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MANUAL DE SOLDADURA POR ARCO CON ELECTRODO DE TUNGSTENO Y PROTECCIÓN DE GAS, MILLER, GAS TUNGSTEN ARC WELDING (GTAW)

Elaborado por: Ing. William Mendoza C.I.V. 202734 CAWI/AWS 98080574 Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected] [email protected],, Cel. 0416-3332202 Página 1

CONTENIDO:

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CAPÍTULO I……………………………… I…………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………5 …………………………………5 I.-EL PROCESO GTAW……………………………………………………………………………………………….5 GTAW……………………………………………………………………………………………….5 Ventajas del Proceso Proceso GTAW……………………………… GTAW………………………………………………………………………………… …………………………………………………..5 Arco Concentrado……… Concentrado…………………………………………………… …………………………………………………………………………………………5 ……………………………………………5 Sin Escoria……………………… Escoria………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………6 …………………………………6 Sin Chispas ni Salpicaduras……………………………………………………………………………………6 Salpicaduras……………………………………………………………………………………6 Sin Humos ni Vapores……………………………………………………………………………………………6 Vapores……………………………………………………………………………………………6 Desventajas del Proceso Proceso GTAW………………………… GTAW…………………………………………………………………………… ………………………………………………….7 .7 Resumen del Proceso……………… Proceso……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………7 ……………………7 CAPITULO II……………………………………… II……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………7 ………………………7 II.- FUNDAMENTOS DEL PROCESO GTAW………………………………………………………………….7 GTAW ………………………………………………………………….7 Corriente Alterna………………… Alterna……………………………………………………………… ……………………………………………………………………………10 ………………………………10 Frecuencia……………………………………………………………… Frecuencia…………………… ……………………………………………………………………………………10 …………………………………………10 Corriente Alterna de Onda Sinusoidal ……………………………………………………………….11 Corriente Alterna de Onda Cuadrada Cuadrada…………………………………………………………………12 …………………………………………………………………12 Onda Cuadrada Avanzada………………………………………………………………………………….13 Avanzada………………………………………………………………………………….13 Corriente Directa…………… Directa………………………………………………………… ………………………………………………………………………………….14 …………………………………….14 Polaridad…………………………………………………………………………………………………………..14 Corriente Directa Electrodo Negativo………………………………………………………………..15 Negativo………………………………………………………………..15 (Polaridad Directa, Término no Normalizado)……………………………………………………15 Normalizado)……………………………………………………15 Corriente Directa Electrodo Positivo………………………………………………………………….16 Positivo………………………………………………………………….16 (Polaridad Inversa, Término no Normalizado)………………………………………… Normalizado)…………………………………………………..16 ………..16 Soldadura con Corriente Alterna……………………………………………………………………….19 Alterna……………………………………………………………………….19 Rectificación del Arco…………………… Arco…………………………………………………………………………… …………………………………………………………………..20 …………..20 Formas de Ondas Ondas Balanceadas y Desbalanceadas………………………………………………21 Ventajas del Control del Balance de Ondas……………………………………………………….22 Ondas……………………………………………………….22 Frecuencia Ajustable (Hz)………………………………………………………………………………….25 (Hz)………………………………………………………………………………….25 Ventajas de la Frecuencia Ajustable………………………………………………………………….27 Ajust able………………………………………………………………….27 Control de Corriente Independiente………………………………………………………………….28 Independiente………………………………………………………………….28 Ventajas de la Onda Cuadrada Avanzada…………………………………………………………..30 Avanzada…………………………………………………………..30 Fundentes de Soldadura para el Proceso GTAW……………………… GTAW…………………………………………………32 …………………………32 Métodos de Encendido del Arco………………………………………………………………………..33 Ionización del Gas……………………… Gas……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………..33 ……………………..33 Alta Frecuencia……………………… Frecuencia…………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….33 …………………………….33 Alta Frecuencia (HF) en el Modo de Pulsos………………………………………………………..36 Arco Levantado…………………… Levantado…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………37 ……………………………37 Método Mé todo de Encendido del Arco Mediante Rayado del Electrodo………………………..37 Descarga Capacitiva……………………………… Capacitiva………………………………………………………………………………… …………………………………………………………..38 ………..38 GTAW Pulsado………………… Pulsado……………………………………………………………… ………………………………………………………………………………..39 …………………………………..39 Soldadura de Alta Frecuencia Frecuencia Pulsada……………………… Pulsada……………………………………………………………….41 ……………………………………….41 CAPITULO III……………………………………… III………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………..42 ………………..42 III.- EQUIPOS GTAW…………………… GTAW………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….42 …………………………….42 Primero la Seguridad………………………… Seguridad………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………..42 ……..42 Selección de la Fuente de de Energía…………………………… Energía…………………………………………………………………… ……………………………………….43 .43 Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected] [email protected],, Cel. 0416-3332202 Página 2

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CAPÍTULO I……………………………… I…………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………5 …………………………………5 I.-EL PROCESO GTAW……………………………………………………………………………………………….5 GTAW……………………………………………………………………………………………….5 Ventajas del Proceso Proceso GTAW……………………………… GTAW………………………………………………………………………………… …………………………………………………..5 Arco Concentrado……… Concentrado…………………………………………………… …………………………………………………………………………………………5 ……………………………………………5 Sin Escoria……………………… Escoria………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………6 …………………………………6 Sin Chispas ni Salpicaduras……………………………………………………………………………………6 Salpicaduras……………………………………………………………………………………6 Sin Humos ni Vapores……………………………………………………………………………………………6 Vapores……………………………………………………………………………………………6 Desventajas del Proceso Proceso GTAW………………………… GTAW…………………………………………………………………………… ………………………………………………….7 .7 Resumen del Proceso……………… Proceso……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………7 ……………………7 CAPITULO II……………………………………… II……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………7 ………………………7 II.- FUNDAMENTOS DEL PROCESO GTAW………………………………………………………………….7 GTAW ………………………………………………………………….7 Corriente Alterna………………… Alterna……………………………………………………………… ……………………………………………………………………………10 ………………………………10 Frecuencia……………………………………………………………… Frecuencia…………………… ……………………………………………………………………………………10 …………………………………………10 Corriente Alterna de Onda Sinusoidal ……………………………………………………………….11 Corriente Alterna de Onda Cuadrada Cuadrada…………………………………………………………………12 …………………………………………………………………12 Onda Cuadrada Avanzada………………………………………………………………………………….13 Avanzada………………………………………………………………………………….13 Corriente Directa…………… Directa………………………………………………………… ………………………………………………………………………………….14 …………………………………….14 Polaridad…………………………………………………………………………………………………………..14 Corriente Directa Electrodo Negativo………………………………………………………………..15 Negativo………………………………………………………………..15 (Polaridad Directa, Término no Normalizado)……………………………………………………15 Normalizado)……………………………………………………15 Corriente Directa Electrodo Positivo………………………………………………………………….16 Positivo………………………………………………………………….16 (Polaridad Inversa, Término no Normalizado)………………………………………… Normalizado)…………………………………………………..16 ………..16 Soldadura con Corriente Alterna……………………………………………………………………….19 Alterna……………………………………………………………………….19 Rectificación del Arco…………………… Arco…………………………………………………………………………… …………………………………………………………………..20 …………..20 Formas de Ondas Ondas Balanceadas y Desbalanceadas………………………………………………21 Ventajas del Control del Balance de Ondas……………………………………………………….22 Ondas……………………………………………………….22 Frecuencia Ajustable (Hz)………………………………………………………………………………….25 (Hz)………………………………………………………………………………….25 Ventajas de la Frecuencia Ajustable………………………………………………………………….27 Ajust able………………………………………………………………….27 Control de Corriente Independiente………………………………………………………………….28 Independiente………………………………………………………………….28 Ventajas de la Onda Cuadrada Avanzada…………………………………………………………..30 Avanzada…………………………………………………………..30 Fundentes de Soldadura para el Proceso GTAW……………………… GTAW…………………………………………………32 …………………………32 Métodos de Encendido del Arco………………………………………………………………………..33 Ionización del Gas……………………… Gas……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………..33 ……………………..33 Alta Frecuencia……………………… Frecuencia…………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….33 …………………………….33 Alta Frecuencia (HF) en el Modo de Pulsos………………………………………………………..36 Arco Levantado…………………… Levantado…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………37 ……………………………37 Método Mé todo de Encendido del Arco Mediante Rayado del Electrodo………………………..37 Descarga Capacitiva……………………………… Capacitiva………………………………………………………………………………… …………………………………………………………..38 ………..38 GTAW Pulsado………………… Pulsado……………………………………………………………… ………………………………………………………………………………..39 …………………………………..39 Soldadura de Alta Frecuencia Frecuencia Pulsada……………………… Pulsada……………………………………………………………….41 ……………………………………….41 CAPITULO III……………………………………… III………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………..42 ………………..42 III.- EQUIPOS GTAW…………………… GTAW………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….42 …………………………….42 Primero la Seguridad………………………… Seguridad………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………..42 ……..42 Selección de la Fuente de de Energía…………………………… Energía…………………………………………………………………… ……………………………………….43 .43 Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected] [email protected],, Cel. 0416-3332202 Página 2

Fuentes de Energía de Corriente Constante……………………………………………………… Constante………………………………………………………46 46 Fuentes de Energía con Rectificador Controlado por Silicio (SCR) de Onda Cuadrada…………………………………………………………………………………………………………50 Fuentes de Energía Inverters…………………………………………………………………………….51 Inverters…………………………………………………………………………….51 Fuentes de Energía Accionadas por Motor………………… Motor………………………………………………………..52 ……………………………………..52 Ciclo de Trabajo…………………… Trabajo………………………………………………………………… …………………………………………………………………………..54 ……………………………..54 Fase Simple – Simple – Fase Triple………………………… Triple………………………………………………………………………………… ……………………………………………………….55 .55 Voltaje de Entrada………… Entrada……………………………………………………… …………………………………………………………………………………57 ……………………………………57 Elementos de Accesorios………………………………………………………………………………….59 Encendedores/Estabilizadores Encendedores/Es tabilizadores del Arco……………………… Arco……………………………………………………………59 ……………………………………59 Procedimientos de Corrección…………………………………………………………………………. Corrección………………………………………………………………………….60 60 Antorcha GTAW……………………… GTAW………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………….61 …………………….61 Componentes de la Antorcha GTAW………………………………………………………………..64 GTAW………………………………………………………………..64 Enfriadores y Refrigerantes Refrigerantes……………………………………… ………………………………………………………………………………65 ………………………………………65 Control Remoto…………… Remoto……………………………………………………… ………………………………………………………………………………….. ………………………………………..66 66 Aparatos Rodantes y Soportes de Cilindros……………… Cilindros………………………………………………………67 ………………………………………67 Soldadura GTAW Automatizada……………………………………………………………………….68 Automatizada……………………………………………………………………….68 Microprocesadores………………………………… Microprocesadores …………………………………………………………………………………………..71 ………………………………………………………..71 Conexiones para para la Aplicación de las Automati Automatizaciones…………………………………..72 zaciones…………………………………..72 Sistemas de Control de la Longitud del Arco……………………………………………………..72 Arco……………………………………………………..72 Control Magnético del Arco………………………………………………………………………………73 Arco………………………………………………………………………………73 Sistema de Alimentación de Alambre Frío…………………………………………………………73 Frío …………………………………………………………73 Rastreo de la Costura……………………………………………………………………………………….73 Costura ……………………………………………………………………………………….73 CAPITULO IV………………………………… IV…………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………..73 ……………………………..73 IV.- ELECTRODOS Y CONSUMIBLES…… CONSUMIBLES……………………………………………………… …………………………………………………………………….73 ………………….73 Electrodos de Tungsteno para el Proceso GTAW……………………………………………….73 Tipos de Electrodos…………………………………………………………………………………………..76 Electrodos…………………………………………………………………………………………..76 Uso de los Electrodos de Tungsteno………………………………………………………………….79 Tungsteno………………………………………………………………….79 Preparación Preparació n de los Electrodos…………………………………………………………………………..81 Electrodos…………………………………………………………………………..81 Gases de Protección……………… Protección…………………………………………………………… ………………………………………………………………………….87 …………………………….87 Velocidad de Flujo…………………………………… Flujo…………………………………………………………………………………………….90 ……………………………………………………….90 Pre-flujo y Post-flujo………………………………………………………………………………………… Post-flujo…………………………………………………………………………………………91 91 Purga de Respaldo y Protección de Arrastre……………………………………………………..92 Arrastre……………………………………………………..92 Proceso GTAW y Uso del Metal de Relleno……………………………………………………….93 Tipos de Metal de Relleno en el Proceso GTAW………………………………………………..94 GTAW………………………………………………..94 Especificaciones para el Material de Relleno…………………………………………………….95 Relleno…………………………………………………….95 Tipos y Designaciones del Metales de Relleno………………………………………………….96 CAPITULO V………………………………… V……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………99 ……………………………99 V.- SEGURIDAD……… SEGURIDAD……………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………99 ……99 Choques Electricos……………………………………………………………………………………………99 Electricos……………………………………………………………………………………………99 Humos………………………………………………………………………………………………………………99 Humos ………………………………………………………………………………………………………………99 Radiaciones del Arco………………………………………………………………………………………100 Arco………………………………………………………………………………………100 Ropa de Protección…………………… Protección……………………………………………………………………… …………………………………………………………………..100 ………………..100 Protección Protecció n Visual…………………………… Visual…………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………102 ………102 El Ambiente de la Soldadura…………………………………………………………………………..103 Soldadura…………………………………………………………………………..103 Manipulación Segura de los Cilindros……………………………………………………………..104 Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected] [email protected],, Cel. 0416-3332202 Página 3

CAPITULO VI…………………………………………………………………………………………………………108 VI.- PREPARACIÓN PARA LA SOLDADURA……………………………………………………………..108 Preparando la Fuente de Energía…………………………………………………………………….108 Preparando la Junta a Soldar………………………………………………………………………….112 Preparación del Aluminio para Soldar……………………………………………………………113 Soldadura de Aluminio……………………………………………………………………………………114 Preparación del Acero Inoxidable para Soldar………………………………………………..115 Soldadura de Acero Inoxidable……………………………………………………………………….116 Preparación de Titanio para Soldar…………………………………………………………………116 Soldadura de Titanio………………………………………………………………………………………118 Preparando el Acero Suave para Soldar…………………………………………………………120 Soldadura de Acero Suave……………………………………………………………………………..120 CAPITULO VII………………………………………………………………………………………………………..121 VII.-DISEÑO DE JUNTA Y TIPOS DE SOLDADURAS………………………………………………….121 Juntas de Bordes……………………………………………………………………………………………123 Juntas a Tope…………………………………………………………………………………………………124 Juntas a Solape………………………………………………………………………………………………126 Juntas de Esquina…………………………………………………………………………………………..127 Juntas T…………………………………………………………………………………………………………128 Soldaduras de Filete………………………………………………………………………………………129 Soldaduras de Ranuras…………………………………………………………………………………..135 Longitud de la Soldadura……………………………………………………………………………….140 Posiciones de la Soldadura…………………………………………………………………………….141 CAPITULO VIII……………………………………………………………………………………………………….143 VIII.-Técnicas para Juntas Básicas de Soldadura…………………………………………………….143 Longitud, Tamaño de Copa de Gas, y Extensión del Electrodo……………………….143 Posicion de la Antorcha para el Encendido del Arco con Alta Frecuencia……….144 Tecnicas de Soldadura Manual……………………………………………………………………..145 Soldadura en Junta a Tope y Cordones Rectos………………………………………………146 Junta a Solape………………………………………………………………………………………………147 Junta – T……………………………………………………………………………………………………….148 Junta de Esquina…………………………………………………………………………………………..149 Técnicas para Soldar Juntas Fuera de Posición……………………………………………..150 Técnicas para Soldadura de Tuberías…………………………………………………………….154 Procedimientos para el Encendido del Arco…………………………………………………..156 Indicaciones para el Encendido de Arco del Proceso GTAW………………………….159 Indicaciones para Aplicaciones Automáticas…………………………………………………160 CAPITULO IX…………………………………………………………………………………………………………160 IX.- Consideraciones de Costo del Proceso GTAW……………………………………………….160 CAPITULO X………………………………………………………………………………………………………….161 X.- Control de Fallas en el Proceso GTAW…………………………………………………………..161 CAPITULO XI…………………………………………………………………………………………………………166 XI.- TABLAS…………………………………………………………………………………………………………166 CAPITULO XII………………………………………………………………………………………………………..173 XII.- GLOSARIO DE TERMINOS……………………………………………………………………………….173

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I. El Proceso GTAW. El calor necesario para el proceso de soldadura por arco con electrodo de Tungsteno y proteccion de gas GTAW es producido por un arco electrico mantenido entre un electrodo de Tungsteno no consumible y la pieza a soldar. La zona afectada por el calor, el metal fundido, y el electrodo de Tungsteno son todos protegidos de la atmosfera por una cobertura de gas inerte alimentado a traves de la antorcha GTAW. El gas inerte es aquel gas que es inactivo, o deficiente en las propiedades químicas activas. El gas de proteccion sirve para cubrir la soldadura y excluir las propiedades activas del aire a su alrededor. No se quema, no agrega nada ni absorbe nada del metal de la soldadura. Los gases inertes tales como el argón (Ar) y el helio (He) no reaccionan ni se combinan químicamente con otros gases. No poseen olor y son transparentes, permitiendo al soldador la máxima visibilidad del arco. En algunas instancias una pequeña cantidad de gas reactivo tal como el hidrógeno (H) puede ser agregado para aumentar las velocidades de avance. El proceso GTAW puede producir temperaturas de hasta 35.000ºF / 19000 ºC. La antorcha solo contribuye al calor de la pieza. Si es requerido metal de relleno para realizar la soldadura, puede ser agregado manualmente en la misma forma como se agrega en el proceso de soldadura por oxi-acetileno (OAW). Existen tambien un número de sistemas de alimentación de metal de relleno disponibles para llevar a cabo la tarea de manera automatica. La figura 1.1 muestra lo indispensable del proceso GTAW manual.

Ventajas del Proceso GTAW La ventaja más grande del proceso GTAW es que puede soldar más clases de metales y aleaciones que cualquier otro proceso de soldadura. El proceso GTAW puede ser usado para soldar la mayoría de los aceros incluyendo los aceros inoxidables, aleaciones de Niquel tales como Monel e Inconel, Titanio, Aluminio, Magnesio, Cobre, Latón, Bronce, y hasta el Oro. El proceso GTAW tambien puede soldar metales disimiles uno a otro tales Cobre a Latón y Acero Inoxidable a acero suave.

Arco Concentrado La naturaleza concentrada del arco del proceso GTAW permite señalar el control de la entrada de calor a la pieza resultando en una zona afectada por el calor (HAZ) estrecha. Una alta concentracion de calor es una ventaja cuando se sueldan metales con una alta conductividad térmica tales como el Aluminio y el Cobre. Una zona afectada por el calor estrecha es una ventaja porque es donde el metal base ha experimentado un cambio debido al sobrecalentamiento del arco y a la rápida velocidad de enfriamiento. La zona afectada por el calor (HAZ) es donde la junta soldada es más débil y es el área a lo largo del borde de una soldadura hecha apropiadamente pudiera esperarse que se rompa bajo un ensayo destructivo.


Sin Escorias Con este proceso no existe requerimiento de fundente; sin embargo, no existe escoria para confundir la visión del soldador del charco de metal fundido. La soldadura terminada no tendrá escoria que remover entre pasadas. Las escorias atrapadas en soldadura de pasadas múltiples son raramente vistas. En ocasiones con materiales como el Inconel esto puede ser una preocupación.

Sin Chispas o Salpicaduras En el proceso GTAW no existe transferencia de metal a traves del arco. No existen glóbulos fundidos de salpicaduras que confirmen que con y sin el contenido de chispas producidas y si el material que esta siendo soldado esta libre de contaminantes. Tambien bajo condiciones normales el arco del proceso GTAW es silencioso sin crujidos usuales, detonaciones, y zumbidos propios de la soldadura por arco con electrodos revestidos (SMAW) y la soldadura por arco con electrodo desnudo continuo y proteccion de gas (GMAW). Generalmente, solo en ocasiones cuando se usa el modo de soldadura AC o arco pulsado será un factor de ruido.

Sin Humos o Vapores El proceso mismo no produce humos o vapores dañinos. Si el metal base o relleno contiene revestimientos o elementos tales como Plomo, Zinc, Niquel, o Cobre, que producen humos, estos pueden ser confirmados así con cualquier proceso de


soldadura por fusión en estos materiales. Si el material base contiene aceites, grasas, pinturas u otros contaminantes, definitivamente serán producidos humos y vapores en la medida que el calor del arco los quema. El material base debe estar limpio para hacer las condiciones mas apropiadas.

Desventajas del Proceso GTAW La principal desventaja del proceso GTAW es la baja velocidad de deposición de metal de relleno. Otra desventaja es aquella donde la coordinación manual-visual necesaria para llevar a cabo la soldadura dificulta el aprendizaje, y requiere una cantidad de práctica para llegar a ser un diestro. Los rayos del arco producidos por el proceso tienden a ser más brillantes que aquellos producidos por los procesos SMAW y GMAW. Esto es debido principalmente a la ausencia de humos y vapores visibles. Las cantidades aumentadas de rayos ultravioletas del arco tambien causan la formación de ozono y oxidos nitrosos. Se debe tener cuidado en proteger la piel con ropa apropiada y proteger los ojos con la tonalidad de lentes correcta en la careta de soldadura. Cuando se suelda en espacios confinados, se pueden formar concentraciones de gas de proteccion y desplazar el oxigeno. Asegurarse que estas áreas estan ventiladas de manera apropiada.

Resumen del Proceso El proceso GTAW es un proceso limpio. Es deseable desde el punto de vista del operador debido a las razones explicadas. El soldador debe mantener la soldadura en buenas condiciones mediante la limpieza apropiada del material, usando metal de relleno limpio y guantes de soldadura limpios, y mantener lejos del área de soldadura aceites, sucios y otros contaminantes. La limpieza no puede ser subestimada, particularmente en Aluminio, Magnesio y Aceros Inoxidables. Estos metales son más susceptibles a la contaminación que los metales ferrosos. Se ha demostrado que la porosidad en las soldaduras de aluminio son causadas por el Hidrogeno. Consecuentemente, es mas importante eliminar todas las fuentes de contaminación por Hidrogeno tales como la humedad e hidrocarburos en la forma de aceites y pinturas.

II. Fundamentos del Proceso GTAW Si Ud. ha tenido la experiencia de conectar una batería de un carro con los polos invertidos, Ud. sin duda se sorprendería de la cantidad de chispas y calor que se puede generar por una batería de 12 voltios. En realidad, una antorcha del proceso GTAW puede ser conectada directamente a una batería y puede ser usada para soldar. Cuando la soldadura fue descubierta inicialmente al principio de los años de 1880 fue hecha con batería. (Algunas baterías usadas al principio en experimentos de soldaduras alcanzaron proporciones del tamaño de una habitación). La primera Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 7

maquina de soldar, vista en la figura 2.1, fue desarrollada por N. Benardos and Olszewsky de Gran Bretaña y fue editada por una patente Británica en 1885. Fue usada con un electrodo de carbono y energizada por baterías, las cuales fueron cargadas con un dinamo, una maquina que produce corriente eléctrica mediante dispositivos mecánicos.

La figura 2.2, muestra lo que un circuito de soldadura usa parecido a una bateria como fuente de energia. Los dos parametros mas basicos con que tratamos en soldadura la cantidad de corriente en el circuito, y la cantidad de voltaje que lo impulsa. La corriente y el voltaje son además definidas como sigue: - La corriente: es el número de electrones que pasan por un punto en un segundo. Medidos en amperios (amp). Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 8

– El voltaje: es la cantidad de presion inducida en el circuito para producir el flujo de corriente. Medido en voltios (Volt). La resistencia en el circuito de soldadura es representada mayormente por el arco de soldadura y para un alcance menor de la resistencia natural de los cables, conexiones, y otros componentes internos. Los capítulos que pudieron ser escritos sobre la teoría del flujo de la corriente en un circuito electrico, pero para efectos de simplicidad solo recuerde que el flujo de corriente es del polo negativo al polo positivo. Al principio los científicos estuvieron sorprendidos con los resultados obtenidos cuando los cables de las baterías fueron conectados. Examinaremos estas diferencias con más detalles luego cuando tratemos la soldadura con corriente alterna. Aún mucho tiempo despues la corriente alterna (AC) llego a ser apropiada para la soldadura con el uso de fuentes de energia tipo transformadores, las soldaduras producidas tuvieron mayor dificultad para ser llevada a cabo y de menor calidad que aquellas producidas con corriente directa (DC). Aunque estas fuentes de energia tipo transformador expandieron grandemente su uso comercial en fuentes para el proceso SMAW, No pudieron ser usadas para el proceso GTAW porque en la medida que la corriente alcanza el valor de cero, el arco se extingue. (Ver figura 2.4). Seguimos a continuación con las moto-generadors. Estas maquinas fueron aquellas que consistieron de un motor AC, que accionaba a un generador, para producir DC de soldadura. La salida de estas maquinas pudieron ser usadas para ambos procesos de soldadura SMAW y GTAW. Fue con una fuente de energia generador-motor que el proceso GTAW fue inicialmente realizado en 1942 por V. H. Pavlecka y Rush Meredith mientras trabajaban para la compañía de Aviación Northrup. Pavlecka y Meredith descubrieron metodos para unir Magnesio, Aluminio y Niquel, los cuales entraron en uso en la aviación militar de la época.


