Tipos de soldadura por arco electrico (polaridades)

Nombre genérico que se usa para las soldaduras que usan el arco eléctrico para unir piezas. La temperatura del arco puede alcanzar los 4.000 ºC que funden con facilidad cualquier metal conocido.

En la soldadura por ARCO ELÉCTRICO CON ELECTRODO REVESTIDO
Llamada también SMAW, la soldadura eléctrica se realiza haciendo saltar un arco eléctrico entre las superficies de las piezas que se desea unir, y una varilla metálica llamada electrodo que también suministra el material de aporte. El revestimiento del electrodo forma gases que protegen el metal fundido del oxigeno del aire y forma también una costra de escoria que protege el cordón de soldadura.

Una soldadora es en realidad un transformador que reduce la tensión de línea (110 o 220 V) hasta 40 - 90 V (voltaje en vacío). Este voltaje se reduce a 17 - 45 V (voltaje de trabajo) cuando el arco está operando. La corriente puede variar de 250 - 120 amperios, ver figura "suelda eléctrica".

Se usa corriente alterna o directa (corriente alterna rectificada). Cuando se usa corriente directa es importante saber la polaridad que se emplea. Cuando el cable porta-electrodo es conectado al polo positivo (+) y el cable de tierra al polo negativo (-), se llama POLARIDAD INVERTIDA o INDIRECTA. La polaridad indirecta da mayor penetración (2/3 del calor van al electrodo y 1/3 a la pieza)

Si el cable porta-electrodo se conecta al polo negativo (-) y el cable de tierra al polo positivo (+) se llama POLARIDAD DIRECTA O NORMAL. La polaridad directa da mayor velocidad de fusión (1/3 del calor va al electrodo y 2/3 a la pieza).

Para regular el equipo de soldadura suele existir una manivela, interruptor con varias posiciones, u otro sistema equivalente que permita regular la corriente apropiada para la soldadura.

CORRIENTE DE SOLDADURA EN FUNCIÓN DEL DIÁMETRO DEL ELECTRODO

Diám eléctrodo ( mm )        2              2.5             3.15                 4
Corriente en amperios 40 a 50     60 a 80    100 a 150    140 a 180

SISTEMA TIG

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO:

En nuestros días las exigencias tecnológicas en cuanto a calidad y confiabilidad de las uniones soldadas, obligan a adoptar nuevos sistemas, destacando entre ellos la soldadura al arco por electrodos de tungsteno y protección gaseosa (TIG).

El sistema TIG es un sistema de soldadura al arco con protección gaseosa que utiliza el intenso calor del arco eléctrico, generado entre un electrodo de tungsteno no consumible y la pieza a soldar, donde puede utilizarse o no metal de aporte.

Se utiliza un gas de protección cuyo objetivo es desplazar el aire, para eliminar la posibilidad de contaminación de la soldadura por él oxigeno y nitrógeno presente en la atmósfera.

Como gas protector se puede emplear argón o helio o una mezcla de ambos.

La característica más importante que ofrece este sistema es entregar alta calidad de soldadura en todos los metales, incluyendo aquellos difíciles de soldar, como también para soldar metales de espesores delgados y para depositar cordones de raíz en unión de cañerías.

Las soldaduras hechas con sistema TIG son más fuertes, más resistentes a la corrosión y más dúctiles que las realizadas con electrodos convencionales.

Cuando se necesita alta calidad y mayores requerimientos de terminación, se hace necesario utilizar el sistema TIG para lograr soldaduras homogéneas, de buena apariencia y con un acabado completamente liso.

APLICACIONES DEL SISTEMA TIG

Este sistema TIG puede ser aplicado casi a cualquier tipo de metal, como: aluminio, acero dulce, inoxidable, fierro, fundiciones, cobre, níquel, manganeso, etc. 

  

Es especialmente apto para unión de metales de espesores delgados desde de 0.5 mm, debido al control preciso del calor del arco y la facilidad de aplicación con o sin metal de aporte. Ej. : Tuberías, estanques, ETC. 

  

Se utiliza en unión de espesores mayores, cuando se requiere de calidad y buena terminación de la soldadura. 

  

Se puede utilizar para aplicaciones de recubrimiento duros de superficie y para realizar cordones de raíz en cañerías de acero al carbono. 

  

En soldadura por arco pulsado, suministra mayor control del calor generado por arco con piezas de espesores muy delgados y soldaduras en posición. 

