Los Procesos de Soldadura por Arco Semi-Automáticos (MAG, MIG y FCAW)

Transcripción

1 CAPITULO: III-c. Los Procesos de Soldadura por Arco Semi-Automáticos (MAG, MIG y FCAW) Por: Juan Antonio Alonso.

2 Los Procesos de Soldadura por Arco Semi-Automaticos (MAG, MIG y FCAW) INDICE: SOLDADURA SEMI-AUTOMÁTICA (MAG/MIG) 4.- Principios del Proceso de Soldadura por Arco Semi-Automática: Descripción y Denominaciones: Ventajas y Limitaciones: Equipos o Fuentes de Poder para la Soldadura: Tipos de Corriente Empleados: Curva Característica del Arco Eléctrico: Curva Característica de las Fuentes de Poder: Esquema de un Equipó de Soldadura para los Procesos GMAW y FCAW: Sistema y Rodillos de Alimentación de los Alambres: Pistolas o torchas para la soldadura por los Procesos Semi-automáticos: Alimentación del Gas Proctector y del Agua de Refrigeración: Proceso GMAW (MAG/MIG) - Técnicas Operativas: Definición Regulación del Voltaje/Velocidad de Alimentación del Alambre Efectos de la Variación de la Tensión o Voltaje (V) con la Velocidad de Alimentación del Alambre Constante: Efectos de la Variación de la Velocidad de Alimentación del Alambre (Ve) Conservando la Tensión o Voltaje (V) Constante: Influencia de la Regulación de la Inductancia (Bobina de Inductancia): Influencia en el Posicionamiento de la Torcha: Influencia de la Distancia entre el Tubo de Contacto y la Pieza: Modos de Transferencia del Metal de Aporte en el proceso MAG/MIG: Transferencia en Corto-Circuito: Transferencia Globular o Arco Largo: Transferencia por Spray o Pulverización: Transferencia por Arco pulsado: Regulación del Caudal del Gas de Protección Los Consumibles para el Proceso GMAW: Introducción: Los Alambres Sólidos: II

3 4.8.- Proceso de Soldadura con Alambre Tubular (FCAW): Equipo Necesario Los Mecanismos de Transferencia y Protección Propiedades del metal depositado Acción de los Factores Metalúrgicos Variables del procedimiento Aplicabilidad de los procesos con alambres tubulares Los Consumibles para el Proceso FCAW: Los Alambres Tubulares (Configuración y Dimensiones): Criterios de Clasificación: Sistema de Clasificación según A.W.S.: Características de los Alambres Tubulares: Los Gases de Protección para los Procesos de Soldadura por Arco con Alambre (Sólido o Tubular) - MAG/MIG o FCAW: La Clasificación de los Gases de Protección según la A.W.S.: La Clasificación de los Gases de Protección según la Norma Europea: Defectos en las Soldaduras por el Proceso Semi-automático: Defectos propios de la Soldadura con Alambres Tubulares: Referencias Bibliográficas: Terminado el día de Santa Cecilia - 22 de noviembre del por J.A.Alonso & Asoc. - Todos los derechos reservados - Prohibida la copia, distribución o venta sin la expresa autorización de los autores. III

4 Los Procesos de Soldadura por Arco Semi-Automáticos (MAG, MIG y FCAW) 4.- Principios del Proceso de Soldadura por Arco Semiautomática Descripción y Denominaciones: La soldadura por arco eléctrico con protección gaseosa, es un proceso de soldadura en el cual el calor necesario es generado por un arco que se establece entre un electrodo consumible y el metal que se va a soldar. El electrodo es un alambre solido o tubular, que se alimenta de forma continua, es decir automáticamente y se convierte en el metal depositado según se consuma. Tanto el electrodo, como el metal transferido y las zonas adyacentes del metal base, quedan protegidas de la contaminación de los gases atmosféricos mediante una corriente de gas que se aporta por la tobera de la pistola o torcha, concéntricamente al alambre/electrodo (mas adelante veremos que también hay alambres tubulares auto-protegidos). El proceso esta esquematizado en la figura: 1. Figura 1 1

5 El proceso de soldadura por arco con protección gaseosa se lo denomina de acuerdo con las especificaciones americanas: y según la Norma Europea: GMAW, gas metal arc welding (ANSI/AWS A3.0): 13. Soldadura por arco con gas (EN 24063) Si se emplea un gas inerte como protección, el proceso se denomina: MIG, metal inert gas (ANSI/AWS A3.0) 131, soldadura por arco con gas inerte (EN 24063) Si se utiliza un gas activo como protección, el proceso se denomina: MAG, metal active gas (ANSI/AWS A3.0) 135, soldadura por arco con gas activo (EN 24063) Mas adelante veremos la clasificación de los gases activos e inertes. Este proceso de soldadura, que en principio, se lo califica como semiautomático puede ser totalmente automatizado Ventajas y Limitaciones: Ventajas: - Puede utilizarse para la soldadura de todo tipo de material. - El electrodo es alimentado continuamente, con lo que aumenta la productividad por no tener que cambiar de electrodo y la tasa de deposición es elevada. Se pueden conseguir velocidades de soldadura mucho más elevadas que con SMAW (electrodos revestidos). - Se puede soldar en cualquier posición. - Se pueden realizar soldaduras largas sin que existan empalmes entre cordones, zona que generalmente presenta peligro de imperfecciones. Limitaciones: - El quipo de soldadura es de valor más elevado, complejo y menos transportable que el de SMAW. 2

