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)
MANUAL DE CONCEPTOS BÁSICOS EN SOLDADURA Y CORTE SOLDADOR SOLDADURA Y OXICORTE CON GAS DE PROTECCIÓN
ÍNDICE Introducción 6-9 Proceso de soldadura MIG/MAG 10-13 Proceso de soldadura TIG 14-20 Proceso de soldadura PAW (Soldadura por arco plasma) 21 Tipos de uniones 22-27 Defectos y causas en las soldaduras 28-29 Gases de protección 30-33 Soldadura MIG/MAG Soldadura TIG Datos de soldadura 34-40 Soldadura MIG/MAG Soldadura alambre tubular FCAW Soldadura TIG Corte con oxiacetileno 41 La seguridad siempre 49
Proceso TIG La longitud de arco es controlada por el soldador y normalmente es de 2 mm a 5 mm. La aportación térmica del arco depende de la corriente seleccionada. La velocidad de avance se ajusta para conseguir el tiempo necesario para fundir el metal en la unión. Elección de la corriente Para la soldadura TIG se puede emplear tanto corriente alterna AC, como corriente directa DC. La corriente directa (DC) con el electrodo conectado al polo negativo de la fuente de alimentación se emplea para: Aceros al Carbono Aceros Inoxidables Cobre Aleaciones de Níquel Titanio Circonio La corriente alterna (AC) se emplea para la soldadura de: Disponer de un dispositivo de alta frecuencia en el equipo de soldadura permite iniciar el arco sin que el electrodo toque la pieza de trabajo, y consigue mejorar la estabilidad del arco en corriente alterna y corriente directa. Aluminio y sus aleaciones. Magnesio. Aluminio-Bronce RECOMENDACIÓN Las mezclas de gases ALUMIXX, que incorporan un alto contenido de Helio, ofrece una mejor penetración en metales de alta conductividad térmica (Aluminio, Cobre). 15
Proceso TIG Fuentes de alimentación para la soldadura TIG Las fuentes de poder para la soldadura TIG deben ser capaces de proporcionar una corriente constante. Se llaman normalmente unidades de característica descendiente o de intensidad constante. Llenado de cráteres: Podemos evitar la formación de cráteres con una reducción gradual de la intensidad al final del cordón, manteniendo el gas de protección. Para la soldadura con corriente directa se emplean normalmente rectificadores, aunque para la soldadura en campo puede ser más adecuado emplear generadores. En la mayoría de los casos de soldadura de aluminio, se emplean transformadores de una fase. Las fuentes de alimentación más modernas tienen formas de onda cuadrada. Se pueden emplear también fuentes de alimentación combinadas AC/DC para el caso de trabajos mixtos. La fuente de alimentación debe estar equipada con los siguientes elementos: Control remoto para la corriente. Dispositivo para establecimiento del arco. Dispositivo para el llenado de los cráteres. Válvulas de control del gas. Válvulas de control del agua, en el caso de tener pistolas refrigeradas por agua que se emplean para altas intensidades. Los datos obtenidos de aplicaciones de soldadura TIG se dan en las páginas 39-41. RECOMENDACIÓN Emplee cepillos de alambre de acero inoxidable para limpiar el aluminio y acero inoxidable antes de soldar 16
Proceso TIG Electrodos para la soldadura TIG Para la soldadura TIG se pueden emplear electrodos de Tungsteno puro. Sin embargo, es preferible el empleo de electrodos aleados con Torio o Circonio ya que proporcionan un establecimiento de arco más fácil y una mayor estabilidad. En el caso de soldaduras en contacto con productos alimenticios utilizar tungstenos aleados con lantano. Los electrodos de Tungsteno aleados con Torio contienen un 2% de Torio (Óxido de Torio) y se emplean para la soldadura con corriente directa. Para un determinado diámetro de electrodo, la corriente máxima que un electrodo puede soportar está determinada por el punto de fusión y de sobrecalentamiento del material que está compuesto. Antes de su empleo, se debe afilar la punta del electrodo con una rueda de Carburo de Silicio con el fin de obtener el perfil más adecuado. Debe evitarse la contaminación del electrodo con otros metales, ya que ello puede disminuir su punto de fusión. Los electrodos de Tungsteno aleados con Circonio contienen un 2% de Circonio (Óxido de Circonio) y se recomiendan para la soldadura de Aluminio con corriente alterna. Así mismo los tungstenos puros son recomendados para soldadura de aluminio. El diámetro del electrodo se elige en función de la corriente. La corriente mínima de trabajo depende de la estabilidad del arco. Diámetro del electrodo (mm) Intensidad de operación máxima (A) Aleado con Aleado con Torio (DC) Circonio (AC) 1.2 70 40 1.6 145 55 2.4 240 90 3.2 380 150 4.0 440 210 4.8 500 275 Para la soldadura con corriente directa se requiere un afilado en la punta del electrodo de tungsteno. Para la soldadura con corriente alterna únicamente se requiere un pequeño bisel, ya que la punta del electrodo se redondea cuando el arco está operando. 17