Aunque el rectificador de selenio ha sido por algun tiempo, fue a principios de los años de 1950 que los rectificadores fueron capaces de manejar niveles de corriente encontrados en circuitos de soldadura. El rectificador de selenio tiene un efecto profundo en la industria de la soldadura. Permitió que las fuentes de energia tipo transformador produjera DC. Y logrando que una fuente de energia con corriente AC pudiera ser usada para el proceso GTAW así como tambien para el proceso SMAW. La comprension es que la alta frecuencia agregada al circuito de soldadura hace apropiada la fuente AC para soldar con el proceso GTAW. La adición de este voltaje al circuito conserva la estabilidad del arco en la medida que la corriente de la soldadura pasa por cero. Estabilizando así el arco GTAW, tambien ayuda el encendido del arco sin el riesgo de contaminación. Adicionalmente el control remoto de corriente, controla el contactor remoto, y los dispositivos de control solenoide a gas desarrollado dentro de las fuentes de energías modernas del proceso GTAW. Adicionalmente tales avances como la onda cuadrada, y las fuentes de energia de onda cuadrada avanzada tienen un poco mas refinada las capacidades de este proceso ya versatil.

Corriente Alterna La corriente alterna (AC) es una corriente eléctrica que tiene tanto medios ciclos positivos como negativos. Estos componentes no ocurren simultáneamente, sino de manera alterna, de este modo el término corriente alterna. La corriente fluye en una dirección durante un medio ciclo e invierte la dirección en el otro medio ciclo. Los medios ciclos son llamados medio ciclo positivo y medio ciclo negativo del ciclo completo de corriente alterna. Figura 2.4 muestra los medios ciclos positivos y negativos de AC.

Frecuencia La velocidad a la cual la corriente alterna hace un ciclo completo de cambios de dirección en un ciclo completo se denomina frecuencia. La energia eléctrica en los Estados Unidos suministra una frecuencia de 60 ciclos por segundos, o para usar un término apropiado 60 hertz (Hz). Esto indica que existen 120 cambios de direcciones de flujo de corriente por segundo. La entrada de energia para una maquina de soldar de corriente alterna AC y otros equipos eléctricos en los Estados Unidos en la actualidad son de 60 Hz. Fuera de Norte América y los Estados Unidos, la energia de 50Hz es más comunmente usada. En la medida que la frecuencia aumenta los efectos magnéticos se aceleran y llegan a ser más eficientes para ser usados en transformadores, motores, y otros dispositivos eléctricos. Esto es el principio fundamental de cómo funcionan las “fuentes de energia Inverters”. La frecuencia tiene un mayor efecto en el desarrollo del arco de la soldadura. En la medida que la frecuencia aumenta, el arco se hace más estable, más estrecho, y más consistente y más direccional. Figura 2.4 muestra algunas frecuencias diversas. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 10

Onda Sinusoidal de la Corriente Alterna En algunas de las siguientes secciones veremos las formas de ondas de la corriente alterna la cual representa el flujo de corriente en un circuito. El dibujo en la primera parte de la figura 2.5 es lo que veríamos en un osciloscopio conectado a un receptáculo de pared y muestra la forma de onda de corriente alterna conocida como onda sinusoidal. Los otros dos tipos de formas de onda que serán discutidos son onda cuadrada y onda cuadrada avanzada. La figura 2.5 muestra una comparación de estas tres formas de ondas. Estas formas de ondas representan el flujo de corriente en la medida que se forma en cantidad y tiempo en la dirección positiva y luego disminuye en valor y finalmente alcanza el valor de cero. Luego la corriente cambia de dirección y la polaridad alcanza el maximo valor negativo antes de alcanzar el valor de cero. Esta “montaña” (mitad positiva) y el “valle” (mitad negativa) conjuntamente representan un ciclo de corriente alterna. Esto es cierto sin importar la forma de onda que sea. Note sin embargo, que la cantidad de tiempo en cada medio ciclo no es ajustable en las fuentes de energia de ondas sinusoidales. Tambien notar los puntos altos de corriente reducida con cada fuentes de energia de tipo de onda cuadrada.


Corriente Alterna de Onda Cuadrada Algunas fuentes de energia del proceso GTAW, debido a la refinación electrónica, tienen la capacidad para hacer rapidamente la transicion entre los medios ciclos positivo y negativo de la corriente alterna. Es obvio que cuando se suelda con corriente alterna AC, lo mas rapido que se puede evolucionar entre las dos polaridades (EN y EP), y el mayor tiempo que se puede invertir en sus valores máximos, la maquina puede ser mas efectiva. Los circuitos electrónicos hacen posible realizar esta transicion casi instantáneamente. Mas el uso efectivo de la energia almacenada en los campos magnéticos resulta en formas de ondas que son Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 12

relativamente cuadradas. No son exactamente cuadrada debido a las ineficiencias eléctricas en la fuente de energia de ondas cuadradas. Sin embargo, la fuente de energia del proceso GTAW de onda cuadrada avanzada ha mejorado el rendimiento y puede producir una onda cuadrada aproximada la cual es comparada en la figura 2.5.

Onda Cuadrada Avanzada

La onda cuadrada avanzada permite control adicional sobre las formas de ondas de corriente alterna. La figura 2.7 muestra una onda sinusoidal de corriente alterna y una onda cuadrada avanzada superpuesta sobre ella. Las maquinas de onda cuadrada nos permite cambiar la cantidad de tiempo dentro de cada ciclo que la maquina esta produciendo según el flujo de corriente del electrodo positivo o del electrodo negativo. Esto es conocido como control de balance. Tambien reducen la rectificación del arco y la erosión resultante del electrodo de tungsteno. Con la tecnología de la onda cuadrada avanzada, las fuentes de energia de corriente alterna AC incorporan conmutadores electrónicos rápidos capaces de cambiar la corriente hasta 50.000 veces por segundos, permitiendo de este modo que la fuente de energia tipo inversora sea mucho mas sensible a las necesidades del arco de soldadura. Estos conmutadores electrónicos toman en consideración los cambios de dirección de la salida de corriente de soldadura que será transportada. La frecuencia de salida de las fuentes de energia de onda sinusoidal o cuadrada, esta limitada a 60 ciclos por segundos, lo mismo que la entrada de energia de la compañía eléctrica. Con esta tecnología y los avances en el diseño, la amplitud negativa y positiva de la forma de onda puede ser controlada independientemente así como tambien la habilidad para cambiar el número de ciclos por segundos. La corriente alterna esta formada de corriente directa electrodo negativo (DCEN) y corriente directa electrodo positivo (DCEP). Para mejor entendimiento de todas las implicaciones que esto tiene en la soldadura GTAW con AC, observemos más de cerca una DCEN y una DCEP.

Corriente Directa La corriente directa (DC) es una corriente eléctrica que fluye solo en una dirección. La corriente directa puede ser comparada con el agua que fluye a traves de una tubería en una dirección. La mayoría de las fuentes de energia de soldadura son capaces de Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 13

soldar con salida de corriente directa. Llevan a cabo esto con circuitos internos que cambian o rectifican la AC en DC. La figura 2.8 muestra lo que un ciclo de energia de onda sinusoidal AC parecería y lo que parecería despues que ha sido rectificada en energia DC.

Polaridad Antes en esta sección fue indicado como los primeros soldadores usaron baterías por fuentes de energia de soldadura. Estos antiguos soldadores encontraron profundas diferencias en el arco de soldadura y en el resultado de los cordones de soldadura cuando cambiaban las conexiones de la batería. Esta polaridad se describe mejor de acuerdo con la carga eléctrica del electrodo, tal como se conecta con la corriente directa electrodo negativo (DCEN) o corriente directa electrodo positivo (DCEP). La pieza obviamente debe ser conectada a la carga eléctrica opuesta a fin de completar el circuito. Revisar la figura 2.2. Cuando la soldadura GTAW, el soldador tiene tres opciones de seleccionar el tipo de corriente de soldadura. Ellas son: Corriente directa electrodo negativo, corriente directa electrodo positivo y corriente alterna. La corriente alterna, en la medida que empezamos a comprenderla es en la actualidad una combinación de ambas polaridades electrodo negativo y electrodo positivo. Cada una de estos tipos de corriente tiene sus aplicaciones, sus ventajas y desventajas. Un vistazo a cada tipo y sus usos ayudara al soldador seleccionar el mejor tipo de corriente para determinado trabajo. Las figuras 2.9 y 2.11 ilustran las conexiones de suministro de energia para cada tipo de corriente en un circuito tipico de 100 amperios.


Corriente Directa Electrodo Negativo (Polaridad Directa, Término no Normalizado)

La corriente directa con electrodo negativo es usada para soldar con el proceso GTAW prácticamente para todos los metales. La antorcha es conectada al terminal negativo de la fuente de energia y el cable de la pieza es conectada al terminal positivo. Las fuentes de energia con selectores de polaridad tendrán marcado en la salida de los terminales “electrodo” (Electrode) y pieza (Work). Internamente, cuando el selector se fija para DCEN, esta será la conexión. Cuando el arco se establece, el flujo de electrones se desplaza desde el electrodo negativo hacia la pieza positiva. En un arco con DCEN, aproximadamente el 70% del calor estará concentrado en el lado positivo del arco y la mayor cantidad de calor estará en la pieza. Esto cuenta para la penetracion profunda obtenida cuando se usa DCEN para el proceso GTAW. El electrodo recibe una pequeña porción de la energia calórica (30%) y operara a menores temperaturas que cuando usa corriente alterna o corriente directa con electrodo positivo (polaridad inversa). Esto cuenta para la capacidad de transporte de intensidades de corrientes mayores de un diametro de electrodo de Tungsteno dado con DCEN que con DCEP o AC. Al mismo tiempo que los electrones impactan la pieza, los iones gaseosos con carga positiva son atraídos hacia el electrodo negativo.


Corriente Directa Electrodo Positivo (Polaridad Inversa, Término no Normalizado)


Cuando se suelda con corriente directa y electrodo positivo (DCEP), La antorcha es conectada al terminal positivo de la fuente de energia de soldadura y el cable de tierra o pieza es conectado al terminal negativo. Las fuentes de energia con selectores de polaridades tendrán los terminales de salida marcados electrodo (Electrode) y pieza (Work). Internamente, el selector de polaridad se fija para DCEP, esta será la conexión. Cuando se usa esta polaridad, el flujo de electrones se desplaza desde el polo negativo al polo positivo, sin embargo el electrodo se encuentra ahora en el lado positivo del arco y la pieza en el lado negativo. Los electrones ahora salen de la pieza e impactan la punta del electrodo. Aproximadamente el 70% del calor estará concentrado en el lado positivo del arco; sin embargo la mayor cantidad de calor se distribuye en el electrodo. Ya que el electrodo recibe la mayor cantidad de calor y llega a estar muy caliente, el electrodo debe ser muy grande aun cuando se usen bajas intensidades de corriente, para prevenir sobrecalentamiento y posible fusión. La pieza recibe una menor cantidad del calor total resultando en una penetracion poco profunda. Otra desventaja de esta polaridad es que debido a las fuerzas magnéticas el arco algunas veces deambula de lado a lado al realizar una soldadura de filete cuando dos piezas de metal estan en un angulo próximo una de la otra. Este fenómeno es similar a lo que se conoce como soplo de arco y puede ocurrir en DCEN, pero con polaridad inversa DCEP es más susceptible. Llegado a este punto, uno podría preguntarse cómo esta polaridad pudiera tener cualquier uso en el proceso GTAW. La respuesta esta en el hecho de que algunos metales no ferrosos, tales como el Aluminio y Magnesio, rapidamente forman una capa de oxido cuando se exponen a la atmosfera. Este material es formado en la misma forma que se acumula el oxido en el hierro. Es un resultado de la interacción del material con el Oxigeno. El oxido que se forma en el Aluminio, sin embargo, es uno de los materiales más duros conocidos por el hombre. Antes de que el Aluminio sea soldado, este oxido, debido a que tiene un punto de fusión mucho mas alto que el metal base, debe ser removido. El oxido puede ser removido por medios mecánicos como cepillos de alambres o con un limpiador quimico, pero tan pronto como se detiene la limpieza los oxidos empiezan a formarse de nuevo. Es ventajoso que la limpieza se haga de manera continua mientras se realiza la soldadura. El oxido puede ser removido por el arco de soldadura durante el proceso de soldadura cuando se usa corriente directa electrodo positivo. Los iones gaseosos con carga positiva los cuales fluyen de la pieza al electrodo de Tungsteno al soldar con DCEN fluyen ahora del electrodo de tungsteno a la pieza negativa con DCEP. Ellos impactan la pieza con fuerza suficiente para romper y desconchar la capa oxido fragil de aluminio, y suministrar lo que se llama acción de limpieza. A causa de esto la remocion beneficiosa del oxido, esta polaridad parece ser excelente para soldar Aluminio y Magnesio. Existen, sin embargo, algunas desventajas. Por ejemplo, para soldar con 100 amperios (DCEP) se tomaría un electrodo de Tungsteno de ¼” de diametro. Este gran electrodo naturalmente produciría un charco de soldadura ancho que resulta en el calor que esta siendo ampliamente propagado sobre el área de la junta. Debido a la mayoría del calor que esta siendo ahora generado en el electrodo más que en la pieza, la penetracion resultante Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 17

probablemente confirmaría que seria insuficiente, Si la DCEN estuviera siendo usada a 100 amperios un electrodo de Tungsteno de 1/16” de diametro seria suficiente. Este electrodo más pequeño tambien concentraría el calor en un área mas pequeña resultando en una penetracion satisfactoria. La buena penetracion del electrodo negativo mas la acción de limpieza del electrodo positivo parecería la mejor combinación para la soldadura de aluminio. Para obtener las ventajas de ambas polaridades, se debe usar la corriente alterna (CA).


Soldadura con Corriente Alterna Cuando se usa para soldar la corriente alterna de ondas sinusoidales, los términos electrodo positivo (polaridad inversa) y electrodo negativo (polaridad negativa) los cuales se aplicaron a la pieza y al electrodo pierden su significado. No existe control sobre el medio ciclo que se tiene que usar para lo que la fuente de energia suministra. La corriente es ahora alterna o cambia su dirección de flujo a una frecuencia fija predeterminada y sin control sobre el tiempo o amplitud independiente. Durante un ciclo completo de corriente alterna, existe teóricamente un medio ciclo de electrodo negativo y un medio ciclo de electrodo positivo. Sin embargo durante un ciclo existe un tiempo cuando la pieza es positiva y el electrodo es negativo. Y existe un tiempo cuando la pieza es negativa y el electrodo es positivo. En teoría, el arco en los medios ciclos de corriente alterna de onda sinusoidal son de tiempos y magnitudes iguales como se observa en la figura 2.14

Figura 2.14: Un ciclo completo de corriente alterna de onda sinusoidal muestra el cambio del flujo de corriente que ocurre entre los medios ciclos positivos y negativos. El símbolo de grado representa los grados eléctricos. El arco sale a 0º, 180º y 360º y la amplitud máxima es 90º y 270º.


Rectificación del Arco Cuando se suelda con el proceso GTAW con corriente alterna, encontramos que la teoría del medio ciclo igual no es exactamente cierta. Un osciloscopio Figura 2.15 mostrara que el medio ciclo del electrodo positivo es mucho menor en magnitud que el medio ciclo del electrodo negativo. Existen dos teorías que consideran esto. Una es la capa de oxido en los metales no ferrosos como el aluminio. El oxido superficial actúa como un rectificador, haciéndolo mucho mas difícil para que los electrones fluyan de la pieza al electrodo, que del electrodo hacia la pieza. La otra teoría es que el aluminio fundido, caliente y limpio no emite electrones tan fácilmente como el electrodo de tungsteno caliente. Esto da como resultado mas corriente permitida para fluir desde el electrodo caliente de Tungsteno al charco de soldadura fundido limpio, con menor corriente permitida para fluir desde el charco de soldadura fundido y limpio al electrodo. Esto es referido como “Rectificación del arco” y debe ser comprendido y limitado por el soldador como se indica en la figura 2.16.

Figura 2.15: Una reproducción de una onda sinusoidal de corriente alterna AC desbalanceada real. Notar que el medio ciclo positivo es recortado. La porción que falta fue recortada debido a la rectificación del arco. Lo que tambien puede observarse es un pico alto de corriente el cual puede conducir a acabar y erosionar el electrodo de Tungsteno.


Rectificación del arco Indicadores para el soldador Ruido del arco

Resultados

Curas *

Inclusiones de tungsteno

No permanecer en el charco de soldadura

Oscilación del charco de soldadura

Arco errático

Agregar metal de relleno

Electrodo de tungsteno dañado

Falta de acción de limpieza

Mantener el arco en movimiento a lo largo de la junta

*Fuente de energia de diseño de onda cuadrada avanzada apropiada

eliminara este fenómeno. Figura 2.16: Rectificación del arco.

Formas de Ondas Desbalanceadas

Balanceadas

y

Las fuentes de energías de corriente alterna de ondas cuadradas tienen un panel de control frontal para alterar la longitud de tiempo que la maquina invierte en cada porción del medio ciclo del electrodo positivo (limpieza) o porción del medio ciclo del electrodo negativo (penetracion). Las maquinas de este tipo son muy comunes para la soldadura GTAW en la industria actual. Muy pocas fuentes de energia de onda sinusoidal de corriente alterna para el proceso GTAW para la industria estan siendo producidas hoy día. CONTROL DEL BALANCE DE LA FORMA DE ONDA TIPO DE FORMA DE ONDA

% DE TIEMPO EN EL ELECTRODO NEGATIVO*

% DE TIEMPO EN EL ELECTRODO POSITIVO

Fuente de energia de onda sinusoidal AC

No aplica, control no disponible

No aplica, control no disponible

Onda cuadrada

45 - 68

32 - 55

Onda cuadrada avanzada

10 – 90 **

10 – 90


*Este tiempo controla la penetracion y es la de mayor ventaja. Fijar un porcentaje tan alto como sea posible sin perder la limpieza. Muy raro se fija por debajo del 50%. ** Note el tiempo del electrodo negativo expandido disponible en la maquina de onda cuadrada avanzada. Figura 2.17: Tiempo de control de balance disponible di sponible de diferentes tipos de maquinas.

Ventajas del Control del Balance de Ondas La máxima penetracion es cuando el control del balance se fija para producir el tiempo maximo en el electrodo negativo y el tiempo minimo en el electrodo positivo. 



 

Puede usar intensidades de corrientes mayores con diametros de electrodos más pequeños. La penetracion se incrementa a una intensidad de corriente y velocidad de avance dada. Usa menores menores tamaños tamaños de copa reduciendo el flujo de gas gas de proteccion. proteccion. La entrada de calor se reduce con menor zona afectada por el calor (HAZ) y distorsion resultante.

Figura 2.18: Colocación del control de balance en máxima penetracion. La forma de onda ha sido fijada en una condición desbalanceada, esto permite más tiempo en el medio ciclo negativo donde el flujo de corriente avanza desde el electrodo electrodo a la pieza. (Esto (Esto produce más calor en la pieza y consecuentemente penetracion mas profunda)

Balanceada:

Es cuando el control del balance se fija para producir iguales cantidades de tiempo en el electrodo negativo y positivo. Así en una energia de

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60Hz, 1/120 parte de un segundo segundo es invertido en el el electrodo negativo (penetracion) (penetracion) calentando las plancha y 1/120 parte de un segundo es invertido en el electrodo positivo (limpieza) eliminando los oxidos. 

La acción de limpieza del arco es incrementada

Figura 2.19: Colocación de control balanceado. La forma de onda ha sido fijada de forma balanceada. Esto permite tiempos iguales en cada medio ciclo. Note que en este ejemplo ocurre la fijación de 3 antes que 5 como Ud. Lo esperaba. Otras maquinas tienen lectura digital que presenta el % de tiempo fijado exacto. Cualquier metodo metodo de fijación, alcanza una meseta donde el tiempo adicional en el medio ciclo positivo es improductivo y podría causar daño al electrodo electrodo de tungsteno o antorcha. Sin embargo, La mayoría de las maquinas de onda cuadrada no permitirán fijar lo que podría causar daño hecho en el balance de control AC.

Máxima limpieza:

Es cuando el control del balance se fija para producir el tiempo maximo en el electrodo positivo y el tiempo ti empo minimo en el electrodo negativo. 

Se produce la acción de limpieza del arco mas agresiva


Note el control de balance mediante pausa ajustable

La compensación de la linea de voltaje mantiene la corriente promedio a la linea de variación de ± 1% con ± 10%

Figura 2.20: Se regula el control maximo de limpieza. La forma de onda ha sido fijada a una condición desbalanceada; esto permite más tiempo en el medio ciclo donde los iones gaseosos positivos pueden bombardear la pieza. Solo es disponible una cierta cantidad de la acción de limpieza total, y un aumento de tiempo en el medio ciclo positivo del electrodo no suministrara más limpieza ni puede fundir el electrodo de tungsteno o dañar la antorcha. Los beneficios del control de balance deben ser bien comprendidos y aplicados de una manera apropiada. La figura 2.21 muestra las soldaduras reales a una corriente y velocidad de avance dada con solo cambiar el control control de balance.


La figura 2.21: Note la variación en la limpieza del cordón, y el patrón de la penetracion de los perfiles de la soldadura.

Frecuencia Ajustable (Hz) Como se indico recientemente en esta sección, la corriente alterna hace cambios constantes en la dirección del flujo de corriente. Un cambio completo se denomina un ciclo y es referido como su frecuencia. Como se indico en los Estados Unidos la frecuencia del suministro de energia eléctrica es de 60 ciclos por segundos, o para usar un término preferido 60Hz. Esto significa que existen 120 cambios de dirección de flujo de corriente a traves del arco por segundo. La corriente más rápida que viaja a traves del arco cambia de dirección, aumenta la presion del arco haciendo el arco más estable y direccional. La figura 2.22: Muestra una ilustración de los efectos de la frecuencia sobre el arco de soldadura y el perfil de soldadura resultante. Esto puede ser beneficioso en soldadura automatizada mediante la reducción de la cantidad de deflexión y desviación angular que ocurre en la dirección de avance cuando se suelda soldaduras de filetes.


Figura 2.22: El arco normal de 60Hz comparado con 180Hz. La corriente cambia de dirección 3 veces más rapido de lo normal con un cono de arco más estrecho más consistente y direccional. El arco no se desvía pero va directamente hacia donde apunta el electrodo. Esto concentra el arco en un área mas pequeña resultando en una penetracion mas profunda. AJUSTE DE LA FRECUENCIA TIPOS DE ONDAS Fuente de energia de onda sinusoidal AC

RANGO Hz No es ajustable, debe usarse lo que la compañía de energia eléctrica suministra.

Onda cuadrada

No es ajustable, debe usarse lo que la compañía de energia eléctrica suministra.

Onda cuadrada avanzada

20 - 400

Figura 2.23: El ajuste de la frecuencia solo esta disponibles en las Fuentes de energía diseñadas de onda cuadrada avanzada. Una frecuencia normal menor que (60Hz) puede ser seleccionada en la fuente de energia de onda cuadrada avanzada, durante todo el recorrido disminuye a 20Hz, Como se indica en la figura 2.23. Esto tendría aplicaciones donde puede ser requerido un arco más débil, menos vigoroso - para armar juntas de esquina exterior, o secciones donde se requiera una menor penetracion o una soldadura más ancha. En la medida que la frecuencia aumenta, el cono del arco se hace mas estrecho y llega a ser más direccional. Esto puede ser de beneficio para la soldadura manual y automatica mediante la reducción de la cantidad de deflexión y desviación angular que ocurre en la dirección de avance cuando se realizan soldaduras de ranura o filetes. La figura 2.24 es un ejemplo de un arco de ciclo alto en una soldadura de filete de aluminio. La figura 2.25 es un ejemplo de una fuente de energia de onda cuadrada avanzada capaz de ajustar la frecuencia y aumentar el control de balance.


Figura 2.24: Arco de onda cuadrada avanzada a 180 Hz en soldadura de filete en aluminio.

Figura 2.25: Una fuente de energia de onda cuadrada avanzada con frecuencia de arco y los beneficios del control de balance incrementado.

Ventajas de la Frecuencia Ajustable 

Frecuencias mayores producen arcos mas estrechos



Frecuencias mayores aumentan la penetracion



Frecuencias menores ensanchan el arco



Frecuencias menores producen un arco vigoroso mas suave


Control de Corriente Independiente La habilidad para controlar la cantidad de corriente en el medio ciclo negativo y positivo independientemente de que sea el último numero en el ciclo AC que sea controlable. Ciertas fuentes de energia de onda cuadrada avanzada permiten este control. Estas fuentes de energia suministran por separado y controlan los medios ciclos independientemente del amperaje del electrodo negativo (penetracion) y del electrodo positivo (limpieza). Las cuatro funciones controlables independientemente de la fuente de energia AC de onda cuadrada avanzada son: 1. Balance (el % de tiempo que es negativo) 2. La frecuencia en Hertz (ciclos por segundos) 3. Los niveles de corrientes en el electrodo negativo en amperios* 4. Los niveles de corrientes en el electrodo positivo en amperios* *Solo especialmente diseñada para fuentes de energia de onda cuadrada avanzada. La figura 2.26 muestra lo que una salida de onda cuadrada avanzada podría parecer a un osciloscopio.

La capacidad para controlar estas funciones por separado con la fuente energia de onda cuadrada avanzada suministra algunas ventajas únicas. Un metodo más eficiente para balancear la entrada de calor y la acción de limpieza esta disponible, la cual por turnos, resulta en velocidades aumentadas. Los beneficios de las formas de ondas cuadradas avanzadas van más allá del incremento en las velocidades. Este tipo de soldaduras permite un cordón de soldadura de penetracion mas profunda y mas estrecho comparado con aquel realizado con las maquinas de onda sinusoidal u onda cuadrada. La onda cuadrada avanzada con corriente alterna AC es capaz de soldar materiales más gruesos que las fuentes de energías de ondas sinusoidales o de ondas cuadradas a una intensidad de corriente dada. La figura 2.27 muestra un ejemplo de soldaduras hechas con fuentes de energías de ondas cuadradas y ondas cuadradas avanzadas. Note que con el Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 28

control de balance extendido la zona limpia atacada químicamente puede ser más estrecha o eliminada.