6 - Es difícil de utilizar en espacios restringidos, requiere conducciones de gas y de agua de refrigeración, tuberías, cilindros de gas de protección, por lo que no dificulta su empleo en lugares relativamente alejados de la fuente de energía. - Es sensible al viento y a las corrientes de aire, por lo que a veces es necesario utilizar pantallas protectoras Equipos o Fuentes de Poder para la Soldadura Tipos de Corriente Empleados: En la soldadura por arco eléctrico se puede emplear, corriente alternada (CA) o corriente continua (CC). Cada tipo de corriente tiene sus características, y su empleo en la soldadura depende de lo que se quiere conseguir a través de ella. Corriente Continua - En la soldadura con corriente continua la conexión del electrodo o de la pieza a la fuente de poder no es indiferente; como esta corriente es continua, es decir que tiene siempre el mismo sentido de circulación, el terminal o borne del polo positivo será siempre polo positivo y el terminal o borne del polo negativo será siempre negativo. Corriente Alternada - En la corriente alternada, el sentido de circulación cambia alternadamente, en nuestro país cambia 50 veces por segundo, es decir 50 ciclos por segundo; y como cada ciclo tiene dos sentidos, la corriente irá a variar 100 veces por segundo, en consecuencia la polaridad, tanto en la pieza como en el electrodo, cambia 100 veces por segundo. Por tal motivo el electrodo puede conectarse a cualquiera de los dos terminales o bornes de la fuente de energía. Corriente alternada trifásica - Es una corriente formada por tres ondas de alternada desfasadas en un tercio del período o ciclo y utilizada principalmente para alimentar maquinas o equipos de gran potencia o de gran consumo de energía, entre ellas también los rectificadores de soldadura (que entregarán una corriente continua rectificada) Curva Característica del Arco Eléctrico. Ley de OHM. Tal como fue descripto en el Capitulo II - Electricidad Aplicada, la diferencia de potencia o de tensión V, la intensidad de corriente I y la resistencia R son las tres características de un circuito eléctrico y obedecen a la ley de Ohm, en la que: V = R I Otra forma de expresarla seria: I = V R o R = V I Tal ley establece que la tensión (V) y la intensidad (I) de la corriente son directamente proporcionales, o sea que a semejanza o a igualdad de resistencia (R), al crecer cualquier una de las 3

7 dos, también crece la otra. Ejemplo para R = 0,2 Los Procesos de Soldadura por Arco Semi-Automáticos Tomemos un valor cualquiera para la resistencia "R" por ejemplo: 0,2 y variando la intensidad de corriente "I" calculemos la tensión "V". V = R x I = V = 0,2 x 100 = 20 volt. V = 0,2 x 200 = 40 volt. V = 0,2 x 300 = 60 volt. La ley de Ohm establece también que si en un circuito varia la resistencia, a semejanza de diferencia de potencial, la intensidad de corriente varia de manera inversamente proporcional (o sea, si aumenta R, disminuye I o viceversa), Diagrama V - I El ejemplo arriba mostrado, también puede ser representado por un diagrama V - I (también conocido por diagrama volt - amperio). En este diagrama, la resistencia se presenta como una línea recta; si consideramos la resistencia del arco eléctrico, esta recta es su línea característica, tal como se muestra a continuación. Figura 2 - Diagrama V I En otros términos, podemos decir que la corriente "I" es directamente proporcional a la tensión "V" e inversamente proporcional a la resistencia "R", que se la puede expresar por V = R x I (Ley de Ohm). Del ejemplo citado se puede deducir que si la tensión es de 220 V y la 4

8 resistencia de 44, la corriente será de 5 A (valor típico para un calentador eléctrico); y si la tensión se mantiene invariable (220 V), pero la resistencia es de 440, la corriente disminuye para 0,5 A (clásico de una lámpara incandescente). La potencia se expresa en watt "W" o kilowatt "Kw" y en función de la tensión y de la corriente: W = V x I; citemos como ejemplo la potencia de un calentador eléctrico: 220 V x 5 A = W ó 1,1 Kw, y de la lámpara incandescente: 220 V x 0,5 A = 110 W; cuanto menor es la corriente, menor será la potencia, aun con la misma tensión de alimentación. Ningún aparato eléctrico puede funcionar sin resistencia al paso de la corriente, podríamos decir que es gracias a esa resistencia que se puede extraer energía de la electricidad. Dicho en otros términos, toda resistencia de la cual no se obtenga alguna utilidad, es perdida. Es lo que ocurre en soldadura, las perdidas mas significativas son provocadas por la resistencia de los cables. <el cable naturalmente ofrece resistencia. Al paso que la corriente eléctrica depende de varios factores: 1.- En cuanto a la naturaleza: Todos los materiales presentan una resistencia propia, llamada resistencia especifica. 2.- En cuanto a la sección s. un cable que tenga el doble del diámetro que otro, tiene una sección cuatro veces mayor. 3.- En cuanto a la longitud l. La resistencia de un cable de longitud 2 l presenta el doble de resistencia que el de longitud 1 l. Estos tres puntos se pueden expresar por la siguiente formula: x l R = s Donde: R = Resistencia en ohm. = resistividad. l = longitud del cable en metros. 2 s = sección del cable en mm. Por consiguiente el soldador debe prestar atención a estos puntos, y además de eso debe observar que todas las conexiones y contactos estén en buen estado y bien ajustados. Cuando la corriente se mantiene en el tiempo y fluye siempre en el mismo sentido a lo largo del circuito se la denomina corriente continua (C.C.). Esta se caracteriza por tener dos polos, uno positivo ( ) y otro negativo ( ), a los cuales se unen los bornes del elemento a conectar. 5

9 Convencionalmente se ha establecido que el sentido en que corre a lo largo del circuito es del polo positivo al negativo. Una corriente cuya intensidad y cuyo sentido del recorrido varían periódicamente de denomina corriente alterna (C.A.). En este caso no se puede hablar de polo positivo y de polo negativo, en cuanto que la corriente y la diferencia de potencial varían periódicamente pasando del valor positivo al valor negativo y recuperando el mismo valor en un intervalo de tiempo. A este fenómeno se lo denomina frecuencia de oscilación, ciclos o hertzios, que son 50 en nuestro país y en Europa y 60 en muchos países de América y en Estados Unidos. Una corriente alterna puede convertirse en continua mediante dispositivos especiales llamados rectificadores, que tienen la propiedad de dejar pasar la corriente en un solo sentido, reteniendo la que fluye en sentido contrario. A tal corriente se la denomina rectificada Curva Características de las Fuentes de Poder. Esta curva es (ver figura: 3) denominada como curva de tensión o voltaje constante o de intensidad o amperaje variable- Figura 3 En los procesos de soldadura automáticos o semiautomáticos, la curva característica de la fuente de poder se presenta con una pequeña inclinación, es decir un valor de tensión con poca variación, como consecuencia de esto podemos decir que: 6