  

Para soldadura de cañería, es ventajosa la combinación: 

Cordón de raíz: TIG 

Resto de pases MIG o arco manual. 

 

CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS DEL SISTEMA TIG

• No se requiere de fúndente, y no hay necesidad de limpieza posterior en la soldadura. 
• No hay salpicadura, chispas ni emanaciones, al circular metal de aporte a través del arco 
• Brinda soldadura de alta calidad en todas las posiciones, sin distorsión. 
• Al igual que todos los sistemas de soldadura con protección gaseosa, el área de soldadura es
• visibles claramente. 
• El sistema puede ser automatizado, controlado mecánicamente la pistola y/o el metal de aporte.

GENERADORES DE SOLDADURA

Para el soldeo por el procedimiento TIG puede utilizarse cualquier grupo convencional, de corriente continua o de corriente alterna, de los que se emplean se emplean en la soldadura por arco,  con electrodos revestidos. Sin embargo, es importante que permita un buen control de la corriente en el campo de las pequeñas intensidades. Esto es necesario con vistas a conseguir una buena estabilidad del arco incluso a bajas intensidades. Esto es necesario con vistas a conseguir una buena estabilidad del arco, incluso a bajas intensidades, lo que resulta especialmente interesante en la soldadura de espesores finos.

Cuando se utilice un grupo de corriente continua que no cumpla esta condición, es recomendable conectar una resistencia en el cable de masa, entre el generador y la pieza. Esta solución permite conseguir arco estable, incluso a muy bajas intensidades. En cuanto a las máquinas de corriente alterna (transformadores), deben equiparse con un generador de alta frecuencia. A este respecto, hay que recordar que en la soldadura de corriente alterna el sentido de circulación de la corriente está cambiando continuamente.

En cada inversión nos encontraremos con un pequeño período de tiempo en el que no circula corriente. Esto produce inestabilidades en el arco, e incluso puede provocar una extinción. Cuando se acopla un generador de alta frecuencia, circula una corriente más uniforme y se estabiliza el arco.

Tanto la resistencia, para los generadores de corriente continua, como el generador de alta frecuencia, para los transformadores pueden obtenerse fácilmente, en la mayoría de las casas suministradoras de material de soldadura. Válvulas y otros instrumentos de control para soldadura semiautomática o automática, también se suministran por separado. Estos dispositivos pueden acoplarse a los <<grupos>> para controlar la circulación del gas de protección y del agua de refrigeración.

También se encuentran generadores especialmente diseñados para soldadura Tig, equipados con todos estos accesorios. La mayor parte de estas máquinas pueden suministrar tanta corriente continua, como alterna. La elección del tipo de generador más adecuado depende de las características del metal a soldar. Algunos metales se sueldan más fácilmente, con corriente alterna, mientras que otros, para conseguir buenos resultados, exigen el soldeo con corriente continua.

Con vistas a entender los efectos de ambos tipos de corriente, en el apartado siguiente se estudia su comportamiento, así como su influencia en el proceso de soldeo.

Corriente continua y polaridad inversa

Cuando se trabaja con corriente continua, el circuito de soldadura puede alimentarse, con polaridad directa, o con polaridad inversa, la circulación de electrones se produce desde la pieza hacia el electrodo, originando un fuerte calentamiento de este último. El intenso calor generado en el electrodo tiende a fundir el extremo del mismo y puede producir la contaminación del cordón de soldadura, con polaridad inversa, requiere el empleo de electrodos de mayor diámetro que lo utilizados con polaridad directa a la misma intensidad. Por ejemplo, un electrodo de tungsteno de 1.5 mm de diámetro, puede soportar una corriente de unos 125 A, cuando se trabaja con polaridad directa. Con el mismo electrodo y la misma intensidad de corriente, pero con polaridad inversa, el extremo del electrodo entraría rápidamente en fusión del electrodo, sepia necesario recurrir a un diámetro de unos 6 mm, por lo menos.

La polaridad también afecta a la forma del cordón. Concretamente, la polaridad directa de lugar a cordones estrechos y de buena penetración. Por el contrario, la polaridad inversa produce cordones anchos y pocos penetrados.