Figura 2.27: A 250 amperios, note la comparación del perfil entre la onda cuadrada (izquierda) y la onda cuadrada avanzada (derecha) en esta lámina de Aluminio de ½” de espesor.


Figura 2.28: Una fuente de energia de corriente alterna onda cuadrada avanzada.

La transicion a traves de cero en las fuentes de energías de ondas cuadradas avanzadas es mucho mas rápida que en las maquinas de ondas cuadradas; sin embargo, no se requiere alta frecuencia aun a bajas intensidades de corrientes. La alta frecuencia no solo es usada para iniciar el arco y no es necesaria en todos los modos de encendido por contacto.

Ventajas de la Onda Cuadrada Avanzada 

El control resulta mas eficiente a altas velocidades de avance



El arco penetra mas profundo y mas estrecho



Capacidad de estrechar o eliminar la zona atacada químicamente



Mejora la estabilidad del arco



Reduce el uso de encendidos de arcos de alta frecuencia



Mejora el encendido del arco (siempre enciende independientemente del tipo de corriente o polaridad fijada)

en

EP


Control de la Fuente de Energia de Onda Cuadrada Avanzada

Figura 2.29: La fuente de energia de onda cuadrada avanzada permite al soldador formar el arco y controlar el cordón de la soldadura. Por separado o por cualquier combinación, el usuario puede ajustar el control de balance, frecuencia (Hz) e independientemente controlar la corriente, para alcanzar la profundidad deseada de la penetracion y caracteristicas del cordón para cada aplicación. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 31

NOTA: Todas las formas de sonidos del arco audible creado por la corriente alterna AC. Muchas combinaciones de corriente alterna de onda cuadrada avanzada, mientras mejoran en gran parte la ejecucion de la soldadura deseada, crean sonido que puede ser cuestionado por algunas personas. Se recomienda usar siempre proteccion auditiva.

Fundentes de Soldadura para el Proceso GTAW Como se ha visto, el tipo de corriente de soldadura y polaridad tiene un gran efecto en la penetracion de la soldadura. Se han realizado investigaciones para producir fundentes químicos que afectan la tensión superficial de las moléculas del charco de soldadura y permiten mejorar la penetracion en ciertos metales. Este fundente es aplicado antes de soldar y a una intensidad de corriente dada la penetracion será incrementada. La figura 2.30 es un ejemplo de los perfiles de soldadura con y sin el uso de este “FAST TIG FLUX”.

Figura 2.30: Penetracion incrementada con y sin el uso del fundente FASTIG FLUX


Métodos de Encendido del Arco El proceso de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y proteccion de gas GTAW, usa un electrodo no consumible. Por lo que este electrodo no es compatible con los metales a que van a ser soldados (a menos que se requiera una soldadura de Tungsteno), requiere de algun encendido de arco único y metodos de estabilizacion de arco.

Ionización del Gas La ionización del gas es un requerimiento fundamental para encender y tener un arco estable. Un gas ionizado, es un gas que ha sido eléctricamente cargado, es buen conductor de electricidad. Existen dos formas de cargar este gas. Calentar el gas a una temperatura lo suficientemente alta y los electrones serán desalojados de los átomos gaseosos y los iones de los átomos gaseosos se cargaran positivamente. El calor del arco de soldadura es una buena fuente para esta ionización térmica. Desafortunadamente, cuando la soldadura AC con ondas sinusoidales convencionales, en la medida que alcanza el valor de cero no existe suficiente calor en el arco para mantener el gas ionizado y el arco se extingue. El otro metodo de ionización es aplicando un voltaje suficiente al átomo gaseoso. Los electrones serán desalojados del átomo gaseoso y lo abandonaran como un ion gaseoso positivo.

Alta Frecuencia Esto es un alto voltaje/bajo amperaje generado en un ciclo muy alto o alta velocidad de frecuencia. Las velocidades de frecuencias típicas estan por encima de 16.000Hz hasta 1.000.000 Hz aproximadamente. Este alto voltaje permite para el arco buen encendido y estabilidad mientras la alta frecuencia que es generada permite que sea relativamente segura en la operacion de la soldadura. Debido a esto la alta frecuencia segura, el alto voltaje ioniza el gas de proteccion. Suministrando así una buena trayectoria para que la corriente fluya. Así la trayectoria entre el electrodo y la pieza llegan a ser mucho más conductores para el flujo de electrones, y el arco literalmente saltara el espacio entre la punta del electrodo y la pieza. En materiales sensibles a las impurezas, tocar con el electrodo de tungsteno la pieza la contaminara así como tambien al electrodo de tungsteno. Este beneficio de la alta frecuencia se usa para encender el arco sin hacer contacto con la pieza, eliminando la posibilidad de contaminación. Cuando la corriente alterna al principio llego a estar disponible para el proceso SMAW, los científicos inmediatamente empezaron a buscar los medios para asistir el reencendido del arco durante el medio ciclo positivo de AC. Los electrodos para el proceso de soldadura por arco con electrodos revestidos SMAW, en ese momento no tenían estabilizadores de arco en el revestimiento para soldar con AC. Se descubrió que la introducción de una alta frecuencia/alto voltaje en el circuito secundario de Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 33

soldadura de la fuente de energia aseguraba el reencendido del arco. Esta fuente de alta frecuencia es actualmente superpuesta en el voltaje existente de la fuente de energia. La alta frecuencia es usada para eliminar los efectos de interrupción del arco. Mientras la corriente primaria de 60Hz parte de su punto cero, la HF puede ir a traves de muchos ciclos, evitando así que el arco se interrumpa. Una equivocación comun es que la alta frecuencia misma es responsable de la acción de limpieza del arco. Pero la alta frecuencia solo sirve para el reencendido del arco el cual hace la limpieza. La figura 2.31 muestra la relación de la alta frecuencia superpuesta a la frecuencia de 60 ciclos de la corriente primaria.

Con el proceso GTAW, la alta frecuencia es usada para estabilizar el arco. Durante el medio ciclo negativo con corriente alterna, el flujo de electrones del diametro del electrodo de Tungsteno relativamente pequeño para el área del charco mucho mas ancho de la pieza. Durante el medio ciclo positivo el flujo de electrones viaja del charco al electrodo. El aluminio y el magnesio son los peores emisores de electrones cuando estan calientes y fundidos que el electrodo de Tungsteno caliente. Además el área del flujo de corriente en el charco de soldadura fundida es mucho más grande que el área en el extremo del electrodo de tungsteno. El arco tiene la tendencia de distorsionarse angularmente y hacerse inestable. Debido a que la alta frecuencia suministra una trayectoria ionizada para el flujo de corriente, el reencendido del arco es mucho más facil y el arco llega a ser más estable. Algunas fuentes de energia usan la alta frecuencia solo para encender el arco y algunas permiten alta frecuencia continua para tomar ventajas de sus caracteristicas estabilizadoras. La alta frecuencia tiene una tendencia a entrar en lugares donde no se desea y falla bajo los controles de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Puede ser un problema de interferencia mayor con todos los tipos de dispositivos eléctricos y electrónicos. Ver figura 2.33 para informacion sobre la instalación. El circuito adicional y las partes requeridas para el oscilador de chispas y su gasto agregado es una desventaja adicional.


Ajuste de control

USO DE LA ALTA FRECUENCIA Efecto

Desconectado

Elimina la HF de los cables de soldadura

Continuo

Impone la HF en los cables de soldadura, todo el tiempo, cuando la maquina de soldar esta encendida. Se impone el límite de tiempo de la HF en los cables de soldadura cuando se enciende el arco.

Encendido solamente

Aplicacion

Para el proceso SMAW o donde la interferencia de la HF sea una preocupación En el proceso GTAW para los oxidos refractarios como AL y Mg

Para el proceso GTAW con DCEN en todos los metales que no tienen oxidos refractarios (Titanio, Acero Inoxidable, Niquel, Acero al Carbono, etc.)* *Tambien puede ser usado en Aluminio y Magnesio cuando se suelda con Fuentes de energia de onda cuadrada avanzada.

Figura 2.23: Muestra las fuentes de radiacion de alta frecuencia causadas por una instalación inapropiada. La Comisión federal para las Comunicaciones ha establecido directrices para la máxima radiacion admisible de radiacion de alta frecuencia. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 35

1. FUENTES DE RADIACION DIRECTA DE ALTA FRECUENCIA La fuente de HF (Fuente de energia de soldadura con unidad de HF incorporada o por separado.), cables de soldadura, antorcha, abrazaderas de la pieza, pieza, y mesa de trabajo. 2. FUENTES DE CONDUCCIÓN DE ALTA FRECUENCIA Cables de energia de entrada, interruptor que desconecta a la linea, y alambres de suministro de entrada. 3. FUENTES DE RETRANSMISIÓN DE ALTA FRECUENCIA Objetos metálicos sin conexión a tierra, luces, alambres, tuberías de agua y accesorios, teléfono externo y lineas de energia.

Alta Frecuencia (HF) en el Modo de Pulsos Estas maquinas utilizan un circuito especial para imponer un pulso de alta intensidad en el circuito de salida cuando el voltaje se encuentra a un valor especifico. Supongamos que tenemos una maquina que suministra este pulso cuando el voltaje es de 30 voltios o mas. Cuando no se esta soldando, el voltaje (o presion) se encuentra al maximo porque que no hay corriente que fluya y ni el circuito pulsatorio esta permitido. En la medida que el electrodo es acercado a la pieza, los pulsos ayudan a saltar el arco, y la soldadura se inicia. Una vez que el arco se ha iniciado, el voltaje del circuito de soldadura cae a un valor algo entre diez y veinte voltios y los sensores del circuito pulsatorio cambian y se desactivan. El circuito en el modo de pulsos tambien puede ayudar a estabilizar el arco AC debido a que es capaz durante los tiempos en que el voltaje en la onda sinusoidal pasa a traves de cero. Los pulsos de alta intensidad afectan otros circuitos electrónicos en vecindad inmediata, pero el efecto no es tan pronunciado como aquel de una fuente de energia de alta frecuencia. Ud. Puede encontrar que es necesario mover el electrodo mas cerca a la pieza para iniciar el arco con ayuda del pulso que con los metodos de encendido del arco con alta frecuencia tradicionales.

Arco Levantado (Lift – Arc ) TM

La tecnica del arco levantado permite al electrodo de Tungsteno ser ubicado en contacto directo con el metal base que se va a soldar. En la medida que el electrodo de tungsteno es levantado de la pieza, el arco se establece. Esto es algunas veces referido como encendido por contacto. Si es posible cualquier chance de contaminación es poco y es debido al circuito de la fuente de energia especial. Cuando el arco se levanta el interruptor es activado, se suministran niveles menores de energia al electrodo de Tungsteno. Esta baja energia permite algun precalentamiento del electrodo de Tungsteno cuando esta en contacto inicial con el Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 36

metal base. Recuerde que el electrodo de tungsteno caliente es un buen emisor de electrones. Este nivel de energia es lo suficientemente bajo para sobrecalentar el tungsteno o fundir el metal base eliminado así la posibilidad de contaminación. Una vez que el arco se ha establecido el circuito de la fuente de energia desconecta el modo de arco levantado al modo de energia de soldadura y la soldadura puede comenzar. La figura 2.34 ilustra la tecnica apropiada para usar el metodo de encendido de arco levantado.

Figura 2.43: Procedimiento de encendido del arco apropiado cuando se usa el metodo de arco levantado.

Método del Encendido del Arco Mediante Rayado del Electrodo El encendido por rayado no es considerado generalmente un metodo apropiado para encender el electrodo, porque puede conducir fácilmente a la contaminación en el área de la soldadura. Es usualmente desarrollado cuando se hace una soldadura con el proceso GTAW usando DC con una fuente de energia diseñada solamente para el proceso SMAW. Estas maquinas no estan equipadas con un iniciador de arco así que la única forma de encender el arco es con el contacto directo del electrodo de Tungsteno y la pieza a soldar. Esto se realiza con un nivel de energia de soldadura completo y generalmente resulta en la contaminación del electrodo y/o el charco de soldadura. Este metodo como su nombre supone es llevado a cabo mediante rayado o golpeado del arco como se realizaría en el proceso de soldadura por arco con electrodos revestidos (SMAW).

Descarga Capacitiva Estas maquinas producen una descarga de alto voltaje de un banco de condensadores para establecer el arco. La chispa momentánea creada por estas maquinas no es semejante a una descarga estática. Aunque las maquinas de Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 37

descarga capacitivas, tienen buena capacidad de encendido el arco, no tienen propiedades de estabilizacion del arco de las maquinas de alta frecuencia. Son tipicamente usadas solo para soldadura con DC y no son apropiadas para soldar con AC.

MÉTODOS

ENCENDIDO DEL ARCO CORRIENTE ALTERNA CORRIENTE DIRECTA DC ELECTRODO NEGATIVO

Alta frecuencia

En modo continuo*

Solo en el modo de encendido

HF de pulsos

En modo continuo*

Solo en el modo de encendido

Solo con fuentes de energías de ondas cuadrada avanzadas**

Apropiadas en cualquier Arco levantado soldadura con DC con fuentes de energías equipadas apropiadamente No es recomendado No se recomienda para Encendido por soldadura de calidad por rayos rayado X debido a la posibilidad de inclusiones de Tungsteno. No es recomendado Apropiado en cualquier Descarga de soldadura con DC con fuentes condensadores de energías equipadas apropiadamente *Con fuentes de energías de onda cuadrada y de ondas cuadradas avanzadas diseñadas especialmente tambien se puede hacer en el modo de encendido. **Con Fuentes de energías de ondas cuadradas diseñadas especialmente equipadas de forma apropiada con un circuito de arco levantado. Figura 2.35: Diversos métodos de encendido del arco y aplicaciones de cada uno


Figura 2.36: Fuente de energia de onda cuadrada para GTAW

GTAW Pulsado Algunas de las Ventajas del GTAW pulsado son: Buena penetracion con menor entrada de calor ■ Menor distorsion ■ Buen control del charco cuando se suelda fuera de posicion ■ Facil de soldar materiales delgados ■ Facil de soldar materiales de espesores disimiles ■

La principal ventaja del arco de soldadura GTAW pulsado es aquel en que el proceso produce la misma soldadura como un arco normal, pero con una entrada de calor considerablemente menor. Cuando es alcanzado el amperaje pico, se logra rapidamente la penetracion. Antes de que la pieza pueda estar saturada de calor, el amperaje se reduce a un punto donde el charco se le permite enfriarse pero la corriente es suficiente para mantener el arco establecido. El arco pulsado reduce enormemente la necesidad de ajustar la entrada de calor en la medida que la soldadura avanza. Esto da al soldador mucho mayor control del charco de soldadura cuando se suelda fuera de posicion y en situaciones donde las juntas son de diferentes espesores. Los controles basicos para fijar los parámetros pulsados son: El amperaje pico: Este valor es usualmente fijado un poco mayor que el que seria fijado para una soldadura con GTAW no pulsada. Amperaje de fondo: Este por supuesto seria fijado menor que el amperaje de pico. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 39

Pulsos por segundos: Es el número de veces por segundos que la corriente de soldadura alcanza el amperaje pico. % de tiempo: Es la duración del pico pulsado como un porcentaje del tiempo total. Controla cuanto tiempo es mantenido el nivel del amperaje pico antes de que caiga al valor de fondo. Referirse a la figura 2.37 para ver los efectos que cada una de estas fijaciones tienen en la forma de onda pulsada.

Figura 2.37: Terminos de onda pulsada con DC. La forma de onda pulsada es a menudo confundida con la onda sinusoidal de AC, o la onda cuadrada. La onda sinusoidal AC representa la dirección de la corriente en el circuito de soldadura, mientras la forma de onda pulsada representa la cantidad y duración de dos niveles de salida diferentes de la fuente de energia. La forma de onda pulsada no es una onda sinusoidal en lo absoluto. Note en la figura 2.37 que la salida actual que se muestra es de corriente directa DC, y la señal no se interrumpe entre los valores mas (+) y menos (-) como ocurre con la onda sinusoidal AC. Esto no quiere decir que la AC no puede ser pulsada entre dos niveles de salida diferentes, así que existen aplicaciones y fuentes de energías capaces de hacer justamente esto.

Soldadura de Alta Frecuencia Pulsada Aunque la mayoría de la soldadura con el proceso GTAW pulsado se hace a un rango de frecuencia de 0.5 a 20 pulsos por segundos, existen aplicaciones donde se utilizan frecuencias mucho mayores. La ventaja de la alta frecuencia pulsatoria (200 a 500 pulsos por segundos) es que el pulso de la alta frecuencia suministra un arco mucho Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 40

más “consistente”. La consistencia del arco es una medida de la presion del arco. En la medida que la presion aumenta, el arco esta menos sometido a la desviación angular causada por los campos magnéticos (soplo de arco). Tambien se ha comprobado que soldar con frecuencias mayores tiene su beneficio mediante la producción de mayor agitación del charco de soldadura el cual ayuda a flotar las impurezas en la superficie resultando en una soldadura con mejores propiedades metalúrgicas. La alta frecuencia pulsatoria es usada en aplicaciones mecanizadas de presicion y automatizadas donde se requiere un arco con propiedades y estabilidad direccional excepcionales. Tambien es usada donde se requiere un arco estable a muy bajos amperajes. Puesto que los SCR (Silicón Controlled Rectifier, Rectificador Controlado por Silicio) electrónicos y las fuentes de energías tipo Inverters tienen intrínsecamente un tiempo de respuesta muy rápida que pueden ser fácilmente pulsadas. Las maquinas con SCR son algo limitadas en velocidad cuando se comparan con las Inverters. Sin embargo los controles de pulsos estan disponibles para ambos tipos de maquinas. Pueden ser incluidos controles como los mostrados en la figura 2.38 o instalados directamente dentro de la fuente de energia.

Figura 2.38: Un control de pulsos incluidos para fuentes de energia Inverters y rectificadores controlados por silicio (SCR).

III. Equipo GTAW, Primero la Seguridad Aun cuando la mayoría de la soldadura que se realiza es con el modo de corriente directa DC, la mayoría de la energia de soldadura a menudo se obtiene de la compañía de energia local de un enchufe de pared.


Figura 3.1: Fuente de energia conectada en el panel de pared. La conexión primaria a la energia comercial. Note el cajetín de fusibles en la pared, donde la energia primaria de la maquina puede ser desconectada si el trabajo requiere ser realizado en cualquier parte con el equipo de soldadura. Tambien, la energia primaria en el cajetín de fusibles debe ser desconectado cuando la maquina este´ inactiva por largos periodos de tiempo. Se debe tomar siempre precauciones cuando se instala cualquier equipo de soldadura. Una máquina de soldadura debería esta conectada de manera apropiada, podría existir una situacion peligrosa. Las conexiones inapropiadas pueden conducir a un caso de maquina de soldar “energizada” eléctricamente, la cual podría resultar en un choque electrico severo a cualquier persona que la toque. El cableado primario solo debe ser realizado por un electricista calificado quien este seguro absolutamente de los codigos eléctricos en un área dada. Antes que cualquier energia primaria sea conectada al equipo de soldadura, se debe leer el manual de instrucción del equipo, y las instrucciones se deben seguir estrictamente.

Selección de la fuente de energia Con los diversos tipos de maquina de soldar disponibles, se deben hacer ciertas consideraciones a fin de adaptar la maquina apropiada para el trabajo.


La potencia nominal de la maquina de soldar es una consideración importante. Los rangos de voltaje y amperaje necesario para un proceso en particular se deben determinar. Luego, debe ser seleccionada una maquina que presenten estos requerimientos de salida. Recordar, que la salida debe estar dentro del rango del ciclo de trabajo apropiado. Para trabajos de soldadura ligera (los requerimientos son de baja salida de aproximadamente 200 amperios o menores) a menudo se pueden hacer con maquina de soldar de fase simple. Los ciclos de trabajo estan a menudo en el orden del 60% o menores. Estos tipos de maquinas de soldar son especialmente ajustadas para talleres y garajes donde es disponible solo energia de fase simple. Algunas de estas maquinas mas pequeñas de fase simple pueden ser capaces de usar energia primaria de 115 voltios AC. Otras maquinas pueden usar 220 voltios o energías primarias mayores. Las maquinas de soldar con el proceso GTAW DC mas grandes, usadas para soldar planchas gruesas, fabricacion estructural y alta producción de soldadura generalmente requieren de tres fases de energía de entrada AC. La mayoría de las instalaciones industriales son suministradas con energia trifásica porque suministra el uso más eficiente de los sistemas de distribucion eléctrica y es requerido por muchos motores eléctricos y otros equipos eléctricos industriales. Estas maquinas de soldadura a menudo tienen capacidades sobre 200 amperios y ciclos de trabajo del 100%. La figura 3.2 muestra algunos tipos diferentes de maquinas de soldar y controles.

Figura 3.2: Una maquina de soldar inverter la cual tiene la capacidad de modificar la frecuencia del arco AC. Esta maquina tiene la capacidad para multiprocesos incluyendo GTAW, SMAW y capacidad pulsatoria.


Figura 3.3: Una fuente de energia AC/DC controlada electrónicamente. Las caracteristicas incluyen control de balance de onda para desbalancear selectivamente la onda para optimizar las caracteristicas de soldadura.

Figura 3.4: Una maquina AC/DC la cual fue específicamente diseñada para GTAW. Incluye muchos componentes incorporados que la hacen adaptable para una amplia variedad de aplicaciones.


Figura 3.5: Una maquina de AC/DC de los tipos comunmente usada para el proceso de soldadura SMAW. Con la adición de otros componentes, conformara los requerimientos de muchas aplicaciones en GTAW.

Figura 3.6: Un generador de soldadura multiproceso accionado por motor capaz de soldar con GTAW AC y DC cuando es adaptada con iniciadores de arco de alta frecuencia.


Figura 3.7: Una fuente de energia avanzada con un programador incorporado que permite al operador programar la secuencia completa de la soldadura. Esto es recomendado para soldadura automatica o todas las veces que sea requerida repetir la operacion. A fin de comprender mejor las fuentes de energia de soldadura por arco y sus requerimientos, es mejor comenzar en el arco y trabajar hacia el tomacorriente de pared. El proceso GTAW requiere que el soldador mantenga la longitud del arco. Cualquier variación en la longitud del arco afectara el voltaje. Al alargar el arco aumenta el voltaje, y al acortar el arco disminuye el voltaje. El soldador tendrá dificultad de mantener la longitud del arco, el voltaje cambiara, en la medida que el arco se mueve a traves de la pieza a ser soldada. Este cambio en voltaje (longitud de arco) causa que la corriente de salida (amperaje) varíe. Esta corriente de salida debe conservarse tan constante como sea posible con el proceso GTAW. El amperaje crea el calor que funde el metal y toma en consideración una soldadura consistente.

Fuentes de Energia de Corriente Constante Las fuentes de energia de soldadura por arco son clasificadas en términos de sus caracteristicas de salida con respecto al voltaje y amperaje. Pueden ser de corriente constante (CC), voltaje constante (CV) o ambas. Una maquina de corriente constante, la clase usada en soldadura GTAW, mantiene abierto el flujo de corriente constante en el circuito de soldadura sin importar cuanto voltaje (longitud de arco ) varíe. Procesos como el GTAW y SMAW requieren que el soldador mantenga la longitud del arco no el equipo. Una fuente de energia de voltaje constante mantiene el voltaje a un valor próximo a uno prefijado sin importar cuanta corriente es siendo usada en el proceso. Este es el tipo de fuente de energia que es usado en el proceso de soldadura por arco con electrodo desnudo, continuo y proteccion de gas GMAW. Los procesos tales como GMAW y soldadura por arco con electrodo tubular y fundente interno FCAW requieren que el equipo mantenga una longitud de arco específico. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 46

Notaremos que en ambos casos podemos decir que estas maquinas mantienen la corriente y el voltaje a valores próximos a los valores prefijados respectivamente. Estas variaran ligeramente debido al hecho de que ninguna fuente de energia es perfectamente eficiente. La relación entre el voltaje y la salida de corriente se representa mejor mediante el trazado de estos valores en un grafico.

Figura 3.8: Curva volti-amperimétrica de una batería perfecta La figura 3.8 muestra la curva volti-amperimétrica de una batería perfectamente eficiente. Esto se debe considerar una fuente de energia de voltaje constante (CV) sin importar cuanta corriente es producida, el voltaje permanece constante a 12 voltios.

Figura 3.9: Curva volti-amperimétrica de una fuente de energia de corriente constante (CC) perfecta.


Una fuente de energia perfectamente eficiente de la variedad de CC como es visto en la figura 3.9, donde se mostraría una curva volti-amperimétrica con una corriente constante de 100 amperios de salida sin importar el voltaje

Figura 3.10: Curva volti-amperimétrica de corriente constante CC.

Figura 3.11: Curva volti-amperimétrica de voltaje constante CV.