10 - Ante la presencia de arcos cortos o largos, la variación de la intensidad de corriente es grande. Esto nos indica que las fuentes de poder, para estos procesos, tienen la condición de reajustar automáticamente (regulación interna de la fuente) la longitud del arco, previamente ajustado para un cierto valor Esquema de un Equipo de Soldadura para los Procesos GMAW y FCAW. En la figura: 4, se puede apreciar un equipo, típico, para la soldadura por los procesos GMAW, mas conocido por MAG/MIG y FCAW, que consiste de: Figura: 4 - Esquema de un equipo para la soldadura semi-automática. - Fuente de energía o de poder. - Suministro de gas de protección (en los casos de soldadura con alambres auto-protegidos se omite el gas de protección). -. Sistema de alimentación del alambre. - Pistola o torcha (refrigerada por el propio gas de protección o por agua). - Sistema de control de los parámetros de soldadura. - Bobina del alambre/electrodo (pudiendo ser este solido o tubular). - Sistema de regulación de la presión y del caudal del gas de protección. 7

11 - Sistema de circulación y enfriamiento del agua de refrigeración (para el caso de usar pistolas o torchas refrigeradas a agua. - Cables y mangueras. La fuentes de poder o energía deberán ser capaces de funcionar, en el proceso semiautomático, con elevadas intensidades, generalmente hasta cerca de los 500 amperes y suministrar, principalmente, corriente continua. La fuente recomendada, como ya vimos anteriormente, es una fuente de tensión o voltaje constante, cuya pendiente es como la que se muestra en la figura: 5. Las fuentes de poder de voltaje variable sólo se podrían utilizar para la soldadura con este proceso, si se emplea conjuntamente con un alimentador de alambre de velocidad variable y por lo tanto mucho más complejo. La cualidad importante de la curva característica de tensión o voltaje constante es su pendiente. La pendiente de una fuente de energía de tensión constante es: Variación de tensión Ä V Pendiente = )))))))))))))))))) = )))))) Variación de intensidad Ä A Ejemplo: Ä V 38 V 28 V 10 V 1 V Pendiente = )))) = )))))))))))) = ))))) = ))))) Ä A 200 A 100 A 100 A 10 A Lo que significa que por cada variación de la tensión en 1 voltio la intensidad varia en 10 amperes. Para obtener una buena transferencia en spray es necesario que la pendiente de la curva sea la adecuada, que dependerá del material a soldar, por esta razón en algunas maquinas se puede ajustar la pendiente en función de la aspiración. En otras máquinas la pendiente es fija, estando programada para las aplicaciones más comunes. Figura: 5.- Pendiente de una fuente de energía. Para variar las condiciones de soldadura se podrá seleccionar la tensión deseada actuando sobre los comandos de la maquina; al variar la posición del comando de tensión, se estará seleccionando diferentes pendientes. Autorregulación del arco eléctrico. Al tocar con el alambre la pieza, la intensidad de corto circuito que se origina es muy elevada, por lo cual el extremo del alambre se funde inmediatamente, estableciéndose un arco (cebado instantáneo) cuya longitud es función de la tensión elegida en la fuente de poder. Una vez cebado el arco entra en 8

12 juego el fenómeno de autorregulación, suministrando la fuente la intensidad necesaria para fundir el alambre a medida que éste se suministra, manteniendose la longitud del arco correspondiente a la regulación de voltaje elegida. Si por una causa cualquiera la distancia entre el extremo del alambre y la pieza aumenta, la tensión y la longitud del arco aumentarán pero, al mimo tiempo, la intensidad disminuirá por lo que la fusión será más lenta hasta que se restablezca la longitud y el voltaje inicial, ver figura: 6. Lo contrario ocurre cuando la distancia entre el alambre y la pieza disminuye. Figura: 6.- Autorregulación. El fenómeno de autorregulación es importante para garantizare la estabilidad del arco eléctrico, pero otras variables son también importantes. Composición interna de la fuente de poder o de energía. En la figura: 7 se ha representado en forma esquemática el interior de una fuente de poder para la soldadura semiautomática, compuesta de: 9

13 Figura: 7.- Componentes de una fuente de poder o de energía Sistema y Rodillos de Alimentación de los Alambres. La unidad de alimentación de alambre/electrodo es el dispositivo que hace que el alambre pase por el tubo de contacto de la pistola o torcha para fundirse en el arco, ver figura: 8 La unidad, del sistema de alimentación del alambre, dispondrá de un dispositivo de control para variar la velocidad de avance del alambre, así como de una válvula tipo solenoide para el paso del gas de protección. El alimentador del alambre va unido al rectificador por un conjunto de cables y mangueras. Algunos alimentadores de alambre poseen sólo una pareja de rodillos (ver Figura: 8.- Unidad de alimentación de alambre 10

14 figura: 9), mientras que otros poseen dos pares de rodillos que pueden tener el mismo motor o ser accionados por dos motores acoplados en serie (ver figura: 10). Figura: 9.- Alimentador de alambre de dos rodillos Bobina de alambre, con el dispositivo para su colocación. Guía de alambre. Rodillo de arrastre/empujador. Rodillo de presión. Boquilla de salida del alambre. Figura: 10.- Alimentador de alambre de cuatro rodillos. 11

