COMPOSICIÓN DE LA VARILLA DE SOLDADURA Con el calor producido por el arco, se funde el extremo del electrodo y se quema el revestimiento, produciéndose la atmósfera adecuada para que se produzca la transferencia de las gotas del metal fundido desde el alma del electrodo hasta el baño de fusión en el material de base.
En el arco las gotas del metal fundido se proyectan recubiertas de escoria fundida procedente del recubrimiento que por efecto de la tensión superficial y de la viscosidad flota en la superficie, solidificando y formando una capa de escoria protectora del baño fundido.
Electrodos, abricación.
El material de aportación que se usa en el proceso !!" se conoce como electrodo y consiste en una varilla met#lica, me t#lica, generalmente acero, recubierta de un revestimiento concéntrico de flux extruido y seco. $a fabricación de electrodos se realiza en dos l%neas en paralelo& varilla o alma, y revestimiento.
abricación de la varilla.
$a materia prima el alambrón de ' a ( mm de di#metro, que la siderurgia suministra en rollos o bobinas, de aproximadamente ).*** +g. El fabricante comprueba la composición a partir del an#lisis qu%mico de un despunte de la bobina y posteriormente ésta pasa a una devanadora protegida por una campana met#lica, en donde el alambrón se retuerce y despende el óxido adherido en el tren de laminado en caliente. " esta etapa se le denomina decapado mec#nico. "l ser la fabricación de electrodos un proceso continuo, los extremos de cada bobina se empalman por resistencia eléctrica, eliminando las rebabas de la soldadura con muela de esmeril.
Composición del revestimiento.
$a composición de los revestimientos suele ser muy complea. -e trata generalmente de una serie de sustancias org#nicas y minerales. En la fabricación de la pasta para el revestimiento suelen intervenir& óxidos naturales& óxidos de hierro, ilemita /*0 óxido férrico y /*0 óxido de titanio1, rutilo óxido de titanio1, s%lice óxido de silicio1. silicatos naturales& caol%n, talco, mica, feldepasto... productos vol#tiles& celulosa, serr%n... fundentes productos qu%micos& carbonatos, óxidos... ferroaleaciones& de !n, -i, 2i... aglomerantes& silicato sódico, silicato pot#sico.
unciones del revestimiento.
Eléctrica. Cebado de arco. En general, las sustancias que se descomponen produciendo gases f#cilmente disociables exigen tensiones de cebado de arco m#s elevadas, debido al calor absorbido en la disociación, que es un proceso endotérmico. Con corriente alterna, se necesitan tensiones de cebado m#s altas. $os silicatos, carbonatos, óxidos de e, óxidos de 2i, favorecen el cebado y el mantenimiento del arco Estabilidad del arco. $a estabilidad del arco depende, entre otros factores, del estado de ionización de los gases comprendidos entre el #nodo y el c#todo. 3ara un arco en corriente alterna es imprescindible un medio fuertemente ionizado. 3or este motivo se añaden al revestimiento, entre otras sustancias, sales de sodio y de potasio.
%sica.
4na misión fundamental del revestimiento es evitar que el metal fundido entre en contacto con el ox%geno, el nitrógeno y el hidrógeno del aire, ya sea por la formación de un gas protector alrededor del camino que han de seguir las gotas del metal fundido y después, mediante la formación de una abundante escoria que flota por encima del baño de fusión.
El revestimiento debe ser vers#til y permitir generalmente la soldadura en todas las posiciones. En ello interviene dos factores& el propio espesor del revestimiento. su naturaleza, que determina la viscosidad de la escoria, que es necesaria para mantener la gota en su lugar a través de su propia tensión superficial y para proteger el baño fundido del contacto con el aire.
El revestimiento del electrodo se consume en el arco con una velocidad lineal menor que el alma met#lica del mismo. Como resultado, el recubrimiento queda prolongado sobre el extremo del alma y forma un cr#ter que sirve para dirigir y concentrar el chorro del arco, disminuyendo sus pérdidas térmicas.