La curva volti-amperimétrica mostrada en la figura 3.10 es indicativa de aquellas vistas en las fuentes de energías de GTAW, y la curva volti-amperimétrica vista en la figura 3.11 representa la salida de un voltaje constante o fuente de energia de GMAW. La linea inclinada en la grafica de la corriente constante representa la salida Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 48

de una fuente de energia con amplificador magnético. Debido a este declive característico, estas fuentes de energías son a menudo referidas como atenuadoras. La figura 3.12 es un ejemplo de una fuente de energia de DC basica para soldadura con GTAW. El alto voltaje de una sola fase, bajo amperaje es aplicado al transformador principal. El transformador transforma este alto voltaje a bajo voltaje y al mismo tiempo transforma el bajo amperaje a alto amperaje propios para la soldadura. No altera la frecuencia, 60 Hz entra y 60HZ sale. Este bajo voltaje y alto amperaje es ahora rectificado de AC a DC en el rectificador. Esto produce una DC equitativamente aproximada distinta a la energia suministrada por una batería. Se usa un filtro para suavizar y estabilizar la salida para un arco más consistente. La DC filtrada es ahora suministrada a la antorcha GTAW. Estas fuentes de energía del tipo de frecuencia lineal tienden a ser grandes y muy pesadas. El desempeño del arco es lento y débil y no permitirá que estas maquinas sean usadas para formas de ondas avanzadas o pulsadas. Las fuentes de energías de corriente constante verdaderas son una ventaja en que la corriente que se fija es la corriente que se suministra al arco de soldadura. Estas fuentes de energia controlada electrónicamente son preferidas sobre las fuentes de energia de estilo más antiguo y encuentran aplicaciones en la soldadura manual hasta la automatica. Los controles de la corriente con muy precisos y las soldaduras son muy reproducibles. Las fuentes de energías tipos Inverters y controladas electrónicamente tienen circuitos especiales que mantienen su salida muy consistentemente. Esto se lleva a cabo con un circuito de retroalimentación de curva cerrada. Este circuito se compara a la corriente de salida que va hacia el arco contra lo que ha sido fijado en la maquina. Funciona muy parecido a un carro con el control de marcha activado - Si sube y baja una colina la velocidad se mantiene. Si el soldador aumenta y disminuye el arco, la intensidad del arco se mantiene. La figura 3.13 muestra un diagrama de bloque de este circuito sensible de retroalimentación de curva cerrada. Esta caracteristica es tambien util para la compensación del voltaje lineal. Mediante las leyes de la compañía de energia debe suministrarse un voltaje consistente. Sin embargo son permitidos en rangos, los cuales pueden ser más o menos el 10% del voltaje nominal. Si el voltaje primario para una fuente de energia para GTAW no compensada cambió hasta el 10%, la energia que va en el arco puede fluctuar desde 10 – 20%. Con la maquina del voltaje lineal compensado, mas o menos una fluctuación en el arco de hasta el 2%, de este modo una soldadura muy consistente. La mayoría de las fuentes de energías controladas electrónicamente pueden tambien ser usadas para suministrar corriente de soldadura pulsada. Debido a su tiempo de respuesta rápida y gran control sobre el nivel de corriente que se fija, dos diferentes niveles de calor no formulan dificultad para este tipo de fuentes de energías. Esta maquinas tambien pueden ser controladas a distancia y estos controles pueden ser muy pequeños y compactos. Son lo suficientemente pequeños para ser montados directamente en la antorcha o incorporados en la antorcha manual. Las limitaciones de este diseño pueden hacer de ellas más complejas de operar, y son relativamente costosas en comparación a los diseños de controles más simples.


Fuentes de Energia con Rectificador Controlado por Silicio (SCR) de Onda Cuadrada Este tipo de fuentes de energia fueron introducidas en la industria de la soldadura a mediados de los años 70. Se han reemplazado virtualmente hasta el momento todas las fuentes de energías de onda sinusoidal de AC para el proceso GTAW. El diagrama de bloque en la figura 3.14 es representativo de este tipo de control. Esto tipos de fuentes de energías usan un transformador grande, voluminoso de 50Hz o 60 Hz. Son similarmente típicos en tamaño y peso a las fuentes de energías controladas magnéticamente o a los estilos más antiguos. Tienen tecnología de forma de onda simple y poseen retroalimentación de curva cerrada para una salida de soldadura consistente.

Figura 3.12 Un diagrama de bloque de una fuente de energia de frecuencia lineal convencional.


Figura 3.13: La retroalimentación de la curva cerrada conserva la salida consistente cuando el voltaje del arco es variado y para compensar las fluctuaciones del voltaje primario lineal

Figura 3.14: Diagrama de bloque de una fuente de energia controlada por SCR, utiliza un transformador de soldadura de frecuencia lineal.

Figura 3.15: Bloque diagrama de una fuente de energia Inverter

Fuentes de Energia Inverters Las fuentes de energia Inverters fueron inicialmente concebidas en los años 1940, pero no fueron puestas en venta exitosamente hasta los años de 1970. En lugar de operar a una frecuencia de energia de entrada comun de 50 o 60 Hz, las inversoras aumentaron la frecuencia tanto como 1000 veces la frecuencia de entrada. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 51

Esto permite una drástica reducción en el número de vueltas en la bobina del transformador y reduce el área del núcleo resultando en una maquina mucho mas pequeña y liviana en peso que una fuente de energia rectificadora-transformador convencional. Otra ventaja mayor de este tipo de maquina es sus requerimientos de energia primaria. Algunas inversoras pueden ser usadas en cada una de las energia de entrada de fase simple o trifásica, y en 50 o 60 Hz. Esto es debido al hecho que la energia primaria entrante es rectificada y convertida hasta un punto que no sea un factor critico. Algunas Inverters debido a su circuito único, son maquinas multiprocesos capaces de soldar con GTAW, GMAW, SMAW, FCAW (alambre tubular con fundente interno) y corte por arco con electrodo de carbono y aire (CAC-A). Aunque estas maquinas Inverters son capaces de llevar a cabo estos multiprocesos, algunas son diseñadas y especializadas específicamente para el proceso GTAW. La figura 3.15 es un diagrama de bloque de una fuente de energia tipo Inverters. Las maquinas de este tipo pueden funcionar con una energia de entrada simple o trifásica, La cual será cubierta luego en esta sección. Lo primero que hace una inverter es rectificar el alto voltaje y bajo amperaje AC en DC. Luego es filtrado y alimentado a los dispositivos interruptores de alta velocidad de la Inverter. Justamente como ocurre con un interruptor de luz, se giran para encender y apagar la luz. Pueden conectar a una velocidad muy rápida, hasta 50.000 veces por segundo. Este alto voltaje y bajo amperaje cambia rapidamente a DC parecido al transformador de AC, el cual es muchas veces más pequeño que un transformador de 60Hz. El transformador disminuye el voltaje y aumenta el amperaje para la soldadura. Este bajo voltaje y alto amperaje es filtrado para mejorar el desempeño del arco de soldadura en DC o convertido para la AC a traves del control de polaridad electrónica. Esta energia AC o DC es luego suministrada a la antorcha GTAW. Esta AC es completamente ajustable como se describió en la sección de AC de onda cuadrada avanzada. La DC es extremadamente suave y muy capaz de ser pulsada o secuenciada.

Fuentes de Energia Accionadas por Motor Algunas de las primeras fuentes de energia para soldadura por arco electrico inventadas fueron las del tipo motor generador que produjeron corriente de soldadura por medio de un rotor que mueve internamente a un estator. Este es el mismo principio de la generación de corriente por medio del movimiento de un conductor a traves de un campo magnético. El movimiento en estas maquinas es suministrado por un motor electrico. El concepto esta siendo aun puesto en buen uso por las fuentes de energia modernas que reemplazan el motor electrico con motores a gasolina o gasoil. Las caracteristicas más importantes de estos dispositivos electro-mecánicos es que liberan al soldador de la dependencia de la energia comercial, y les permiten movilidad para llevar a cabo tareas por casi todo el mundo. La mayoría de estas maquinas, son maquinas generadores soldadoras que junto con la salida de corriente producen corriente AC/DC para la operación de luces y herramientas eléctricas. Las fuentes de energías de soldaduras accionadas por motor son Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 52

usualmente referidas como fuentes de energías rotativas de las cuales existen dos tipos basicos. El ALTERNADOR, el cual produce corriente alterna, y el GENERADOR, el cual produce corriente directa. La mayoría de los fabricantes producen aquellas que suministran ambas corrientes AC y DC en la misma unidad. Capacidad de soldar con:

SMAW, GTAW, GMAW CAC-A, FCAW y PAC.

La figura 3.16: Soldadura de mantenimiento en un equipo de agricultura con una fuente de energia accionada por motor.


Ciclo de Trabajo Como se mencionó recientemente en esta sección, el ciclo de trabajo es de importancia primordial en la selección de una maquina de soldar. El ciclo de trabajo de una fuente de energia de soldadura es el tiempo de operación normal que puede ser usada a su carga máxima permitida sin exceder los límites de temperatura de los aislamientos en las partes que la componen. En los Estados Unidos el ciclo de trabajo segun la NEMA esta basado en un periodo de tiempo de prueba de 10 minutos. Sin embargo, en algunas partes del mundo, Europa por ejemplo, el ciclo de trabajo esta basado en un periodo de tiempo de prueba de 5 minutos. Lo indicado simplemente, si una fuente de energia tiene un ciclo de trabajo estándar del 50% y es operada a su salida especificada por 5 minutos, se le debe permitir que se enfríe por 5 minutos antes de operarla de nuevo. El ciclo de trabajo no es acumulativo. Por ejemplo, una fuente de energia con un ciclo de trabajo del 50% no puede ser operada por 30 minutos y luego dejarla que se enfríe por 30 minutos. Esto viola la regla de los 10 minutos. Tambien una maquina especificada a 50% no debería ser operada al maximo por 5 minutos y luego apagarla. El ventilador de enfriamiento se le debe permitir que opere y enfríe los componentes internos. De lo contrario la maquina podría incurrir en daños. Una fuente de energia con un ciclo de trabajo del 100% puede ser operada en ó por debajo de su salida especificada de manera contínua. Sin embargo si la máquina es operada por encima de su salida especificada por un periodo de tiempo, no mayor que un ciclo de trabajo del 100%. Se dan las siguientes formulas para estimar el ciclo de trabajo a salidas distintas a la especificada (ecuación 3.1) y para estimar una salida de corriente distinta de la especificada a un ciclo de trabajo determinado (la ecuación 3.2):

Ta = [I/Ia]2 x T

(3.1)

Ia = I x [ T / Ta ] ½

(3.2)

Donde: T= Ciclo de trabajo especificado en porcentaje Ta = Ciclo de trabajo requerido en porcentajes I =

Corriente especificada con el ciclo de trabajo especificado

Ia =

Corriente máxima con el ciclo de trabajo requerido


Nota: La fuente de energia nunca debe operarse por encima de la corriente o ciclo de trabajo especificados a menos que se cuente con la aprobación del fabricante. Ejemplo (1): ¿Con que ciclo de trabajo puede operar una fuente de energia de 200 amperios con la especificacion del ciclo de trabajo del 60% si la energia de salida debe ser de 250 amperios? Usando la ecuación 3.1

Ta =

[200/250]2 x 60%

Ta =

[4/5]2 x 0.6 = 38%

Por lo tanto, esta unidad no debe operar durante más de 3,8 minutos de cada periodo de 10 minutos a 250 amperios. Si se usa de esta manera, soldando con 250 amperios no excederá la especificacion de la corriente de ningún componente de la fuente de energia, Ejemplo (2): Se quiere operar la fuente de energia antes mencionada en forma continua (ciclo de trabajo del 100%). ¿Que corriente de salida no debe excederse? Usando la ecuación 3.2

Ia = 200 x [60/100]1/2 Ia = 200 x 0.775 = 155 amperios Si se opera de manera continua, la corriente deberá limitarse a una salida de 155 A.

Fase Simple – Fase Triple Las maquinas de soldar con DC normalmente requieren cualquiera de las dos energías, de fase simple o trifásica. Las fuentes de energia trifásicas muy populares en la industria de la soldadura porque, generalmente hablando una maquina alimentada con energia trifásica suministrara un arco mas suave que una maquina alimentada con energia de una sola fase. La mayoría de las maquinas GTAW con AC/DC operan con energia de una sola fase. Algunas fuentes de energías pueden ser energizadas por cualquier energia de fase simple o trifásica. Estas son usualmente fuentes de energías tipo Inverters. Un ejemplo tipico de una onda sinusoidal rectificada trifásica se muestra en la figura 3.17.


Figura 3.17 Corriente directa DC trifásica. SOLAMENTE PERSONAS CALIFICADAS DEBEN HACER ESTA INSTALACIÓN. 1. DISPOSITIVO QUE DESCONECTA LA LINEA DE CLASIFICACIÓN APROPIADA. 2. CONDUCTORES DE ENTRADA. 3. CONDUCTOR DE CONEXIÓN A TIERRA: La clasificación del conductor debe estar de acuerdo con los Codigos eléctricos locales estadales y nacionales. Use conectores de capacidad de amperaje apropiado y tamaño de huecos correcto. 4. CONECTOR DE ALIVIO DE TENSIONES: Inserte los conductores a traves de los alivios de esfuerzos 5. TABLERO DE TERMINAL DE ENTRADA 6. TERMINALES DE LINEA 7. TERMINAL DE TIERRA Conectar el conductor de tierra y los conductores de entrada a la linea de los terminales y al terminal de entrada. Instalar y conectar el conductor de tierra y los conductores de entrada en los conductos o equivalente para desactivar la linea que desconecta al dispositivo. Asegurese que el conductor de tierra va a tierra. Reinstalar el panel lateral. 8. Fusibles de linea: Instalar en l a linea desactivada que desconecta al interruptor.

Figura 3.18: Conexiones de conductores de entrada típicas y ubicaciones de componentes – fase simple.


Conexiones de Entrada de Fase Simple Las fuentes de energías transformadoras AC y AC/DC operan desde una energia primaria de una sola fase. Las fuentes de energia DC pueden ser cualquiera de las dos de fase simple o trifásica. Revisar la placa del fabricante, la literatura, o manual del propietario para obtener esta informacion. La figura 3.18 muestra las conexiones para una conexión de fase simple a una energia primaria. Con una energia de fase simple existen dos conductores que transportan la corriente y un cable de tierra, así como se puede ver en el cajetín electrico, y las tres conexiones en el tablero del terminal de entrada de la fuente de energia.

Conexiones de Entrada Trifasico Muchas Fuentes de energías de soldadura DC industriales para GTAW utilizan energia primaria de fase triple. La energia DC trifásica muestra caracteristicas de arco muy suave. Esto es debido a que existen tres trazas de onda sinusoidal separada dentro del mismo lapso de tiempo (1/60 de un segundo) como la traza de onda sinusoidal de fase simple. La figura 3.19 muestra como la energia primaria es conectada a la entrada de una fuente de energia trifásica. Existen tres conductores que transportan energia eléctrica y un cable de tierra, como se observa en el cajetín electrico. La fuente de energia tambien muestra tres terminales que transportan corriente y una conexión terminal a tierra. Si una fuente de energia inversora trifásica es conectada a una linea de fase simple el rendimiento será reducido. Para detalles revisar la especificacion de la fuente de la energia específica.

Voltaje de Entrada La mayoría de las Fuentes de energías son equipadas con un tablero de terminal de entrada. Este tablero es para la conexión apropiada de la fuente de energia a la linea del voltaje que es suministrado. Esto puede ser conectado de manera apropiada o pueden ocurrir daños severos al equipo de soldadura. Si la fuente de energia es cambiada de ubicación con voltajes de entradas diferentes, será requerido reconectar este tablero. Ciertas fuentes de energías son equipadas con dispositivos que detectaran la entrada de voltaje y automáticamente fijaran una operación apropiada para el equipo. Dos tipos comunes son


Solamente personas calificadas deben hacer esta instalación 1. Dispositivo que desconecta la linea de clasificación apropiada. 2. Conductores de entrada 3. Conductor de tierra: La clasificación del conductor debe estar de acuerdo con los Codigos eléctricos locales, estadales y nacionales. Use conectores de capacidad de amperaje apropiado y tamaño de huecos correcto. 4. Conector de alivio de tensiones: Inserte los conductores a traves del alivio de esfuerzos. 5. Tablero de terminal de entrada 6. Terminales de linea 7. Terminal de tierra: Conectar el conductor de tierra y los conductores de entrada a la linea a la linea terminal y al terminal de tierra. Instalar y conectar el conductor de tierra y conductores de entrada en el conducto o equivalente para desactivar el dispositivo que desconecta la linea. Asegurese que el conductor de tierra va a tierra. Reinstalar el panel de lado y superior. 8. Fusibles de linea: Instalar en la linea desactivada que desconecta al interruptor.

Figura 3.18: Conexiones de conductores de entrada típicas y ubicaciones de componentes – trifásica. Referidas como Auto- Link® y Auto-LineTM. El Auto- Line usa circuito sensor que mecánicamente reconecta el primario al transformador como se requiera mientras el Auto-Line electrónicamente, en una escala variable, que constantemente monitorea y mantiene el voltaje apropiado al transformador. Figure 3.20 representa como funcionan estos dos sistemas.


Figura 3.20: Note que estos sistemas automáticos trabajan en varios voltajes, frecuencias, y energías de fase simple y trifásicas.

Elementos de Accesorios Algunos de estos elementos se requieren para el proceso GTAW mientras otros son considerados opcionales.

Encendedores y Estabilizadores del Arco Los encendedores y estabilizadores de arco son para ser usados con fuentes de energías de soldaduras GTAW con AC y DC. (Ver los capítulos de los fundamentos en el proceso GTAW, y las tecnicas del proceso GTAW para mayor informacion en el uso de la alta frecuencia para soldadura). Estas unidades son particularmente utiles cuando se suelda Aluminio, Magnesio, Acero Inoxidable, Titanio, Cobre y para soldar otros materiales difíciles. Algunas fuentes de energías para el proceso GTAW con DC no son equipadas con alta frecuencia (HF). Dichas fuentes usan la tecnología del encendido del arco levantado o toque la cual les permite funcionar para metales Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 59

especificos. Algunas unidades ofrecen válvulas de gas, relés temporizadores, y circuitos de control para regular el flujo de gas junto con la corriente de alta frecuencia. Agregando estos tipos de accesorios a una fuente de energia no diseñada para GTAW (especialmente las maquinas de onda sinusoidal tipo AC) se deben tomar precauciones especiales. Una condición no balanceada ocurre cuando las fuentes de energías de onda sinusoidal AC son usadas para soldadura GTAW con AC. Esta condición desbalanceada produce una corriente circulatoria que la fuente de energia puede tratar. Este “componente DC” genera calor adicional en la fuente de energia. Algunos diseños de fuentes de energías antiguas para GTAW usaron bandas resistoras de Ni- Cromo para ayudar a balancear y disipar este calor, otras usaron grandes baterías de condensadores incorporadas dentro de la fuentes de energías mientras otras todavía usan baterías de condensadores conectados en serie con el arco. Todos fueron usados para reducir este fenómeno de desbalance. Dado que este fenómeno afecta las fuentes de energías de onda sinusoidal AC, llega a ser un problema solo en este tipo de fuentes de energías. Puesto que las fuentes de energías de onda cuadrada AC son diseñadas para controlar la forma de onda, el balance no es una preocupación con este tipo de fuentes de energías. El calentamiento en el transformador principal debido a los componentes DC causa al menos dos problemas mayores: 1. La perforación del aislamiento en las bobinas y material del núcleo. 2. Una disminución en la eficiencia del transformador debido a la mayor resistencia de las bobinas y núcleo calientes. Cuando las fuentes de energías no diseñadas específicamente para soldar con GTAW son usadas para soldar aluminio o magnesio, los componentes DC pueden ser tomados en cuenta mediante la corrección del ciclo de trabajo de la maquina. La disminución de la corriente disponible evitara el sobrecalentamiento y daños en el transformador de energia principal.

Procedimientos de Corrección Este procedimiento de desclasificación es necesario solo con GTAW AC, y no con GTAW DC. Generalmente solo aplica a fuentes de energías del proceso SMAW que han tenido un encendedor de arco de alta frecuencia (HF) incluidos en ellas a fin de que puedan ser usadas para la soldadura con el proceso GTAW. Desclasificar la fuente de energia de onda sinusoidal AC del 30% de su amperaje clasificado. Por ejemplo, una fuente de energia para el proceso SMAW es clasificada a 200 amperios, ciclo de trabajo del 60%. Para el proceso GTAW, se disminuye los 200 amperios un 30% o sea 140 amperios a un ciclo de trabajo del 60%. Es importante Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 60

recordar con este metodo que el ciclo de trabajo para el proceso GTAW permanece igual como si fuera con el proceso SMAW. Si la soldadura con el proceso GTAW debe hacerse de forma continua, se encuentra que el amperaje del ciclo de trabajo del 100% clasifica para SMAW, luego se reduce este amperaje a un 30% para GTAW. Recordar, que las fuentes de energías específicamente diseñadas para GTAW no tienen que ser desclasificadas. Este hecho usualmente puede ser encontrado en la placa del fabricante, o en su literatura que la acompaña.

Figura 3.21: Encendedor y estabilizador de arco de alta frecuencia (HF).

Antorcha GTAW Cuando se suelda con el proceso GTAW es cierto que la mayoría del calor se transmite en el arco, sin embargo una cantidad significante es retenida en la antorcha. Consecuentemente, algunos mecanismos pueden ser suministrados para remover el calor inútil. Las antorchas usadas para la soldadura GTAW pueden ser enfriadas con cualquiera de las dos formas por gas o con agua. Las antorchas de alta producción o alta intensidad de corriente son usualmente enfriadas por agua mientras que las antorchas de trabajo más liviano, para aplicaciones de bajo amperaje son enfriadas con aire. Las antorchas enfriadas con aire son populares para aplicaciones de amperajes menores. No requieren enfriamiento adicional diferente al aire que las rodea. Los modelos de amperajes mayores son menos flexibles y más difíciles de manipular que las antorchas enfriadas con aire. El cable de energia puede ser más pesado que el cable de las antorchas enfriadas con aire, y no pueden ser enrollados alrededor de la manguera que transporta el gas de proteccion o ubicado dentro de la manguera para suministrar enfriamiento adicional. La figura 3.22 ilustra la antorcha típica enfriada con aire, mostrando sus componentes basicos. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 61

La antorcha enfriada con agua es diseñada a fin de que el agua circule a traves de la antorcha enfriándola así como tambien al cable de energia. La figura 3.23 muestra un despiece de la antorcha enfriada con agua.

Figura 3.22: Antorcha GTAW enfriada con aire

Figura 3.23: Antorcha GTAW enfriada con agua El cable de energia que esta contenido dentro de la manguera, y el agua que retorna de la antorcha fluye alrededor del cable de energia suministrando el enfriamiento necesario. De esta forma, el cable de energia puede ser relativamente pequeño haciendo todo el ensamblaje del cable liviano y fácilmente fácilmente manejable manejable por el soldador. Cuando se usa una antorcha enfriada por agua, una deficiencia de agua de enfriamiento o ausencia total total de agua de enfriamiento, causara causara que el polietileno o cubierta de goma trenzada se funda o posiblemente queme el cable de energia en Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected] [email protected],, Cel. 0416-3332202 Página 62

dos. Las especificaciones de fabricantes de antorchas designaran la cantidad de agua de enfriamiento requerida para una antorcha específica. Un dispositivo de seguridad seguridad conocido como un “ensamblaje de fusible” puede ser instalado en el cable de energia. Este ensamblaje contiene un fusible, el cual es tambien enfriado por agua. Si no existe agua de enfriamiento circulante, el fusible se fundirá en dos y evitara daños a otros componentes más costosos. El fusible es fácilmente reemplazado. Cuando el fusible es reemplazado y el flujo de agua se mantiene, la soldadura puede continuar. continuar. La figura 3.24 muestra muestra un sistema de soldadura GTAW GTAW usando una antorcha enfriada con agua y un sistema sistema de radiador recirculatorio. recirculatorio.

Figura 3.24: Un equipo de soldadura soldadura GTAW con una antorcha enfriada enfriada por agua y un sistema de enfriamiento por radiador


Componentes de la Antorcha GTAW Cuerpo del Colector El cuerpo del colector enrosca en el cuerpo de la antorcha. Es reemplazable y se cambia para ajustarse a varios tamaños de electrodos de Tungsteno y sus respectivos colectores.

Colectores El electrodo de soldadura se fija en la antorcha mediante el colector. El colector es usualmente hecho de cobre cobre o un aleacion de cobre. El agarradero agarradero del colector en en el electrodo es asegurado cuando la cubierta posterior es ajustada en su lugar. Es esencial un buen contacto electrico entre el colector y el electrodo de Tungsteno para una buena transferencia de corriente.

Lentes de Gas Un lente de gas es un dispositivo que reemplaza al cuerpo del colector normal. Se sujeta al cuerpo de la antorcha y es usado para reducir la turbulencia y produce un flujo de gas de proteccion mas largo y laminar. Un lente de gas permitirá al soldador mover la boquilla mas lejos de la junta permitiendo aumentar la visibilidad del arco. Se puede usar una boquilla de diametro mucho más grande, la cual producirá una gran cobertura de gas de proteccion. Esto puede ser muy util para soldar materiales tales como el titanio. El lente de gas tambien permitirá al soldador alcanzar juntas con acceso limitado tales como juntas de esquina interior. La figura 3.25 es un ejemplo de un lente de gas y su forma de instalación en una antorcha con una boquilla larga y una extensión del electrodo de Tungsteno exagerada.

