero o Por su partee, el oxígeno dando de nu uevo CO, de modo que si s no se utilizzan hilos de material de aporte con suficiente proporción en n elementos d desoxidantess (Si y Mn) y con la cantiidad de carb bono adecuad da, el metal llegaría a empobrecersee en carbono. 266 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Cuando lo q que se trata de soldar so on chapas dee acero delg gadas se utilizan mezclass de argón y CO2, ya quee estas mezclas ofrecen ventajas talles como unna mejor visibilidad del baño, arcoos más esta ables, menos do el único in nconvenientee de la mezccla que resultta más cara. proyeccionees, etc., siend La tabla 2.44. refleja los gases de prrotección quue deben utilizarse en función del m material a so oldar y de laa técnica emp pleada. Tabla 2.4. Gases de prrotección parra soldadura MIG/MAG mo ya indicam mos la difere encia básica entre los procesos MIG y MAG radicca básicamente en el gas Aunque com de protecció ón utilizado, existen otro os criterios dde elección de d un processo u otro. Seeguidamente e se exponen n en forma dee cuadro resu umen las ana alogías y difeerencias entre MIG y MA AG: 277 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.5.1.4. Disseño de juntas En estos pro ocesos, cuan ndo se trata a de realizarr uniones a tope sobre espesores ssuperiores a 6 mm, y see requiere con nseguir una penetración n completa, se recomien nda achaflan nar los borddes. Para espesores más finos se utiliza la preparaación con bo ordes rectos. En principio o, las preparraciones reccomendadas para la solldadura con n electrodos revestidos también son n válidas para a estos procesos. Sin emb bargo, dado qque el arco que q se produ uce en los proocesos MIG//MAG es máss estrecho y p penetrante que el de los electrodos, aadmite bord des más junto os y talones rreducidos. Además A como o no es necessario introdu ucir la boquiilla entre loss bordes, pu ueden utiliza arse preparaaciones con ángulos máss cerrados lo que reducee sensibleme ente la canttidad de maaterial de ap portación y, consecuenttemente, loss oldadura. costos de so 2.5.1.5. Ventajas e incconveniente es A partir de las caracteerísticas típicas de estoos procesos de soldeo (ausencia dde escoria, alimentación n automática del hilo, la gran g densidad de corrien te que admiite y la gran flexibilidad dde regulación) se derivan n las siguientees ventajas: 1‐ Se reduccen los tiemp pos y costes de las operaaciones, porq que el hilo continuo evitta pérdidas de d material y los tiempos de camb bio del electrrodo, lo que constituye una u ventaja sobre s el SMA AW. 2‐ No se reequiere man no de obra muy m especialiizada, porqu ue el soldado or sólo debee vigilar la posición de laa pistola y mantener la velocidad de avance, ccomprobando que la alim mentación deel hilo y del gas g protector son las ccorrectas. 3‐ Alto ren ndimiento dee soldeo con n buena caliddad: porque admite elevvadas densiddades de corrriente al ser muy pequeña la lo ongitud de hilo h bajo tennsión. Como o consecuen ncia de la allta velocidad d de avancee disminuye la anchurra de la ZAT con todo loo bueno que ello depara. Además enn el caso de los procesoss MIG/MA AG al tratarsse de processos que no pproducen esscoria, permiten una bu ena visión del d baño y el e control d de los defecttos, con venttaja sobre loos procesos SMAW S y PAW W. 4‐ Buena sseguridad e higiene. En estos processos los arcos funcionan con bajas ttensiones y no producen n emisiones de humoss ó polvos, au unque se reccomienda un na buena ven ntilación cua ndo se sueld da con CO2. 5‐ Versatiliidad: Son pro ocesos aplica ables tanto a materialess férreos com mo no férreoos y admiten el soldeo en n distintass posiciones y espesores.. Entre las lim mitaciones po odemos citarr: 1‐ Necesida ad de solda ar en ambientes tranqu ilos pues, en e caso conttrario, pierdde eficacia la protección n gaseosa. d es aceptab ble, resulta innferior a la de d SMAW 2‐ Aunque su movilidad a de materiales de aportee es limitadaa, debido a laa dificultad de trefilado dde algunos acceros. 3‐ La gama 4‐ Si no se aplican correctamente estas e técnica s presentan una cierta te endencia a pprovocar falta as de fusión.. dad es frecueente en estoss procesos. 5‐ El defectto de porosid 2.5.1.6. Aplicaciones Este tipo de procesos es el que goza a de una mayyor aceptación en la sold dadura de laa mayoría dee los metaless. La gran facilidad con la que q se consiguen unionees de calidad d, unido a la gran facilidaad de autom matización deel proceso, ha revolucionado, en much hos casos, lass técnicas de e soldadura de d numerosaas industrias.. Con este prroceso se pu ueden soldarr aceros al ccarbono, ale eados, aceros inoxidablees, aluminio, cobre, y un n largo etcétera de materiiales que hacce que este ttipo de proce esos sean loss más extenddidos industrrialmente. 288 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.5.2. SOLDEO POR R ARCO CON ELECTTRODO TU UBULAR CONTINUO C O. FCAW: Flux Core e Arc Welding La diferencia básica entre este pro oceso y los descritos an nteriormente e (MIG/MAG G), estriba en e el tipo dee ontinuo utilizzado, que en n este caso consiste en un hilo tubu ular continuoo de materia al de aportee, electrodo co relleno de fllux (figura 2..21). Cuando o el electroddo se funde, se producirá á (al igual quue en el caso de SMAW W) una escoria fluida que flota f sobre el e baño de ffusión y que junto con el e gas de prootección se encargará e dee proteger el b baño. El equipo uttilizado y loss parámetross de control son los desccritos anterio ormente parra MIG/MAG G, aunque en n algunos caso os en este prroceso no se utiliza gas dde protección n (electrodos autoprotegiidos). Este proceso o se utiliza mucho en la a soldadura en posición n vertical ascendente yaa que si se utilizan hiloss macizos (MIIG/MAG) el material m se descuelga d poor gravedad a causa del gran tamañño del baño de d fusión y la a inexistencia de una capa a de escoria que q lo sujetee. Dado que eel flux concééntrico de estos electroodos cumple e las mismass misiones qque el de lo os electrodos revestidos, al igual quee en aquel caso, los hhilos tubularres se clasiffican en rutiilos, básicoss, y de gran n rendimiento o existiendo además a los autoprotegid a dos. En la soldad dura con hilo tubular auto oprotegido nno es preciso utilizar gas protector p poor lo que la pistola resultaa más ligera. La razón es que el prop pio flux contiiene polvo metálico m y fu undente conn sustancias que generan n una barrera de gas que protege el baño, de ahhí su nombre e de autopro otegidos. Esttos electrodo os se utilizan