Soldadura por Arco con Electrodo Revestido Índice de contenidos
)5 6ntroducción
).)5 7eneralidades ).85 undamentos
85 3rincipios del proceso 8.)5 7eneralidades 8.85 Equipo de soldadura
95 El :evestimiento 9.)5 unciones del revestimiento 9.85 2ipos de revestimientos
;5 El electrodo ;.)5 Clasificación ;.85 3ropiedades y aplicaciones ;.95 -
/5 "plicaciones de la soldadura /.)5 En acero /.85 En materiales especiales
DESARROLLO DEL CON!ENIDO
"# Introducci$n "%"# &eneralidades
$a técnica de la soldadura por arco eléctrico tomó importancia en el sector industrial cuando el sueco ?scar +ellberg en ).@*; descubre el electrodo revestido. Este hecho es de suma importancia y el punto de inflexión que permitió posteriormente el gran desarrollo de la soldadura por arco eléctrico. Aasta entonces se hab%an podido hacer experimentos de soldar electrodos desnudos, pero su uso acarreaba muchos inconvenientes, entre los cuales caben destacar& 5 la fiación de elementos nocivos en el baño de fusiónB 5 la generación de una fuerte porosidad dentro de la soldadura por los gases ocluidosB 5 hay problemas de estabilización y soplado del arco eléctricoB 5 y en general, se consigue una soldadura de mala calidad. El desarrollo del arco revestido va a permitir solventar todas estas cuestiones, y tendr# una aplicación fundamental para la soldadura de metales férreos. "%'# (unda)entos
El fundamento de la soldadura por arco eléctrico es la diferencia de potencial que se establece entre el electrodo que pende de la pinza y la pieza a soldar o metal base que se conecta a masa. Esta diferencia de potencial ioniza la atmósfera circundante, por lo que el aire pasa a ser conductor, cerr#ndose el circuito y estableciéndose un arco eléctrico entre el electrodo y la pieza a soldar.
El calor del arco eléctrico va a fundir el extremo del electrodo y parcialmente el metal base, creando el baño de fusión, donde se ir# depositando el electrodo fundido originando as% el cordón de soldadura. " continuación se resume a grandes rasgos los principios de la soldadura por arco eléctrico& 5 uente de calor& arco eléctricoB 5 2ipo de protección& revestimiento del electrodoB 5 "portación& con el propio electrodoB 5 "plicaciones& todos lo metales férreos principalmenteB 5 2ipo de proceso& manual, autom#tico soldadura por gravedad1.
'# Principios del proceso '%"# &eneralidades
El proceso de la soldadura manual por arco eléctrico con electrodo revestido -!">, del inglés -hielded !etal "rc >elding1 comienza con el cebado o establecimiento del arco entre el extremo del electrodo y la pieza a soldar. 4na vez conseguido el mantenimiento y estabilización del arco, el calor generado funde el revestimiento y la varilla met#lica del electrodo, a la vez que la combustión del revestimiento sirve para originar una atmósfera protectora que impide la contaminación del material fundido. "s%, las gotas de metal fundido procedentes de la varilla met#lica del electrodo van a depositarse en el baño de fusión rodeadas de escoria. Esta escoria, por efecto de la viscosidad, flota en el baño protegiéndolo contra un enfriamiento r#pido y de la contaminación del aire circundante. 4na vez fr%o el cordón, se procede a eliminar esta escoria que queda como una especie de costra en la superficie del cordón.
'%'# E*uipo de soldadura
#sicamente, el equipo de soldadura est# compuesto por los siguientes elementos& 5 una fuente de corriente continua o alternaB 5 pinza porta5electrodo y pinza de masaB 5 cables de conexiónB 5 electrodos revestidos.
En general, los electrodos revestidos est#n constituidos por un alma met#lica que contiene el metal de aporte, y un revestimiento que rodea al anterior.
+# El revesti)iento +%"# (unciones del revesti)iento
$os revestimientos de los electrodos son mezclas muy compleas de materiales que act=an durante el proceso de fusión del electrodo para cumplir las funciones que a continuación se relacionan. . .