Figura 3.25: Lente de gas y forma de instalación i nstalación para soldar en una antorcha GTAW. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected] [email protected],, Cel. 0416-3332202 Página 64

Boquillas Las boquillas de gas o copas como son mejor conocidas, son hechas de varios tipos de materiales resistentes al calor de diferentes formas, diametros y longitudes. Las boquillas son cualquiera de los dos tipos enroscadas dentro del cabezal de la antorcha o insertadas a presion en su lugar. Las boquillas pueden ser hechas de cerámica, metal, cerámica con funda metálica, cuarzo fusionado, u otros materiales. Las de cerámicas son las más populares, pero se rompen fácilmente y pueden ser reemplazadas, a menudo. Las boquillas usadas para aplicaciones automáticas y situaciones de alto amperaje a menudo usan un diseño de metal enfriadas con agua. Las boquillas de gas o copas pueden ser lo suficientemente grande para suministrar cobertura de gas de proteccion adecuada al charco de soldadura y el área circundante. Una boquilla de un tamaño dado permitirá solo una cantidad dada de gas que fluya antes de que el flujo se haga turbulento. Cuando esto ocurre la efectividad de la proteccion se reduce, y el tamaño de la boquilla debe ser entonces aumentado para restaurar un flujo de gas efectivo no turbulento.

Enfriadores y Refrigerantes El agua que fluye libremente directamente fuera del grifo de las fuentes de agua de la ciudad o manantial no se recomienda para enfriar continuamente el cabezal de la antorcha. Debido a que el agua fría del grifo puede estar por debajo del punto de condensación y puede causar formación de humedad en el cuerpo de la antorcha, Esto puede conducir a la contaminación de la zona de la soldadura hasta que la temperatura de la antorcha exceda el punto de condensación. El flujo continuo del agua del grifo no es recomendable como un refrigerante debido a su contenido de mineral inherente, el cual puede formarse sobre un periodo de tiempo y obstruir los pequeños orificios de enfriamiento en el cabezal de la antorcha. La conservación tambien dispone del uso de menores metodos antieconómicos, tales como sistemas de radiadores refrigerantes recirculantes. El refrigerante recirculante puede ser del tipo apropiado. Dado que la alta frecuencia que se usa debería ser des-ionizada para evitar que el refrigerante from bleeding off the HF prior to it getting to the arc. Si la temperatura ambiente disminuye por debajo del punto de congelamiento tambien de ser protegida, Pero NO se debe usar anticongelantes. El anticongelante contiene inhibidores de fugas u otros aditivos y es eléctricamente conductor. Se aconseja algunos metodos de reducción de crecimiento de algas. Consulte con el fabricante de sistemas de refrigeración para la recomendación en la solución del refrigerante apropiado. El agua desionizada puede ser usada si los asuntos previos son consignados. Todos los refrigerantes deben estar limpios. De otra manera, bloquearan los conductos y pueden causar sobrecalentamiento dañando el equipo. Es aconsejable usar un colador o filtro en la fuente de suministro del refrigerante. Esto evita cascarillas, oxidos, y sucio de la entrada del ensamblaje de la manguera.


La velocidad del flujo de refrigerante a traves de las antorcha es importante. Velocidades que son demasiadas bajas pueden disminuir la eficiencia del enfriamiento. Velocidades que son demasiadas altas dañan la antorcha y la linea de servicio. La dirección del flujo del refrigerante a traves de la antorcha es crítica. Debe fluir desde la fuente del refrigerante directamente a traves de la manguera del agua al cabezal de la antorcha. El cabezal de la antorcha es el punto mas caliente en el sistema refrigerante y debe ser enfriado primero con el refrigerante a su temperatura de transferencia térmica más eficiente. Este refrigerante al abandonar el cabezal de la antorcha enfría el cable de energia del electrodo en su retorno al sistema de recirculación.

Control Remoto Algunas veces una aplicacion de soldadura requiere que el soldador realice una soldadura en un sitio donde el acceso para controlar la fuente de energia no esta fácilmente disponible. El soldador puede necesitar controlar la cantidad de corriente que va a utilizar. Un amperaje extra puede ser requerido al comenzar a establecer el charco de soldadura más rapidamente en el metal frio, o cuando se hace largas soldaduras en materiales Tales como Aluminio, donde la corriente puede ser gradualmente reducida debido al precalentamiento del arco en la pieza. La mayoría de las maquinas de soldar diseñadas primeramente para la soldadura GTAW suministran capacidad de control remoto. Las capacidades de control remoto usualmente incluyen salida y control de corriente. Generalmente, la salida y control de corriente son localizados como interruptores separados en el panel frontal de la maquina y pueden ser operado de manera independiente si desea. Mediante el uso de dispositivos de control remoto, el soldador puede con seguridad ubicarse lejos de la fuente de energia, activar la fuente de energia y su sistema (Flujo de gas, encendedor del arco, etc.) y variar los niveles de amperaje como se d esee. La salida del control remoto da al soldador control del voltaje en circuito abierto (Open Circuit Voltage, OCV) el cual esta presente en los terminales de la salida de la fuente de energia sin carga conectada. Una vez que se conecta la antorcha a la salida, el electrodo debe ser continuamente energizado si no tuviera control de salida. Las salidas primarias remotas funcionan entonces para interrumpir el circuito de soldadura hasta que el soldador este preparado para iniciar el arco. El interruptor de control remoto en la fuente de energia trabaja en la posicion “remoto” conjuntamente con el control de la corriente principal. Si el control de la corriente principal se fija en 50%, la corriente de salida máxima disponible a traves del dispositivo remoto es del 50%. Para obtener la corriente de salida máxima en la maquina a traves del dispositivo de control remoto, el control de corriente principal debe fijarse en 100%. Comprendiendo esta relación permite al soldador afinar la fijación del dispositivo del control remoto para el trabajo que va a realizar.


El más popular de las salidas y controles de corriente remotos es el tipo de pedal visto en la figura 3.26. Este tipo opera tan igual como el pedal del acelerador de un automóvil: Al presionarlo más, más corriente fluye. Otro tipo el cual proporciona mayor movilidad es el controlado por los dedos visto en la figura 3.27. Este tipo de control se instala en la antorcha.

Figura 3.26: Control remoto de pie para GTAW, un control de salida y corriente remoto operado con el pie.

Figura 3.27: Control remoto operado con los dedos, un control de salida remoto y corriente instalado en la antorcha.

Aparatos Rodantes y Soportes de Cilindros A fin de que el proceso trabaje más efectivamente, es necesario mantener la antorcha GTAW a una longitud justamente corta, generalmente nunca sobre los 50 pies. Para permitir que la fuente de energia sea movida dentro de un alcance facil de la pieza, teniéndola montada sobre un aparato rodante es muy ventajoso. No solamente permite una facil movilidad si no que ayuda a conservar el taller limpio. Teniendo la fuente de energia montada unas pocos pulgadas adicionales del piso tambien mantiene los componentes internos de la maquina mas limpios. Los cilindros son considerados recipientes a alta presión y deben ser protegidos de daños. Si la tapa no se coloca en el cilindro no esta asegurado, puede ocurrir un accidente serio. Nunca deje uno de estos cilindros de alta presion en una condición


insegura. La figura 3.28 muestra una combinación de aparato rodante y un soporte de cilindro.

Figura 3.28: Cilindros asegurados con cadena en una condición de operación segura con un aparato rodante para permitir facil movimiento de la fuente de energia y equipo relacionado.

Soldadura GTAW Automatizada Al aumentar los requerimientos de alta productividad y calidad, la soldadura automatizada llega a ser más popular. Esto puede ser tan simple como un cabezal de antorcha fijo (arco) con la pieza (junta) en movimiento. O una pieza fija (junta) con la antorcha (arco) moviéndose a lo largo de la junta. La figura 3.29 muestra un ejemplo de este tipo de automatización.

Figura 3.29: Ejemplo de una automatización solida. Note la pieza estacionaria en un caso mientras en el otro el arco es estacionario.


Una de las formas más comunes de automatización automatización del proceso GTAW es su uso en la soldadura orbital. El equipo de la soldadura orbital se sujeta en la pieza y se u sa para hacer soldaduras tipo tubo a tubo y laminas. Refinamiento continuo continuo en los controles computarizados y los sistemas sistemas de fuentes energías Inverters han hecho extremadamente extremadamente confiable para repetir el proceso de manera precisa. La figura 3.30 muestra un cabezal de soldadura orbital y equipo relacionado.

Figura 3.30: Un cabezal orbital y equipo relacionado. Cualquiera que sea el metodo usado, se requieren controles adicionales sobre la secuencia de soldadura para la automatización. Una secuencia de soldadura es lo que pasa cuando se da una señal para iniciar la operación de soldadura y tambien lo que sucede cuando la operacion de soldadura se detiene. La figura 3.31 es un ejemplo de una secuencia de soldadura.

Figura 3.31: Las diversas funciones controladas por el controlador de secuencia de soldadura. Estos controladores de secuencia pueden ser incorporados directamente dentro de las fuentes de energías (ver Figura 3.32) o son alojados en una caja de control separada (ver Figura 3.33) Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected] [email protected],, Cel. 0416-3332202 Página 69

Figura 3.32: Una fuente de energia tipo Inverter con secuenciador de soldadura incorporado inicialmente usado en soldadura automatizada.

Figura 3.33: Un controlador GTAW de presicion con secuenciador de soldadura incorporado, HF, temporizador de flujo de gas, medidores y control de relé para el posicionador


Figura 3.34: El conector señalado con el 10 en una fuente de energia tipo Inverters capaz de ser conectada para operaciones automatizadas

Figura 3.35: Control de longitud de arco y mecanismo del cabezal

Figura 3.36: Control y cabezal magnético para la manipulación del arco

Microprocesadores La habilidad para controlar la secuencia de soldadura es ocasionada por el uso de los microprocesadores. Estos controladores poderosos son casi siempre usados en sistemas de soldadura automatizados donde repetir el proceso es de gran importancia. Los controladores microprocesadores usualmente tienen la habilidad de almacenar numerosos programas de soldaduras en la memoria asegurando repetir el proceso así como tambien reducir el tiempo de montaje. Aquellas funciones controladas por microprocesadores podrían incluir: Encendido del arco Corriente inicial, tiempo inicial y pendiente inicial. Corriente de soldadura, y tiempo de soldadura Pendiente final, tiempo y corriente final Cresta de pulso y corriente de fondo. ■ Frecuencia de pulso ■ Porcentaje del tiempo (pulso) ■ Post-flujo ■


Conexiones para la aplicación de las automatizaciones A fin de interconectar la fuente de energia de soldadura automatica con el equipo periférico puede ser suministrado algun dispositivo de conexión. Este equipo periférico puede ser el soporte sujetador de las partes, para empezar a sujetar las partes o posicionar la soldadura. Tambien puede ser para iniciar el movimiento del arco a lo largo de la costura o parte en movimiento bajo el arco fijo. Esto es una funcion del tiempo y puede ser mejor manipulado por el controlador de la soldadura. Figura 3.34 es un puerto de conexión de espiga 10 para conectar esta fuente de energia al equipo periférico. Suministra las indicaciones de salida a un punto específico en el tiempo.

Sistema de control de longitud de arco Dado que la longitud del arco es critica en algunas aplicaciones, dispositivos como el de la figura 3.35 son aprovechables para mantenerlo consistentemente a más o menos 0.1 voltios. La longitud y el voltaje del arco significan la misma cosa. Monitorear el voltaje y usar esta informacion para controlar la longitud del arco mantendrá la apariencia de la soldadura consistente, perfil y penetracion.

Figura 3.37: Un equipo GTAW de alambre en frio.

Figura 3.38: Un trazador de costuras para mantener el arco y punto de alineacion.


Control Magnético del Arco Este control usa campos magnéticos para desviar el arco en direcciones ventajosas. Es util para soldaduras automáticas de alta velocidad para equilibrar el charco de soldadura, previene la socavacion, y promueve la penetracion uniforme. La oscilación y los efectos de posicion de estos campos magnéticos en el arco mejoran la apariencia y perfil de la soldadura. Ver figura 3.36.

Sistema de Alimentacion de Alambre Frio El proceso GTAW es considerado generalmente un proceso de baja deposición. Sin embargo, mediante la automatización y agregando alambre de relleno de manera automatica su velocidad de deposición puede ser aumentada. La deposición de soldadura aumentada significa velocidades de avance mayores y mayor producción de piezas al finalizar el día de trabajo. La figura 3.37 representa un sistema de alimentacion de alambre frio. Se puede mejorar la penetracion y los perfiles de la soldadura alimentando mediante alambre de relleno el borde de atrás del charco de soldadura contra la mitad frontal del charco de soldadura, el cual es hecho tipicamente con soldadura manual. Algunos sistemas pueden ser instalados donde el alambre de relleno es electricamente precalentado. Estos sistemas son referidos como GTAW de alambre caliente.

Rastreo de la Costura A fin de mantener el arco de soldadura en la vía cuando se sigue una costura de soldadura que varia constantemente, se han desarrollados sistemas como muestra la figura 3.38. Este tipo de control permite que el equipo monitoree constantemente la ubicación de la junta de soldadura tanto horizontal y vertical sobre la junta. A fin de tener consistencia a altas velocidades de avance, dispositivos como este pueden controlar la posicion del arco de soldadura dentro de un rango de más o menos 0.005 pulgs. O 0.13 mm.

IV. Electrodos y consumibles Electrodos de tungsteno para el proceso GTAW Los electrodos hechos de Tungsteno y aleaciones de Tungsteno son asegurados dentro de la antorcha GTAW para transportar la corriente al arco de soldadura. El Tungsteno es preferido para este proceso debido a que tiene el punto de fusión más alto de todos los metales. El electrodo de Tungsteno establece y mantiene el arco. Se dice que es un “no consumible” porque el electrodo no se funde ni es incluido en el charco de la soldadura. De hecho, se debe tener gran cuidado de que el electrodo no haga Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 73

contacto con el charco de soldadura de ninguna manera. De este modo causando una soldadura defectuosa y contaminada. Esto es referido usualmente como una “inclusión de Tungsteno”. Los electrodos de Tungsteno para GTAW vienen en una variedad de tamaños y longitudes. Pueden estar compuesto de Tungsteno puro, o una combinación de Tungsteno y otros elementos y oxidos. Los electrodos son fabricados bajo Especificaciones y Normas de la Sociedad Americana de Soldadura, AWS y la Sociedad Americana de Ensayos y Materiales, ASTM. Los electrodos vienen en diametros normalizados desde 0.010” hasta ¼”, como se muestra en la figura 4.1 . El diametro del electrodo de Tungsteno requerido es a menudo determinado por el espesor del metal base a ser soldado y el amperaje requerido para realizar la soldadura. Las longitudes de los electrodos de Tungsteno requeridas a menudo se determinan por el tipo de antorcha para una aplicación en particular. Las longitudes normalizadas se muestran en la figura 4.2. De estas, la longitud de 7” es la más comunmente usada. Para aplicaciones especiales algunos proveedores los suministran en longitudes cortadas a sus especificaciones. Por ejemplo, 0,200” – 0,500”, 0,501” – 3,000” y 3,001” – 7,000”. TAMAÑOS DE ELECTRODOS DE TUNGSTENO NORMALIZADOS U.S Customary Diametro (Pulgs.) 0.010a 0.020 0.040 0.060(1/16”) 0.093(3/32” 0.125 (1/8”) 0.156 (1/4”) 0.187(3/16”) 0.250 (1/4”)

Unidades en el Sistema Internacional Tolerancia ± Pulgs.b,c 0.001 0.002 0.002 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003

Diametro Pulgs. 0.300 0.50 1.00 1.60 2.00 2.40 2.50 3.00 3.20 4.00 4.80 5.00 6.40 8.00

Tolerancia ± mmb,c 0.025 0.05 0.05 0.05 0.05 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08

Notas: a. Electrodos de 0.010” (0.30mm) tambien son disponibles en bobinas. b. Las tolerancia, diferentes a aquellas listadas, pueden ser suministradas de acuerdo a lo convenido entre el proveedor y el usuario. c. Las tolerancias deben aplicar a los electrodos tanto en las condiciones de acabado limpio y acabado esmerilado.


Figura 4.1: Diametros de electrodos de Tungsteno normalizados, cortesía de la AWS. LONGITUDES DE ELECTRODOS DE TUNGSTENO NORMALIZADOS 3” (76 mm) 6”(152 mm) 7” ( 178 mm)

12” (305 mm) 18”(457 mm) 24” (610 mm)

Figura 4.2 Longitudes de electrodos de Tungsteno normalizados REQUERIMIENTOS DE LA COMPOSICION QUIMICA PARA ELECTRODOS a Clasificacion AWS

EPW EWCe-2 EWLa-1 EWLa-1.5 EWLa-2 EWTh-1 EWTh-2 EWZr-1 EWGd

Númerob UNS

R07900 R07932 R07941 R07942 R07943 R07911 R07912 R07920 ----

Porcentaje en peso W Min. (diferencia)c

CeO2

99.5 97.3 98.3 97.8 97.3 98.3 97.3 99.1 94.5

-1.8-2.2 --------

La2O3

ThO2

ZrO2

--0.8-1.2 1.3-1.7 1.8-2.2 -----

-----0.8-1.2 1.7-2.2 ---

-------0.15-0.40 --

Otros oxidos o elementos totales 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

Notas: a. El electrodo debe ser analizado por los oxidos especificos para el cual los valores se muestran en esta tabla. Si la presencia de otros elementos u oxidos se indican, en el transcurso del trabajo, la cantidad de aquellos elementos u oxidos deben determinarse para asegurar que valor su total no excede el limite especificado por “otros oxidos o elementos” en la ultima columna de la tabla. b. SAE/ASTM El Sistema de Numeración Unificada (UNS) para metales y aleaciones. c. La clasificacion EWG puede contener algun compuesto o elemento aditivo y el fabricante puede identificar el tipo y contenido minimo del aditivo en el empaque.

Figura 4.3: Requerimientos para electrodos de Tungsteno (Cortesía de la AWS). Los tipos de electrodos de Tungsteno y electrodos aleados para el proceso GMAW son clasificados de acuerdo a la composicion quimica de los tipos de electrodos en particular. La figura 4.3 muestra los nueve tipos de electrodos clasificados por la Sociedad Americana de Soldadura, AWS. En la primera columna de la figura 4.3, la AWS identifica como las nueve clasificaciones serian para las especificaciones de metal de relleno. La letra “E” es la designación para electrodo. La letra “W” es la designación para el elemento quimico del Tungsteno. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 75

El próximo de una o dos letras designa el elemento aleante usado en el electrodo en particular. La “P” indica un electrodo de Tungsteno puro sin elementos aleantes agregados intencionalmente. Las letras “Ce”, “La”, “Th”, y “Zr” indican electrodos de Tungsteno aleados con Cerio, Lantano, Torio, o Zirconio, respectivamente. Los números “1”, “1,5”, o “2” que siguen este elemento aleante indica el porcentaje aproximado de la adición aleante. La ultima designación del electrodo,”EWG”, indica una clasificacion “general” para aquellos electrodos de Tungsteno que no se ajustan dentro de otras categorías. Obviamente, dos electrodos que soporten la misma clasificacion “G” podrí a ser completamente diferente, así la AWS requiere que el fabricante identifique en la etiqueta el tipo y contenido de cualquier adición aleante. Los electrodos son codificados de color en un extremo para facil identificación. Se debe tener cuidado de cuando se trabaja con estos electrodos a fin de que el extremo coloreado se conserve intacto, para que no se pierda su identificación.

Tipos de electrodos EPW (Verde, Tungsteno 100%) Estos electrodos son no aleados. “Tungsteno puro” con un 99,5% minimo de tungsteno. Suministran buena estabilidad del arco cuando se usan con corriente alterna AC, con cada una de las ondas balanceada y desbalanceada y estabilizacion de alta frecuencia continua. Los electrodos de Tungsteno puro son preferidos para soldadura de Aluminio y Magnesio con onda sinusoidal de AC debido a que suministran buena estabilidad del arco con ambos gases de proteccion Argón o Helio. A causa de su incapacidad para soportar mucho calor, al electrodo de Tungsteno puro se le forma una bola en su extremo al soldar.

EWCe-2 (Naranja, Cerio 2%) Aleado con aproximadamente 2% de Cerio, un elemento no radioactivo y el mas abundante de los elementos tierra rara, la adición de este pequeño porcentaje de oxido de Cerio, aumenta, las cualidades de la emision electrónica del electrodo el cual les da una mejor caracteristicas de encendido y mayor capacidad de transporte de corriente que el Tungsteno puro. Estos son los electrodos para todo propósito que operaran exitosamente con AC y DC electrodo negativo. Comparado con el Tungsteno puro, Los electrodos de Tungsteno aleados con Cerio suministran mayor estabilidad del arco. Tienen excelentes propiedades de encendido a bajas intensidades de corriente para usar en soldadura orbital en tubos, tuberías, láminas delgadas y pequeñas aplicaciones de partes delicadas. Si es usado en aplicaciones de mayores intensidades de corriente el oxido de Cerio puede estar concentrado en la punta excesivamente caliente del electrodo. Esta condición y cambios del oxido eliminara los beneficios del Cerio. El oxido de Cerio no radioactivo tiene ligeramente propiedades eléctricas diferentes cuando se compara con los electrodos de Tungsteno aleados con Torio. Para la soldadura automatizada (Orbital en tubos, etc.) Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 76

estos cambios ligeros pueden requerir que sean ajustados los parámetros para la soldadura y los procedimientos. Los electrodos aleados con Cerio trabajan bien con las fuentes de energia de onda cuadrada avanzada y deben ser esmerilados para afilar la punta.

EWLa -1 (Negro, Lantano 1%), EWLa – 1.5 (Oro, Lantano 1,5%) y EWLa – 2 (Azul, Lantano 2%). Aleados con oxidos no radioactivos, a menudo referidos como Lántana, otros elementos de tierras raras. Estos electrodos tienen excelente encendido de arco, baja velocidad de quemado, estabilidad de arco, y caracteristicas excelentes de reencendido. La adición de 1-2% de lantano (La2O3) aumenta la máxima capacidad de transporte de corriente en aproximadamente 50% para un tamaño de electrodo dado usando corriente alterna AC comparado con un electrodo de Tungsteno puro. El mayor porcentaje de Lantano (La 2O3), el electrodo de mayor costo. Dado que los electrodos aleados con Lantano (La 2O3) pueden operar a voltajes ligeramente diferentes que los electrodos de Tungsteno aleados con Torio o Cerio, Estos ligeros cambios pueden requerir que los parámetros de soldadura y procedimientos sean ajustados. El contenido del 1,5% aparece lo mas exactamente igual a las propiedades de conductividad del electrodo de Tungsteno aleado con Torio al 2%. Comparado con los electrodos de Tungsteno aleados con Cerio y Torio, los electrodos de Tungsteno aleados con Lantano (La2O3) tienen menos desgaste en la punta a niveles de corrientes dados. Los electrodos aleados con Lantano (La 2O3) generalmente tienen mayor duración y suministran mayor resistencia a la contaminación de la soldadura por inclusiones de Tungsteno. El Lantano (La2O3) se dispersa uniformemente por toda la longitud completa del electrodo y mantiene una punta bien aguda, la cual es una ventaja para soldar Acero y Aceros Inoxidables con DC o AC con fuentes de energías de onda cuadrada avanzada. Así los electrodos aleados con Lantano trabajan bien con corriente alterna AC o corriente directa DC, electrodo negativo con un extremo afilado o puede ser en forma de bola para ser usado con AC en fuentes de energías de onda sinusoidal.

EWTh -2 (Rojo, Torio 2%) y EWTh – 1 (Amarillo, Torio 1%). Comunmente referido como electrodos de Tungsteno con 1 o 2% de Torio, Estos son electrodos muy comunmente usados desde que mostraron por primera vez mejor performance sobre los electrodos de Tungsteno puro para soldar con DC. Sin embargo, El Torio es un material radioactivo de bajo nivel, de este modo los vapores, polvo de esmerilado y la disposición del Torio preocupan la salud, y la seguridad ambiental. No han sido encontradas cantidades relativamente pequeñas que representen un riesgo a la salud. Pero si la soldadura se realiza en espacios confinados por periodos de tiempo prolongados, o si el polvo del esmerilado del electrodo podría ser ingerido, se deben tomar precauciones especiales acerca de la ventilacion apropiada. El soldador debería consultar al personal de seguridad instruido y tomar las previsiones apropiadas para evitar el Torio.


Al electrodo aleado con Torio no se le forma una bola en el extremo como ocurre con los electrodos de Tungsteno puro, o aleados con Cerio o Lantano. En cambio, forma diversas proyecciones pequeñas que atraviesan la superficie del electrodo cuando se usan con corriente alterna. Cuando se usa con maquinas de onda sinusoidal AC, el arco oscila entre proyecciones múltiples y es a menudo indeseable para una soldadura apropiada. Para soldar con estos tipos de maquinas debe ser absolutamente necesario, usar electrodos con mayor contenido de Lantano o Torio. Los electrodos aleados con Torio trabajan bien con fuentes de energia de onda cuadrada avanzada y deben ser esmerilados para afilar la punta. Estos electrodos son usualmente preferidos para aplicaciones con corriente directa DC. En muchas aplicaciones con DC, el electrodo es esmerilado para afilar o darle forma puntiaguda. Los electrodos de Torio retendrán la forma deseada en aquellas aplicaciones donde el electrodo de Tungsteno puro se refundiría y formaría una bola en el extremo. El contenido de Torio en el electrodo es responsable del incremento en la durabilidad de este tipo sobre el electrodo de Tungsteno puro, EWP.

EWZr – 1 (Marrón, Zirconio 1%) Un electrodo de Tungsteno aleado con oxido de Zirconio (Zirconia) es preferido para soldar con AC cuando se necesita el trabajo de mas alta calidad y donde aun las mas pequeñas cantidades de contaminación no puedan ser toleradas. Esto se lleva a cabo porque el electrodo aleado con Zirconio produce un arco extremadamente estable el cual resiste la erosión del electrodo de Tungsteno en el arco. La capacidad de transportar la corriente es igual o ligeramente mayor que un electrodo aleado con Cerio, Lantano o Torio de igual diametro. Los electrodos aleados con Zirconio son tipicamente usados solamente para soldar con corriente alterna AC con el extremo en forma de bola.