Por estas razones, la corriente continua con polaridad inversa no se utiliza nunca en el procedimiento TIG. Como excepción, se utiliza ocasionalmente en el soldeo de aluminio o magnesio. En estos metales se forma una pesada película de óxido, que se elimina fácilmente cuando los electrones fluyen desde la pieza hacia el electrodo (polaridad inversa). Esta acción de limpieza del óxido no se verifica cuando se trabaja e polaridad inversa. Este tipo de acción limpiadora, necesaria en el soldeo del aluminio y del magnesio, no se precisa en otros tipos de metales y aleaciones. La limpieza del óxido se atribuye a los iones de gas, cargados positivamente, que son atraídos con fuerza hacia la pieza, tienen suficiente energía para romper

la película de óxido y limpiar el baño de fusión.

En general, la corriente alterna es la que permite obtener mejores resultados en la soldadura del aluminio y del magnesio.

Corriente continua y polaridad directa

En general, es la que permite obtener mejores resultados, por lo tanto se emplea en la soldadura TIG de la mayoría de metales y aleaciones.

Puesto que la mayor concentración de calor se consigue en la pieza, el proceso de soldeo es más rápido, hay menos deformación del metal base y el baño de fusión es mas estrecho y profundo que cuando se suelda con polaridad inversa. Además, como la mayor parte del calor se genera en el baño de fusión, puede utilizarse electrodos de menor diámetro.

Corriente Alterna

La corriente alterna viene a ser una combinación de corriente continua, con polaridad directa y corriente continua con polaridad inversa. Durante medio ciclo se comporta como una corriente continua de una determinada polaridad, y el semi-ciclo restante esta polaridad se invierte.

En la práctica, la suciedad y los óxidos que se puedan acumular sobre la pieza, junto con el bajo poder de la misma (está relativamente fría), dificultan la circulación de la corriente durante el semiciclo de polaridad inversa (fenómeno de rectificación). Cuando la rectificación es total, la onda de la corriente alterna toma la forma de una línea que va de polo negativo a positivo.

Este fenómeno de rectificación, que va a ser parcial o total, provoca la inestabilidad del arco, e incluso puede llegar a extinguirlo. Para evitar los inconvenientes de la rectificación y estabilizar el arco, los grupos de corriente alterna para soldadura TIG están dotados de un generador de alta frecuencia. La corriente de elevada frecuencia. La corriente de elevada frecuencia, suministrada por este generador, salta fácilmente entre el electrodo y la pieza, rompiendo la película de óxido y abriendo paso para la corriente principal.

EL PORTAELECTRODOS

Tienen la misión de conducir la corriente y el gas de protección hasta la zona de soldeo. Puede ser de refrigeración natural (por aire) o de refrigeración forzada (mediante circulación de agua). Los primeros se emplean en la soldadura de espesores finos, que no requieren grandes intensidades, y los de refrigeración forzada se recomiendan para trabajos que exijan intensidades superiores a los 200 amperios. En estos casos, la circulación del agua por el interior del porta-electrodos evita el sobrecalentamiento del mismo. 

El electrodo de tungsteno, que transporta la corriente hasta la zona de soldeo, se sujeta rígidamente mediante una pinza alojada en el cuerpo del porta-electrodos. Cada porta-electrodos dispone de un juego de pinzas, de distintos tamaños, que permiten la sujeción de electrodos de diferentes diámetros. El gas de protección llega hasta la zona de soldadura a través de la boquilla de material cerámico, sujeta en la cabeza del porta-electrodos. La boquilla tiene la misión de dirigir y distribuir el gas protector sobre la zona de soldadura. A fin de acomodarse a distintas exigencias de consumo cada porta-electrodos va equipado con un juego de boquillas de diferentes diámetros. Con vistas a eliminar turbulencias en el chorro de gas, que podrían absorber aire y contaminar la soldadura, algunos porta-electrodos van provistos de un dispositivo consistente en una serie de mallas de acero inoxidable, que se introduce en la boquilla, rodeando al electrodo.

Actuando sobre el interruptor de control situado en el porta-electrodos, se inicia la circulación de gas y de corriente. En algunos equipos la activación de los circuitos de gas y de corriente se realiza mediante un pedal. Este segundo sistema presenta la ventaja de que permite un control más riguroso de la corriente de soldeo cuando nos aproximamos al final del cordón. Decreciendo gradualmente la intensidad de la corriente, disminuye el cráter que se forma al solidificar el baño y hay menos peligro de que la parte final de la soldadura quede sin la protección gaseosa adecuada.