(unci$n el,ctrica 5 !eorar el cebado del arco. 3ara ello al revestimiento se le dota de silicatos, carbonatos y óxidos de e y 2i que lo favorecen, 5 Estabilización del arco. 4na vez originado el arco es necesario su estabilización para controlar el proceso de soldadura y garantizar un cordón con buen aspecto. 3ara ello, en la composición del revestimiento debe primar la presencia de iones positivos durante el proceso de soldadura. Esto se consigue añadiendo a la composición sales de sodio y potasio, que adem#s cumplen otra función, como la de servir de aglutinante a los dem#s elementos de la composición del revestimiento. (unci$n -.sica 5 ormación de escorias. $a formación de escoria en el cordón permite disminuir la velocidad de enfriamiento del baño, meorando las propiedades mec#nicas y metal=rgicas del cordón resultante. Esto se consigue porque la escoria va a flotar en la superficie del baño, quedando atrapada en su superficie. 5 7as de protección. 3or otro lado, la función protectora se consigue mediante la formación de un gas protector que elimina el aire circundante y los elementos nocivos que ello conlleva como son el ox%geno presente en la atmósfera que produce óxidos del metal1, el nitrógeno que da dureza y fragilidad al cordón1 o el hidrógeno que introduce m#s fragilidad a la unión1. 5 Dersatilidad en el proceso. $a presencia del revestimiento en el electrodo va a permitir eecutar la soldadura en todas las posiciones. 5 Concentración del arco. $ogrando una mayor concentración del arco se consigue meor eficiencia en la soldadura y disminuir las pérdidas de energ%a. Este fenómeno se consigue debido a que el alma met#lica del electrodo se consume m#s r#pidamente que el revestimiento, origin#ndose as% una especie de cr#ter en la punta que sirve para concentrar la salida del arco.
(unci$n Metal/r0ica 5 !eorar las caracter%sticas mec#nicas. !ediante el revestimiento se pueden meorar ciertas caracter%sticas del cordón resultante mediante el empleo de ciertos elementos en la composición del revestimiento y de la varilla que se incorpora en el baño del cordón durante el proceso de soldadura. 5 :educir la velocidad de enfriamiento. "l permitir un enfriamiento m#s pausado del cordón, se evitan choques térmicos que provoquen la aparición de estructuras m#s fr#giles. Ello se consigue porque las escorias producidas quedan flotando en el baño de fusión y forman una capa protectora del cordón, que adem#s sirve de aislamiento térmico que reduce su velocidad de enfriamiento. +%'# !ipos de revesti)ientos
$a composición qu%mica del revestimiento influye de manera decisiva en aspectos de la soldadura, tales como, la estabilidad del arco, la profundidad de penetración, la transferencia de material, la pureza del baño, etc. " continuación se indican los principales tipos de revestimientos utilizados para los electrodos& # Revesti)iento celul$sico -u composición qu%mica est# formada b#sicamente por celulosa integrada con aleaciones ferrosas magnesio y silicio1. $a celulosa va a desprender gran cantidad de gases en su combustión, lo que va a reducir la producción de escorias en el cordón, a la vez que va a permitir eecutar la soldadura en posición vertical descendente. El baño de fusión que se obtiene con este tipo de revestimiento va a ser caliente, con la fusión de una notable cantidad de material base, lo que provoca cordones con una gran profundidad de penetración. Ello es debido al elevado desarrollo de hidrógeno, presente en la composición qu%mica de este tipo de revestimiento. En general, las caracter%sticas mec#nicas de la soldadura que se obtienen con este tipo de revestimientos son óptimas, aunque el aspecto final del cordón pueda ser meorable. Ello es debido a la casi total ausencia de la protección l%quida ofrecida por este revestimiento, lo cual va a impedir una modelación óptima del baño durante su solidificación. 3ara electrodos que utilicen este revestimiento, la corriente de soldadura, dada la escasa estabilidad del arco, es normalmente en corriente continua CC1 con polaridad inversa. # Revesti)iento 1cido