Proceso TIG Antorchas para la soldadura TIG Las antorchas que se emplean en la soldadura TIG están clasificadas de acuerdo a la corriente que pueden soportar sin sobrecalentamiento. Para corrientes superiores a 200 A, el cuerpo de la antorcha y posiblemente la boquilla, están enfriadas por agua. Puede emplearse un difusor de gas con el fin de estabilizar el flujo del gas de protección. Ello permite que el electrodo se proyecte más lejos del final de la boquilla de gas, proporcionando una mejor visibilidad del arco y del baño de fusión. Para corrientes iguales o menores a 200 A, el mismo flujo del gas de protección proporciona suficiente enfriamiento a la antorcha. Una ventaja del proceso TIG es la existencia de un amplio rango de antorchas, lo cual posibilita la ejecución de soldaduras incluso de espesores muy delgados. La eficiencia del gas de protección depende de manera significativa del diseño de la antorcha. Gases para la soldadura TIG ARGÓN: Válido para todos los metales. ALUMIXX: La mezcla de Argón-Helio proporciona una soldadura más rápida y una penetración más profunda en la soldaduras de Aluminio y Cobre. Antorcha TIG ARGÓN-H2: Las mezclas Argón-Hidrógeno de la familia de gases INOXX TAG mejoran el perfil de la soldadura, la velocidad y la penetración, en el caso de aceros inoxidables, Cupro-Níquel y aleaciones de Níquel. Garantizan excelente limpieza y brillo en la soldadura. Ver la página 32 y 33, para la elección del gas correcto. 18
Proceso TIG TIG pulsado A corrientes bajas, el proceso TIG se vuelve difícil de controlar. Una corriente pulsada proporciona una mayor estabilidad para niveles bajos de aporte térmico. En el proceso TIG pulsado, el arco opera con bajas corrientes y se superpone un pulso de alta corriente. El soldador selecciona la frecuencia de los pulsos y su duración de acuerdo con el aporte térmico requerido y con el grado de control del baño de fusión. Se emplean antorchas convencionales, pero la fuente de alimentación debe ser un equipo especialmente diseñada para TIG pulsado. TIG convencional: La velocidad de soldadura se incrementa progresivamente de A a B. TIG pulsado: Velocidad de avance constante. El TIG pulsado es especialmente adecuado para la soldadura de láminas de menos de 1 mm de espesor, ya que mediante este proceso se minimiza el riesgo de perforación y/o deformación de la pieza base. El proceso TIG pulsado se emplea también para soldar componentes cilíndricos ya que mantiene uniforme el ancho de la soldadura sin aumentar la velocidad de avance. Esto supone un gran avance para la soldadura automatizada. 19
Proceso TIG Soldadura por puntos con el proceso TIG La soldadura por puntos con el proceso TIG es una alternativa frente al proceso de soldadura por resistencia, ya que en este último, o el acceso es sólo por un lado, o no es posible ajustar la pieza a soldar entre las pinzas del equipo de soldadura por resistencia. En la técnica de soldadura por puntos con el proceso TIG, en la unión a traslape, el electrodo se mantiene a una distancia fija de la superficie. El arco funde un baño de fusión circular que penetra a través de la intercara entre las dos láminas. Después de un tiempo predeterminado, normalmente entre 0.4 y 1 segundo, la intensidad se disminuye progresivamente para permitir que la soldadura solidifique sin formar un cráter. En una unión a tope, cuando el metal soldado penetra hasta la raíz, queda expuesto al aire, pudiéndose oxidar. Normalmente esto no es un problema para el caso de aceros al Carbono y aceros de baja aleación, pero puede provocar una soldadura de baja calidad en aceros inoxidables y metales reactivos (tales como Titanio). Esta contaminación se puede evitar empleando un gas de respaldo para la raíz. Gas de respaldo RECOMENDACIÓN Las mezclas INOXX TAG ofrecen grandes beneficios en aplicaciones como gas de respaldo (Camareo). 20