Las boquillas para gas se eligen de acuerdo con el tipo y tamaño del porta-electrodo, y en función del diámetro del electrodo. La siguiente tabla puede servir de orientación, aunque, en general,

es conveniente seguir las recomendaciones de los fabricantes

ELECTRODOS

Los diámetros más utilizados son los de 1.5 - 2.5 y 3 mm. Pueden ser de tungsteno puro, o de tungsteno aleado. Estos últimos suelen tener un uno o un dos por ciento de torio, o de circonio. La adición de torio aumenta la capacidad de corriente del electrodo, así como su poder de emisión electrónica. Además, para una intensidad dada, mantiene más frío el extremo del electrodo; facilita el cebado del arco; permite mantener un arco más estable y disminuye el riesgo de contaminación del electrodo ante un eventual contacto con la pieza.

Trabajando a la misma intensidad, los electrodos con el 2% de torio conservan la forma puntiaguda del extremo durante más tiempo que los de 1% de torio. Los electrodos más ricos en torio se utiliza con mucha frecuencia en la soldadura de uniones críticas, en la industria aeronáutica y espacial. Sin embargo, apenas presentan ventajas sobre los menos toriados, en la soldadura de la mayoría de los aceros.

Además de los mencionados, existen los electrodos con sector de torio, los cuales combinan las ventajas de los de tungsteno puro y llevan, en toda su longitud, un sector altamente aleado en torio. La selección del diámetro del electrodo se realiza en la función de la intensidad necesaria y del tipo de corriente a utilizar. Cuando se trabaja en polaridad inversa, se necesitan diámetros mayores en la polaridad directa.

Afilado del electrodo. Para obtener buenos resultados en la soldadura deben utilizarse un electrodo afilado correctamente. En general, suelen afilarse en punta, para el soldeo de la corriente continua; y en forma semiesférica, para soldar con corriente alterna.

También es importante que el electrodo esté bien recto, pues en caso contrario, el chorro de gas protector y el arco no serían concéntricos.

MIG-MAG

Antes de nada vamos a aclarar que dependiendo del tipo de gas que utilicemos nos referiremos a:

_ MIG: Si empleamos un gas inerte como protección (131).

_ MAG: Si empleamos un gas activo como protección (135).

 Procedimiento MIG y MAG:

La soldadura por arco con hilo electrodo fusible y protección gaseosa (procedimiento MIG y MAG) utiliza como material de aportación un hilo electrodo continúo y fusible, que se alimenta automáticamente, a través de la pistola de soldadura, a una velocidad continua pero regulable. El baño de fusión está completamente cubierto por un chorro de gas protector, que también se suministra a través de la pistola.

El procedimiento puede ser totalmente automático o semiautomático. Cuando la instalación es totalmente automática, la alimentación del alambre, la corriente de soldadura, el caudal de gas y la velocidad de desplazamiento a lo largo de la unión, se regulan previamente a los valores adecuados, y luego, todo funciona de forma automática.

En la soldadura semiautomática la alimentación del alambre, la corriente de soldadura y la circulación de gas, se regulan a los valores convenientes y funcionan automáticamente, pero la pistola hay que sostenerla y desplazarla manualmente. El soldador dirige la pistola a lo largo del cordón de soldadura, manteniendo la posición, longitud del arco y velocidad de avance adecuados.

Corriente De Soldadura:

El tipo de corriente tiene una gran influencia sobre los resultados de la soldadura. La corriente continua con polaridad inversa, es la que permite obtener mejores resultados. En este caso, la mayor parte del calor se concentra sobre el baño de fusión, lo que mejora la penetración de la soldadura. Además, la corriente continúa con polaridad inversa, ejerce una enérgica acción de limpieza sobre el baño de fusión, lo que tiene gran importancia en la soldadura de metales que den óxidos pesados y difíciles de reducir, como en el caso del aluminio y el magnesio.

La soldadura MIG con polaridad directa resulta impracticable por diversas razones:

- Da cordones muy anchos y de pequeña penetración;

- Produce excesivas proyecciones, y no presenta la acción de limpieza que se menciona en la polaridad inversa.

- La mayor parte de los inconvenientes de la soldadura de polaridad directa, se derivan de la forma en que se verifica el transporte del metal de aportación.

Mientras que en la polaridad inversa el transporte se realiza en forma de pequeñas gotas (transporte de pulverización o spray transfer). En polaridad directa, este transporte se verifica en forma globular y errática. En cuanto a la corriente alterna, no es recomendable por las grandes diferencias de todo tipo que se presentan en cada semiciclo.