-u composición qu%mica se basa principalmente en óxidos de hierro, y en aleaciones ferrosas de manganeso y silicio. Da a generar un baño muy fluido, lo que no va a permitir eecutar la soldadura en determinadas posiciones. 3or otro lado, este tipo de revestimiento no va a dotar al fluo de un gran poder de limpieza en el material base, por lo que puede generar grietas en el cordón. -u aplicación se centra fundamentalmente en aceros de bao contenido en carbono, azufre y fósforo. $a escoria que produce se elimina f#cilmente y presenta una estructura esponosa. $as caracter%sticas mec#nicas que va a presentar el cordón son aceptables, aunque de resistencia baa. Este tipo de revestimiento va a garantizar una buena estabilidad del arco, lo que los hace idóneos tanto para el empleo de corriente alterna C"1 como para la corriente continua CC1. # Revesti)iento de rutilo En su composición qu%mica predomina un mineral denominado rutilo, compuesto en un @/0 de bióxido de titanio, que ofrece mucha estabilidad y garantiza una óptima estabilidad del arco y una elevada fluidez del baño, lo que se traduce en un buen aspecto final del cordón de soldadura. El revestimiento de rutilo, en cualquier caso, va a garantizar una fusión dulce, de f#cil realización, con formación abundante de escoria de una consistencia viscosa y de f#cil eliminación, lo cual va a permitir un buen deslizamiento, sobre todo en posición plana. -e aconsea su uso para aquellos casos donde el material base no presente muchas impurezas, debido a que estos revestimientos no tienen efectos limpiadores. "dem#s, no secan bien y por lo tanto pueden desarrollar mucho hidrógeno ocluido en el cordón de soldadura. 3ara aplicaciones donde se requiera meorar el rendimiento, manteniendo la estabilidad del arco, se pueden emplear electrodos donde se combina el revestimiento de rutilo con otros componentes, como la celulosa electrodos rutilo5celulósicos1 o la fluorita electrodos rutilo5b#sicos1. Febido a la gran estabilidad del arco que presenta este tipo de revestimiento en los electrodos, se hace posible su empleo tanto con corriente alterna C"1 como con corriente continua CC1 en polaridad directa o inversa. 2iene gran aplicación cuando los espesores a soldar son reducidos.
# Revesti)iento 21sico $a composición qu%mica de este revestimiento est# formada b#sicamente por óxidos de hierro, aleaciones ferrosas y por carbonatos de calcio y magnesio a los cuales, añadiendo fluoruro de calcio se obtiene la fluorita, que es un mineral muy apto para facilitar la fusión del baño.
Este tipo de revestimiento posee una gran capacidad de depuración del metal base, con lo que se obtienen soldaduras de calidad y de buenas propiedades mec#nicas. $os electrodos con este tipo de revestimiento soportan elevadas temperaturas de secado, y por lo tanto el baño no se contamina con hidrógeno. 2ienen una escoria poco abundante, aunque muy densa y de dif%cil eliminación. $os electrodos con este tipo de revestimientos son aptos para eecutar soldaduras en posición, verticales, por encima de la cabeza, etc. 3or otro lado, la fluorita hace que el arco sea muy inestable, con un baño menos fluido, que da lugar a frecuentes cortocircuitos debidos a una transferencia del material de aporte a base de grandes gotas. -in embargo, el arco debe mantenerse muy corto debido a la escasa volatilidad de este revestimiento. En definitiva, todo esto hace necesario que el s oldador que haga uso de este revestimiento para los electrodos de soldadura tenga mucha experiencia y buena pericia en el proceso. 3ara electrodos con este tipo de revestimiento se recomienda el empleo de generadores de corriente continua CC1 en polaridad inversa. $os electrodos b#sicos se distinguen por la gran cantidad de material depositado, y son buenos para la soldadura de grandes espesores. $os electrodos con revestimiento b#sico son muy higroscópicos, por lo que se recomienda mantenerlos en ambiente seco y en recipientes cerrados. " continuación se muestra una tabla resumen con los distintos tipos de revestimientos y sus componentes principales&
En esta otra tabla que se adunta, se puede observar el efecto protector de cada tipo de electrodo. En ella se indica el porcentae aproximado de nitrógeno absorbido por la soldadura y el volumen de hidrógeno absorbido por )** gramos de metal depositado. "s% mismo, puede observarse que el revestimiento b#sico es el que proporciona la meor protección y, por tanto, dar# soldaduras de mayor calidad.
