Manual de conceptos básicos en soldadura y corte Soldadura y corte con gas de protección para procesos: GMAW (MIG/MAG) GTAW (TIG/TAG) FCAW (Tubular)

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1 Manual de conceptos básicos en soldadura y corte Soldadura y corte con gas de protección para procesos: GMAW (MIG/MAG) GTAW (TIG/TAG) FCAW (Tubular) PAW (Plasma) OAW (Oxiacetileno) OFC-A (Oxicorte-Acetileno)

2 MANUAL DE CONCEPTOS BÁSICOS EN SOLDADURA Y CORTE SOLDADOR SOLDADURA Y OXICORTE CON GAS DE PROTECCIÓN

3 ÍNDICE Introducción 6-9 Proceso de soldadura MIG/MAG Proceso de soldadura TIG Proceso de soldadura PAW (Soldadura por arco plasma) 21 Tipos de uniones Defectos y causas en las soldaduras Gases de protección Soldadura MIG/MAG Soldadura TIG Datos de soldadura Soldadura MIG/MAG Soldadura alambre tubular FCAW Soldadura TIG Corte con oxiacetileno 41 La seguridad siempre 49

4 Introducción Soldadura por fusión Los procesos de soldadura comúnmente empleados se basan en la fusión de los componentes en la junta de unión. En la soldadura por fusión, una fuente de calor se encarga de fundir el metal para formar un puente entre los componentes. Las fuentes de calor más empleadas son: El arco eléctrico La llama de gas En el proceso de soldadura, el metal fundido debe protegerse de la atmósfera circundante, ya que la absorción de oxígeno, nitrógeno o humedad genera una soldadura de baja calidad. Para evitar la contaminación de la soldadura, el aire presente en el área de la soldadura debe reemplazarse por un gas de protección, o debe cubrirse la soldadura con un flux o polvo protector. 6

5 Introducción Por qué emplear la soldadura? El proceso de soldadura se emplea porque es: Uno de los métodos para unir metales más óptimos en costo. Válida para un amplio rango de espesores que cubre desde unas décimas de milímetro hasta espesores de 10 pulg. (25 cm.) Muy versátil. Se utiliza en una amplia gama de componentes, formas y tamaños. Las uniones obtenidas por soldadura son: Permanentes. Fuertes, normalmente ofrecen la resistencia de los componentes. a) Resistencia a la tensión. b) Resistencia al impacto. c) Elongación. Libres de poros. Qué proceso de soldadura emplear? Existe un gran número de procesos y técnicas de soldadura. Ningún proceso es el mejor para todos los casos. Cada proceso tiene sus propias características y debe seleccionarse para cada aplicación. Factores para seleccionar el proceso de soldadura Tipo de metal. Tipo de unión. Limitaciones de la producción. Equipamiento disponible. Disponibilidad de la mano de obra. Costo de los consumibles. Costo de la mano de obra. Reproducibles. De fácil inspección por ensayos no destructivos. La soldadura puede utilizarse: En taller En campo para: Láminas Placas Piezas Tuberías 7

6 Introducción Procesos de soldadura por arco eléctrico El proceso al arco eléctrico se emplea principalmente para la soldadura de láminas, placas o tuberías de metal. regulador MIG/MAG de presión flujómetro antorcha MIG/MAG unidad de alimentación de microalambre gas de protección manguera de suministro de gas electrodo microalambre La soldadura MIG/MAG y la soldadura TIG son dos de los procesos más importantes que emplean un gas de protección para proteger al metal soldado de la contaminación atmosférica. TIG / TAG flujómetro antorcha TIG regulador de presión gas de protección manguera de suministro de gas amperímetro voltímetro fuente de poder amperímetro voltímetro cable a electrodo control de corriente cable de tierra pinza de tierra pinza de tierra El proceso GMAW establece un arco eléctrico entre la pieza de trabajo y el alambre electrodo que se alimenta continuamente. Utiliza una máquina de potencial constante, antorcha y un mecanismo que alimenta el alambre hacia la unión de los metales. Es requerida la protección de un gas o mezcla de gases. La polaridad recomendada es polaridad invertida, sin embargo deberá consultar la especificación del electrodo a aplicar. En el proceso GMAW la transferencia del electrodo se realiza por 3 formas: a) Tranferencia corto circuito b) Transferencia globular c) Transferencia spray o rocío Se pueden unir aceros al carbón, inoxidables, aluminio, cobre y bronces. cable de retorno El proceso GTAW, establece el arco eléctrico entre un electrodo de tungsteno (no consumible) y la pieza a unir, se requiere una protección de un gas o mezcla de gases normalmente, la fuentes de poder incluyen una unidad de alta frecuencia que ayuda a iniciar el arco sin tocar la pieza base y estabilizarlo. Una característica del proceso es que no genera salpicadura y produce cordones de gran calidad. Se pueden unir aceros al carbón, inoxidables, aluminio, cobre y aleaciones, titanio y magnesio. interruptor de pie 8

