SOLDADURA

Protección de soldaduras.

El metal fundido por el arco eléctrico es susceptible a la incorporación de elementos del aire, que resultan nocivos desde el punto de vista metalúrgico. Estos elementos son oxigeno (oxida el metal), nitrógeno (forma nitruros de gran dureza que fragilizan la pieza en frio).

Por esto es necesario eliminar el aire de zona donde se encuentra el arco eléctrico, es posible eliminar el aire con otro gas que no afecte el cordón, dicho gas puede ser generado por la descomposición de elementos sólidos (revestimientos de electrodos) o bien por la inyección de un gas circundante en la zona de fusión. 

Hay varias formas para proteger la zona de fusión y estas formas de protección dan origen a los distintos métodos de soldadura eléctrica.

1. Soldadura con electrodos revestidos

2. Soldadura Mig-Mag

3. Soldadura Tig

1. Soldadura con electrodos revestidos.

En 1908 el sueco Oscar Kjellberg empleo por primera vez electrodos de acero revestidos con elementos que al vaporizarse en el arco eléctrico formaban una atmosfera protectora, los elementos que uso fueron los mismos que utilizaban las acerías como formadores de escoria.

En la soldadura manual el calor producido por un arco eléctrico establecido entre un electrodo consumible y la pieza a soldar se genera a una temperatura de 3600ºC, que suficiente como para fundir la mayoría de los metales. A medida que el electrodo se consume, se establece un baño se fusión que se va solidificando a medida que el electrodo avanza a lo largo del cordón de soldadura, el baño de fusión continua hasta que sea interrumpido el arco eléctrico.

El amperaje de la máquina de soldar se establecerá según el diámetro del electrodo, el voltaje de trabajo y el tipo de revestimiento. Las variaciones en la velocidad de avance del electrodo se traducirán en un mayor o menor aporte de energía. En la práctica si un electrodo se funde muy rápido se debe a que a máquina tiene una potencia muy alta para el electrodo que deseo fundir, en el caso contrario, es decir q la potencia sea baja el electrodo será muy difícil de fundir y fácilmente se cortara el arco eléctrico y el electrodo quedara pegado a la pieza a soldar. Con un poco de experiencia el soldador nota fácilmente si debe aumentar o disminuir la potencia de la máquina. 

ELECTRODO.

Se lo podría definir como el material de aporte formado por una varilla de acero revestida de un fundente llamado flux ubicado en forma concéntrica respecto a la varilla de metal, que une en cortocircuito los dos polos de un circuito a través de un arco eléctrico estable y localizado.

TIPOS DE ELECTRODOS

En función de la composición del revestimiento se pueden clasificar los electrodos en tres grupos:

  CELULÓSICOS

  RUTÍLICOS

  BÁSICOS

Electrodos celulósicos.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS-E-6010 (Na) y AWS-E- 6011 (K).

Características específicas: en estos electrodos la celulosa, obtenida a través de la pulpa de la madera, es el componente principal. Esta sustancia orgánica se descompone por el calor generado en el arco, proporcionando un gas protector que aisla y protege de la oxidación al Mn y al resto de los componentes. Las reacciones de reducción se desarrollan en una atmósfera de hidrogeno que cubre el metal fundido.

Escoria: es poco voluminosa ya que, recordemos, la protección del baño es esencialmente de tipo gaseoso. La escoria en este tipo se desprende con facilidad.

Arco: producen una gran penetración gracias al hidrógeno procedente de la celulosa que el calor del arco libera. La velocidad de soldeo es elevada. Se producen, sin embargo, abundantes pérdidas por salpicaduras.

Metal depositado: el metal depositado por estos electrodos carece prácticamente de oxigeno. En cambio, contiene una gran cantidad de hidrogeno. La superficie del cordón es rugosa y este se enfría rápidamente.

Seguridad de uso: estos electrodos producen gran cantidad de humos, por ello, es recomendable evitar su uso en recintos cerrados. Por otra parte, lo energético del arco aconseja emplear con más rigor los elementos de protección personal. Los electrodos celulósicos no deben resecarse nunca.

Aplicaciones: aunque son adecuados para soldar en todas las posiciones, se suelen emplear exclusivamente para soldar tuberías en vertical descendente, porque:

  Producen muy poca escoria.

  Se manejan con facilidad.

  Consiguen una buena penetración en el cordón de raíz, en esta posición.

Su uso se está generalizando en oleoductos y gasoductos en donde resulta ventajoso soldar en todas posiciones, sin cambiar los parámetros de soldeo. También son adecuados en aplicaciones en donde se pretenda conseguir  una buena penetración.

Electrodos rutílicos.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS-E-6012 (Na) y AWS-E-6013 (K).