Proceso PAW Soldadura por arco Plasma El arco empleado en el proceso TIG se puede convertir en un arco de alta energía si se le obliga a pasar por un pequeño orificio practicado en la boquilla. El arco se constriñe y forma el chorro de plasma. Proceso Espesor material (mm) Rango de corriente (A) Microplasma 0.05-0.5 0.5-25 Plasma 0.5-3.0 10-250 Key hole 3.0-10 mayor a 250 Gases y mezclas aplicables al proceso PAW Material Gas Plasma Gas de protección Aceros al carbono ARGON ALTA Mezcla INOXX TAG X-1 y aceros aleados PUREZA Mezcla INOXX TAG Mezcla INFRA MIXX 200/8 Aceros inoxidables ARGON ALTA Mezcla INOXX TAG X-1 austeniticos PUREZA Mezcla INOXX TAG Niquel, Cobre y aleaciones Metales preciosos (Oro, Plata, Platino, Cobre, Titanio, Tantalio, Zirconio) ARGON ALTA PUREZA ARGON ALTA PUREZA Argón Alta Pureza Mezcla INOXX TAG X-1 Mezcla ALUMIXX Argón Alta Pureza Mezcla ALUMIXX Recomendaciones generales, para aplicaciones de gases. Si requiere asesoría sobre otras aplicaciones, consulte a un asesor técnico de INFRA, quien con gusto le atenderá. (Key hole) La soldadura por arco Plasma se basa en tres técnicas principales: ojo de cerradura o keyhole, microplasma y plasma. En el primer caso, el arco de plasma crea un agujero a través de la unión. A medida que la antorcha se desplaza a lo largo de la unión, el metal se funde en el frente del agujero de vapor, se desplaza girando hacia la parte de atrás y solidifica formando el cordón de soldadura. La soldadura microplasma permite la aplicación de soldadura de materiales de calibres muy delgados (más delgados del calibre 16, y permite sldaduras en espesores que no permitirían soldarse con ningún otro proceso). El proceso de soldadura por arco Plasma se emplea principalmente para uniones a tope de placas y tuberías. Su ventaja principal es que permite una penetración controlada. Como gas de plasma se emplea normalmente ARGÓN ALTA PUREZA o mezclas de Argón-Hidrógeno (INOXX TAG). Como gases de protección se pueden emplear ARGÓN ALTA PUREZA, ARGÓN-HIDRÓGENO o mezclas Argón-Helio (ALUMIXX). Los electrodos de tungsteno son los mismos que se utilizan en TIG con corriente directa. 21
Tipos de uniones Soldadura de láminas de bajo espesor por los procesos TIG y MIG/MAG Tanto el proceso TIG como los procesos MIG/MAG pueden emplearse para soldar láminas de material. Con los procesos MIG/MAG deben utilizarse los modos de transferencia en cortocircuito y pulsado. - unión en T (Filetes) SÍ - unión en esquina NO Los bordes de las láminas se cortan perpendicularmente sin estrías. - unión a tope Las uniones a tope de láminas de menos de 1 mm de espesor deben soldarse por el proceso TIG o proceso PAW (Plasma soldadura). Los bordes de las láminas en este caso, deben tener pestañas, con el fin de evitar la necesidad de utilizar metal de aporte. La separación entre los bordes depende del tipo de unión y del espesor de la lámina. 22
Tipos de uniones Las láminas deben mantenerse alineadas, preferiblemente apoyadas sobre una placa de respaldo. En el proceso de soldadura MIG/MAG, el control del ángulo que forma la antorcha con la superficie del metal es un parámetro crítico. Si esto no es posible, deben realizarse puntos de soldadura de unos 10 mm de largo en intervalos de 50 mm. Estos puntos se fundirán dentro de la soldadura principal. Ver la página 36 para las condiciones de soldadura. 23
Tipos de uniones Soldadura de placas de espesores medio y alto por el proceso MIG/MAG 6 mm y mayores (1/4 ) Se puede emplear la transferencia en modo spray para las uniones a tope en posición plana y para las uniones en T en posiciones horizontal y vertical. Tanto las soldaduras en vertical ascendente como las soldaduras bajo techo, requieren la técnica de baja con corriente transferencia en cortocircuito para aceros y con transferencia pulsada para el resto de metales. V simple Hasta espesores de 6 mm, los bordes de las placas pueden ser rectos. Para espesores mayores de 6 mm se emplea un bisel doble o simple. Las dimensiones de la preparación de bordes dependen del espesor y del tipo de material. Doble V Tipo Espesor Aceros al Carbono y Aceros Inoxidables Aluminio Bordes rectos Hasta 6 mm S = 1/2 e S = 1/2 e En V Bizel sencillo En doble V Doble bizel De 6 mm a 18 mm A = 60º T = 1.5 mm máx. S = 1 mm máx. Por encima de 18 mm A = 50º T = de 1 a 2 mm S = A determinar. A = 65º-70º T = 1.5 mm máx. S = 1.5 mm máx. A = 80º-90º T = 1.5 mm máx S = 1.0 mm máx. e: espesor S: separación T: hombro A: ángulo 24