15 Boquilla o guía del alambre. Los Procesos de Soldadura por Arco Semi-Automáticos Rodillos de arrastre/empujadores. Rodillos de presión. Guía del alambre. Boquilla o tubo guía de salida del alambre. Antes de colocar el alambre en la unidad de alimentación es necesario asegurarse de que todo el equipo es el apropiado para la calidad y diámetro del alambre seleccionado. Para ajustar la presión de los rodillos se introduce el alambre hasta algunos centímetros después de la boquilla o tubo guía de la salida del alambre, se aumenta la presión hasta que los rodillos dejen de deslizar y transporten el alambre La mayoría de los alimentadores son de velocidad constante, es decir, la velocidad es establecida antes de que comience la soldadura y permanece constante. La alimentación comienza o finaliza accionando el interruptor situado en la torcha o pistola. El arrastre del alambre ha de ser constante y sin deslizamientos en los rodillos de arrastre. Por lo general es necesario un sistema de frenado para la bobina de la cual se devana el alambre, para evitar su giro incontrolado. Los sistemas se diseñan de forma que la presión sobre el alambre pueda ser aumentada o disminuida según convenga. Rodillos. Los rodillos, utilizados en el sistema de alimentación para los procesos semiautomáticos, son normalmente como los de la figura: 11, uno plano y el otro es con bisel. El bisel es en forma de V para materiales duros como el acero al carbono o acero inoxidable, siendo en forma de U para materiales blandos como el aluminio. También pueden tener los dos bisel o ser moleteados, no recomendándose estos últimos para el aluminio. También es imprescindible seleccionar el rodillo de acuerdo con el diámetro del alambre. Los sistemas de alimentación: Figura: 11.- Rodillos de alimentación. Los sistemas de alimentación pueden ser de varios tipos: - de empuje (push). - de arrastre (pull). 12

16 - combinado de empuje y arrastre (push-pull). Los Procesos de Soldadura por Arco Semi-Automáticos El tipo depende fundamentalmente del tamaño y composición del alambre utilizado y de la distancia entre la unidad de alimentación y la torcha o pistola. La mayoría de los sistemas son de empuje (ver figura: 12 A y B), en los que el alambre es alimentado desde el carrete por medio de los rodillos y empujado a través del tubo guía flexible al cual esta unida la pistola. La longitud del conducto es generalmente de 3 metros, pudiendo ser en algunas oraciones de hasta 5 metros. Cuando la distancia entre la fuente de energía y la pistola es muy grande puede ser difícil alimentar mediante el sistema de empuje, por lo tanto se recurre al sistema de arrastre; en este sistema la pistola o torcha está equipada con un pequeño motor eléctrico provisto de rodillos que tiran, o arrastran, el alambre a través del tubo guía, evitando los atascos que se pueden producir con el sistema de empuje, sin embargo este sistema es más costoso. Si se combina ambos sistemas se tiene un sistema de alimentación de empuje y arrastre. Este sistema se conoce también por el nombre ingles de (push-pull en el que existen unos rodillos empujando desde la unidad de alimentación y otros tirando desde la pistola, este es el sistema ideal para la soldadura con alambres de aluminio (figura: 12 C) Conjunto Fuente de Energía - Unidad de Alimentación: La unidad de alimentación del alambre puede ser independiente (figura: 10B) o estar incluida en la carcasa de la fuente de energía (figura: 10 A y C), denominadas normalmente máquinas compactas. Otra opción es emplear la pistolas o torchas con bobinas incorporadas (estas bobinas son, por lo general, de pocos kilos de alambre) (figura: 10 D). En la figura: 12 se representan, esquemáticamente, los cuatro sistema de conjuntos de equipos de soldadura, es decir: fuente de energía o de poder y unidad de alimentación de alambre: (A) - Con la unidad de alimentación de alambre en la carcasa de la fuente de poder. El alimentador de alambre es de empuje por lo que la separación máxima de la torcha o pistola está limitada a 3 metros o 5 metros en casos extremos. (B) - Con la unidad de alimentación de alambre independiente. El alimentador de alambre es también de empuje, y contiene los controles para el regulación de los parámetros de soldadura, por lo que la separación de la pistola será también de 3 a 5 metros, como el caso anterior. La unidad de alimentación de alambre se podrá separar de la fuente de energía 5, 10 o 20 metros. (C) - Con alimentador de alambre de empuje en la carcasa de la fuente de poder y de arrastre en la pistola. La separación entre el alimentador y la pistola o torcha podrá ser de hasta 10 metros. (D) - Con bobina incorporada en la pistola. Se podrá realizar la soldadura a gran distancia respecto a la fuente de energía (de 10, 20 o 30 metros) 13

17 Figura: Pistolas o Torchas para la Soldadura por los Procesos Semiautomáticos. Las pistolas o torchas para la soldadura por arco con protección gaseosa son relativamente complejas. En primer lugar es necesario que el alambre se mueva a través de la pistola a una velocidad predeterminada y, en segundo lugar, la pistola debe estar diseñada para transmitir corriente al alambre y dirigir el gas de protección. El método de refrigeración (agua o gas) y la localización del interruptor de partida del procedimiento. Los principales componentes, se pueden ver en la figura: 13 14

18 Figura:13.- Pistola o torcha para la soldadura por GMAW (MAG/MIG). Tubo de contacto (6), guía al alambre/electrodo a través de la tobera y hace el contacto eléctrico para suministrar corriente al alambre, esta conectado a la fuente de energía a través de los cables eléctricos. La posición del tubo con respecto al final de la tobera puede variar en función del modo de transferencia, con transferencia en cortocircuito se situará a unos 2 mm. de ésta o incluso por fuera, mientras que en la transferencia por spray se situara a unos 5 mm.. El tubo de contacto se reemplazará si el orificio se ha 15