7 Introducción Términos habitualmente empleados en la soldadura al arco protegido con gas Longitud de arco: distancia entre la punta del electrodo y la superficie del baño de fusión. Metal base: término para describir el metal del cual están hechos los componentes de la unión. Cordón: pasada simple de metal soldado depositado sobre la superficie del metal base. Velocidad de fusión: velocidad a la cual se funde el microalambre. Se da como una medida lineal m/min (metros por minuto) o in/min (pulgadas por minuto). Metal depositado: material que se aporta a la unión mediante el electrodo o microalambre de aportación, con el fin de construir el perfil soldado. Velocidad de deposición: velocidad a la cual el metal del electrodo fundido se aporta al baño de fusión. Se mide en kg/h (kilogramos por hora). En algunas ocasiones se emplea incorrectamente refiriéndose a la relación entre el metal depositado y la cantidad de electrodo fundido, cuya terminología correcta sería rendimiento de deposición. Electrodo: según el proceso de soldadura corresponde a: a) la varilla recubierta de pasta protectora en la soldadura al arco manual; b) el electrodo de tungsteno en la soldadura TIG y la soldadura plasma; c) el microalambre consumible en la soldadura MIG/MAG. El arco eléctrico se forma entre el metal base y la punta del electrodo. Metal de aporte: metal añadido al baño de fusión durante la soldadura. En la soldadura MIG/MAG el metal de aporte se obtiene por la fusión del electrodo (hilo continuo). En la soldadura TIG el metal se aporta en forma de varilla. Temperatura entre pasos: temperatura de la unión entre cada pasada realizada. En algunas aplicaciones se especifica un máximo de temperatura para evitar los cambios metalúrgicos en el material. Paso de fusión: fundir el metal base pasando un arco TIG a lo largo de la superficie. No se emplea metal de aporte. Boquilla: en la soldadura MIG/MAG, TIG y Plasma, consiste en un tubo de material metálico o cerámico, que dirige el gas de protección en el área de soldadura. Paso o cordón: metal depositado en un recorrido del arco a lo largo de la unión. En la soldadura TIG sin aporte el término correcto sería paso de fusión. Temperatura de precalentamiento: temperatura del metal base justo antes de empezar a soldar. En algunos casos, el metal base debe calentarse para evitar problemas de agrietamiento o de falta de fusión. Paso de raíz: primera pasada depositada en una unión en el caso en que se necesiten más pasadas para llenar la ranura de la unión. Pasada de sellado: pasada de metal de aporte que se deposita sobre el lado opuesto de una unión a tope, a lo largo de la línea de la raíz. Rendimientos de soldadura de acuerdo al proceso: Electrodo revestido (SMAW): 60-65% Microalambre (GMAW): 95-98% Alambres tubulares (FCAW): 90% 9