EWG (Gris, aleante no especificado) Esta clasificacion cubre los electrodos de Tungsteno que contienen adiciones no especificadas de oxidos de tierras raras o combinación de oxidos. Como lo especifica el fabricante, el propósito de las adiciones es para afectar la naturaleza o caracteristicas del arco. El fabricante debe identificar la adición o adiciones específicas y la cantidad o cantidades agregadas. Algunos electrodos “tierras raras” estan en esta categoría y contienen varios porcentajes de los 17 metales tierras raras. Una mezcla es del 98% de Tungsteno, 1,5% de oxido de Lantano, y 0,5% de mezclas especiales de otros oxidos de tierras raras. Algunos de estos electrodos trabajan con AC y DC, duran mas que los electrodos de Tungsteno aleados con torio, se puede usar el mismo diametro del electrodo de Tungsteno para el mismo trabajo, pueden usar intensidades de corrientes mayores que los electrodos de Tungsteno aleados con Torio de diametro similar, reduce la erosión del electrodo de Tungsteno, y no son radioactivos.


Los electrodos de Tungsteno para el proceso GTAW pueden ser fácilmente reconocidos mediante el Codigo de colores. Ver la figura 4.4.

REQUERIMIENTOS PARA LA IDENTIFICACION DE ELECTRODOS a,b Clasificacion AWS

Color

EWP EWCe-2 EWLa-1 EWLa-1,5 EWLa-2 EWTh-1 EWTh-2 EWZr-1 EWG

Verde Naranja Negro Oro Azul Amarillo Rojo Marrón Gris

NOTAS: a. El color normal puede ser aplicado en forma de bandas, puntos, etc. en cualquier parte de la superficie del electrodo. b. El metodo de codificación del color usado no debe cambiar el diametro del electrodo más allá de las tolerancias permitidas. Figura 4.4: Codigo de colores para electrodos de tungsteno (Cortesía de la AWS)

Uso de los Electrodos de Tungsteno Los electrodos usados para soldar con el proceso GTAW difieren grandemente desde muchos puntos de vistas de los electrodos usados en consumibles de la soldadura por arco metalico. El electrodo no es fundido. O usado como metal de relleno como en el caso de los electrodos en los procesos SMAW o GMAW. Al menos no es lo deseado que sea fundidos y lleguen a formar parte del deposito de la soldadura. Sin embargo, en casos donde el tipo de electrodo, diametro, corriente, polaridad o tecnica usada son inapropiadas, las particulas de Tungsteno pueden ser transferida a traves del arco. La fuente de energia usada puede afectar la cantidad de Tungsteno que puede ser transferido a traves de arco. Una maquina diseñada específicamente para soldar con el proceso GTAW usualmente tendrá caracteristicas provechosas para el proceso. La corriente excesiva, de sobrecarga o “impulsos” causaran “erosión” del electrodo de Tungsteno. La excesiva rectificación del arco en soldaduras de Aluminio o Magnesio causara un efecto de media onda, y provocaran que las particulas de Tungsteno sean transferidas a traves del arco. Una comprension de los materiales y tipos de electrodos y su uso recomendado permitirá al usuario hacer la selección del electrodo apropiado. El Tungsteno es un metal gris acerado muy duro. Es un metal altamente refractario y no se vaporiza o funde en el calor del arco. Tiene un punto de fusión de 6170ºF (3410 Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 79

ºC), y un punto de ebullición de 10.220ºF (5600ºC), El Tungsteno retiene su dureza aun cuando esta caliente al rojo vivo. Cuando la selección de diversos tipos de aleaciones y una variedad de diametros, se deben considerar muchos factores al seleccionar el electrodo. Una de las principales consideraciones es la corriente de soldadura. La corriente de soldadura será determinada por diversos factores que incluyen tipo de metal base y espesor, diseño de junta, montaje, posicion, gas de proteccion, tipo de antorcha y otras especificaciones de calidad del trabajo. Un electrodo de un diametro dado tendrá su más alta capacidad de transporte de corriente con corriente directa electrodo negativo (DCEN), menor capacidad con corriente alterna y mucho menos capacidad con corriente directa electrodo positivo (DCEP). La figura 4.5 muestra algunos valores típicos de corrientes para electrodos con gas de proteccion de Argón. El Tungsteno tiene una alta resistencia al flujo de corriente y sin embargo, se calienta durante la soldadura. En algunas aplicaciones se le forma en el extremo de la punta un hemisferio fundido. La punta en forma de “bola” es caracteristica del electrodo de Tungsteno puro y es el más recomendable para soldar con AC con fuentes de energia de onda sinusoidal. El extremo de la punta del electrodo es solo la parte que debe tener esta forma de “bola” por efecto del calor. El resto del electrodo debe mantenerse “frio”. La extensión excesiva del electrodo (stickout) más allá del colector causara que el electrodo se caliente. En antorchas enfriadas con agua, el calor se disipa más rapidamente del ensamblaje del colector y ayuda a enfriar al electrodo. La corriente excesiva en un diametro de electrodo dado causara que la punta se caliente excesivamente. Diametro del Tungsteno

Diametro interno de la copa de gas

RANGOS TIPICOS DE CORRIENTES (AMPERIOS) Corriente directa, DC DCEN, A Cerio, Torio Lantano

Corriente alterna, AC Penetracion 70%, A Onda no Balanceada Puro Cerio, Torio Lantano

Onda Balanceada (50/50) A Puro Cero, Torio Lantano

0.040

#5 (3/8”)

15-80

20-60

15-80

10-30

20-60

0.060(1/16”)

#5 (3/8”)

70-150

50-100

70-150

30-80

60-120

0.093(3/32”)

#8 (1/2”)

150-250

100-160

140-235

100-130

100-180

0.125(1/8”)

#8 (1/2”)

250-400

150-200

225-325

100-180

160-250

Todos los valores estan basados en el uso de Argón como gas de proteccion. Los otros valores de corrientes pueden ser empleados dependiendo del gas de proteccion, tipo de equipo, y aplicaciones. DCEN= Corriente Directa Electrodo Negativo (Polaridad directa).

Figura 4.5: Rangos típicos de corrientes para electrodos de Tungsteno con proteccion de Argón. Despues que ha sido seleccionado el diametro y tipo de electrodo apropiado, como se usa y se mantiene el electrodo determinara su desempeño y duración. Existen muchas ideas falsas acerca de los electrodos de Tungsteno y su uso correcto. La Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 80

informacion siguiente pretende servir como una guía para tomar decisiones con sentido comun acerca de los electrodos.

Preparacion del Electrodo de Tungsteno Para Onda Cuadrada Convencional y Onda Sinusoidal con AC Estos electrodos deben tener un extremo hemisférico o en forma de bola. El diametro del extremo no debe exceder el diametro del electrodo por mas de 1.5 veces. Como un ejemplo, un electrodo de 1/8” solo debe formar un extremo de diametro de 3/16”. Si llega a ser mayor que esto debido al exceso de corriente, existe la posibilidad de goteo de tungsteno que contamina la soldadura. Si el extremo es excesivamente grande, y la corriente se disminuye antes de que la punta fundida gotee, el arco tiende a oscilar alrededor de la superficie grande de la punta del electrodo. El arco se vuelve muy difícil de controlar cuando oscila de lado a lado. Si las condiciones de la soldadura son correctas, una observación visual del electrodo debe revelar un extremo en forma de bola uniforme y tamaño apropiado. Para enfocar el arco mejorado fijar el control de balance a la penetracion máxima y pruebe un electrodo aleado con Cerio, Lantano, o Torio con la punta modificada.

Para Onda cuadrada Avanzada Usar (Punta Afilada) Con el control de balance expandido del electrodo negativo hasta el 90%, la forma del electrodo es muy proxima a la soldadura con DC electrodo negativo (DCEN). Esto mejora la habilidad para enfocar el arco a lo largo de una ubicación aun mayor de calor en la pieza. No usar electrodo de Tungsteno puro.

Para DC Electrodo Negativo (DCEN) Usar (Punta Afilada) Dado que toda la energia de soldadura es suministrada por el electrodo negativo, existe muy poco calentamiento que afecte al electrodo de Tungsteno y un electrodo de forma puntiaguda es generalmente preferido. La figura 4.6 muestra las formas preferidas de bola y varios tipos de puntas usadas con fuentes de energia en forma de onda DC y AC.


1,5 φ máx.

φ

Figura 4.6: El diametro de la bola nunca debe exceder de 1,5 veces el diametro del electrodo. Los electrodos de Tungsteno afilados son como se muestran en la imagen de la izquierda. El afilado de los electrodos es un asunto que ha recibido mucha discusión. Existen muchas teorías y opiniones sobre el grado de afilado. De nuevo, la aplicación tiene un soporte en la configuracion del afilado. A lo largo de la experiencia en la aplicacion, lo siguiente sirve como una guía para el afilado de los electrodos de Tungsteno. Una practica comun en el afilado de los electrodos es esmerilar de forma cónica a una distancia de 2 a 2-1/2” veces el diametro del electrodo para usarse en DC y usualmente de una forma puntiaguda (Ver la parte superior de la figura 4.7). Usando esta regla para un electrodo de 1/8” de diametro, la superficie esmerilada debe ser de ¼” a 5/16” de longitud.


Figura 4.7: Preparacion del electrodo de Tungsteno para soldar con DC electrodo negativo y con fuentes de energia de forma de ondas con AC.


Figura 4.8: Forma de arco y perfiles de soldadura como una funcion del angulo de la punta del electrodo. Imagen cortesía de la Sociedad Americana de la Soldadura, (AWS). Los electrodos afilados en forma de aguja son usualmente preferidos en metales muy delgados en el rango de 0.005 hasta 0.04. En otras aplicaciones, un extremo ligeramente desafilado es preferido debido a que la punta extrema puede ser fundida y terminar en el depósito. En muchas aplicaciones, el afilado se hace en realidad donde se deben usar electrodos más pequeños. La figura 4.8 muestra ejemplos de varios arcos y perfiles de soldaduras producidos mediante el cambio del angulo de la punta del electrodo. El Tungsteno es mas duro que la mayoría de los discos de esmeril, sin embargo es rallado antes que cortarse. La superficie del esmerilado debe ser hecho de algun material extremadamente duro como el diamante o borazon. Las marcas de esmerilado deben dirigirse a lo largo con la punta (ver la imagen central y última de la figura 4.7). Si el esmerilado se hace en una piedra áspera y las marcas del esmerilado son concéntricas con el electrodo, existirán una serie de arrugas en la superficie del área esmerilada. Existe la posibilidad de fundir las arrugas pequeñas y flotar a traves del arco. Si la piedra de esmerilar no esta limpia, pueden alojarse particulas contaminantes en las hendeduras o grietas del esmerilado y desalojarse durante la soldadura, terminando en el deposito. Los discos de esmeril usados para los electrodos de Tungsteno no deben ser usados para ningún otro material. La superficie del electrodo de Tungsteno debe estar brillante. Si aparece pálido, indica un exceso de corriente. Si aparece de azul a purpura o ennegrecido, no hay Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 84

suficiente gas de proteccion post flujo. Esto significa que la atmosfera circundante oxido´ al electrodo mientras aun estaba caliente, y ahora esta contaminado. Continuar soldando con esta condición solo puede resultar en el desprendimiento de hojuelas de oxidos que terminaran en el depósito de la soldadura. Una regla general para el post flujo es un segundo por cada 10 amperios de corriente de soldadura. Esto es normalmente adecuado para proteger al Tungsteno y al charco de soldadura hasta que ambos se enfríen por debajo de su temperatura de oxidación. La contaminación del electrodo puede ocurrir de diversas formas en adición a la falta de gas de proteccion del post flujo. La forma mas comun de contaminación es el contacto entre el electrodo y el charco de soldadura o el electrodo y la varilla de relleno. La perdida de gas de proteccion o la contaminación del gas de proteccion debido a la fuga de gas en las conexiones o mangueras dañadas ocasiona contaminación del electrodo. La excesiva velocidad de flujo de gas y las boquillas sucias, astilladas o rotas causan turbulencia de gas de proteccion. Este aire atmosférico aspirado dentro del área del arco causa contaminación. El electrodo que ha sido contaminado por el contacto con el charco de soldadura o varilla tendrá un depósito del metal en el electrodo. Si esto no es demasiado serio, mantener el arco con un pedacito de material por un periodo de tiempo puede vaporizar el depósito del electrodo. Si la contaminación no puede ser removida de esta manera, el metodo preferido es esmerilar el electrodo para remover la contaminación. Use buenas tecnicas de esmerilado, así que las tecnicas inapropiadas pueden causar problemas o daños. Romper el electrodo contaminado no es generalmente recomendado porque puede causar un electrodo con extremo desigual, agrietado o doblado. Esto puede conducir a un calentamiento excesivo del electrodo y un arco mal formado. La conformación del electrodo de Tungsteno y remocion de contaminación apropiada es la clave para mantener soldaduras consistentes. Un electrodo de Tungsteno preparado de manera apropiada reducirá o eliminará la desviación angular del arco, agrietamiento, erosión e inconsistencias en la calidad de la soldadura. La figura 4.9 muestra un esmeril diseñado especialmente para la preparacion de los electrodos de Tungsteno.

Figura 4.9 Un modelo de esmerilador de Tungsteno de banco. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 85

Figura 4.10: Preparacion del electrodo de Tungsteno Usar buena tecnicas cuando esmerile el electrodo para eliminar la contaminación. El esmerilado debe hacerse con un disco abrasivo duro de grano fino. La figura 4.11 muestra diversos electrodos de Tungsteno de 1/8” de diametro. Note las diferentes configuraciones de la punta.

A

B

C

D

E

F

G

Figura 4.11: Electrodos de Tungsteno El electrodo “A” tiene el extremo en forma de bola. Este electrodo de Tungsteno puro fue usado con corriente alterna con una fuente de energia sinusoidal de corriente alterna AC en Aluminio. Note que el extremo tiene forma uniforme y posee una apariencia brillante. El electrodo “B” es un electrodo de Tungsteno aleado con 2% de Torio, con esmerilado afilado y fue usado con corriente directa electrodo negativo (DCEN), o una forma similar para aplicaciones de onda cuadrada avanzada. El electrodo “C” es un electrodo de Tungsteno aleado con 2% de Torio usado con una fuente de energia de onda sinusoidal con corriente alterna en Aluminio. Note que este electrodo tiene diversas proyecciones en forma de bolas pequeñas antes que una vuelta completa un “extremo en forma de bola” como el tungsteno puro Electrodo “D” es un electrodo de Tungsteno puro usado con una fuente de energia de onda sinusoidal con corriente alterna AC o con el control de balance fijado para una acción de limpieza excesiva en fuente de energia de onda controlada de AC en aluminio. Este electrodo fue sometido a una corriente por encima de la capacidad Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 86

especificada. Note que la bola empezó a gotear por un lado. Llega a estar muy fundida durante la operación y si se sigue operando habría causado que el extremo fundido gotee dentro del charco de soldadura ocasionando contaminación. Electrodo “E” es un electrodo de Tungsteno puro que fue afilado el extremo y usado en corriente directa electrodo negativo (DCEN). Note que la punta en forma de bola característico del electrodo de tungsteno puro. Afilar el tungsteno puro no es recomendable porque el extremo afilado siempre se fundirá cuando el arco se establece, y algunas veces la punta fundida goteara dentro del charco de soldadura fundido. El electrodo “F” fue severamente contaminado mediante el toque de la varilla de relleno al electrodo de Tungsteno. En este caso, el área contaminada se debe romper y al electrodo se le debe dar forma de nuevo como se desee. El electrodo “G” no tuvo suficiente post flujo. Note la superficie negra la cual esta oxidada porque la atmosfera contaminó al electrodo antes de que se enfriara lo suficientemente. Si este electrodo fuera usado, la superficie oxidada se desprenderá en escamas y goteara dentro del charco de soldadura. El tiempo de post flujo debe ser incrementado, así la apariencia es como la del electrodo “A” despues de soldar.

Figura 4.12: A typical air separation facility operada by the Canadian Liquid Air Company at Varennes, Quebec, Canada.


Gases de protección Todos los procesos de soldadura por arco utilizan algún metodo para proteger el charco de soldadura fundido de la atmosfera. Sin esta proteccion, el metal fundido reacciona con los gases en la atmosfera y producen porosidades (burbujas) en el cordón de la soldadura reduciendo grandemente la resistencia de la soldadura. La importancia de la proteccion atmosférica es reflejada en el hecho que todos los procesos de soldadura por arco tienen su nombre según el metodo usado para suministrar la proteccion; Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Proteccion de Gas (GTAW), Soldadura por Arco con Electrodo Desnudo Continuo y Protección de Gas (GMAW), Soldadura por Arco Sumergido (SAW), Soldadura por Arco con Electrodo Revestidos (SMAW), Soldadura por Arco con Electrodo Tubular y Fundente Interno (FCAW) etc. Inicialmente dos tipos de gases inertes fueron usados para el propósito de proteccion en el proceso GTAW. Ellos fueron Argón (Ar) y Helio (He). Los gases de proteccion deben ser de alta pureza para aplicaciones de soldadura. La pureza requerida es a un nivel del 99,995 %. Aunque la funcion principal del gas es proteger el charco de soldadura de la atmosfera, el tipo de gas usado tiene una influencia en las características y comportamiento del arco y el cordón resultante de soldadura. El factor principal que influye en la efectividad de un gas es la densidad del gas. El Argón, con un peso atómico de 40, es aproximadamente 1,5 veces mas pesado que el aire y 10 veces mas pesado que el Helio el cual tiene un peso atómico de 4. El argón despues de dejar la boquilla de la antorcha tiende a formar un manto sobre la soldadura, considerando que el Helio tiende a subir rapidamente del área del arco. A fin de obtener la protección equivalente, las velocidades de flujo del Helio son usualmente 2 o 3 veces la del Argón. Un examen de las caracteristicas y una comparación de estos gases servirán como guía para la selección del gas de protección.

Argón El Argón se obtiene como un biproducto en la fabricacion del oxigeno. Descomponiendo el contenido de la atmosfera produciría lo siguiente: 0,9% de Argón 78,0 % de Nitrógeno 21,0 % Oxigeno 0,1 % Otros gases raros Observando estos porcentajes, es evidente que muchos pies cubicos de aire deben ser procesados a fin de obtener un cilindro de Argón. El precio del Argón puede variar ampliamente dependiendo de la localidad y volumen de adquisición. El Argón puede ser obtenido en el estado gaseoso en cilindros o como un líquido en cilindros especialmente construidos o grandes tanques. Como liquido, el Argón estará a Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 88

temperaturas ligeramente por debajo de -300ºF (-184 ºC). El tamaño mas comunmente usado de cilindro contiene 330 pies cubicos (935 litros) a 2640 libras/Pulgs.2 (18.203 kPa) a 70ºF (21ºC). Cuando se requieren grandes volúmenes es más deseable y económico un suministro líquido de gran volumen. Cada galón (3,785 litros) de líquido producirá aproximadamente 112 pies cubicos (317 litros) de Argón gaseoso. El Argón líquido puede ser obtenido en cilindros que contienen hasta 4.000 pies cubicos (11,328 litros) de Argón gaseoso. Si se desean cantidades mayores, un tanque para gran volumen líquido puede ser instalado. Cuando se selecciona un gas de proteccion, un hecho que puede ser considerado es el potencial de ionización del gas. El potencial de ionización es la medida en voltios y es el punto donde se establecera el arco de soldadura entre el electrodo y la pieza a traves del gas de protección. En otras palabras, es el voltaje necesario para cargar electricamente el gas a fin de que conduzca electricidad. El potencial de ionización del Argón es de 15,7 voltios. De este modo es el minimo voltaje que puede ser mantenido en el circuito de soldadura para establecer el arco o la soldadura con Argón. El potencial de ionización es diferente para cada gas y tiene un efecto mayor en el arco y cordón de soldadura. El potencial de ionización para el Helio es 24,5 voltios. Comparando dos circuitos de soldadura, siendo cada uno igual excepto para el gas de proteccion, el voltaje del arco producido con el Ar debe ser menor que el producido por el He. El Argón tiene baja conductividad térmica lo cual significa que no es un buen conductor de calor. Esto resulta en un arco mas compacto, mayor densidad del arco. La densidad del arco se refiere a la concentracion de energia en el arco. Con Argón esta energia es confinada a un área estrecha o más puntiaguda. El Argón suministra una excelente estabilidad del arco y acción de limpieza aun a bajos amperajes.

Helio A diferencia del Argón, el Helio tiene una alta conductividad térmica. Debido a esta mayor conductividad térmica, la columna del arco se expande, reduciendo la densidad de la corriente en el arco. La columna del arco llegara a ser más ancha y más brillante que la columna de arco con gas de proteccion Argón. La figura 4.13 ilustra las dos columnas de arco. La columna de arco más brillante, el área de superficie que más trabaja esta siendo calentada. El calor en el centro del arco se puede mover mas rapidamente hacia abajo hacia el metal mas frio en la base de la pieza. Esto resulta en un arco de penetracion mas profundo. La figura 4.13 tambien ilustra los cordones de soldadura resultante y la diferencia en la penetracion producida por el Argón y el Helio. Se menciono previamente que con una longitud de arco equivalente, el Helio producirá un voltaje de arco mayor que con Argón. Dado que la energia total es un producto del voltaje y el amperaje, es evidente que más energia calórica es aprovechable con el Helio. El Helio o mezclas de Argón- Helio son deseables en materiales gruesos y donde se desea altas velocidades de avance. El uso de una mezcla de gases de Helio-Argón en proporción 2:1 ha sido tambien mostradas para Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 89

proteger soldaduras de baja porosidad en situaciones de producción según la aceptacion de una variación más amplia en los parámetros de soldadura. Con la proteccion de Helio cualquier variación ligera de longitud de arco puede tener completamente un efecto en el voltaje del arco y consecuentemente la energia total del arco. Por esta razón, el Helio no es deseable como el Argón para aplicaciones de soldadura manual. Debido a su mayor potencial de ionización, es más difícil iniciar un arco con gas de proteccion con Helio, especialmente a menores amperajes. El Argón es usado casi exclusivamente cuando se suelda a 150 amperios y menores. Debido a que el Helio es un gas ligero, las velocidades de flujo usualmente son dos o tres veces mayores que el Argón para una proteccion equivalente. El costo del Helio es mas considerable que el Argón, y con la velocidad de flujo incrementado, el costo total de la proteccion sube rapidamente. El costo debe ser medido contra la penetracion incrementada en el espesor del material y la velocidad de avance aumentada realizable.

Figura 4.13: Una representación de los efectos en el arco y cordón de soldadura producidos por los gases de proteccion Argón y Helio. Note el arco más ancho y la penetracion mas profunda por el gas de proteccion Helio.

Hidrógeno Así como el Helio se mezcla con el Argón para tomar ventaja de las mejores caracteristicas de ambos gases, el Hidrogeno es mezclado con el Argón además para estrechar el arco y producir una soldadura mas limpia con una relación (penetracion) ancho profundidad mayor. Esta mezcla es usada principalmente para soldaduras de Aceros Inoxidables Austeniticos y algunas aleaciones de Niquel. La adición del Hidrogeno con el Argón tambien aumenta la velocidad de avance. Debe notarse que una mezcla de Argón con Hidrogeno introducirá riesgo de agrietamiento por Hidrogeno y porosidad en el metal particularmente en soldaduras de pasadas múltiples. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 90

Nitrógeno El Nitrógeno cuando se mezcla con el Argón suministra la capacidad de producir más energia a la pieza que con Argón solo. Esto puede ser beneficioso cuando se sueldan materiales de alta conductividad térmica tales como el Cobre, Sin embargo, una mezcla de Nitrógeno no puede ser usada en metales ferrosos tales como el Acero y Aceros Inoxidables debido a que el Nitrógeno que se absorbe en la soldadura causa una reducción significante en la resistencia, cordón mas poroso y mas débil.

Velocidad de flujo La velocidad del flujo de gas apropiada es una cantidad adecuada para proteger el charco de soldadura y proteger al electrodo de Tungsteno. Cualquier cantidad mayor de este es inútil. La velocidad correcta del flujo de gas en pies cubicos por hora es influenciada por muchas variables que pueden ser consideradas en cada aplicación. Generalmente hablando, cuando la corriente de soldadura, diametro de la boquilla, o la extensión de la boquilla se incrementan, la velocidad de flujo debe ser incrementada. Cuando se suelda en el modo de CA las inversiones o cambios de la corriente tienen un efecto perturbador en el gas de proteccion y el flujo debe ser aumentado en un 25%. Y por su puesto cuando se suelda en una situacion de corrientes de aire, la velocidad de flujo debe ser duplicada. Cuando se suelda en juntas de esquina o de bordes, la excesiva velocidad de flujo puede causar encierro de aire. En esta situacion, la efectividad del gas de proteccion puede ser mejorada mediante la reducción del flujo de gas de aproximadamente 25%.

Figura 4.15: El regulador/flujometro regula el flujo de gas de proteccion del cilindro a la antorcha. Este medidor presenta la cantidad de presion en el cilindro así como tambien la velocidad de flujo.


Obtenga el cilindro de gas, y sujete con cadenas el dispositivo de funcionamiento, a la pared, u otro soporte estacionario a fin de que el cilindro no pueda caerse y romperse la valvula. 1. 2.

3. 4.

5.

6.

Gas Argón Figura 4.14: Instalación típica del Regulador / Flujometro.