19 ensanchado por desgaste o si se ha atascado por proyecciones. Normalmente es de cobre o alguna aleación de cobre, el libro de instrucciones de la pistola o torcha indicará el tamaño y el tipo adecuado en función del diámetro y material del alambre/electrodo a utilizar. Tobera (5) (normalmente de cobre), que tiene un diámetro interior que oscila entre 9,5 y 22,25 mm. dependiendo del tamaño de la pistola. Tubo-guía espiral (9); a través del cual el alambre/electrodo llega procedente, normalmente, de una bobina. Es muy importante el diámetro y material del tubo-guía del electrodo, se utilizarán de acero en forma de espiral en el caso de materiales como el acero o el cobre y serán de teflón o nylon para el magnesio o el aluminio, también para el acero inoxidable con el fin de no contaminar el alambre/electrodo. Conducto para el suministro del gas de protección (12). Cable para el suministro de la corriente eléctrica (13). Interruptor (3) La mayoría de las pistolas o torchas de manipulación manual tienen un gatillo que actúa como interruptor de la corriente eléctrica para comenzar o detener la alimentación del alambre. Conductos o mangueras para el agua de refrigeración. (Solo para las pistolas refrigeradas por agua). Estas pistolas pueden utilizarse con intensidades de hasta 600 amperes. Cuello (2), puede ser de cuello curvado (cuello de cisne con ángulo de 40 a 60 ) o rectas; las de cuello de cisne suelen ser más flexibles y cómodas Alimentación del Gas Protector y del Agua de Refrigeración: Gas: La alimentación del gas se hace desde el cilindro de gas que tiene en su salida un manorreductor regulador de presión (ver figura: 14) provisto de un caudalímetro para poder graduar el caudal del gas de protección, es importante observar que el caudalímetro este perfectamente en posición vertical Manómetro de presión del cilindro de gas. Caudalímetro (indicador del caudal de gas) Válvula reguladora del caudal de gas. Indicación de apto para un tipo de gas Color identificador del tipo de gas. Figura:

20 Agua: Cuando se suelda con intensidades elevadas es preciso utilizar una torchas o pistolas refrigeradas por agua, ya que la refrigeración de la pistola con el propio gas de protección no será suficiente, para evitar que se produzcan daños o la inutilización de la misma. La alimentación de agua para tal refrigeración puede hacerse desde un simple grifo dispuesto cerca de la maquina de soldar, o con un sistema de circuito cerrado. Sea cual sea el sistema, es necesario un conducto de alimentación de agua que refrigere la pistola y otro de retorno, según el sistema adoptado. Como ocurría con el gas, existe una electroválvula (solenoide) para que el agua circule solamente en los momentos en que se está soldando. Los conductos de agua también son flexibles y como los de gas forman parte del conjunto de la pistola. 17

21 4.4.- Proceso GMAW (MAG/MIG) - Técnicas Operativas Definición. En el proceso de soldadura MAG/MIG la unión es producida por la fusión de un alambreelectrodo (solido o tubular) en una atmósfera de un gas protector, y que es alimentado en forma continua desde un cabezal alimentador hasta la pistola de soldar o torcha. El proceso puede ser semi-automático (si la torcha es operada manualmente) o automática (si la torcha es fijada u operada a través de algún mecanismo). El tipo de gas a utilizar es el que determina la correcta denominación del proceso, si se emplea un gas inerte (ej.: Argón o Helio) recibe el nombre de MIG (Metal Inert Gas), este tipo de combinación es la ideal para la soldadura de metales no ferrosos como por ejemplo el Aluminio y sus aleaciones; en cambio si se utiliza un gas activo (ej.: Dióxido de Carbono - CO 2) se lo denomina MAG (Metal Active Gas), esta otra combinación es la indicada para la soldadura de los aceros al Carbono. Al decir que el gas es activo, se indica que el gas tiene una parte activa durante el proceso de soldadura como por ejemplo, al combinarse con el metal forma compuestos (ej.: óxidos, etc.), también actúa sobre las características del arco. El proceso en sí consiste en la utilización del calor generado por un arco eléctrico que se forma entre un alambre-electrodo consumible (metal de aporte) y el metal base. La fuente de poder debe de ser de corriente continua y el alambre-electrodo conectado al polo positivo, lo que genera un arco muy estable. En cambio si fuese conectado al polo negativo esto provocaría no solo un arco inestable sino también un exceso de salpicaduras, utilizando únicamente polaridad negativa cuando se suelda aluminio. El baño de fusión esta completamente cubierto (protegido) por una atmósfera de gas que se suministra a través de la pistola y que proviene de un cilindro, ver las figuras: 4 y Arco eléctrico. 2.- Alambre-electrodo. 3.- Transferencia de las gotas. 4.- Metal de base. 5.- Baño de fusión. 6.- Cordón de soldadura. 7.- Atmósfera del gas protector. 8.- Tobera para el gas. Figura: Pico de contacto del alambre. 18

22 Regulación del Voltaje/Velocidad de Alimentación del Alambre. Influencia de los Parámetros de Soldadura: A través de la regulación del equipo para la soldadura por el proceso MAG/MIG, bien como por el manejo de la torcha, el soldador determina esencialmente: a.- La forma de transferencia del metal de aporte. b.- La calidad del cordón de soldadura. Indicaciones para el soldador por el proceso MAG/MIG. Regulación de la fuente de poder. Manejo de la torcha. a.- Tensión (V). a.- Posición de la torcha en relación al avance de la soldadura (soldadura b.- Velocidad de alimentación del alambre. a izquierda o a derecha). c.- Regulación de la Inductancia, no b.- Distancia del pico de contacto a la pieza a ser todas las fuentes de poder la poseen. pieza a ser soldada. c.- Velocidad de soldadura. Factores que influyen en la calidad del cordón de soldadura. a.- Longitud o largo del arco eléctrico. b.- Perfil del cordón de soldadura.- c.- Volumen del metal depositado. d.- Posibles discontinuidades en la soldadura como: - Falta de fusión. - Mordeduras. - Porosidad. - Salpicaduras. - Otras. 19