n mucho en so oldeo al aire libre. Las especificcaciones de la AWS para hilos tubularres están reccogidas en lo os siguientes apartados: Elecctrodos tubulares para acceros al carb ono Elecctrodos tubulares para acceros de bajaa aleación Elecctrodos tubulares para acceros inoxidaables AWS‐A5 5.20 AWS‐A5 5.29 AWS‐A5 5.22 En cuanto a las venttajas e inco onvenientes que presen nta este prroceso, pueede resumirrse que son n prácticamen nte las mism mas que parra los proceesos MIG/M MAG, aunque e cuando see suelda con electrodos autoprotegid dos tendrem mos la venta aja de podeer soldar al aire libre y en posiciónn vertical asccendente sin n peligro de deescuelgue deel baño. Sin embargo, e el uso de este tipo de técnica tiene el innconvenientte de que trass el proceso d de soldeo hab brá que elim minar la capaa de escoria que recubre el cordón (loo que alarga ará el tiempo o necesario paara la realización de la un nión soldadaa y por tanto aumentará el coste de laa misma). Figura 2.21 1. Representaación esquem mática del so oldeo FCAW 299 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.6. SOLD DADURA POR P ARCO O SUMERG GIDO: SAW W (Sumerg ged Arc W Welding) En este pro oceso el calo or necesario o para la sooldadura pro oviene de un arco elécttrico que sa alta entre un n electrodo co onsumible co ontinuo (que actúa como material de aporte) y la chapa a solddar. El baño de d fusión y el e arco, se enccuentran en todo momen nto protegiddos de la atm mósfera circu undante porr un flux, gra anulado o en n polvo, que h hace que ambos permanezcan ocultoos durante to odo el proce eso (sumergiidos en el fundente) y dee ahí derive ell nombre de la técnica. Se trata de un proceso o de soldeo totalmente automático y de muy alto rendim miento, de ahí que sea muy utilizad do en la indu ustria metal‐ mecánica en n el soldeo de d aceros al carbono y d de baja aleacción, aceros inoxidables y otras aleaciones metálicas. No obsstante, la aplicabilidad d de estee proceso queda limitada a la so oldadura en que garanticen que el posiciones q fundente estté siempre cubriendo c el baño de fusión, es decir, normalmentte sólo se utiliza en posición p plana o sobremesa, pudiendo u utilizarse en posición cornisa ún nicamente en casos excepcionalees muestra La figuraa 2.22 esquemáticaamente los elementos del sistemaa de soldeo o por arco sumergido. Figura 2.22. 2 Soldadura por arcoo sumergido 2.6.1. Equip po utilizado o y parámettros de con ntrol El equipo utilizado en esste proceso de d soldeo co nsta básicam mente de los siguientes eelementos: ‐ Fueente de enerrgía ‐ Un nidad de conttrol de parám metros de sooldeo ‐ Sistema de alim mentación deel fundente ‐ Sistema de tran nsporte del cabezal c de sooldadura ‐ Sistema de alim mentación deel consumible le La fuente d de energía dependerá d del d tipo de corriente que se utilice, habrá fu entes que trabajen t con n corriente co ontinua (rectificadores) y otras con ccorriente alte erna (transfo ormadores). En la soldad dura por arco o sumergido eel tipo de corrriente más utilizada es lla continua con c polaridad d inversa (ess decir el electrodo unido o al polo posittivo). Los parámettros que se podrán p regular y controlaar en la unidaad de contro ol serán: ‐ Velocidad de avance ‐ Velocidad de alimentación del hilo ‐ Ten nsión del arcco ‐ Inttensidad del arco ‐ Mo ovimiento deel posicionad dor. 300 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Todos estoss parámetros influirán decisivament d te tanto en la composicción químicaa como en la forma deel cordón, por lo que sin un u buen conttrol de los m mismos difícilmente se po odrán obteneer soldadura as sanas y sin n defectos. 2.6.2. Conssumibles: Material M de aporte a (eleectrodo consumible) y flux En este procceso, los pro oductos de aporte a o connsumibles se erán: el flux o fundente y los electro odos. En estee proceso, el conjunto electrodo‐fun ndente es m muy importaante en la definición d d e las caractterísticas deel material de aporte, ya que el funden nte también puede aporttar elemento os de aleacióón al metal fu undido. Los electrod dos se elegirrán en funciión del mateerial a soldaar, y se sum ministran norrmalmente en e forma dee alambre macizo, aunquee también pu ueden empleearse los ele ectrodos tubu ulares (comppuestos de un u hilo hueco o con el flux en el interior)), y en forma a de fleje o b anda, especiales para de epósitos por recargue. Por su partee los fluxes o fundentes serán s mezclaas de compuestos minera ales, que se suministran en forma dee grano o polvvos y cuya co omposición normalmentte se reservaa el fabricantte, limitándoose a ofrecerr porcentajess parciales de elementos agrupados a por familias qque ejercen una u acción similar sobre eel baño. Los fluxes pu ueden clasificarse en fun nción de difeerentes facto ores que deb beremos teneer en cuenta a a la hora dee un flux deterrminado: seleccionar u ‐ El m método por el cual se fab brican ‐ La composición n química de el flux ‐ Graanulometría ‐ Bassicidad ‐ Comportamien nto metalúrggico ‐ Capacidad máxxima de corriente ‐ Claase de corriente a utilizarr Según el méétodo por el cual c se fabriccan, pueden clasificarse en fluxes fun ndidos, coheesionados, ag glomerados y mezclados m mecánicamen nte. Composición n química. De D acuerdo con la com mposición química, los flluxes se classifican en lo os siguientess grupos: GRUPO ANÁLISIS S (%) Maanganeso ‐ Siilicato C Calcio ‐ Silica ato Alluminato ‐ Rutilo R MnO + SiO2 > 50% CaaO + MgO + SiO S 2 > 60% Al2O3 + TiO2 > 45% Al2O3 + MgO + CaO > 45% Al2O3 > 20% CaO + MgO + MnO O + CaF2 > 500% SiO2 < 20% 2 CaF2 > 15% 1 Aluminato ‐ Básico B Básico ‐ Fluorruro Granulomettría o tamaño o de grano. La L elección ddel tipo de grranulometría a depende dde la Intensid dad de soldeo o y del tipo dee unión (a to ope, en ángulo...). La gra nulometría del d flux se designa con ddos cifras qu ue indican las dimensioness máxima y mínima m de la as partículas que lo consttituyen en fu unción de la malla del tam miz utilizado o. Así un flux d de granulomeetría 20x200 0 indica que ttodas las parrtículas que lo constituyeen pasan porr un tamiz dee 20 mallas po or pulgada y todas son re etenidas por un tamiz de 200 mallas por pulgada.. 