Características específicas: el principal componente de estos electrodos es el Rutilio, mineral obtenido a partir de minas que en su estado natural contienen un  88-94 % de TiO2. También puede extraerse de la alemita, mineral compuesto por un 45 – 55 % de TiO2 y el resto de Fe2O3. La protección en estos electrodos la proporciona la escoria.

Escoria: pertenecen al sistema TiO2-FeO-MnO que dan como resultado titanatos de hierro o titanatos complejos. La escoria, de aspecto globular o semiglobular, tiene la viscosidad adecuada para permitir la soldadura de elementos con ajuste deficiente o cuando entre los bordes a unir existe una distancia excesiva, resultando los electrodos de Rutilio idóneos en la soldadura con defectuosa preparación de juntas. La escoria se elimina con facilidad.

Metal depositado: contiene un buen número de inclusiones. El nivel de impurezas es intermedio entre el que presentan los electrodos ácidos y básicos. El contenido de hidrogeno puede llegar a fragilizar las soldaduras. El contorno de las costuras en ángulo oscila entre cóncavo y convexo en el AWS-E-6012 a prácticamente plano en el AWS-E-6013, en cualquiera de los casos el cordón presenta un buen aspecto.

Arco: fácil encendido y reencendido, incluso con altas tensiones de vacío en la fuente de corriente. La pequeña proporción de celulosa en el revestimiento permite una elevada intensidad de corriente. La cantidad de elementos refractarios del recubrimiento origina un arco tranquilo, de mediana penetración.

Parámetros de uso: tensión de cebado: entre 40 y 50 volt. Se emplean con corriente alterna o corriente continua, en ambas polaridades.

Aplicaciones: resultan por su fácil manejo en cualquier clase de montaje, la escasa influencia de las condiciones ambientales y por ser adecuados para emplearse en todas posiciones, idóneos para todo tipo de soldadura siempre que no se requiera una elevada tenacidad. Los principales campos de aplicación son las estructuras metálicas, construcciones de calderas, construcciones navales, etc.

Electrodos básicos

Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS-E-7015 (Na) poco frecuentes y AWS-E-7016 (K) muy utilizados.

Características específicas: los componentes principales son el carburo cálcico y el fluoruro cálcico. El revestimiento, que no contiene celulosa ni arcilla, proporcione un gas protector a base de CO2 procedente del mármol y del fluoruro de silicio formado a partir de la fluorita y espato flúor, en reacción con el SiO2. Funden a altas temperaturas (2500 °C), razón por la cual necesitan un fundente en su composición, como espato flúor.

La elevada proporción  de TiO2 y de silicato potásico, permiten su uso en corriente alterna. Son fuertemente higroscópicos, por lo que precisan de ciertas precauciones para evitar que una retención de humedad origine porosidades en el metal depositado y fisuras bajo el cordón en el soldeo de aceros ferríticos de alta resistencia o límite elástico.

Escoria: pertenecen a los sistemas CaO-SiO2, 2CaO-SiO2 y 3CaO-SiO2. La escoria es poco abundante, de color pardo y brillante. Su fluidez se controla agregando espato flúor al revestimiento. Sube a la superficie con rapidez por lo que son poco probables las inclusiones. Se elimina con menos facilidad que la de los otros tipos de electrodos.

Arco: en general, la velocidad de fusión no es elevada ni tampoco soportan grandes intensidades de corriente. Ofrecen una velocidad de soldeo razonable en posición horizontal o cornisa, y más rápida en vertical ascendente, porque en esta la posición admiten una intensidad de corriente más alta que otros electrodos.

La longitud de arco es más corta que en el caso de los rutilicos. La tensión de cebado es elevada, aproximadamente 65 volt. Por esta razón, algunos fabricantes proceden a impregnar de grafito (excelente  conductor eléctrico) uno de los extremos del electrodo, para facilitar de esta manera el encendido del arco. Los electrodos básicos son más difíciles de manejar que los otros electrodos.

Metal depositado: en el momento de la fusión se produce una verdadera micro metalurgia, con fijación de elementos metálicos en el metal fundido. Pueden obtenerse así, por adición de elementos adecuados tales como Mn, Cr, Ni, Mo, etc. Soldadura de elevada características mecánicas y de alta resistencia contra determinados agentes corrosivos. El metal depositado se encuentra prácticamente exento de impurezas, libre de hidrogeno, de porosidad, si el revestimiento está seco. Posee además una elevada capacidad de deformación (aprox. 30 %) y presenta una alta tenacidad.

Precauciones específicas: si el electrodo ha captado humedad deposita un metal dúctil y, en determinadas circunstancias, propenso a fisuras bajo el cordón. Para evitar ambos fenómenos, los electrodos básicos que estado expuestos a un ambiente húmedo, deben secarse siguiendo estrictas recomendaciones del fabricante.