23 Regulación de la Fuente de Poder. Los Procesos de Soldadura por Arco Semi-Automáticos Efectos de la variación de la tensión o voltaje (v), con la velocidad de alimentación constante: Dada la curva característica de las fuentes de poder para la soldadura por el proceso MAG/MIG, al variar la tensión (V) manteniendo la velocidad de alimentación del alambre constante, se produce una alteración en la longitud del arco y en el perfil del cordón de soldadura. Efectos de la variación de la velocidad de alimentación del alambre, conservando la tensión o voltaje (v) constante: Una variación en la velocidad de alimentación del alambre, conservando la tensión (V) constante, provoca una alteración en la longitud del arco, en la intensidad de la corriente (I), en la capacidad de fusión y en el perfil del cordón de soldadura. Efecto de la variación de la tensión (v) con la velocidad de alimentación del alambre (v e): Un aumento de la tensión (V) junto con la velocidad de alimentación del alambre, manteniendo una longitud de arco media o constante, dará como resultado un aumento del volumen del metal depositado. 20

24 Efectos de la Variación de la Tensión o Voltaje (V), con la Velocidad de Alimentación del Alambre Constante (Ve). Dada la curva característica de las fuentes de poder para la soldadura por el proceso MAG/MIG, al variar la tensión (V) manteniendo la velocidad de alimentación del alambre constante, se produce una alteración en la longitud del arco y en el perfil del cordón de soldadura. En el caso presente, la intensidad de la corriente (I) y la deposición permanecen constantes. Voltaje : Alto Medio Bajo Punto de trabajo : A L AM AC Longitud de arco : Largo Medio Corto Perfil del cordón : Junta a tope : Junta en ángulo : 21

25 Efecto de la Variación de la Velocidad de Alimentación del Alambre (Ve), Conservando la Tensión o Voltaje (V) Constante. Una variación en la velocidad de alimentación del alambre (Ve), conservando la tención (V) constante, provoca una alteración en la longitud del arco, en la intensidad de la corriente (I), en la capacidad de fusión y en el perfil del cordón de soldadura. Velocidad de alimentación del alambre : Lenta Media Rápida Punto de trabajo : A 1 A M AS Longitud del arco : Larga Media Corta Corriente (I) : Baja Media Alta Velocidad de deposición : Baja Media Alta Perfil del cordón : 22

26 Principio de Funcionamiento de las Fuentes de Poder para Soldadura MIG/MAG Bajo Control de un Único Comando. La tensión (V) y la velocidad de alimentación del alambre (V e) están mutuamente acoplados. Variando la velocidad de alimentación del alambre, y con esto la cantidad de metal depositado, la tensión variará al mismo tiempo, para un valor en que se mantendrá la longitud media del arco eléctrico. La influencia del diámetro del alambre y del tipo del gas de protección sobre el campo de la curva característica del arco eléctrico podrá ser compensada a través del balanceo de los resistores de corrección Zona Comprendida por el Arco Eléctrico y el ajuste de las Fuentes de Poder para Soldadura MIG/MAG. Velocidad de alimentación del alambre (V e) 23

27 Efecto de la Variación de la Tensión (V) con la Velocidad de Alimentación del Alambre (V ). e Velocidad de la deposición : Baja Media Alta Longitud del arco : Medio Medio Medio Perfil del cordón : Influencia de la regulación de la inductancia (Bobina de inducción). Una de las formas de transferencia, en el proceso de soldadura MAG/MIG, es por corto-circuito tanto con arco corto o largo. Durante la soldadura y en los momentos en que se produce los cortos-circuitos, aparecen picos en la corriente eléctrica, picos estos que son controlables por medio de la inductancia (bobina de inducción, no todas las fuentes de poder la poseen). La regulación adecuada de esa inductancia depende del procedimiento de soldadura (tarea, tipo de gas de protección, tipo de transferencia, posición de soldadura, etc.). Si a la inductancia se la regula con pequeño efecto se obtendrán las siguientes características:. 24

28 Los Procesos de Soldadura por Arco Semi-Automáticos a.- Intensifica la formación de salpicaduras. b.- Aspecto grosero del cordón de soldadura. c.- Encendido inmediato y estable del arco eléctrico. d.- Aumento de la frecuencia de los cortos-circuitos. Figura: 16 - Inductancia de pequeño efecto. En cambio si la inductancia es regulada con amplio efecto se conseguirán los siguientes resultados: a.- Escasa formación de salpicaduras. b.- Buen aspecto del cordón de soldadura. c.- dificultad en el encendido y transferencia irregular del metal aportado. d.- Menor cantidad de cortos-circuitos. Figura: 17 - Inductancia de amplo efecto. 25

29 Influencia en el posicionamiento de la torcha. ( sin alteraciones en la regulación del equipo). Figura: 18 Si la torcha es posicionada en dirección contraria al final del cordón, tendremos: a.- Poca penetración. b.- Un cordón de soldadura ancho. c.- Una buena transferencia en corto-circuito. d.- Mala estabilidad de arco. e.- Amplia proyección de salpicaduras. Y si por el contrario, la torcha fuese dirigida hacia el final del cordón, los efectos serán exactamente los contrarios: a.- Penetración profunda. b.- Cordón de soldadura angosto. c.- Mala transferencia en corto-circuito. d.- Buena estabilidad de arco. e.- Pocas proyecciones de salpicaduras. 26

30 Influencia de la distancia entre el tubo de contacto y la pieza (sin alteración en la regulación de la fuente de poder). Al decir, la distancia entre el tubo de contacto y la pieza a ser soldada, nos referimos concretamente a la longitud del alambre-electrodo que hay entre esos dos puntos, y que, en el caso de ser grande provocaría un mayor calentamiento del mismo, aun con baja energía de arco, y traería como consecuencia una mayor deposición de material de aporte con poca penetración y abundante salpicaduras. En cambio, si esa distancia es acortada, tendríamos un calentamiento menor del alambre y precisaríamos elevar la energía de arco esto ocasionara una penetración profunda y pocas salpicaduras. Distancia del pico a la pieza : Pequeña Media Grande Calentamiento del alambre : Menor Medio Mayor Energía del arco eléctrico : Alta Media Baja Penetración : Profunda Media Poca Salpicaduras : Pocas Media Abundantes 27