31 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Basicidad. D Dependiendo o de su comp portamiento en el baño de d fusión loss fluxes, al iggual que el re evestimiento o de los electrodos revesttidos, se clasifican en: áácidos, básicos y neutross, en funciónn del índice de basicidad d (IB): IB CaO CaF C 2 MgO K 2 O Na 2 O Li 2 O SiO 2 1 MnO FeO 2 1 Al 2 O3 TiO T 2 ZrO 2 2 s básicos por naturaleeza. Con un IB<1 ácidoss, y cuando 1<IB<1,5, se e consideran n Si el IB>1,5 los fluxes son neutros. d del flux es determinant d e en las proppiedades me ecánicas del metal depossitado. Con fluxes f básicoss La basicidad os fluxes ácid dos conduceen a estructu uras bastas y se conseguirrán soldadurras muy tenaces. Por el contrario lo con poca reesistencia al desgarre lam minar. Los flfluxes neutro os apenas affectan a la ccomposición del materia al depositado llimitándose únicamente a proteger eel baño de fu usión de la attmósfera circcundante. Comportamiiento metalú úrgico del flu ux. Los fluxe s se clasificaan en neutros, activos y aaleados en función f de laa composición n química del metal de e soldadura depositado. En ocasion nes, los fluxees contienen elementoss metálicos paara desoxidaar el baño de e fusión, añaadir aleantess, o ambas cosas c a la veez. Los fluxess neutros son n los que no producen cambios sign nificativos enn la compossición químicca del metaal depositado o. Los fluxess ades de Si y Mn (elementos desoxida antes). Por úúltimo los flu uxes aleadoss, activos conttienen pequeeñas cantida son lo que contienen cantidades significativaas de elementos metálicos para qque, al emplearlos con n electrodos d de acero al caarbono, prod duzcan un m metal depositado aleado. La tabla 2.55 muestra una u amplia variedad v dee fluxes paraa soldadura por arco suumergido, de d aplicación n industrial co on sus características esp pecíficas. Tabla 2..5. Fluxes pa ra soldaduraa por arco sumergido 322 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras De todo lo que hemos visto se ded duce el papeel tan imporrtante que juega el flux en la obten nción de unaa correcta unión soldada, por lo que se s ha de presstar una imp portante aten nción tanto a su granulometría como o o. El conseguir una granulometría correcta durante todo el proceso prestando una u atención n a su secado especial al ssistema de alimentación y recuperacción del flux asegura que e la composiición química del cordón n sea la mismaa durante todo el processo. Por su pa rte el flux de ebe mantene erse seco, soobre todo si se s le exige un n bajo contenido en hidró ógeno, para ello el usuaario debe segguir las reco omendacionees del fabricante del fluxx con respecto o a los proceedimientos de secado. Además cua ando el flux aporte elementos de aleeación al baño, es necessario mantenner constantte la relación n entre el elecctrodo que see funde y la cantidad c de fflux que alim menta el baño o. 2.6.3. Nom menclatura de d los electrodos. Norm mativa Aunque exissten diversass clasificaciones de los coonsumibles utilizados u en n la soldadurra por arco sumergido en n función de la Norma que q se utilicce, en el Annexo I se re ecogen las especificacio e ones corresp pondientes a electrodos d de acero al caarbono y suss fluxes segú n la AWS, qu ue en princip pio los clasificca en: ‐ Eleectrodos de acero a al carb bono y fluxes (AWS‐A.5.1 17) ‐ Eleectrodos de acero a de baja a aleación y fluxes (AWS‐A.5.23) ‐ Eleectrodos de aceros a inoxid dables (AWS‐‐A.5.9) 2.6.4. Diseñ ño de Juntaas La preparacción de bo ordes es muy importante en la soldadura por arco erá sumergido. El talón, de existir, debe estudiarse con detallle para que permita las fuerttes soportar densidades de corriente y la gran penetración característticas de esste proceso. La separació ón de las chapas debe ser s nula o, en cualquier caso limitarse a 1 mm. Si fuesse mayor, exxiste el riesgo de descuelgue del cordó ón, haciéndo ose necesaria u una primeraa pasada por p soldadura m manual o semiautomáticca. En ocasion nes también n es factib ble colocar un na pletina de cob bre refrigerada por agua o una placa de respaldo paara evitar la fusión de los bordes sepaarados y el descuelgue d del d cordón. En la figura 2.23. se reccogen algun nas preparaciones de bordees típicas pa ara el soldeo po or arco sumergido. Figura 2.23. Prepara aciones de boordes para SAW S 333 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.6.5. Venttajas y limittaciones del proceso El proceso SAW ofrece laas siguientess ventajas coon respecto a otros proce esos de soldaadura: des pueden biselarse co on una aberttura estrech ha, lo que re epresenta m menor cantid dad de metaal 1‐ Los bord aportado. Además como hemos dicho, en alggunas aplicaciones no ess necesaria laa preparación de bordes. 2‐ El arco a actúa bajo la a capa de flu ux evitando ssalpicadurass, lo que lo convierte c en una de las técnicas máss seguras.. 3‐ Pueden ajustarse peerfectamentee los parámeetros de soldeeo a velocida ades de solda dadura y depo osición, en posición p sobrremesa, de superficies dee 4‐ El proceso permite altas chapas ccilíndricas, viirtualmente de cualquierr espesor. también es aplicable a recaargues. 5‐ El flux a actúa como un enérgico o desoxidan te para evittar contamin nantes del bbaño fundido y producir soldaduras sanas co on buenas propiedades mecánicas. El E flux puede e aportar, sii se desea, elementos e dee aleación n a la soldadu ura. 6‐ Este pro oceso puedee utilizarse en e zonas exxpuestas al viento. El flux f granularr ejerce una a protección n superiorr en estos caasos, a la obttenida por ell recubrimiento del electtrodo del prooceso SMAW W o al gas deel proceso MIG o MAG G. Entre las lim mitaciones po odemos citarr: 1‐ Es necessario un dispositivo para el almacenaamiento, alim mentación y recogida r de fflux. 2‐ Muchas juntas requiieren el uso de d anillos dee respaldo. 3‐ El flux esstá sujeto a contaminaci c iones, que suuelen producir discontinuidades en laa soldadura. m 4‐ El processo no es adeecuado para unir metaless de espesor menor de 5 mm. 5‐ Excepto en aplicacio ones especiales, la soldaddura queda limitada l a la posición sobbremesa y ho orizontal con n objeto d de evitar derrames de flu ux. 2.6.6. Apliccaciones Con este pro oceso se pueede soldar to odo tipo de a ceros, acero os inoxidables y otras aleaaciones metálicas. El proceso SSAW es muyy utilizado in ndustrialmennte debido a su alto ren ndimiento yaa que al permitir un alto o grado de auttomatización n presenta unos índices dde productivvidad y calida ad muy elevaados. plicaciones específicas po odemos cita r la fabricación de tubería soldada een espiral y la soldaduraa Entre las ap tándem con dos electrod dos. 344 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Integridad 2.7. SOL LDADURA A POR RESISTE R NCIA EL LÉCTRICA ERW W: Electrrical Resistance W Welding El proceso de soldadu ura eléctrica a por resisttencia pued de definirse como una ssoldadura effectuada