8 Proceso MIG/MAG Soldadura MIG/MAG La soldadura por arco eléctrico con gas de protección es un proceso semi-automático que es válido tanto para la operación manual como automatizada. Se conoce por una variedad de nombres: MIG: MAG: Metal Inert Gas Metal Active Gas El gas de protección puede ser: CO 2 Argón Argón + CO 2 Argón mezclado con pequeñas cantidades de otros gases (CO 2,O 2,He,H 2 ) GMAW: Gas Metal Arc Welding Helio Para proporcionar el calor necesario para la operación de soldadura se requiere un arco de bajo voltaje (16-40 V) y alta intensidad ( A) que se establece entre el electrodo y la pieza de trabajo. siempre se deben considerar características del metal a soldar. Ver páginas 32 y 33. El electrodo, arco, metal fundido y área de soldadura están protegidos de la contaminación atmosférica mediante una corriente de gas de protección. RECOMENDACIÓN Conexión a polaridad invertida Las mezclas de gases para soldar garantizan altos rendimientos ya que eliminan pérdidas de material de aporte por salpicaduras. INFRA MIXX

9 Proceso MIG/MAG Operación La unidad de alimentación aporta el hilo/electrodo dentro del arco eléctrico. Mediante la fuente de potencia se consigue mantener constante la tensión y la longitud de arco, permitiendo al soldador concentrarse en asegurar la fusión completa de la unión. a) transferencia en cortocircuito: se transfiere el metal a la unión cuando el alambre de aporte contacta con el baño de fusión. b) transferencia en arco pulsado: se transfiere el metal a la unión en forma de pequeñas gotas (tipo spray) controladas mediante impulsos regularmente espaciados. Las fuentes de potencia empleadas en la soldadura MIG/MAG se llaman fuentes de voltaje constante ya que tienen una pendiente característica de la fuente de soldadura. uniones en posición plana Para la soldadura de placas, tuberías de espesor delgado y piezas en posición plana se recurre al proceso de transferencia en spray que opera dentro del rango de intensidades de 180 A -450 A. En este proceso se forman pequeñas gotas de metal fundido del alambre de aporte, que se proyectan al baño de fusión a través del arco. Las soldaduras que están localizadas en posiciones en las cuales el metal fundido tiende a salir hacia fuera de la unión por acción de la gravedad (vertical, sobre cabeza), se sueldan a menores intensidades (60 A -180 A). La técnica apropiada para estos tipos de unión es: Estas dos técnicas se emplean también para la soldadura de láminas delgadas 1.6 mm (1/16 ) y menores. El MIG-Sinérgico es un sistema MIG/MAG avanzado que incorpora la transferencia en spray y la transferencia en pulsado. Se deben establecer las condiciones óptimas de trabajo para un rango de aplicaciones. El proceso MIG-sinérgico requiere un equipo específico de soldadura. Los datos de soldadura para aplicaciones MIG/MAG se describen en las páginas 35 y 36. RECOMENDACIÓN La soldadura MIG/MAG con el gas de protección FERRO D, proporciona mejoras en velocidad de proceso y en nivel de fusión para transferencia cortocircuito y spray en alambres sólidos y tubulares. 11

10 Proceso MIG/MAG Aplicación de la soldadura MIG/MAG En la soldadura MIG/MAG el alambre se orienta en la misma dirección de avance que la antorcha (técnica de empuje). Esto permite que el arco funda el metal base por delante del baño de fusión y se obtenga una mejor penetración. El soldador debe controlar la velocidad de avance para asegurar que el baño de fusión no vaya por delante del arco, lo que podría provocar una falta de fusión. La calidad de la soldadura en la soldadura MIG/MAG depende del ajuste de las variables de soldadura. - El voltaje controla el perfil de la soldadura. - La inductancia en la transferencia en cortocircuito estabiliza el arco y reduce el nivel de proyecciones. Inductancia baja: Aceros al carbón, aluminio, cobre. Inductancia alta: Aceros inoxidables. - La velocidad de alimentación del alambre establece el amperaje de soldadura. Soldadura a tope técnica de Empuje - El amperaje controla: El aporte térmico. El tamaño de la soldadura. La profundidad de penetración. - El diámetro del alambre depende de la corriente requerida. La siguiente tabla sirve de guía para la selección del diámetro de alambre, pero la relación exacta depende también del material y del gas de protección.* Soldadura en filete técnica de Empuje Diámetro (mm) Intensidad (A) alimentación del hilo (m/min) alimentación del hilo (pulg/min) *( Gas de protección: INFRA MIXX) 12