31 4.5.- Modos de Transferencia del Metal de Aporte. En el proceso de soldadura por arco con protección gaseosa (convencional) la transferencia se realiza al fundirse el extremo del alambre/electrodo por acción de la temperatura cedida por el arco eléctrico, y puede realizarse básicamente de cuatro formas distintas (ver figura: 19). Figura: 19 - Modos de transferencia Transferencia en Corto-Circuito - La gota crece hasta tocar la pieza a soldar, produciendo una carga de corto circuito en la fuente de energía, haciendo por su vez que la densidad de corriente suba. A cierta densidad especifica de la corriente, (ver figura: 20) las fuerzas eléctricas presentes hacen que la punta del alambre/electrodo y el cráter fundido se separen y se produzca un arco entre ellos. La corriente del arco baja entonces hasta que se produce un nuevo corta-circuito. Este tipo de transferencia se obtiene cuando la tensión (V) y la intensidad (I) son bajas. Se utiliza esta forma de transferencia, preferentemente, para la soldadura en posición vertical y sobre cabeza, y para la soldadura de espesores finos o cuando la separación de la raíz es excesiva. Los parámetros, generalmente utilizados son: Voltaje de 15 a 21 V; Intensidad de 50 a 160 A. Se obtienen buenas soldaduras más fácilmente con mezclas de CO 2 al 25% y Argón al 75%; el arco es corto, suele producir proyecciones y se escucha un zumbido característico. En la soldadura de espesores un poco elevados origina frecuentemente, falta de fusión o de penetración en la raíz y, esta ultima también en el borde superior del bisel. Características de la operación: a) Facilidad del control del baño de fusión. b) La cantidad de gotas transferidas por segundo, varia de 30 a 100 en función de la regulación de los parámetros de soldadura. c) Baja tensión (V) de trabajo, ej.: para un alambre de 1,0mm de Ø usar <20V. 28

32 Figura: 20 - Transferencia por corto-circuito. d) - Apta para soldar en toda posición. e) - Al controlar el aporte de calor, facilita la soldadura de espesores finos. f) - Presenta mejores resultados utilizando como gas de protección una mezcla de CO 2 al 25% y Argón al 75%. 29

33 Transferencia Globular o Arco Largo - Se caracteriza por la formación de una gota relativamente grande de metal fundido en el extremo del alambre (ver figura: 21). La gota se va formando hasta que cae al baño fundido por su propio peso. Este tipo de transferencia no suele tener aplicaciones tecnológicas por la dificultad de controlar adecuadamente el metal de aportación y porque suele provocar falta de penetración y sobre espesores elevados. Los parámetros típicos son: Voltaje de 20 a 30 V; Intensidad de 110 a 225 A. Figura: 21.- Transferencia Globular o por Arco Largo. Características de la operación: a) - El baño de fusión es bien fluido. b) - La transferencia es aproximadamente de 100 gotas por segundo. c) - La tensión (V) de trabajo debe ser por arriba de 20V para un alambre de 1,0mm de Ø. d) - Preferentemente se utiliza en posición plana. e) - Sus propiedades son, intermedias entre las transferencias por corto-circuito y "spray". f) - Los mejores resultados se presentan cuando se utiliza Dióxido de Carbono (CO 2) puro. 30

34 Transferencia por Spray o Pulverización - En la transferencia por spray o pulverización las gotas son iguales o menores que el diámetro del alambre y su transferencia se realiza por el extremo del alambre al baño fundido en forma de una coriente axial de gotas finas (corriente centrada con respecto al alambre). Se obtiene este tipo de transferencia con altos voltajes y altas intensidades. Voltajes de 27 a 40 V e intensidades de 175 a 500 (A). Los gases inertes favorece este tipo de transferencia. (Ver figura: 22). La transferencia en spray se puede aplicar en cualquier tipo de material base, pero no se puede utilizar en espesores muy finos porque la corriente de soldadura es muy alta. Se consiguen grandes tasas de deposición y rentabilidad. Característica de la operación: a) - El baño de fusión es muy fluido. b) - Se transfieren, aproximadamente, en el orden de 300 gotas por segundo. c) - La tensión de trabajo debe ser alta, arriba de 25V. para un alambre de 1,0mm de Ø d) - Este tipo de transferencia es aplicable en cualquier posición Figura: 22.- Transferencia por spray e) - Como la corriente de trabajo es elevada y la penetración profunda, es recomendada para la soldadura de espesores gruesos. f) - Para obtener un buen resultado en este tipo de transferencia, es necesario el empleo de mezclas ricas en Argón. 31

35 Transferencia por Arco Pulsado - También denominado de onda cuadrada, es un tipo de transferencia globular mas uniforme y estable, que se consigue por la pulsación de la corriente de soldadura entre dos niveles, uno inferior a la corriente efectiva y otro superior a ella, ver figura: 23, de modo que durante el período en que la corriente es baja la gota se forma y crece en la punta del alambre y será transferida cuando el valor de la corriente es alto; este sistema de transferencia puede ser graficado conforme se ve en la figura: 24. Figura: 23: - Transferencia del metal por arco pulsado. I B = Intensidad de la corriente de base e n Amperios (A) I P = Intensidad de la corriente de pico e n Amperios (A) I ef = Intensidad de la corriente efectiva e n Amperios (A) t p = Tiempo de duración del pulso e n milisegundos (ms) F = Frecuencia de los pulsos (pulsos por segundo) e n Hertz (Hz) Intensidad de la corriente de base (I B). La intensidad de la corriente de base deberá ser seleccionada, en lo mínimo, para un valor que no permita que el arco eléctrico se extinga entre los sucesivos pulsos o ciclos. Las intensidades de base demasiado altas deben ser evitadas, para prevenir la transferencia adicional de metal entre los sucesivos pulsos. Intensidad de la corriente de pico (I P). La intensidad de la corriente de pico deberá sobre-pasar, levemente, un determinado valor critico para que la transferencia del metal ocurra libre de corto-circuitos y se mantenga durante un tiempo suficientemente largo. Las intensidades demasiado elevadas pueden resultar en una rápida formación de gotas, provocando salpicaduras, mordeduras y sobre calentamiento. 32