con n ente de calor el efecto JJoule produc cido por una a presión, sin aportación de material y que utilizza como fue corriente elé éctrica que atraviesa las piezas p a sold dar. El calor se genera por medio de un na corriente eléctrica de e elevada inttensidad quee se hace circular con la a ayuda de do os electrodoss y durante un corto espa acio de tiemp po, a través de d la unión qque se desea a soldar. De acuerdo con la ley de d Joule, el calor Q (en julios) prod ducido cuand do la corrien te eléctrica atraviesa lass piezas a sold dar, será: Q = I2.R.t Dónde: - I: es la in ntensidad de e corriente de e la soldadurra, en Amperios R: es la resistencia eléctrica e de la unión a so oldar, en Ohm mios t: es el ttiempo duran nte el cual cirrcula la corrie ente de soldadura, en se egundos. mecánica se e desarrolla a través de e la presión ejercida sobre los elecctrodos ante es, durante y La fuerza m e de soldadu después dell instante en el que circulla la corriente ura. Existen dive ersos proceso os de soldad dura por resisstencia elécttrica, de los cuales c los máás importanttes son: - Po or puntos - Po or protuberan ncias - Po or costura o roldanas r - A ttope - Po or chispa - Po or alta frecuencia De ellos, loss cinco prim meros se realizan a frecu uencia stand dard, y el últtimo, como ssu nombre indica, i a alta a frecuencia. P Por regla ge eneral, los tre es primeros posicionan los metales a soldar a soolape y los tres últimos a tope. Veamo os a continua ación como es e y de qué p parámetros depende d el ciclo c de soldaadura utilizad do. 2.7.1. Cicllo de sold dadura La figura 2.2 24 representa a esquemáticamente la rrealización de un punto de d soldaduraa por resisten ncia eléctrica a. En este procceso las piezzas a unir se e disponen a solape e entre dos ellectrodos qu ue en un principio ejercen una detterminada prresión con el único o objeto de mantener m unidas las superficies que se e van a soldar posteriormen nte (fase de posicionamiiento). Seguidamen nte, en la fa ase de sold dadura, se hace pasar la corriente e eléctrica, aplicando una diferencia de potencial entre e los electrodos, mientras se e mantiene la presión entre ellos. Debido al ca alentamiento o localizado producido en la zona d de contacto, se reduce la a carga de rotura de loss materiales y, al mismo tiempo su dureza (los m materiales se e ablandan). Figurra 2.24. Esqu uema de la ssoldadura por puntos Cuando se e ha alcanzzado la temperatura 355 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras requerida p para soldar,, se corta el paso d de la corriente y sse incremen nta la presión que se esstaba ejerciendo sobre loss electrodo os, inicián ndose entonces la a fase de forja, fase en la que e se materializa realmente la a unión porr un proces o de forja. Por último, vviene la fase e de cadencia a, durante la a cual se reduce la tensión hasta libera ar las pieza as ya soldadas. Todas estass fases constituyen un ciiclo de solda adura (figura 2.25)), que norma almente tend drá una dura ación e se de fraccione es de segu undo, tiempo o en el que materializará á un punto de soldadura.. Fiigura 2.25. Ciclo C de solddeo de corriente alterna monofáásica 2.7.2. Pará ámetros de d control Las variable es que influirá án en el ciclo o de soldeo y que a su vez v serán fun nción de la naaturaleza de e las piezas a unir y del esspesor de lass mismas, so on: - Cla ase de corrie ente eléctrica a utilizada - Cla ase y diámettro de los ele ectrodos - Inttensidad de la l corriente de d soldeo - Tie empo de sold dadura - Re esistencia elé éctrica de la unión - Pre esión aplicad da a los elec ctrodos Veamos la importancia de d cada una a de estas va ariables en función f de la a misión quee cada una de d ellas debe e desempeñarr durante el proceso p de soldeo. s 2.7.2.1 Corriente eléctrrica utilizada La corriente eléctrica má ás utilizada es e la alterna ttanto monofá ásica como trifásica. t 2.7.2.2 Clas se y diámetrro de los ele ectrodos Las funcione es que los electrodos deb ben desemp eñar en el prroceso son la as siguientess: a) Asegurar la llegada de e la corriente e al material a soldar b) Asegurar una correcta a transmisión n de la presió ón de soldad dura al materrial a soldar. e del d calor sobrrante. c) Asegurar la correcta evacuación Para ello lass cualidades que debe re eunir el mate erial utilizado en la fabrica ación de un electrodo pa ara soldadura a eléctrica son n: 1. Buena conducctividad eléctrica 2. Suficiente durreza 3. R Resistencia al reblandecim miento 4. R Resistencia al desgaste 5. B Baja adherenccia. Con todo ello, los electrrodos utilizad dos en el so oldeo por res sistencia, son n de aleacioones especia ales donde el e metal base e es el cobre (al ( objeto de conseguir u una baja resistencia elécttrica, óptimaa conductividad térmica y, y or) a las qu al mismo tie empo, resisttencia al efe ecto del calo ue se añade en otros eleementos com mo el cromo o, circonio, cadmio, coballto, berilio, tungsteno, t e etc. con objjeto tanto de elevar la dureza (y por tanto la a resistencia a al desgaste). 366 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Estas aleaciones están normalizada as por la So ociedad Ame ericana ERW WMA (Electrrical Resistance Welderss Manufacture es Associatio on), en función de lass característticas eléctric cas y mecáánicas del electrodo, e en n diferentes clases: Clase 1: Fun ndamentalme ente para la soldadura de el aluminio y sus aleaciones. Clase 2: Utillizados en la a soldadura por p puntos y por roldana as del acero dulce (bajo ccarbono) y aleaciones a de e aluminio Clase 3: Soldadura del acero a inoxida able y refracttario Clase 4: Parra máquinas de soldar a tope Clase 12: Se e utilizan en los utillajes de d soldadura a por protube erancias. En cuanto a al diámetro del d electrodo, éste será ffunción del volumen v de material m quee queramos soldar, s que a su vez habrá á sido calcula ado previam mente, en fun ción del esfu uerzo que la unión deba ssoportar. Por último sseñalar, que aunque trad dicionalmentte los electro odos eran de e una sola ppieza, en la actualidad la a tendencia ess la utilizació ón de pequeñ ñas cabezass fácilmente reemplazables e intercam mbiables, qu ue se montan n sobre un vá ástago que lógicamente e posee una a mayor durabilidad. En n el anexo I se recoge en diferentess geometrías d de vástagos y cabezas utilizados u en el soldeo po or resistencia a. 2.7.2.3. Inte ensidad de la a corriente y tiempo de e soldadura:: Diagrama de d Soldabiliidad. La cantidad de calor neccesaria para fundir un vo olumen determinado de material m (punnto de