3# El electrodo 3%"# Clasi-icaci$n
3ara la soldadura de los aceros, los electrodos se clasifican atendiendo al tipo de revestimiento que incorporan. "s% se tiene la siguiente clasificación t%pica& 5 Electrodos CelulósicosB 5 Electrodos GcidosB 5 Electrodos de :utiloB 5 Electrodos #sicosB 5 ?tros electrodos de gran penetraciónB de gran rendimientoB de autocontacto1. 3%'# Propiedades 4 Aplicaciones
" continuación se va ciertas caracter%sticas de los electrodos en lo que se refiere a tipo de escoria generada, metal depositado, tipo de arco eléctrico, caracter%sticas mec#nicas del cordón resultante, y sobre aplicaciones y precauciones a tener en cuenta para cada tipo. # Electrodos Celul$sicos H 2ipo de escoria& este tipo de electrodos genera una escoria poco voluminosa y de f#cil eliminaciónB H !etal depositado& el cordón depositado va a contener gran cantidad de hidrógeno ocluidoB H "rco eléctrico& posee una gran penetración y abundantes pérdidas por salpicadurasB H Caracter%sticas mec#nicas& Carga de rotura& ;( IgJmm 8 B "largamiento en rotura& 8(0 $%mite el#stico& ;* IgJmm 8 B :esiliencia a *K C& L/ Mulios H "plicaciones y precauciones& este tipo de electrodos se utilizan principalmente para soldadura de tuber%as, siendo su uso generalizado en soldaduras de oleoductos. Es adecuado su uso para eecutar soldaduras en posición y producen una gran cantidad de humos. # Electrodos 5cidos
H 2ipo de escoria& genera una escoria poco viscosa por el !n1 y de f#cil eliminación. " su vez es de color negro y de estructura esponosaB H !etal depositado& el cordón va a resultar con un alto contenido en impurezas.
H !etal depositado& el cordón se presenta casi exento de impurezas y libre de hidrógenoB H "rco eléctrico& para este tipo de electrodo se puede utilizar tanto con corriente alterna C"1 como continua CC1 en polaridad inversaB H Caracter%sticas mec#nicas& Carga de rotura& /; IgJmm 8 B "largamiento en rotura& 8(0 $%mite el#stico& ;; IgJmm 8 B :esiliencia a *K C& )9* Mulios H "plicaciones y precauciones& este tipo de electrodos est#n recomendado para la soldadura de aceros. -u uso est# generalizado en calderer%a, construcción naval, estructuras met#licas, maquinaria, etc. # Electrodos de Autocontacto o de &ran Rendi)iento En estos electrodos el revestimiento contiene e en polvo. El arco salta de forma espont#nea, y su rendimiento gravimétricoN1 es superior al )**0.
# Electrodos de &ran Penetraci$n Estos electrodos presentan un revestimiento muy grueso con obeto de soportar una intensidad de corriente mayor. " continuación se resumen en la tabla siguiente las caracter%sticas principales de los diferentes tipos de electrodos&
3or =ltimo, se detalla en la siguiente tabla los valores medios de la corriente de soldadura "1, seg=n el tipo y di#metro del electrodo que se utilice&
?tros di#metros para electrodos, adem#s de los anteriores de la tabla, son de (, )* y )8 mm. En todo caso, la elección del di#metro de los electrodos depender# del espesor del cordón de soldadura que se requiera depositar, siendo la intensidad de corriente necesaria función de este di#metro. 3%+# Nor)ali7aci$n se0/n UNE 4 A8S
" continuación se expone la forma de identificación de los electrodos revestidos empleados para soldadura por arco manual seg=n la normativa 4-. 3ara el caso de soldadura de aceros, un electrodo en España se normaliza seg=n la 4
Eemplo&
3or otro lado, seg=n la "merican >elding -ociety ">-1, la clasificación e identificación de los electrodos se realiza de la siguiente manera& 3ara soldadura de aceros al carbono, se emplea la especificación "> "/.)., que trabaa con la siguiente designación para electrodos revestidos& E 99:: " ;
R& 6ndica que el electrodo cumple los requisitos de la prueba de absorción de humedad a (*Q y (*0 de humedad relativa solo para electrodos de bao hidrógeno1. $a especificación ">- "/./., que trae los requisitos de los electrodos para soldadura de aceros de baa aleación utiliza la misma designación de la "> "/.)., con excepción de las designaciones opcionales. En su lugar, utiliza sufios que constan de una letra o de una letra y un n=mero, ppor eemplo "), ), 8, C), 7, !, etc.1 los cuales indican la composición qu%mica.