36 Frecuencia de los pulsos (F). Un aumento de la frecuencia de los pulsos acrecienta la transferencia de metal, y la eficiencia del arco eléctrico. En cambio si se trabaja con frecuencias de pulsos menores, del orden de 20 a 50Hz, el centelleo del arco puede perjudicar a los ojos. Características de la transferencia del metal con arco pulsado. Figura: 24.- Características de la transferencia por arco pulsado. a) - El arco eléctrico con la intensidad de la corriente de base comienza a fundir el alambre (1). b) - A medida que la corriente aumenta, aumenta el volumen de la gota en la punta del alambre hasta alcanzar la corriente de pico (2). c) - Cuando alcanza la corriente de pico, se produce el estrangulamiento de la gota en consecuencia de efecto "pinch" contribuyendo de esta forma al desprendimiento de la misma (3). d) - Al desprenderse la gota, esta se transfiere al baño de fusión sin provocar corto-circuito o salpicaduras (4). e) - Una vez efectuado el aporte, la intensidad de corriente disminuye al nivel de la corriente de base, iniciándose un nuevo pulso o ciclo (5). 33

37 La alteraciones del desempeño del arco eléctrico, a través de la frecuencia de los pulsos. Algunas de las fuentes de poder utilizadas para la soldadura por arco pulsante ya vienen con intensidad de la corriente de base y la de pico, bien como, la duración de los mismos pre-regulados y fijados. Cualquier modificación en el desempeño del arco eléctrico solo podrá ser realizado a través del ajuste de la frecuencia de los pulsos. Menor Frecuencia de los pulsos mayor. Menor Intensidad efectiva de la corriente mayor. eléctrica de soldadura. Menor Velocidad de deposición mayor. Ventajas y Desventajas en la Utilización del Arco Eléctrico Pulsado. Ventajas: La transferencia del metal de aporte se realiza sin corto-circuitos y libre de salpicaduras aun con un arco eléctrico de poca intensidad. Permite la utilización de alambres de mayor diámetro resultando, por eso, mas económico; proporcionando también mas facilidad de alimentación del mismo para el proceso de soldadura. Presenta cordones de soldadura mas parejos, es decir, mejor acabados mismo con un arco eléctrico de poca intensidad. Desventajas: Las fuentes de corriente eléctrica para la soldadura por arco pulsado tienen costos mas elevados, comparadas a las del proceso convencional. Requiere un mayor cuidado para seleccionar los parámetros ideales de soldadura, por lo que se hace necesario un entrenamiento previo del personal. Trabaja únicamente con mezclas de gases, ricas en Argón (Ar), con un máximo del 18% de CO 2 (Dióxido de Carbono) en la mezcla. 34

38 4.6.- Regulación del Caudal del Gas de Protección. En el proceso de "Soldadura por Arco con Protección Gaseosa" (MAG/MIG), la zona de fusión debe ser protegida contra el contacto del aire atmosférico, para evitar su contaminación; de lo contrario podrían aparecer poros u otros defectos. Para prevenir el aparecimiento de estas deficiencias es indispensable mantener el caudal de gas necesario para logras una buena protección. Formula empírica para determinar el caudal necesario para la protección : Caudal de gas en l/min. = 10 diámetro del alambre-electrodo, en mm. Ejemplo : Diámetro del alambre-electrodo = 1,0 mm. Caudal del gas de protección necesario = 10 l/min. Diagrama para comprobar el exacto caudal de gas de protección, considerando la intensidad de la corriente eléctrica para la soldadura. 35

39 4.7.- Los Consumibles para el Proceso GMAW Introducción. En el proceso de soldadura por arco eléctrico con gas de protección (GMAW), conocido también como proceso MIG/MAG se utilizan como consumibles alambres sólidos, y distintos tipos de gases, puros o mezclados, tanto para la soldadura de los aceros de bajo carbono como también de baja aleación o inoxidables; igualmente se pueden soldar los materiales no ferrosos como por ejemplo: aluminio y sus aleaciones, cobre y sus aleaciones, etc. Contrariamente a lo que ocurre con los electrodos revestidos, donde el alambre con el cual se fabrican las varillas tiene prácticamente la misma composición para casi todos los tipos de electrodos, en los alambres para el proceso de soldadura por arco con protección gaseosa ocurre lo contrario, cada uno de los alambres cubiertos por esta clasificación tiene una composición diferente, ya que al no poder utilizar otros componentes, que no sean metales, tienen que utilizar solamente a estos para lograr la función metalúrgica que requiere el proceso de soldadura; tal es el caso del manganeso (Mn) y el silicio (Si), el primero tiene la particularidad de eliminar tanto los oxidos como el azufre, y el segundo también es un gran desoxidante Los Alambres Sólidos: Para los diferentes tipos de alambres sólidos, existen normas que los clasifican, la mas conocida es la del A.W.S. (American Welding Society = Sociedad Americana de Soldadura) que son iguales que las del A.S.M.E. (American Society for Mechanical Engineering = Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos), estas normas son las mas conocidas mundialmente. Otra norma importante es la I.S.O./E.N. (International Organization for Standardization / European Norm = Organización Internacional de Normalización / Norma Europea). A continuación y por la razón de ser la mas popular, se detalla la norma de la A.W.S. En este sistema, con excepción de los gases, todos los alambres (sólidos en este caso) habitualmente utilizados están contenidos en ella; en particular serán dadas las especificaciones: A.W.S. A Especificación para la clasificación de los alambres y varillas para la soldadura por arco con gas de protección de los aceros al carbono. A.W.S. A Especificación para la clasificación de los alambres y varillas para la soldadura por arco con gas de protección de los aceros de baja aleación. A.W.S. A Especificación para la clasificación de los alambres y varillas para la soldadura por arco de los aceros inoxidables Criterios de la Clasificación. La clasificación de los alambres, sólidos o tubulares, es realizada teniendo como base las propiedades mecánicas del metal aportado en la condición de como soldado, tipo de gas de protección y composición química. 36