soldadura) vendrá á determinada a por la siguie ente expresión: Q Vs T c1 c2 Dónde: Q: Cantiidad de calor Vs: Volumen del pun nto de soldad dura T = Tpuntto de fusión -Tambbiente (es una temperatura a absoluta: Kelvin) K c1: Calor específico del material c2: Calor latente de cambio c de fa ase (sólido-lííquido). En el soldeo o por resiste encia esta ca antidad de ccalor provien ne del efecto o Joule que acompaña al a paso de la a corriente elé éctrica: Q = I2.R.t Pero como existen cierrtas pérdidas s de calor p por conducc ción y radiac ción durantee el proceso, deberemoss ante un pará ámetro que la as engloba y que es el re endimiento d el proceso (): tenerlas en ccuenta media Q = I2.R.t. Si se observva esta expresión, se puede p apreciiar que la in ntensidad de la corrientee es el facto or que mayo or influencia tie ene en la gen neración de calor c y, por ttanto, es el que q más cuid dadosamentee hay que co ontrolar. Por su parte e, el tiempo de soldadura a es el tiemp po durante el e cual está circulando c laa corriente eléctrica (fase e de soldadurra). Un intervvalo de valo ores típicos e está compre endido entre 0,1 y 1 seggundos. El objetivo o de la a operación ess alcanzar muy m rápidame ente la temp peratura de fu usión, obteniéndose con ello altos re endimientos y zonas afecta adas por el calor c muy red ducidas. Teóricamentte, para un valor v de R co onstante y d dado que I y t son dos pa arámetros inndependiente es, podremoss obtener la m misma cantida ad de calor variando v I y tt: 2 2 2 I I I Q = I2.R..t .R .4t .R . 9t =.... .R .n 2 t 2 3 n 377 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Aunque teó óricamente podemos disminuir lla intensidad y aumentar el tiempo de form ma proporcionall para obten ner la misma a cantidad d de calor, en la práctica exxisten unos valores v de lla intensidad p por debajo de los cua ales no va a producirse la a soldadura y otros por encima e de lo os cuales nos fundiría má ás material de d la cuenta a. Estos valore es, depende en del tipo de d material a soldar y se representan en función del d tiempo d de soldadura e en lo que se denomina curva o diagrama de e soldabilidad d (Figura 2.2 26). En el diagrrama de la figura 2.26.., la curva A representa e el lugar geom métrico de los mínimos d de I2t para que e se produzcca el punto de d soldadura a, mientras qu ue la curva a B represe enta el luga ar geométrico d de los máxim mos de estos valores co on objeto de evitar un excceso de matterial fundido o. La zona de soldadura es la comprrendida entrre dichas curva as. Figura a 2.26. Diagrrama de solddabilidad parra un cierto material . Por su pa arte, para una u intensid dad dada y variando el tiempo de soldeo s podre emos obtene er diferentes ca antidades de e calor y por tanto diferen ntes diámetro os del punto de soldadurra. La figura 2.27. recoge e las curvas d diámetro dell punto de soldadura s - ttiempo obtenidas para distintos d valoores de la in ntensidad de e corriente utillizada. Como puede observarsse, y sobre todo t para la as intensidadess de soldeo más m elevada as (curvas I5 e I6), únicame ente variand do el tiemp po podremo os obtener una amplia gam ma de diámetros de punto os de soldadurra. Sin emb bargo, y tom mando com mo ejemplo la curva I5, en la zona a de mayo or pendiente pequeñas variaciones de tiemp po podrían darr lugar a grandes g cambios en e el diámetro dell punto de so oldadura, mie entras que e en la zona más plana se s necesitarrían grande es periodos de e tiempo pa ara variar muy m poco e el diámetro de el punto. De este mod do se pued de concluir que e la zona idea al de trabajo o de cada un na de las curva as será la de e transición entre las do os zonas anterriormente co omentadas y por lo tantto para cada valor de la intensidad de corrientte habrá un “diámetro ideal” del punto de d soldadura a, tanto desde el punto de vista de la precisión a lla hora de obte enerlo como o desde el punto p de vistta económico ((ahorro de tie empos de so oldadura) Figurra 2.27. Rela ación entre eel diámetro de el punto, la Intensidad y el tiempo 2.7.2.4. Res sistencia elé éctrica de la unión La resistenccia de la unió ón a soldar será la suma de las resistencias indiv viduales de ccada zona (fiigura 2.28) al a estar éstas e están conecttadas eléctric camente en sserie. Las re esistencias in ndividuales sson las siguie entes: - R1 y R5 5 son las de contacto c entrre los electro odos y los ma ateriales a unir. - R2 y R4 4 son las de e las zonas de d los metalles a unir qu ue se encuentran bajo loos electrodo os. Estas doss resistenccias serán ig guales si los metales son n idénticos y tienen t el mis smo espesorr. - R3 es la a de contacto o entre los do os metales a unir. 388 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras La resistenccia total será función, bás sicamente, d de la naturale eza de los ma ateriales a uunir y de su espesor, e pero o puede verse e alterada po or diversos fa actores: - La temp peratura del sistema: com mo es bien cconocido, un n conducto or metálico presenta a temperatura as elevadas s una me enor resiste encia eléctric ca que a temperatura a ambientte, pero a estte efecto hay y que sumarlle el ejercido o por el ablandamie ento (fluencia en ca aliente) que e experimenta el material co onforme a aumenta la a tempera atura, ya que e este ablan ndamiento prrovoca, bajo o la acció ón de la pre esión de soldeo, un inccremento del área de e contacto y por tanto una dismin nución de la a resistenccia por conta acto. - La fuerzza aplicada sobre s los ele ectrodos: las resistencias s de con ntacto, como es lógic co, depende erán de la a superficie total de co ontacto que a su vez serrá función de e la presiión “P” aplicada. Al aumentar a diccha presión n aumenta ará el área de contactto y conseccuentemente e disminuiirá la resisten ncia al paso de la corrien nte. - Figura 2.28. Resisttencias indiviiduales del El esta ado superficial de lo os metales base: las s proceeso ERW resistenccias de contacto dism minuyen a m medida que e aumenta a la limpiezza y disminu uye la rugo osidad y el estado de conservacióón de los electrodos (la a resistenccia de contacto aumenta a conforme é stos se van deteriorando o). erza aplicada a sobre los electrodos 2.7.2.5. Fue Por último, n nos queda analizar el efe ecto de la fu uerza aplicad da a los electrodos, o máás propiamen nte, la fuerza a durante la fa ase de forja. La influenciia de este pa arámetro se manifiesta en e dos accioones distintas s, la primera a, ya comentad da, es que afecta a a la resistencia r e eléctrica de la unión hac ciendo que éésta disminu uya conforme e aquella aum menta, y la se egunda es su u efecto de fo orja sobre el núcleo solid dificado proceedente del metal m fundido o, que le confie ere una estru uctura de gra ano fino así ccomo otras cualidades c prropias de loss metales forj rjados. 