Los equipos por proceso Mig, son ventajosos para aplicaciones de soldadura de aluminio o para cualquier soldadura que requiera buena presentación y resistencia La soldadura MIG presenta ventajas con respecto a los sistemas de soldadura convencional gracias al sistema de enfriamiento y protección de arco ofrecido por distintos gases como Argón y CO2.

Fuentes de Energía:

La fuente de energía deberá ser capaz de funcionar a elevadas intensidades, generalmente menores de 500 A en el soldeo semiautomático y suministrar corriente continua.

La fuente de energía recomendada es una fuente de tensión constante. Las fuentes de energía de intensidad constante sólo se podrían utilizar para el soldeo Mig/Mag si se emplea conjuntamente con un alimentador de velocidad variable y por tanto mucho más complejo.

- Máquina de Intensidad Constante: Aunque separemos el electrodo un poco, la intensidad sigue prácticamente igual. Si separamos el electrodo, habrá más intensidad.

Son buenas para electrodo y TIG.

- Máquina de Tensión Constante: Cuando separemos el electrodo, la intensidad fluctúa bastante. Si separamos el electrodo no habrá más intensidad. Son buenas para MIG/MAG e hilo tubular.

- Polaridad: Para la mayoría de las aplicaciones del soldeo GMAW se utilizan la polaridad inversa (CCEP) ya que se obtiene un arco estable, con una buena transferencia de metal de aportación, pocas proyecciones, un cordón de soldadura de buenas características y gran penetración.

La polaridad directa (CCEN) casi no se utiliza porque aunque la tasa de deposición es mayor generalmente sólo se consigue transferencia globular.

La corriente alterna no se utiliza en el soldeo MIG/MAG ya que el arco se hace inestable y tiende a extinguirse.

Técnicas Especiales:

- Soldeo Por Puntos:Se pueden realizar soldaduras en forma de puntos discontinuos mediante soldeo MIG/MAG, similar a los obtenidos mediante soldeo por resistencia.

El soldeo por puntos mediante MIG/MAG tiene aplicación en la unión de chapas finas (en general hasta 5mm) de acero, aluminio, acero inoxidable y algunas aleaciones de cobre.

Para el soldeo por puntos se requieren algunas modificaciones en el equipo de soldeo MIG/MAG convencional. Se requieren:

_ Toberas especiales: Con huecos que permitan que el gas de protección salga de la tobera cuando ésta se presiona sobre la chapa a soldar.

_ Controladores de la velocidad de alimentación del alambre para regular el tiempo de soldeo y asegurar el llenado del cráter, mediante la disminución progresiva de la corriente final del soldeo.

Tipos de uniones, preparación de bordes y posiciones de soldeo:

-Tipos de soldaduras:

- Soldaduras a tope: Son las realizadas sobre uniones a tope, independientemente de la forma de chaflán que podrá ser plano o con bisel.

- Soldadura en ángulo: La soldadura en ángulo son las que unen 2 superficies que forman entre si un ángulo aproximadamente recto en una unión en T, a solape o en esquina. Los cantos de la pieza a unir son planos.

Solape

-Soldadura en ángulo con chaflán: Una de las piezas sobre la que se realiza la soldadura tiene los bordes preparados, de esta forma se facilita la penetración.

(Aunque las líneas discontinuas aparezcan rectas el cordón de soldadura será redondeada)

-Soldeo de tapón y en ojal: La soldadura de tapón y en ojal son similares en diseños pero diferentes en forma .En ambos casos se realiza un taladro en una de las piezas a unir. El tapón debe de tener unos 20 mm, cuando este relleno hay que recrecerlo hasta taparlo y en ojales trabaja más cómodo pero hay peligro de deformaciones por un exceso de calor.

-Diseños de juntas: Se entiende por junta el espacio existente entre las superficies que van a ser unidas por soldadura.

El proceso de soldeo, tipo de material, geometría de la pieza y particularmente el espesor, son los principales factores a tener en cuenta para el diseño de la junta.

La terminología utilizada se indica gráficamente en las denominaciones de los tipos de juntas para soldaduras por fusión, quedan recogidas en la explicación y dibujos que a continuación veremos (para cuando te piden una soldadura por ángulo de cuello y en todas las posiciones).