11 Proceso MIG/MAG Alambres tubulares - FCAW Normalmente, los alambres que se emplean para la soldadura MIG/MAG son sólidos. Para aceros dulces, aceros al Carbono Manganeso y aceros Inoxidables, se pueden emplear alambres tubulares (FCAW - flux cored arc welding). Éstos ofrecen mayores velocidades de soldadura y un control más fácil de los perfiles de las soldaduras en ángulo. INFRA MIXX 200/05 es la mezcla ideal para la soldadura de aceros al Carbono de espesores menores a 6 mm en arco spray pulsado. Proporciona unas propiedades excelentes para procesos automáticos de soldadura: incremento de velocidad y disminución de proyecciones. INFRA MIXX 200/2 está especialmente diseñada para su utilización en la soldadura convencional y sinérgica de aceros al carbón e inoxidables y aleaciones Cupro-Níquel. El gas ARGÓN es particularmente efectivo para soldar Aluminio y sus aleaciones. También se emplea para soldar Cobre y Níquel. Mezclas de gases de INFRA MIXX 200 para la soldadura MIG/MAG La línea de gases ALUMIXX es una mezcla con base Helio especialmente diseñadas para incrementar el aporte térmico del arco a la pieza, lo que permite incrementar la velocidad de soldadura, aumentar la productividad, alcanzar mayor penetración y disminuir el uso de consumibles en función del material a soldar. Está indicada para acero inoxidable, aluminio, cobre y para la soldadura de aceros por el proceso MIG-Sinérgico. Ver las páginas 32 y 33 para seleccionar el gas correcto. Las mezclas de gases de soldadura de INFRA facilitan la obtención de los resultados óptimos en la soldadura MIG/MAG para un amplio rango de metales. Las mezclas INFRA MIXX 200/25, 200/2, 200/02, 200/05, son un conjunto de mezclas de Argón, CO 2 y O 2 creadas con el fin de conseguir las condiciones ideales de arco y obtener soldaduras libres de salpicaduras. INFRA MIXX 200/02 está recomendado para la soldadura de láminas de acero al Carbono y de baja aleación de espesores menores a 3 mm en cortocircuito y en arco spray. RECOMENDACIÓN Con la mezcla ALUMIXX se obtienen mayores velocidades de avance que se traduce en una reducción de los costos de la soldadura. 13

12 Proceso TIG Soldadura TIG La soldadura con electrodo de Tungsteno y arco protegido con gas inerte, se conoce normalmente con el nombre TIG (Tungsten Inert Gas). Para conseguir la fusión se emplea un arco que se establece entre el electrodo y la pieza de trabajo. El electrodo es no consumible y el metal de aporte, si se requiere, se aporta desde fuera. El metal fundido en el baño de fusión, el extremo de la varilla del metal de aportación y el electrodo de Tungsteno se protegen de la contaminación atmosférica por medio de un gas protector inerte. El gas de protección más empleado es Argón, pero se puede emplear Helio o mezclas de Argón-Helio o mezclas de Argón-Hidrógeno para obtener mejores resultados, siempre en función de las características del material a soldar. Ver página 33, para seleccionar el gas correcto. Operación La soldadura TIG es válida tanto para la operación manual como para la operación automatizada. En la soldadura manual el operario sitúa el electrodo en la misma dirección de avance que la antorcha y emplea el arco eléctrico para fundir el metal en la zona de unión. Si se requiere metal de aporte, por ejemplo en una unión en ángulo, éste se aporta desde el borde frontal del baño de fusión. El metal de aporte se suministra normalmente en forma de varilla de 1 metro de largo y en diversos diámetros. regulador TIG / TAG flujómetro de presión antorcha TIG gas de protección manguera de suministro de gas amperímetro voltímetro control de corriente cable de retorno pinza de tierra interruptor de pie 14

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