2.7.3. Procesos de soldeo po or resisten ncia 2.7.3.1. Soldadura po or puntos En la figura a 2.29. se mostraba un u esquema a del proceso de soldadura por puntos s. Para ello o los base se dispo onen solapad dos entre se endos materiales b electrodos, que tiene en la misión de ap plicar secuencialm mente la presión y la corrriente correspondie entes a cad da ciclo, prroduciéndose e un punto de solldadura. Una variantte del esque ema anterior es el casso de soldadura po or puntos en n serie, que se representta en la figura 2.2 28., y que consiste en n posicionarr dos electrodos del mismo lado con respecto a los materiales b base, coloca ando en el lado contrariio un contraelectro odo, contra el cual se pueda ejerccer la presión. Fig gura 2.29. Esquema de ssoldadura po or puntos en seriee La soldadurra por punto os, al igual que el restto de procesos de e soldeo por resistenc cia, admite un alto gra ado de auttomatización.. Tiene sus s principaless aplicacioness en la fabrica ación de carrrocerías de a automóviles,, electrodomésticos y muuebles metálicos. 399 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Integridad 2.7.3.2. Soldadura po or protuberrancias Este tipo d de soldadura a por resisttencia eléctrrica es una a variante de el soldeo por punto os y se representa a esquemática amente en la figura 2.30 Consiste en practicarr previamente e unos resaltes o protub berancias en n uno de los s materiales d de base -y a veces en ambos-, en los lugares s donde se de esea que exiista un punto o de soldadu ura. Ahora el paso de la a corriente a través de la junta a no viene e determinada a por el diá ámetro del electrodo ssino por las s dimensioness de las protu uberancias. La soldadurra se realiza con la mism ma secuenc ia que la de e puntos pero o ahora con n la posibiliidad de obttener varios s puntos de un nión de form ma simultánea a. Figura 2.30. 2 Soldaddura por protuberancias 2.7.3.3. Soldadura po or costura, roldanas o rodillos La soldadura a por roldanas, represen ntada en la ffigura 2.31, es e una variantte de la so oldadura por puntos en n la que lo os electrodos son dos rodillos r que e giran, prrovocando el desplazamie ento de las piezas p a unir. Combinando o la velocida ad de desplazamiento d de las pieza as con la secue encia de passo de la corriiente podrá o obtenerse un na sucesión de e puntos sola apados que constituyen un cordón de d soldadura co ontinuo y esttanco. La principall aplicación de la soldadura por ccostura es la fabricación d de recipiente es de espes sor de pared d comprendid do entre 0,05 y 3 mm. Figura 2.31. Sooldadura por costura 2.7.3.4. Soldadura a tope t La figura 2 2.32. repressenta un es squema de l proceso de d soldadura a tope por ressistencia eléc ctrica. En esste proceso los s mediante morda azas con los materiales base se sitúan extremos a soldar enfrrentados. La as mordazass, de materrial conductor, cconstituyen lo os electrodos s en este pro oceso. La principal aplicación de este pro oceso es la soldadura de d secciones re ectas de alam mbres, barras, tubos y pe erfiles. Figura 2.32. Esquuema de una a soldadura por resisstencia a tope 2.7.3.5. Soldadura po or chispa La soldadura a por chispa a, representada en la figu ura 2.33, opera de la misma mane era que la so oldadura a to ope, con la única varriante de qu ue la fuerza aplicada du urante la fase de posicionamiento o es muy peq queña y, por tanto, el contacto de las superficcies a soldar sólo se pro duce en determinado os puntos. La corriente de soldadurra se concen ntra en estoss puntos, provocando una rápida fusión y esttableciendo multitud de arcos elé éctricos o chispas, que calientan muccho más Figura 2.33. Esquem ma de una soldadura por resistenciaa por chispa 400 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras rápido los m materiales con n un consum mo de energía a mucho menor. En este casso, al contra ario que en la soldadurra a tope, no es necesa ario que lass superficies a soldar se e encuentren llimpias ni qu ue sean totalm mente parale elas. Las aplicacio ones de este e tipo de sold dadura por rresistencia son las mismas que la sooldadura a to ope, pero con n un límite de sección máxxima mucho mayor. 2.7.3.6. Soldadura po or alta frecu uencia En la figura 2.33. se esq quematiza el proceso de e soldadura por p resistenc cia eléctrica por alta frec cuencia. Este e proceso, a diferencia a de los descritos anteriormentte, utiliza un na corriente eléctrica de frecuencia comprendida a entre los s 10.000 y 500.000 Hz. La principal ventaja de este tipo de e soldadura frente a la sttandard es que q en éste caso c sólo se calientan po or efecto Ke elvin las sup perficies del material a so oldar y debid do a esto, se e genera en el interior d de los materiales base una fuerza electromotrizz que se opone la circulación de la corriente de e soldadura, impidiendo o que ésta penetre en e el material y obligándola a, por tanto, a circular superficialmente. Es sta fuerza electromotrizz produce el efecto de aumentar a la resistencia eléctrica de e los materriales base, aumento qu ue se acentúa a medida que se incrementa lla frecuencia a. Figura 2.33. 2 Esquem ma de una sooldadura porr resistencia eléctriica de alta freecuencia Las principa ales aplicacio ones de la so oldadura porr alta frecuencia son la soldadura s loongitudinal y helicoidal de e tubería. Suss límites en cuanto a espe esor se encu uentran comp prendidos en ntre 0.125 y 225 mm. 2.7.4. Apllicaciones s generale es de la so oldadura por p resiste encia eléct ctrica De todo lo vvisto anteriormente se deduce d que e el soldeo po or resistencia a eléctrica reesulta insusttituible en un n gran número o de processos de fabric cación siemp pre que se trate t de obte ener grandees series en las que sea a preciso unir espesores finos f con fac cilidad y rapid dez. Estos procesos p se utilizan en laa fabricación n de bidoness, envases me etálicos, tub bería soldad da longitudin nalmente, en e la industria del auttomóvil, en la industria a electrónica, etc. 41 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.8. OTR ROS PRO OCESOS DE SOL LDEO Y CORTE C DE D META ALES Aunque exissten muchoss otros, a continuación sse hará una somera s desccripción de ootros procesos de soldeo o que también n tienen importancia en ciertos sectoores industriaales, entre lo