La temperatura de secado en horno o estufa y el tiempo necesario de permanencia a esa temperatura deben ser los adecuados a la composición del revestimiento, que solo el fabricante conoce la exactitud. En efecto, la humedad absorbida se encuentra en forma de hidrato lo que requiere temperaturas elevadas para extraer el agua atrapada en los cristales.

Aplicaciones: el campo de aplicación es muy amplio. Una de las ventajas de los electrodos básicos es que pueden eliminar el Si por su reacción con el Mn, formando compuestos que pasan a la escoria, porque la soldadura realizada con este tipo de electrodos muestra una gran resistencia al agrietamiento  en caliente.

El metal depositado es poco sensible a las fisuras, incluso en soldaduras sometidas a fuertes tensiones de enfriamiento por condiciones de rigidez. Se utilizan ampliamente en la soldadura de estructuras metálicas, recipientes sometidos a presión, construcción naval y maquinaria. Para resolver el problema de su fuerte higroscopicidad, actualmente se están desarrollando electrodos básicos menos propensos a captar humedad: electrodos LMA (Low Moisture Absortion).

CLASIFICACIÓN SEGÚN NORMAS AWS.

La American Welding Society ha establecido un sistema para identificar y especificar los distintos tipos de electrodos.

Esta clasificación se adopta en nuestro país, se realiza mediante la letra E seguida de cuatro o cinco cifras 

Para comprender mejor el concepto vamos aplicarlo con respecto al electrodo que utilizamos en el taller. El electrodo es AWS E 6013. A continuación se desarrollara cada parte de la información proporcionada por el fabricante.

a: E 6020: CC (±).

b: E 6020: mineral (O Fe).

c: E 6020: Penetración media.

d: E 7048: Funciona en toda posición, incluyendo vertical descendente.

ESCORIA

Son los residuos resultantes de la combustión de fundentes del revestimiento, partículas y gases del ambiente. La escoria se aloja sobre el cordón de soldadura una vez realizado el proceso, que continua la protección hasta que se enfríe (protege de agentes que aun caliente lo afectan y choque térmico del cordón). Es una capa de color oscuro muy vidriosa que se golpea y se saca cuando el cordón de soldadura se enfrió.

FUNCIONES DEL REVESTIMIENTO

Para analizar las funciones del revestimiento lo analizaremos en tres aspectos.

Eléctrica:

  Cebado del arco: en general, las sustancias que se descomponen produciendo gases fácilmente disociables exigen tensiones de cebado de arco más elevadas, debido al calor absorbido en la disociación, que es un proceso endotérmico. Con corriente alterna, se necesitan tensiones de cebado más altas. Los silicatos, carbonatos, óxidos de hierro, óxidos de Ti, favorecen el cebado y mantenimiento del arco.

  Estabilidad del arco: la estabilidad del arco depende, entre otros factores, del estado de ionización de los gases comprendidos entre el ánodo y el cátodo. Para un arco en corriente alterna es imprescindible un medio fuertemente ionizado. Por este motivo se añaden al revestimiento, entre otras sustancias, sales de sodio y de potasio.

Física.

Una misión fundamental del revestimiento es evitar que el metal fundido entre en contacto con el oxigeno, el nitrógeno y el hidrógeno del aire, ya sea por la formación de un gas protector alrededor del camino que han de seguir las gotas del metal fundido y después, mediante la formación de una abundante escoria que flota por encima del baño de fusión.

El revestimiento debe set versátil y permitir generalmente la soldadura en todas las posiciones. En ello intervienen dos factores:

a)    El propio espesor del revestimiento.

b)    Su naturaleza, que determina la viscosidad de la escoria, que es necesaria para mantener la gota en su lugar a través de su propia tensión superficial y para proteger el baño fundido del contacto con el aire.

El revestimiento del electrodo se consume en el arco con una velocidad lineal menor que el alma metálica del mismo. Como resultado, el recubrimiento queda prolongado sobre el extremo del alma y forma un cráter que sirve para dirigir y concentrar el chorro del arco, disminuyendo sus pérdidas térmicas.

Metalúrgica.

El revestimiento dispone de elementos que se disuelven en el metal fundido con objeto de mejorar las características mecánicas del metal depositado.

La escoria:

  Reduce la velocidad del enfriamiento de la soldadura por su efecto aislante;

  Reduce el número de inclusiones en la soldadura, al eliminar un gran número de impurezas;

  Produce en el baño una verdadera micrometalurgia, desoxidando, desnitrurando, desfosforando y desulfurando el metal fundido;

  Aísla el baño de electrodos con los que tiene gran afinidad: oxigeno, nitrógeno, hidrógeno, ya sea a través de escorias o gases protectores.

En este enlace encontraras esta información para imprimirla:

https://docs.google.com/document/d/1FIfFLOzqW1NqEH39me61RevsiYU0I8BP/edit