Tapa. Valvula del cilindro. Quitar la tapa, ubíquese al lado de la valvula, y abra la valvula lentamente. El flujo de gas sopla polvo y sucio de la valvula. Cierre la valvula. Cilindro. Regulador/Flujometro. Instalar de manera que la parte frontal quede vertical Conexión de la manguera de gasEl conector tiene rosca derecha de 5/8”- 18. Obtenga e instale la manguera de gas. Ajuste de flujo. La velocidad de flujo tipico es de 15 cfh (cubic feet hour, pies cubicos por hora). Asegurese que el ajuste de flujo esta cerrado cuando abra el cilindro para evitar daños en el flujometro.

Preflujo y Postflujo El propósito tanto del preflujo como del post flujo es prevenir la contaminación tanto del charco como del electrodo de Tungsteno por la atmosfera circundante. Cuando la antorcha no esta en uso, el aire entrara al sistema a traves de la boquilla. La humedad en el aire puede condensarse dentro de la boquilla y la manguera del gas causando luego contaminación por Hidrogeno durante las etapas iniciales de la soldadura. El gas de proteccion del preflujo desalojara el aire y la humedad de la antorcha y evitara esta contaminación. El postflujo trabaja un poco diferente. Inmediatamente despues que el arco de soldadura se ha extinguido, el cordón de soldadura, la varilla de relleno y el electrodo de Tungsteno permanecen lo suficientemente caliente para causar una reacción quimica con el oxigeno de la atmosfera. El resultado de esta oxidación es completamente obvio, cuando ocurre debido a esto, provoca que el cordón de soldadura, varilla de relleno y electrodo de Tungsteno se vuelvan negro. Mediante la proteccion del electrodo caliente y del área de la soldadura un postflujo apropiado Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 92

evitará que la oxidación ocurra, y por el aumento de la velocidad del proceso de enfriamiento. Se debe recordar que un electrodo ha sido decolorado debido a la oxidación debe ser removido de manera apropiada.

Purga de Respaldo y Protección de Arrastre Así como la superficie del cordón de soldadura debe ser protegida de la contaminación atmosférica, tambien el lado posterior debe ser protegido. En el caso de la soldadura en tuberías u otras juntas a tope de penetracion completa, esta se puede llevar a cabo con un sistema de purga, como se ve en la figura 4.15. A menudo para elaborar los diafragmas, mangueras y válvulas una purga de respaldo puede ser algo tan simple como papel grueso usado para sellar los extremos del tubo a traves del cual una manguera de gas pasa para llenar el tubo con gas de proteccion. Un trozo de hierro en ángulo se puede sujetar a la parte trasera de las soldaduras de línea recta para mantener el gas en el lugar para ese tipo de soldadura. En algunos casos donde la soldadura ocurre demasiado rápido para el gas de proteccion suministrado por la antorcha para proteger el charco y al electrodo de Tungsteno, se puede usar una proteccion de arrastre ver figura 4.16. Las protecciones de arrastre estan disponibles como dispositivos separados que se sujetan a la antorcha o a la boquilla de la antorcha. La proteccion de arrastre o por el lado posterior es requerida en metales reactivos como el Titanio, Aceros Dúplex, Aceros Inoxidables etc. Este tipo de proteccion conserva las soldaduras brillantes y lustrosas sin decoloración y oxidación, reduciendo así la posibilidad de repetir el trabajo debido a la contaminación.


Figura 4.15: Un soldador prepara la instalación de un sistema de purga en el extremo de un tubo a soldar.

Figura 4.16 Proteccion de arrastre con antorcha para soldadura GTAW de Titanio y otros metales reactivos.

Proceso GTAW y Uso de Metal de Relleno El electrodo de Tungsteno es un no-consumible (no se funde) de este modo no llega a formar parte de la soldadura, así como los electrodos de los procesos SMAW y GMAW que se funden y llegan a ser parte del metal de relleno los cuales agregan volumen a la soldadura. Esto es una ventaja en materiales delgados (usualmente menores de 1/16”) donde la soldadura GTAW funde los bordes del material base conjuntamente. Esto es referido como una soldadura “autógena” (sin material de relleno), y es comun en juntas a tope, a solape y de bordes. Las soldaduras en materiales mas gruesos (aproximadamente 1/16” y mayores), juntas biseladas y juntas de ensamble pobre pueden requerir alambre de relleno agregado a la soldadura para una fusión y resistencia apropiada. Esto se hace usualmente por alimentacion manual del alambre de relleno dentro del charco de soldadura. El diametro de la varilla de relleno debe ser aproximadamente igual al del diametro del electrodo. El extremo caliente de la varilla de relleno debe mantenerse bajo la cobertura de gas de proteccion y/o postflujo hasta que se haya enfriado por debajo de su temperatura de oxidación. El proceso GTAW automatizado usa un alimentador de alambre para alimentar automáticamente un alambre continuo dentro del charco de soldadura en la medida que la soldadura progresa a lo largo de la junta. La figura 3.37 en la pagina 72 Muestra este tipo de equipo. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 94

Tipos de Metales de Relleno en el Proceso GTAW Tal vez el material de relleno más común para el proceso GTAW tiene la forma de varillas rectas de 36” que son alimentadas por una mano mientras que con la otra se manipula la antorcha. La figura 4.17 muestra los tamaños estandarizados de varillas para relleno, de acuerdo con Sociedad Americana de Soldadura. AWS. Estas varillas usualmente vienen en cajas o tubo de 10 o 50 libras y a menudo tienen el tipo de varilla en una etiqueta o estampado en el extremo de cada pieza de la varilla de relleno. El proceso GTAW es preferido para trabajos críticos que generalmente se hace bajo un Codigo y procedimientos de soldadura calificados. Para mantener el control del metal de relleno debe ser identificable.

Figura 4.17: Tamaños de varilla de relleno para el proceso GTAW. Las varillas aplanadas tambien son usadas en un menor grado. Estas son preferidas por algunos soldadores quienes sienten más comodidad para alimentar el charco de soldadura con dichas varillas debido a su forma. La figura 4.18 muestra los tamaños de varillas aplanadas. Otro tipo de material de relleno es el alambre frio para GTAW automatizado. Este debe ser el mismo alambre usado en un material dado para el proceso GTAW.


TAMAÑOS TIPICOS DE VARILLAS APLANADAS* Diametro Equivalente a Espesor las redondas Pulgs. mm Pulgs. mm Pulgs. 1/16” 1,6 0,047 1,2 0,072 3/32” 2,4 0,070 1,8 0,105 1/8” 3,2 0.095 2,4 0,142 5/3” 4,0 0,115 2,9 0,175 3/16 4,8 0,140 3,6 0,210 ¼” 6,4 0,187 4,8 0,280

Ancho mm 1,8 2,7 3,6 4,4 5,3 7,1

*La longitud normalizada debe ser de 36” + 0, - ½” ( aproximadamente 900 ± 20 mm) Figura 4.18 Tamaños de varillas aplanadas para el proceso GTAW.

Especificaciones Relleno

para

Materiales

de

La Sociedad Americana de Soldadura, AWS publica diversos folletos de especificaciones de materiales de relleno para el proceso GTAW. Así como tambien a menudo estos folletos son usados como especificaciones para electrodos-alambres para el proceso GMAW. La figura 4.19 es una lista de relleno según AWS, folletos de especificacion de gas de proteccion y electrodos de Tungsteno. A5.7:Electrodos y varillas de soldaduras desnudas de Cobre y sus aleaciones A5.9: Varillas y electrodos de soldadura trenzados compuestos de núcleo metalico desnudas de Cromo y Aceros al Cromo-Niquel Resistentes a la corrosión. A5.10 Varillas y electrodos de soldadura desnudas de Aluminio y sus aleaciones. A5.12 Corte y soldadura por arco para electrodos de Tungsteno y sus aleaciones A5.13 Varillas y electrodos de soldadura para recubrimiento solido.

A5.18 Metales de relleno de Acero al Carbono para procesos de soldaduras protegidos por gas A5.19 Electrodos y varillas desnudas para aleaciones de Magnesio.

A5.21 Electrodos y varillas de soldadura para recubrimiento compuesto. A5.24 Electrodos y varillas de soldadura desnudas de Zirconio y sus aleaciones. A5.28 Metales de relleno de Acero de baja aleacion para los procesos: GTAW, GMAW y PAW A5.30 Insertos consumibles

A5.14 Varillas y electrodos de soldadura desnudas de Niquel y sus aleaciones. A5.16 Varillas y electrodos de soldadura A5.32 Gases de proteccion de soldadura de Titanio y sus aleaciones. Figura 4.19: Especificaciones AWS, de materiales de relleno para el proceso GTAW, gases de protección y electrodos de Tungsteno.


Tipos y Designaciones de Metales de Relleno Acero Existen siete designaciones para las varillas de relleno de acero al carbono. Una designación típica debe ser ER70S-6 para GTAW. La “ER” significa que el relleno puede ser usado con cualquiera de los procesos GMAW y GTAW (O sea la “E” indica electrodo, (Electrode) para GMAW y la “R” indica varilla, (Rod) para GTAW). Si a la designación le falta la “R” significa electrodo continuo para ser usado solo con GMAW. No existe la designación para usar solo la “R”, existirá siempre la “ER”. El “70” indica la resistencia a la traccion del deposito de soldadura, medido en miles de libras por pulgadas cuadradas. La “S” indica electrodo o varilla “solido” opuesto al alambre tubular o hueco tal como el que se usa en el proceso de soldadura por arco con electrodo tubular (FCAW). Y el “6” se refiere al grado en particular de los porcentajes químicos del fabricante dentro de la composicion quimica de las varillas. En otras palabras, el número en el extremo de la descripción se refiere a la clasificacion del alambre que esta siendo usada.

Aceros Inoxidables Existen mucho más designaciones de Aceros Inoxidables que las que existen en Acero. Una clasificacion Típica de una varilla de Acero Inoxidable seria ER308., La “ER”, así como en el Acero, indica para cualquier electrodo continuo, o varilla. El “308” designa la composicion quimica para un Acero Inoxidable especifico. Estos números son a menudo usados para igualar la varilla de relleno a las especificaciones de metal base a ser soldado. Ciertos tipos de varillas de Acero Inoxidable pueden tener letras o números despues de los tres dígitos, tales como “L” que significa bajo contenido de Carbono, o “Si” que indica alto contenido de Silicio. Algunas veces se puede usar el nombre de la marca del fabricante “ELC” es vez de “L” que signif ica “Extra Low Carbon” o sea contenido extra de bajo Carbono, o “HiSiL” que significa “High Silicón Content” o sea alto contenido de Silicio. Es importante recordar las designaciones “ER” debido a que la AWS tiene libros de especificacion separada para metales de relleno “ER” y para “E” metales de relleno. Los metales de relleno “E”, tales como E308 -16, se refieren a electrodos de soldaduras revestidos, tales como aquellos usados en el proceso SMAW.

Titanio Existen aproximadamente 13 diferentes designaciones para varillas de relleno de Titanio. Una designación típica seria ERTi-5ELI. La “ER” significa el relleno que puede ser usado para cualquiera de los procesos GTAW o GMAW. El “Ti” indica Titanio, el “5” es una caracteristica específica tal como contenido de aleacion, y el “ELI” significa bajas impurezas extra intersticiales. Si el metal base tiene impurezas extra-bajo intersticial el metal de relleno seleccionado tambien debe contener la misma Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 97

clasificacion. La naturaleza de los elementos intersticiales tales como el Carbono, Hidrogeno, Oxigeno y Nitrógeno son conservados muy bajos con la clasificacion ELI. Cuando se suelda con Titanio y sus aleaciones, el metal de relleno debe ser aproximadamente igual al contenido de aleacion del metal base que se va a soldar. El ERTi-1, -2, -3 y 4 son designaciones comerciales para soldar Titanio puro (CP). Estos metales de relleno no aleados pueden tolerar alguna contaminación de la atmosfera de la soldadura sin perdida significante de la ductilidad. Los metales de relleno no aleados pueden ser usados para soldar aleaciones de Titanio cuando la ductilidad es más importante que la resistencia de la junta. Pueden esperarse menos del 100% de eficiencias de la junta. La contaminación del metal de relleno es muy seria cuando se suelda titanio. La varilla de relleno debe limpiarse con acetona y una tela libre de hilachas. La limpieza debe continuarse hasta que la tela este libre de cualquier indicacion de contaminación. La varilla de relleno tambien debe ser inspeccionada por cualquier defecto físico tales como grietas, costuras o solapes. Estos defectos pueden atrapar contaminaciones que son difíciles o imposibles de eliminar. Para prevenir la recontaminacion de la varilla de relleno, se debe manipular despues de limpiar e n un procedimiento llamado “Guantes blancos” (Limpiar con guantes libre de hilachas).

Aluminio Existen aproximadamente 12 designaciones para varillas de Aluminio. Una varilla comun de todo propósito es ER4043. La “ER” designa electrodo o varilla, y el “4043” indica una composicion quimica específica. El “ER4043” es usado con muchos metales base de Aluminio, pero siempre consulte el fabricante de alambreelectrodos para usar el metal de relleno apropiado para soldaduras críticas. La figura 4.20 contiene algunos ejemplos típicos. METAL BASE, T (REVENIDO)

METAL DE RELLENO

1100

ER1100

2014-T6 2219-T81

ER4043 ER2319

3003 5005

ER1100 ER5356

5456 6061-T4

ER5556 ER4043

6061T-6 7005T-53

ER5356 ER5356

Figura 4.20: Recomendaciones típicas del metal de relleno de Aluminio, según el metal base.


La figura 4.21 representa un hibrido de algunos metales de relleno referenciados entre el numero de clasificacion AWS y el numero de especificacion del fabricante. Tabla 3.6: Guia para seleccionar el material de relleno para Aluminio Metal base

3190, 3330, 3540, 3550, C3550, 3800

5110, 5120, 5130, 5140

7005, 7039, 7100, 7110, 7120

6070

4145

3560, A3560 A3570, 3590, 4130, A4440, 4430 4043

5456

5454

5154, 5254

5056

5083

5052, 5652

5005, 5050

3004 Alc. 3004

2219, 2519

2014, 2036

1100, 3003, Alc. 3003

1060, 1070, 1080, 1350

4043

6061, 6063, 6101, 6201, 6151, 6351 6951 4043

1060,1070 1080,1350

4043

4043

5356

4043

4043

5356

5356

4043

1100

4043

4145

4145

1100

1188

1100,3003 Alclad 3003

4145

4043

4043

4043

4043

4043

5356

4043

4043

5356

5356

4043

4043

4043

4145

4145

1100

2014, 2036

4145

4145

4145

4145

4145

4145

2219, 2519

4145

4145

4043

4043

4043

4043

4043

4043

4043

4043

4043

4043

4043

4043

3004 Alclad 3004

4043

4043

5654

5356

4043

4043

5356

5654

5654

5356

5356

4043

4043

4043

5005, 5050

4043

4043

5654

5356

4043

4043

5356

5654

5654

5356

5356

4043

4043

5052, 5652a

4043

4043

5654

5356

5356

5356

5356

5654

5654

5356

5356

5854

5083

5356

5356

5183

5356

5356

5183

5356

5356

5356

5183

5086

5356

5356

5356

5356

5356

5356

5356

5356

5356

5154, 5254a

4043

5654

5356

5356

5356

5356

5654

5654

4043

5654

5356

5356

5356

5356

5554

4043

5356

6556

5356

5356

5556

4043

5454

4043

5456 6061, 6063 6351, 6101 6201,6151, 6951 6070

4145

5356

5356

5356

4043

4145

4043

5356

5356

4043

7005k,7039, 7100,7110, 7120 5101.5120, 5130, 5140

4043

4043

5356

5356

4145

4043

5654

3560,A3560, A3570, 3590 4130,A4440, 4430 3190, 3330 3540, 3550, C350, 3800

4145

4043

2319

NOTAS: 1. Condiciones de servicio tales como inmersión en agua salada o fresca, exposición para químicos especificos, o una alta temperatura sostenida (sobre 150ºF ) puede limitar la selección de los metales de relleno. Las aleaciones de relleno 5356, 5183, 5556, y 5654 no son recomendadas para servicio sostenido a elevada temperatura. 2. Las recomendaciones en esta tabla aplican a los procesos de soldadura por arco protegido con gas. Para la soldadura protegida con gas, solamente los metales de relleno 1100, 1188, y 4043 son regularmente usados. 3. Todos los metales de relleno se listan en la especificacion AWS A5.10. a. Las aleaciones de metal base 5652 y 5254 son usados para servicio de peróxido de hidrogeno. El metal de relleno 5654 es usado para soldar ambas aleaciones para servicio a baja temperatura (150ºF y menores). b.Se pueden usar 5183, 5356, 5554, 5556, y 5654. En algunos casos suministran: (1) Composicion del color mejorado despues del tratamiento de anodizado, (2) La mas alta ductilidad de la soldadura. (3) Mayor resistencia de la soldadura. El 5554 es apropiado para servicio a elevadas temperaturas. c. El 4043 puede ser usado para algunas aplicaciones. d.Se usa algunas veces el metal de relleno con el mismo análisis al del metal base. e. Puede ser usado el 5183, 5386, o 5556 f. El 4045 puede ser usado para algunas aplicaciones g. El 2319 puede ser usado para algunas aplicaciones i. El 4047 puede ser usado en algunas aplicaciones

j. El 1100 puede ser aplicado para algunas Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. aplicaciones 0416-3332202 Página 99 k. Este se refiere solo a estrucciones 7005 ( el prefijo X aun se aplica a

Figura 4.21: Tabla de referencia de los metales de relleno del proceso GTAW, cortesía de la Asociacion de Aluminio.

V. Seguridad Como en cualquier proceso de soldadura, las precauciones de seguridad en el proceso GTAW son muy importantes. Toda informacion relacionada con la operación de seguridad del equipo de soldadura y el proceso de soldadura debe ser comprendida completamente antes del intento de empezar el trabajo. Un soldador descuidado que no observa las reglas simples puede causar situaciones de peligro para todos en el área de trabajo. El proceso de soldadura por arco crea diversos riesgos los cuales deben ser protegidos. La informacion util acerca de la seguridad puede ser encontrada en el manual del propietario que viene en cada pieza del equipo de soldadura. El proceso GTAW en un proceso de soldadura por arco electrico. Sin embargo, la energia eléctrica es requerida de una máquina de soldar. Si la maquina de soldar tiene las caracteristicas de diseño de un transformador o un motor-generador, la energia eléctrica es requerida como fuente primaria para operarla. La maquina de soldar debe ser instalada de acuerdo a las recomendaciones del fabricante y de acuerdo con el Codigo Electrico Internacional (NEMA) y los Codigos de requerimientos locales.

Choques Eléctricos Los soldadores deben estar conscientes acerca de la posibilidad de un choque electrico. Se debe recordar que la electricidad siempre sigue la trayectoria de menor resistencia. Si existe un circuito secundario apropiado, la corriente fluirá hacia esa trayectoria. Sin embargo si existen conexiones pobres, cables sin aislamiento, o condiciones de humedad existe la posibilidad de choques eléctricos. Un soldador nunca debe soldar mientras permanezca en agua. Si existen condiciones de humedad en el trabajo, se deben tomar ciertas medidas. Tales medidas incluyen permanecer en un lado seco o sobre un material de goma seca cuando este soldando. Igualmente, el equipo de soldadura no debe esta ubicado sobre el agua. En resumen, los guantes y botas de seguridad deben mantenerse secas. Aun la transpiración de las personas puede disminuir la resistencia del cuerpo para el choque electrico.

Humos Así como en la mayoría de los procesos, el calor o el arco y el charco de metal fundido generan humos. Puesto que el proceso GTAW tipicamente no usa fundente ni produce escorias, se recomienda sumamente que el material que se va a soldar este limpio. Se produce poco humo comparado con otros procesos de soldadura Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 100

como el SMAW o FCAW. Sin embargo, los metales base pueden contener revestimientos o elementos tales como Plomo, Zinc, Cobre, Niquel, etc. que pueden producir humos dañinos. El ozono tambien puede ser producido cuando la luz ultravioleta emitida por el arco alcanza al oxigeno en el área circundante, produciendo un olor muy picante, característico. El soldador debe mantener la cabeza y careta fuera de la columna de humo que se eleva de la pieza (pluma). Se puede suministrar ventilacion apropiada, especialmente en espacios confinados. Dado que este gas protege la soldadura, se debe tener cuidado de no extraer demasiado gas del área del arco, lo cual podría afectar el proceso.

Radiaciones del Arco Diversos riesgos posibles existen debido al arco electrico los cual incluyen rayos ultravioleta e infrarrojos. La luz y las radiaciones pueden producir una quemadura similar a la producida a la luz solar. Los rayos del arco, sin embargo, son mas severos que los rayos solares debido a que el soldador esta mas cerca de la fuente. Cualquier piel expuesta puede ser rapidamente quemada por estos rayos.

Ropa de Protección La ropa hecha de color oscuro, de material de tejido estrecho es el mas apropiado para soldar. La inflamabilidad del material de la vestimenta tambien debe ser considerado dado que las chispas pudieran encender la ropa. El oxigeno, por ejemplo, mantiene la combustión y nunca debe ser usado para soplar al equipo o usado sobre cualquier persona o vestimenta de protección personal. Los cuellos y puños de las camisas deben ser abotonados, y los bolsillos frontales abiertos no son aconsejables porque pueden atrapar chispas. Los fósforos o encendedores nunca deben ser guardados en los bolsillos. Debido a que las chispas de soldadura pueden quemar la ropa, para muchas aplicaciones se recomiendan capuchas, mangas y delantales de cuero. Para proteger los pies, es necesario zapatos o botas de cuero de talle alto o usar zapatos de corte bajo con polainas. No son aconsejables los zapatos de lona. La ropa y zapatos deben conservarse libre de aceite y grasas u otros materiales inflamables. Los guantes de cuero tipo guantin deben ser resistentes para proteger las manos y muñecas. Ver figura 5.1 y 5.2.


Figura 5.1: Soldador protegido de manera apropiada

GUANTES BOTAS CON POLAINAS

MANGAS LARGAS DE CUERO

Figura 5.2: Bota protegida con polaina, guantes y manga larga de cuero


Es esencial conocer que algo del proceso de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y proteccion de gas, GTAW resulte en niveles relativamente altos de luz visible y energia radiante infrarroja. Esto puede ayudar a la desintegración de la ropa de algodón debido a la radiacion ultravioleta. Así, la vestimenta recomendada debe ser resistente todo el tiempo.

Protección Visual El arco de la soldadura nunca debe ser observado con los ojos desprotegidos. Una corta exposición al arco, la cual puede ocurrir algunas veces accidentalmente, puede causar una afección visual conocida como “quemada por destellos” (flash burn). Usualmente esto no es un daño permanente, pero puede ser desagradable por un corto tiempo despues de la exposición. La sensación puede describirse como tener arena en los ojos. Algunas veces es posible que transcurra un periodo de 4 a 8 horas antes de que la sensación dolorosa se desarrolle en los ojos. Casos leves de quemaduras por destellos pueden ser tratados por un doctor. La exposición continuada de quemadura por destellos podría causar daños permanentes a los ojos. Las personas que pasan por una zona donde se realice la soldadura podrían posiblemente quemarse por destellos de un arco disperso luminoso. Se recomienda que no solo a los soldadores, pero si a todos las personas en la zona de la soldadura, lleven puesto lentes de seguridad matizados aprobados. La mayoría de las situaciones industriales requieren el uso de lentes de seguridad, pero son absolutamente necesarias en el área de la soldadura. Ver Figura 5.3.

Figura 5.3: Lentes de seguridad

Los soldadores deben llevar puesto una careta equipada con lentes de tono apropiado para el trabajo que se va a realizar. Los lentes de soldar no son simplemente lentes coloreados, pero son lentes especiales los cuales protegen casi el 100% de los rayos ultravioletas e infrarrojos. Los lentes son fabricados en varias Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 103

tonalidades designada por un número de tonalidad, y el número de tonalidad más alto, corresponde al lente más oscuro. La selección de una tonalidad puede variar dependiendo sobre la sensibilidad de la vista de la persona y las variables de la soldadura. Generalmente hablando, la intensidad de corriente usada determina la tonalidad de los lentes necesarios. Para La corriente más alta, el lente con tonalidad más oscura. La careta de soldar puede ser equipada con un lente electrónico el cual automáticamente se aclara o se obscurece como se requiera, como se muestra en la figura 5.4. Algunos lentes electrónicos tienen ajuste para el nivel de tonalidad. Las reglas de seguridad pueden encontrarse en el folleto aprobado por la AWS ANSI Z49.1, Seguridad en Soldadura y Corte. Otra fuente de informacion en el folleto, Practicas Recomendadas Para GTAW (AWS C5.5). Referirse a la tabla 8 en la sección XI para la selección apropiada de tonalidad de lentes.