Tipos de uniones El número de pasadas que se necesitan para rellenar la ranura depende del espesor. Alternativamente, el lado posterior del cordón de raíz puede soportarse con un respaldo que se elimina después de la soldadura o que si es de bajo espesor, puede permanecer en su lugar. La profundidad de penetración característica de la transferencia en modo spray hace difícil controlar el metal fundido en el cordón de raíz. Así pues, el cordón de raíz puede realizarse con transferencia en cortocircuito o mediante soldadura manual con electrodo. Ver la página 36 para las condiciones de soldadura. RECOMENDACIÓN La mejora de la transferencia de metal por medio de gases basados en Argón, hace que sea más fácil el control de la pasada de raíz 25
Tipos de uniones Uniones de tuberías Hay tres tipos principales de uniones en las soldaduras de tuberías: A tope. Cuando la unión se hace en posición fija, a medida que la soldadura progresa alrededor de la unión, ésta cambia desde la posición horizontal, pasando por vertical y finalizando en sobre cabeza. Se recomienda emplear transferencia en cortocircuito o pulsada para la soldadura MIG/MAG. Ramificadas. Bridadas. Antes de la soldadura, las tuberías pueden sujetarse con abrazaderas o mediante unos puntos de soldadura, con el fin de mantener la alineación. Si es posible, deberá rotarse la tubería durante la soldadura, de forma que se ejecute en posición horizontal. Se recomienda emplear transferencia en spray, en cortocircuito o pulsada para la soldadura MIG/MAG. 26
Tipos de uniones Para el caso de los aceros, los cordones de raíz pueden realizarse por TIG o MIG/MAG con transferencia en cortocircuito o pulsada, o incluso se puede emplear la soldadura manual con electrodo revestido. Con la soldadura TIG, el interior de la tubería puede llenarse de Argón, Nitrógeno, o mezclas de Nitrógeno-Hidrógeno (línea INFRA CAM) para proteger el cordón de penetración y para controlar su perfil. Las uniones bridadas pueden soldarse a tope o en ángulo. La preparación de bordes se elige para que se ajuste al proceso. Para facilitar la soldadura de las uniones bridadas, el eje de la tubería debe mantenerse vertical y la brida deberá rotarse. RECOMENDACIÓN Proteja la parte posterior de la soldadura con los gases ARGÓN e INFRA CAM (mezclas Nitrógeno-Hidrógeno) 27
Defectos de la soldadura Defectos en las soldaduras Porosidad Flujo de gas demasiado alto o bajo. Boquilla obstruida. Corriente de aire en el lugar de trabajo. Humedad en la pieza de trabajo o en el metal de aporte. Pintura o grasa sobre la superficie del metal. Falta de fusión Longitud de arco demasiado corta. Corriente demasiado baja. Velocidad de avance baja (MIG-MAG). Selección incorrecta de la inductancia. BAJA: Aceros carbón, aluminio. ALTA: Aceros inoxidables. Stick out altos (demasiada longitud de arco). A - Ausencia de fusión entre cordones B - Ausencia de fusión en el borde Falta de penetración Voltaje demasiado bajo. Separación de raíz muy pequeña. Socavado Velocidad de avance demasiado alta. Voltaje demasiado alto. Sección de raíz demasiado gruesa. Desalineamiento en la unión. Unión sin bizelar. Raíz 28
Defectos de la soldadura Salpicaduras Inductancia insuficiente (MIG-MAG). Longitud de arco corta. Voltaje demasiado bajo o muy elevado. Material base con óxido. Alta velocidad de alimentación de alambre. Inclusiones de Tungsteno (TIG) La punta del electrodo toca el baño de fusión. Intensidad demasiado elevada para el diámetro del electrodo. Empleo de electrodo aleado con Torio para corriente alterna (AC). Gas de protección con elevado contenido de CO 2. Grieta en el centro del cordón Bajo voltaje, alta intensidad. Acero con alto contenido en Azufre. Metal de aporte incorrecto (acero inoxidable y aluminio). Empleo incorrecto del precalentamiento. Alta restricción de la libre deformación. RECOMENDACIÓN Las imperfecciones en las soldaduras están reguladas en las normas AWS (American Welding Society). Compruebe estas normas antes de empezar a soldar. 29