os que cabe ddestacar: Sold deo por electrogas (EG GW) Sold deo por electroescoria a (EEW) Sold deo por exp plosión (EW W) Sold deo por Lasser (LBW) Sold deo por hazz de electro ones (EBW) Proccesos de co orte de mettales En este aparrtado se desccriben así mismo los doss procesos de e corte de metales m utilizaando fuente de calor con n mayor implaantación a niivel industria al: Oxiccorte Arco o‐Aire Arco o‐Plasma 2.8.1. Solldeo por electrogas e s: EGW (Ellectro Gas s Welding) El soldeo EG GW es un prroceso de so oldadura porr arco eléctrrico. El electrodo que ess un hilo tub bular y utilizaa protección ggaseosa. Como puedee observarsee en la figurra 2.34., se realiza una soldadura vertical, en la que el baño fundid do se encuentra sostenido entre zapatas de cobre refriggeradas. Esttas zapatas son móviles y ascienden n con el cord dón ya que en ellas se encuentra el e conducto por el que entra el gas de protecció ón. La soldadu ura se realiza de un na pasada cubriéndosee espesores de d entre 12 y 75 mm. a Se trata de un proceedimiento automático mucho máss rápido quee el de elecctroescoria. Además los aportes de calor c son má ás bajos y el ucho más fáccil que dicho o proceso. arranque mu Figura 2.34. 2 Esquem ma de una sooldadura por Electrogas Este proceso o puede apliccarse con o sin s oscilaciónn lateral dependiendo de el espesor. 422 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.8.2. Solldeo por electroesc e oria: ESW W (Electro Slag Weld ding) Se trata de un proceso de soldadura por resisttencia eléctrrica que se produce p al aatravesar la corriente un n e introduce a través de hilo h continuo o baño de escoria que será el elementto protector . El material de aporte se y flux. Como en el caso anterio or se trata de un procesoo automático donde la soldadura s see realiza en vertical v y quee se utiliza paara unir espeesores fuertes de una ssola pasada sin más que e utilizar un mayor núm mero de hiloss continuos (figura 2.35) ongados cicl os térmicos y la ausenciaa Se caracterizza por una dilución muy alta (hasta eel 50%) y porrque los prolo de pasadas posteriores (que puedan n regenerar lla estructuraa) suelen darr lugar a estrructuras de grano g grueso o y una marcaada tendencia al crecimiento columnnar. Esta es la razón por lo que las ssoldaduras obtenidas por electroescorria tienen un na tenacidad muy reducidda. Como variante de estee proceso se e puede cit ar la Soldad dura por ele ectroescoriaa con hilo y con toberaa consumible Figura 2.35 5. Esquema de una solda adura ESW Figura 2.3 36. Ciclo térm mico caracterrístico de ES SW 2.8.3. Solldeo por Explosión: E : EW (Exp plosion We elding) Es un proceso de soldeo o en estado sólido en el cual se produce una rápida coalesccencia de do os superficiess metálicas mediante la en nergía de un explosivo d etonado. Por lo general se usa paara unir doss metales disstintos, en particular p para revestir uun metal sob bre una basee metálica en áreas grandes. Las aplicacio ones incluyeen la producción de matterias primas de láminas y placas reesistentes a la corrosión n destinadas a la fabricació ón de equipo o de procesaamiento en laas industriass química y ddel petróleo. Figura 2.37. Esquem ma de una so oldadura por explosión 433 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras 2.8.4. Solldeo por Laser: L LBW W (Laser B Beam Welding) La fuente dee calor es un haz laser qu ue puede ser de diferente es tipos (CO2 2, Nd:YAG, ettc.). La soldadurra con rayo láser norma almente se ejecuta con n gases prottectores (poor ejemplo, helio, argón n, nitrógeno y dióxido de carbono) c para evitar la oxxidación. Porr lo regular no n se agrega metal de aporte. Este tipo dee técnica pro oduce acabad dos de alta ccalidad, proffunda penetración y unaa estrecha zo ona afectadaa por el calor. n del láser hace h que no sea necesarria una cámaara de vacío. Además noo se emiten rayos X y loss La utilización rayos láser p pueden enfocarse y dirigirse mediantte lentes óptticas y espejo os. En su desventaja diremo os que no posee la capaacidad para realizar soldaduras profuundas, como o tampoco laa alta relación n entre profu undidad y anchura que posee la EB BW. La profundidad máxxima en la so oldadura con n láser es de aaproximadam mente unos 19 1 mm. (50 m mm o más laa EBW) y la relación r entrre profundidad y anchuraa normalmentte está limitaada alrededo or de 5:1. Debido a la energía altamente conce entrada en uun área pequ ueña del rayyo láser, con frecuencia el e proceso see queñas que necesiten sooldaduras lim mpias y preciisas. Ha sufrrido un gran desarrollo al a usa para unir partes peq utilizarse maasivamente en e la industria del autom móvil. 2.8.5. Solldeo por Haz H de Ele ectrones: E EBW (Elec ctron Beam m Welding g) En este caso o la fuente dee calor es un n haz de elecctrones que normalment n e se realiza een vacío porr lo que no see necesita pro otección. Se obtiene u una zona fun ndida estrecha y profundda, con bord des casi para alelos (reduc e notableme ente la ZAT y las deformacciones que se s producen son muy peqqueñas. Como ventajas, por tantto, podemos decir que esste proceso permite sold dar fuertes eespesores (60 0 mm o máss) a una pasad da y sin mateerial de aporte, que adeemás simplifica mucho la a preparacióón de bordess, que sueldaa con facilidad d materialess y espesore es muy difeerentes, que permite grandes veloccidades de soldeo s y quee puede aplicaarse a piezass ya mecaniza adas y en so ldaduras de difícil acceso o. No obstantee también tieene como lim mitaciones eel coste de lo os equipos, la exigencia dde una gran precisión en n la alineación n y movimieento de las piezas a sooldar y las limitaciones y coste asocciado a la necesidad n dee trabajar en vvacío. 