$a especificación ">- "/.;., que trata de los electrodos para soldadura de aceros inoxidables trabaa con la siguiente designación& E 999 N donde& E& 6ndica electrodo para soldadura de arcoB 999& 6ndica la composición qu%mica del deposito de soldadura puro, la cual se basa en la designación "6-6B N& 6ndica el tipo de corriente con la que puede operarse el electrodo. $a especificación ">- " /.)/., de electrodos para soldadura de hierro fundido utiliza el prefio E, seguido de los elementos considerados significativos y finalmente las letras C6 que indican que el electrodo es para hierro fundido. Eemplos& Eni5C6, Enie5C6, etc.
$a especificación ">- "/.)L., de materiales de aporte por proceso de arco sumergido para aceros al carbono, identifica los electrodos con el prefio E electrodo1, seguido de la letra que indica el contenido de manganeso y que puede ser& $bao1, !medio1, ó Aalto1 . " continuación sigue uno o dos d%gitos que dan el contenido nominal de carbono en centésima de porcentae. inalmente, algunos electrodos traer#n una letra +, para significar que son aceros calmados. $as propiedades mec#nicas del depósito dependen del fundente que se use con cada electrodo. $a denominación completa fundente5electrodo puede ser por eemplo& (=A' EM"'>, la cual significa& (& undenteB =& '*.*** 3si de resistencia a la tracción m%nimaB A& 3ropiedades mec#nicas obtenidas sin tratamiento post soldadura as Relded1B '& :esistencia al impacto de 8L m%nimo a 8*QB
E& ElectrodoB M& Contenido medio de manganesoB "'& *.)80 de carbono nominal1B >& "cero calmado. inalmente, la especificación ">- "/.)(, la cual trae los requisitos del material de aporte para procesos con protección gaseosa !67J!"7, 267 y plasma1 denomina los electrodos de la siguiente forma& ER?@#S9 donde& E& 6ndica electrodo para soldadura por arco para !67J!"71B R& 6ndica aporte que funde por un medio diferente que el conducir la corriente del arco eléctrico para 267 y plasma1B ?@& $a resistencia a la tracción nominal del depósito de soldadura la cual es igual para todas las referenciasB S& 6ndica el electrodo sólidoB 9& Es un n=mero que indica la composición qu%mica del alambreB
# Aplicaciones de la soldadura %"# En acero
En general, si el acero es de composición f#cilmente reconocible, pueden utilizarse los electrodos de rutilo, por su mayor facilidad de cebado, de soldadura y por la buena estética del cordón. En la pr#ctica, la soldadura de los aceros con un nivel medio o elevado de carbono S*.8/01 puede provocar la formación de defectos estructurales. -e aconsea la aplicación del procedimiento por electrodo sobretodo para la soldadura de untas con espesores medios5grandes y utilizando electrodos b#sicos. En estos casos se obtiene una alta calidad de la soldadura unto a una buena resistencia a la rotura. $a soldadura de tubos de acero se eecuta utilizando electrodos celulósicos, donde es necesaria una elevada penetración y que sea f#cil trabaar el electrodo. -e aconsea siempre el biselado, con #ngulo de bisel suficiente para una casi completa introducción del electrodo en la ranura de soldadura. %'# En )ateriales especiales
En relación a los materiales especiales, como aceros inoxidables, aluminios y sus aleaciones, y fundición, se utilizan electrodos espec%ficos.
5 $os aceros inoxidables se sueldan en corriente continua CC1 con polaridad inversa. -e utilizan electrodos espec%ficos que se diferencian por la composición metal=rgica del material a soldar presencia de cromo Cr1 y de n%quel