2.8.6. Oxiicorte El oxicorte o corte por oxxígeno, agru upa a todas aaquellas técn nicas en las que q el processo de corte se s basa en la a reacción, fueertemente exxotérmica, de d oxidación dde un metal en presencia a de oxígenoo. De sobra ess conocida la l gran capa acidad de oxxidación de los producttos férreos y lo fácil qu ue resulta laa eliminación de los óxido os formados.. Una pieza dde hierro o acero, a expue esta a la acci ón del aire, experimentaa una oxidació ón progresivva. La oxidación, o combiinación del metal m con el oxígeno dell aire, va transformando o, gradualmente, el producto inicial en n óxido de hhierro. A tem mperatura am mbiente estaa reacción es e muy lentaa, p y se expone e al ai re, se observa una oxid dación muchho más profunda y cassi pero si se ccalienta la pieza instantánea.. Así, el oxico orte consistirrá en calentar un trozo de acero a una temperratura adecuuada (lo sufiicientementee elevada para que se infflame en pre esencia de ooxígeno pero o no tanto como c para pprovocar la fusión), paraa posteriormeente proyecttar un chorrro de oxígenno a presión sobre la superficie s caaldeada. Estte chorro dee oxígeno, deenominado oxígeno o de corte, saldrrá por un conducto c independientee a la mezccla de gases (normalmen nte oxiacetilénica) utilizzada para eel calentamiento de la chapa y prrovocará la combustión n (oxidación) del acero, transformán t dolo en óxiddos (escoriaas) que se eliminan e porr la acción mecánica m deel 444 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras chorro. Adeemás, el calo or desarrolla ado en estee proceso de e combustió ón, es tan ggrande, que hace que laa combustión prosiga a traavés de la pieza que que remos cortar. e a los prinncipios del oxicorte, lass Sin embargo, no todos los materriales podráán oxicortarsse. En base p que un material m seaa oxicortable son: condiciones necesarias para 1‐ El metal, una vez caleentado, debee inflamarse en oxígeno puro, p y producir una escooria fluida que pueda ser desalojada ffácilmente dee la hendidura del corte, por el chorro de oxígeno o. 2‐ La temperatura de infflamación deel material qque estemoss cortando, debe d ser infeerior a su tem mperatura dee fusión, f pues de no ser assí el metal se e fundiría, y eel caldo fund dido obstruirría la perforaación del cortte. bustión ha de tener un n punto de fusión máss bajo que el del meta al 3‐ El óxido producido por la comb propiamentee dicho, con n el fin de que las escorrias y los ressiduos no ob bstruyan el corte. En la tabla 2.6 see muestran las temperaturas de fusión n de algunoss metales y sus óxidos. 4‐ El calor desarrollad do en la com mbustión deel metal deebe de ser lo mayor pposible mien ntras que su u ad debe serr lo más peq queña posibble, así com mpensaremos y reducireemos todas las pérdidass conductivida caloríficas, a fin de que la pieza se en ncuentre sie mpre a la temperatura a la que se in icia la combustión. De todas esstas condicio ones se desp prende que sólo podrán n oxicortarse e, en oxígenno puro, el hierro dulcee, acero al carbono, acero de baja alea ación y acerros de molde ería. Mientra as que los acceros inoxida ables, aceross de alta aleacción, el alum minio, el cobrre y las fund iciones no podrán ser co ortados por eeste método o al incumplir alguna de las condicionees necesariass. nte de este m método es la reducida variedad de maateriales oxiicortables. Por lo tanto,, una limitacción importan Metal u óxido ó metáli co peratura de fusión (ºC) Temp Hierro H 1533 Acero al carbono (%C ==0.5) 1430 1370 FeO 1525 Fe3O4 1560 Fe2O3 Cobre C 1083 Cu20 1230 1150 CuO Aluminio 658 Al2O3 (alúmina) 2050 Tab bla 2.6. Temperaturas dee fusión de algunos a meta ales y sus óxiidos e realice de lla forma más correcta po osible será fuundamental adoptar unaa Para que la operación de oxicorte se velocidad dee corte aprop piada, sobre la que influyyen diferente es parámetro os, entre loss que podemos destacar: ‐ El m material a co ortar, ‐ Tip po y presión de gas comb bustible (nor malmente acetileno), ‐ Pureza del oxíggeno, ‐ Graado de limpieza de la sup perficie a corrtar y ‐ Tip po de boquilllas e inyectores. Aunque la fo orma habitual de realizar el oxicortee sea manuallmente, existten equipos denominado os pirotomoss que realizan n el corte de forma autom matizada conn el consiguie ente ahorro económico qque esto con nlleva. Señalar adeemás que au unque el corte con gas combustiblle es el proceso de oxiicorte más ampliamente a e extendido, eexisten adem más otros com mo el corte ccon polvo meetálico y el co orte con lanzza térmica muy m utilizadoss en el corte d de algunos materiales m cerámicos com mo el hormigón, etc. 455 AP PUNTES DE SOLD DADURA A Másster Interuniiversitario en n Integridad d y Durabilid dad de Mate eriales, Com mponentes y Estructuras Comentar por último, que aunque éste é procesoo de corte se ea el más exttendido induustrialmente e debido a su u economía y flexibilidad, tiene el grave inconven iente de dejar unas supe erficies de coorte bastantte irregularess e material affectado por el calor. Por esta razónn y sobre tod do cuando el e y rodeadas por una amplia zona de utilice en la preparación de bordes pprevia al pro oceso de sold deo, será neecesario en la a mayoría dee oxicorte se u los casos “reeparar” las superficies s creadas por oxicorte me ediante algún n medio me cánico (esmerilado, etc.) con objeto d de obtener una u unión solldada en perrfectas condiiciones. 2.8.7. Corrte Arco‐A Aire (Arcaiir) El arco‐airee es un pro oceso de “m mecanizado”” por vía térmica, qu ue utiliza la acción com mbinada de un arco eléctrico y u un chorro de aire a presió ón. El arco elécctrico suministra la energía caloríficca que se precisa para fundir el metal que e se desea eliminar, mientras qu ue el chorro o de aire a presión sum ministra la energía meecánica neceesaria para proyectar el metal fundido fuerra de la piezza (figura 2.3 38). La acció n del aire es puramentte mecánica, no produciéndose oxiddaciones u otras reaccio ones químicas apreciables en el mettal que se procesa na técnica qu ue trabaja ppor fusión, Dado que see trata de un es aplicable a todos los metales y aleaciones a dde empleo industrial. Figura 2.38. Esquema del proceso Arcair Aunque pu uede utilizarse para cortar, c no se trata propiamentee de un procceso de cortte, ofrecienddo más interé és como técnica para levvantamiento o de materiaal en la superfiicie de las piezas, dando lugar a una eespecie de surcos o ranu uras. Entre sus po osibles aplicaaciones pode emos citar: - Ranurad do - Saneado o de la raíz del cordón* - Levantamiento de so oldaduras de efectuosas nado de bord des - Achaflan - Limpiezaa de piezas fundidas - Corte, ettc. 2.8.8. Corrte Arco‐P Plasma Para el cortee se utiliza ell arco de plasma, que co mo ya se com mentó en el proceso de ssoldadura po or plasma, ess un arco de aalta energía que q se obtien ne al estranggular su paso o a través de una boquillaa especial. El corte con n plasma ess, por tanto o, un processo de seccio onamiento de d metales, por fusión localizada y continua, mediante la ap plicación de un arco estraangulado (arrco de plasm ma). o utiliza la acción a mecánica del choorro de plasma, que sale e a gran vellocidad, para a empujar el e Este proceso metal fundid do y abrir un na sangría. A diferenciaa del oxicortte, se trata de un procceso por fussión. Por consiguiente, ees aplicable a todos loss metales y aleaciones ind dustriales. 466