Figura 5.4: Careta de soldar foto cromática

El Ambiente de la Soldadura El área que circunda al soldador puede ser llamada el ambiente de la soldadura. El proceso de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y proteccion de gas, GTAW puede crear luz, calor, humos, chispas y vapores los cuales influyen ese ambiente. En resumen a la vestimenta de proteccion que el soldador usa, se deben tomar otras precauciones. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 104

La luz emitida de la soldadura puede molestar a otros soldadores en el área. Cabinas permanentes o tabiques portátiles pueden ser usadas para contener los rayos de luz en un área. El calor y las chispas emitidas son capaces de encender materiales inflamables. La soldadura no debe ser realizada en áreas que contengan gases inflamables, vapores, liquidos o sitios polvorientos donde exista la posibilidad de explosiones. Muchas lesiones han resultado de soldar en recipientes que han contenido materiales de facil combustión o explosión. Estos materiales son a menudo referidos como combustibles. Este problema no solo se refiere a los recipientes tales como tanques de petróleo, tambien a tanques que contienen carácter volátil (explosivo) cuando se calienta por un arco de soldadura. Los metodos de limpieza aceptables de tales recipientes antes de soldar son esbozados en A6.0 AWS, Practicas Seguras Para Soldar y Cortar Recipientes Que Han Contenido Combustibles. A no ser que estos procedimientos sean leídos y llevados a cabo, no se debe intentar realizar la soldadura en estos recipientes. Los metales que tienen enchapado, revestimientos, pinturas u otros materiales cercanos a la zona de la soldadura pueden emitir vapores y humos durante la soldadura. Los riesgos a la salud, especialmente a los pulmones, pueden existir de estos humos. Extractores de gases o cabinas pueden remover los humos de un área en particular. Cuando se suelda en espacios confinados tales como dentro de un tanque, en compartimientos de un barco o dentro de otros recipientes, se pueden acumular humos toxicos (venenosos). Tambien, el oxigeno que respiramos puede ser reemplazado por los gases de proteccion usados para proteger o purgar la soldadura en un cuarto encerrado. Esta condición puede causar la muerte debido a la falta de oxigeno. Se debe tener cuidado de suministrar suficiente aire limpio para la respiracion. Algun tipo de sistema debe estar presente para introducir aire limpio al área donde los humos estén siendo emitidos. En algunas instancias, puede ser necesario aun suministrar a los soldadores mascarillas de aire o equipo de respiracion auto-contenida.

Manipulación Segura de los Cilindros Indiferente del contenido, los cilindros presurizados deben ser todo el tiempo manipulado con mucho cuidado. Los gases de proteccion tales como el dioxido de carbono, (CO2), Argón, (Ar) y el Helio, (He) son no inflamables y no explosivos. Una valvula rota, sin embargo liberara presiones extremadamente altas, las cuales pudieran causar que el cilindro sea lanzado peligrosamente a altas velocidades. Otra manera de pensar acerca de esta presion es comparar el cilindro con un globo. Si un globo es inflado y luego liberado, la fuerza del chorro del aire que escapa causa que el globo vuele rapidamente y en forma errática. Lo mismo ocurriría si una valvula de un cilindro se rompería. El peso del cilindro y la presion extremadamente alta pudiera facilmente causar daño muy severo y un posible fatal accidente. Los cilindros deben estar sujetos de manera segura todo el tiempo (figura 5.5). Se usan cadenas usualmente para asegurar los cilindros a una pared o carro porta Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 105

cilindros. Cuando se traslada o se almacena un cilindro, una tapa roscada protectora debe ser colocada en la parte de arriba del cilindro. Esto protege el sistema de válvulas que pudiera ser golpeado o derribado (Figura 5.6). Cuando de traslada un cilindro un procedimiento aceptado es rodar un cilindro en la posicion vertical. La figura 5.7 lo muestra. En algunos talleres se usan carros para mover los cilindros. Cualquiera que sea el metodo, se debe usar el sentido comun para asegurar un área de trabajo segura.

Figura 5.5 Asegurando el cilindro al carro porta cilindro

Es tambien importante mantener el exceso de calor de cualquier tipo lejos de los cilindros. Nunca suelde sobre cualquier cilindro. Cuando un cilindro se expone a demasiado calor, la presion dentro del cilindro se incrementara. Para prevenir el exceso de presion que provoque que el cilindro explote, La valvula del cilindro es equipada con una tuerca de seguridad y un disco de presion como lo muestra la figura 5.8.


Figura: 5.6 Cilindro de gas de proteccion

Figura 5.7: Rodando un cilindro


Figura 5.8: Sección transversal de un valvula de cilindro

Los cilindros no deben ser almacenados o usados en posicion horizontal. Esto se debe a que algunos cilindros contienen líquido el cual filtraría o seria forzado a salir si el cilindro es ubicado en posicion horizontal. Las antorchas de soldadura y otros cables no deben ser colgados en o cerca de los cilindros. Una antorcha cerca del cilindro podría causar un arco contra la pared del cilindro o ensamblaje de la valvula, resultando posiblemente en un cilindro debilitado o perforado. Es muy importante estar absolutamente seguro de si mismo antes de intentar usar cualquier equipo de soldadura. Siempre pensar acerca de lo que se va a hacer, y si no se esta seguro del próximo paso a tomar en cualquier procedimiento, asegurarse de comunicarse primero con el supervisor de soldadura. Recordar, que la seguridad es un factor importante no solo para Ud, sino para los que estan alrededor de Ud! Puede decirse que el sentido comun es la herramienta más importante que un soldador puede llevar al área de la soldadura. El sentido comun nos dice que debemos respetar los pasos basicos de la seguridad los cuales deben ser tomados para evitar lesiones personales y compañeros de trabajos. Payasadas o juegos de mano no tienen cabida en el área de trabajo!


VI. Preparacion para la Soldadura Ciertas preparaciones basicas deben hacerse antes de establecer un arco. La preparaciones incluyen la preparacion del metal base, montaje de la maquina y sus controles. (La preparacion basica de metales base comunmente soldados será cubiertos en la ultima parte de esta sección.) La figura 6.1 ilustra el panel frontal de una maquina típica AC/DC diseñada para soldar con el proceso GTAW. Tener presente que no todas las fuentes de energías tendrán todas las caracteristicas o controles de esta maquina. Y los controles e interruptores mencionados en los siguientes parágrafos pueden ser encontrados en sitios en la fuente de energia diferentes al panel de control. Cada uno de los controles diversos tienen una funcion especifica y el operador los cambia o varia cuando cambia la aplicación. Las fuentes de energías tienen símbolos que representan estos controles diversos; la tabla 10 en la sección XI cubre estos símbolos.

Preparando la Fuente de Energía Interruptor de Energia Este interruptor controla la energia de la linea primaria. Cuando el interruptor esta en la posicion “ON”, el voltaje es aplicado al circuito de control. La operación del ventilador con el interruptor de energia es dependiente sobre si la fuente de energia esta equipada con demanda de ventilador TM o no. En algunos casos, una luz piloto indicara si la fuente de energia esta en el modo encendido “ON”. En otros casos los medidores LED (Light Emitter Diode, Diodos Emisores de Luz) indicaran que la energia esta activada. Antes de activar el interruptor “ON” asegúrese que el electrodo no este en contacto con el cable de tierra o cualquier parte del circuito de la pieza!

Interruptor en el modo SMAW/GTAW Este interruptor debe ser fijado para el proceso en particular que va a ser usado. Se desactivaran varias funciones que no se requieren cuando funcione un proceso u otro. Por ejemplo, las válvulas de solenoide de gas no serán activadas en el modo SMAW dado que no son requeridas para este proceso. Panel de Control de Amperaje / Interruptor Control Remoto Cuando un dispositivo de control remoto esta siendo usado, el interruptor debe estar en la posicion “REMOTO”. Cuando el control de amperaje esta en el panel frontal de la maquina, el interruptor debe estar en la posicion “PANEL”. Panel de Control de Salida / Interruptor de Control Remoto


Cuando un dispositivo de control de salida remoto esta siendo usado, el interruptor debe estar en la posicion “REMOTO”. Cuando se usa el proceso SMAW y no se usa el dispositivo de control de salida remoto, el interruptor debe estar en la posicion “ON”. La posicion “ON” significa que el terminal de salida de la maquina tendrá el voltaje aplicado tan pronto como el interruptor de energia sea puesto en funcionamiento. Fuerza del Arco / Control de Balance En esta fuente de energia en particular, cuando el interruptor de alta frecuencia esta habilitado para soldar con el proceso GTAW, la fuerza del arco (excavación) del circuito desaparece, y este control favorece al control de balance del arco. Este fijara la cantidad de tiempo invertido en las porciones del electrodo negativo (Mas DCEN igual a máxima penetracion) y electrodo positivo (Mas DCEP igual a máxima limpieza) del ciclo de corriente alterna. Para informacion adicional, refiérase a la sección II en fundamentos del proceso GTAW en el control de balance. En el proceso SMAW o en el modo de soldadura con electrodo revestido, el control de la fuerza del arco afectara la acción del arco de un tipo de arco suave (control minimo del arco) a un tipo de arco vigoroso, o tipo de arco de ataque (control maximo del arco). El control de la fuerza del arco es tambien referido como una “excavación”, y cuando se usa con el proceso SMAW aumenta el amperaje en corto circuito. Cuando se fija en cero, el amperaje en corto circuito es igual al amperaje de la soldadura normal. Preflujo y Postflujo El control del preflujo no siempre es una caracteristica estandarizada de todas las fuentes de energías del proceso GTAW. Esta formado de un temporizador y de un interruptor de funcion de encendido y apagado (ON/OFF). Cuando esta en “ON”, el arco no encenderá hasta que el temporizador haya transcurrido asegurando que el arco encienda en una atmosfera de gas inerte. Esto reduce la posibilidad de contaminación del aire al iniciar la soldadura. Cuando el temporizador de preflujo esta en “OFF” esta´ fuera del circuito y el arco es capaz de iniciarse tan pronto como el control de salida remoto sea activado. El preflujo es una caracteristica estandarizada en todas las fuentes de energia del proceso GTAW y consiste de solamente un temporizador. Se usa para permitir que el electrodo, el charco de soldadura y la varilla de relleno sean protegidas del aire mientras se enfrían de las altas temperaturas de la soldadura. Una vez que se han enfriado, no se oxidaran por mucho tiempo. El temporizador de postflujo transcurriría y conservaría el gas de proteccion. Usualmente se fija para permitir un segundo de postflujo por cada 10 amperios de corriente de soldadura que es usada. El electrodo de tungsteno se enfriaría brillante y luminoso. Cualquier color azulado o ennegrecido indicaría una falta de postflujo.


Modo de Encendido El interruptor de alta frecuencia tiene cuatro (4) modos de selección: Encendido (Start), Apagado (OFF), Arco levantado (Lift arc) y Continuo (Continuous). Cuando se desea usar la alta frecuencia solo para el encendido del arco, se selecciona la posicion “Encendido” (“Start”). La alta frecuencia permanece activada hasta se haya establecido el arco y entonces es desactivada automáticamente del circuito. Esto permite el encendido del arco sin que el electrodo toque la pieza. Este tipo de selección debe ser usada cuando se suelda materiales que pudieran contaminar al electrodo. La posicion “OFF” es usada cuando no se desea la alta frecuencia, tal como se usa cuando los encendidos de arco por el metodo de rayado son apropiados, o cuando la maquina es usada para soldar con el proceso SMAW. La posicion Arco levantado (Lift arc) es seleccionada cuando no se desea la alta frecuencia y las inclusiones de tungsteno aun pueden ser eliminadas. La posicion continua (Continuous) es seleccionada cuando se suelda con corriente alterna en aluminio o magnesio. Esto suministra una alta frecuencia continua para la estabilizacion y encendido del arco Interruptor de Sobrecarga del Circuito Primario El interruptor del circuito suministra proteccion contra la carga excesiva de los componentes principales de la maquina de soldar. El interruptor del circuito puede estar en “ON” antes que el contactor primario de la maquina pueda ser energizado

Figura 6.1: Panel frontal de una maquina típica AC/DC diseñada para soldar con GTAW.


Control de Corriente o Amperaje de Soldadura Este control fija la corriente de salida de la maquina cuando no se esta usando el dispositivo de control remoto. Con un dispositivo de control remoto acoplado, el control suministra un porcentaje de salida total. Por ejemplo, si el control se fija en un 50%, el dispositivo remoto a la salida completa entregara el 50% de la corriente disponible en la maquina. Receptáculo de Control de Amperaje Remoto Este receptáculo es suministrado para conectar un control remoto manual o un control remoto de pie. Este permite al operador tener el control del amperaje mientras suelda en un puesto de trabajo el cual puede estar a una distancia considerable de la fuente de energia. Con el control de pie, el operador puede variar el amperaje en la medida que el avanza a lo largo de la junta. Esto es particularmente provechoso cuando se inicia en una pieza fría. El amperaje puede ser incrementado para establecer rapidamente un charco de soldadura, y en la medida que el material se calienta, el operador puede disminuir el amperaje. Cuando el soldador se aproxima al extremo de una junta, el amperaje puede ser disminuido de manera progresiva para rellenar el cráter. Selector de AC/DC e Interruptor de Polaridad Este interruptor de tres posiciones permite al operador seleccionar la corriente directa electrodo positivo (DCEP), corriente directa electrodo negativo (DCEN), o corriente alterna. Control de Intensidad de Alta Frecuencia Este control permite al soldador seleccionar la intensidad apropiada para la salida de alta frecuencia. En la medida que este control es aumentado, la corriente en el circuito de alta frecuencia es incrementada. Este debe ser fijado para la intensidad requerida para encender el arco. Se recomienda que este control sea conservado a un minimo de ajuste que suministre inicios de soldadura satisfactoria. El mayor ajuste dará mayor cantidad de radiacion el cual causara interferencia con los equipos de comunicación. Montaje del Espacio de la Chispa Los puntos del espacio de la chispa son normalmente fijados en la fábrica para óptimo desempeño. Un calibrador de espesor puede ser usado para inspeccionar los espacios o realizar ajustes en algunas maquinas.


Preparando la Junta a Soldar Muchos problemas en el proceso GTAW, o supuestos problemas, son un resultado directo de usar metodos inapropiados para preparar la junta. La mayor cantidad de estos problemas es el uso inapropiado de discos de esmeril para preparar las juntas. Loa materiales blandos tales como el aluminio llegan a ser impregnados con particulas abrasivas de tamaño microscópico las cuales, a menos que sean removidas, resultaran en porosidad excesiva. Los discos de esmeril deben estar limpios y dedicados exclusivamente para el material que se va a soldar. La preparacion ideal de la junta se obtiene de herramientas de corte tales como un torno para juntas cilíndricas o redondas, o una fresadora para preparaciones longitudinales. Limpieza La Limpieza del área tanto de la junta a soldar y el material de relleno es una consideración importante cuando se suelda con el proceso de soldadura con electrodo de tungsteno y proteccion de gas, GTAW. Aceites, grasas, sucio, pinturas, marcas de creyón todos deben ser removidos de los bordes de la junta a una distancia mas allá de la zona afectada por el calor, HAZ. Su presencia durante la soldadura puede conducir a la inestabilidad del arco y a soldaduras contaminadas. Si una soldadura es realizada con cualquiera de estos contaminantes presentes, el resultado podría ser un cordón con poros, grietas, o inclusiones. La limpieza puede ser llevada a acabo por medios mecánicos, por el uso de vapor o limpiadores liquidos, o por una combinación de estos. Soporte sujetador

El soporte sujetador puede ser requerido si las partes a soldar no pueden ser sostenidas durante la soldadura o si cualquier distorsion no puede ser tolerada o corregida mediante enderezado. El soporte sujetador debe ser lo suficientemente solido para soportar el peso del elemento soldado y soportar los esfuerzos causados por la expansión térmica y las contracciones. La decisión de usar soportes de sujeción para la fabricacion de un elemento soldado se rige por los requerimientos económicos y de calidad. Precalentamiento El precalentamiento es algunas veces requerido, como mandato a la necesidad para la mayor parte de los espesores del material que se va a soldar. El precalentamiento se alcanza más a menudo con el uso de un soplete oxi-acetileno. Sin embargo se debe tener cuidado que no ocurra el sobre calentamiento localizado cuando se use este metodo, Otros metodos de precalentamiento incluyen bobinas, manto de calentamiento y hornos de calentamiento.


Preparacion del Aluminio para Soldar La preparacion del aluminio merece más consideración de lo que a menudo se le da. El aluminio es muy susceptible a los contaminantes los cuales pueden causar problemas considerables cuando se suelda. Ante todo, el aluminio tiene un oxido superficial el cual debe ser removido. Esta remocion del oxido se menciona en detalles en el texto dedicado a la corriente de onda cuadrada. Han existido varias teorías así como la acción del arco que normalmente suministra la acción de limpieza. La fotografías y películas de alta velocidad del arco permiten observar la remocion del oxido. Cuando el electrodo es positivo y la pieza es negativa (polaridad inversa o durante un medio ciclo de AC), los iones gaseosos cargados positivamente son atraídos a la pieza negativa. Estos iones golpean la superficie con suficiente fuerza para desprender el oxido fragil muy parecido a la operación de la limpieza de chorro de arena en miniatura. El flujo de electrones desde la pieza al electrodo levanta el oxido desprendido dejando el metal base limpio para ser soldado.

Figura 6.2: Soldadura GTAW en aluminio. Note el área brillante donde los oxidos han sido removidos a traves de la acción de limpieza del arco.

Esta acción de limpieza no debe ser confiada para realizar toda la limpieza. Los métodos de limpieza mecánica o quimico deben ser empleados para remover el oxido pesado, pinturas, grasas y aceites o cualquier otro material que dificulte la fusión apropiada. La limpieza mecánica puede ser realizada con discos abrasivos, cepillos de alambre, u otros metodos. Los discos abrasivos especiales estan disponibles para aluminio, y se recomiendan cepillos de alambre de acero inoxidable. El punto importante es que los discos abrasivos y cepillos de alambre deben ser usados solo sobre el material que se va a limpiar. Si un cepillo de alambre por ejemplo fuera usado en un acero oxidado, y luego en aluminio, el cepillo pudiera llevar contaminantes de una pieza a otra. El cepillado vigoroso puede impregnar de contaminantes transportados en el cepillo hacia el aluminio. Lo mismo ocurre con el disco abrasivo y el equipo usado para cortar y darle forma al aluminio. Existe otro problema que algunas veces ocurre cuando se limpia solo el lado de la junta a ser soldado. La contaminación del lado posterior o entre bordes que puede ser absorbida dentro del área del arco. Se recomienda que ambos lados de la junta sean limpios si contienen material extraño. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 114

Otra fuente frecuente de contaminación es el metal de relleno. El alambre y varillas de relleno de aluminio se oxidan exactamente como el metal base. Si es lo suficientemente severo la varilla debe limpiarse antes de usarse. El operador algunas veces transfiere los contaminantes del sucio de los guantes de soldadura sobre la varilla de relleno y consecuentemente al área de la soldadura. La lana de acero inoxidable es un buen material para usarlo en la limpieza del alambre y varilla de relleno.

Soldadura de Aluminio La informacion contenida en las figuras 6.3 a y 6.3 b servirá como una guía para los parámetros de la soldadura de aluminio. El aluminio es un buen conductor de calor. El calor rapidamente se propaga lejos del área del arco y se expande sobre la pieza. En pequeños elementos soldados, la parte completa puede calentarse a un punto tal que requiera la reducción del amperaje del fijado originalmente. SOLDADURA MANUAL EN ALUMINIO – CORRIENTE ALTERNA – ALTA FRECUENCIA ESTABILIZADA ESPESOR DEL METAL

1/16”

1/8”

3/16”

¼”

TIPO DE JUNTA

DIAMETRO DEL ELECTRODO DE TUNGSTENO

DIAMETRO DE VARILLA DE RELLENO (SI ES REQUERIDO)

1/16” 1/16” 1/16” 1/16”

1/16” 1/16” 1/16” 1/16”

A tope A solape De esquina De filete

3/32”- 1/8” 3/32”- 1/8” 3/32”- 1/8” 3/32”- 1/8”

A tope A solape De esquina De filete A tope A solape De esquina De filete


GAS AMPERAJE

TIPO

FLUJO - CFH

60-85 70-90 60-85 75-100

Argón Argón Argón Argón

15 15 15 15

3/32” 3/32” 3/32” 3/32”

125- 150 130-160 120-140 130-160


20 20 20 20

1/8”- 5/32” 1/8”- 5/32” 1/8”- 5/32” 1/8”- 5/32”

1/8” 1/8” 1/8” 1/8”

180-225 190-240 180-225 190-240


20 20 20 20

5/32”- 3/16” 5/32”- 3/16” 5/32”- 3/16” 5/32”- 3/16”

3/16” 3/16” 3/16” 3/16”

240-280 250-320 240-280 250-320


25 25 25 25

Figura 6.3 a: Parámetros para soldadura de aluminio.


SOLDADURA MANUAL EN ALUMINIO – CORRIENTE ALTERNA DE ONDA CUADRADA AVANZADA – ALTA FRECUENCIA ESTABILIZADA ESPESOR TIPO DE DIAMETRO DEL DIAMETRO AMPERAJE AMPERAJE FIJACION DE FIJACION GAS DE DEL JUNTA ELECTRODO DE DE VARILLA ELECTRODO ELECTRODO FRECUENCIA DE PROTECCION METAL TUNGSTENO DE RELLENO POSITIVO NEGATIVO AC (Hz) BALANCE A tope 1/16” 1/16” 20 50 110 75% EN 100% Ar 1/16” A solape 1/16” 1/16” 20 50 110 70% EN 100% Ar De 1/16” 1/16” 20 50 110 70% EN 100% Ar esquina 1/16” 1/16” 20 50 110 70%EN 100% Ar De filete A tope 3/32” 3/32” 60 120 140 70% EN 100% Ar 1/8” A solape 3/32” 3/32” 60 120 140 73% EN 100% Ar De 3/32” 3/32” 60 120 140 68% EN 100% Ar esquina 3/32” 3/32” 60 125 175 78% EN 100% Ar De filete A solape 3/32” 3/32” 110 230 250 73% EN 100% Ar De 3/32” 3/32” 110 220 140 70 % EN 100% Ar ¼” esquina 3/32” 3/32” 110 240 250 75% EN 100% Ar De filete

Figura 6.3 b: Parámetros de soldadura de aluminio con onda cuadrada avanzada. Los controles remotos de pie son ventajosos en estas situaciones. Cuando se suelda fuera de posicion, los amperajes mostrados en las figuras 6.3 a y 6.3 b pueden ser disminuidos en un 15% aproximadamente. Una antorcha enfriada por agua es recomendada para amperajes sobre los 150 amperios. La extensión del electrodo mas allá de la copa puede variar de aproximadamente 1/16” en juntas a tope a ½” posiblemente en juntas donde se dificulte la posicion de la antorcha. La longitud del arco normal recomendada es aproximadamente la misma al diametro del electrodo.

Preparacion del Acero Inoxidable para Soldar “El acero inoxidable” es un termino comun usado cuando de refiere a aceros aleados con cromo y cromo-niquel. Existen tipos de aceros inoxidables magnéticos y no magnéticos. Existen un gran número de tipos de aleaciones y cada tipo posee algunas propiedades específicas como la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión. Se recomienda una inspeccion con el fabricante cuando hay dudas acerca de las propiedades específicas de una aleacion. Cuando se suelda el acero inoxidable, se debe limpiar completamente. Papel protector o coberturas de plástico son aplicados para muchas láminas de acero. Los materiales extraños pueden causar porosidades en las soldaduras y carburación en la superficie la cual reducirá las propiedades de resistencia a la corrosión. Cualquier cepillado de alambre debe hacerse con cepillos de alambres de acero inoxidables para prevenir depositar hierro sobre el acero inoxidable. Así con otros procedimientos, se debe limpiar y secar el metal de relleno que se va a usar y tomar precauciones apropiadas para prevenir la contaminación durante la soldadura. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 116

Soldadura de Acero Inoxidable La figura 6.4 contiene parámetros los cuales servirán como guía para soldar acero inoxidable. Los aceros inoxidables al cromo-niquel son considerados facilmente soldables. Normalmente la soldadura no afecta adversamente la resistencia o ductilidad del deposito, metal base, o zona de fusión. El metal de relleno usado debe ser compatible, de composicion similar, a la del metal base. La conductividad térmica de los aceros inoxidables al cromo-niquel es de aproximadamente del 50% menor que la del acero suave con una alta velocidad de expansión térmica. Esto aumenta la tendencia a la distorsion en secciones delgadas. Los valores mostrados en la figura 6.4 son soldaduras de pasadas simples en secciones más delgadas, soldaduras de pasadas múltiples en materiales más gruesos, y para soldaduras fuera de posicion. Las condiciones de trabajo afectaran el amperaje normal, velocidad de flujo, varilla de relleno y electrodo de tungsteno usado. Algunos ejemplos son: Diseño de junta y montajes ■ Especificaciones del trabajo ■ Uso de respaldo (gas, anillos, barras) ■ Aleaciones especificas ■ Operador ■

La entrada de calor puede ser crítica. En algunas aplicaciones, es aconsejable mantener la entrada de calor tan baja como sea posible. En la soldadura y la zona afectada por el calor (HAZ), un cambio metalúrgico tiene lugar conocido como precipitacion de carburos. Si la resistencia a la corrosión es un factor importante en la soldadura terminada, se debe notar que algunas propiedades de resistencia a la corrosión se pierden en la soldadura y áreas adyacentes que fueron calentadas sobre la temperatura donde ocurre la precipitacion de carburos (800 – 1400ºF). Es necesario conservar la entrada de calor a un minimo en esta situacion. A mayor duración del trabajo a un rango de temperatura de 800 – 1400ºF, mayor es la precipitacion. Un enfriamiento rapido a traves de este rango ayudara a conservar la precipitacion a un minimo. En algunas aleaciones de acero inoxidables, se agrega columbio o titanio para prevenir la precipitacion de carburos. Es importante que el metal de relleno usado sea del mismo análisis general del material que se va a soldar.

Preparacion del Titanio para Soldar El peso ligero del titanio, la excelente resistencia a la corrosión, y la alta relación peso – resistencia hacen de esto un metal deseable para aplicaciones en la industria quimica, aeroespacial, marina, y el campo de la medicina. Su uso en la industria petroquímica y en la fabricacion de equipos deportivos es algunas de las más Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 117

recientes áreas de aplicación. Muchos consideran al titanio como muy duro para soldar. Las aleaciones de titanio pueden ser fragilizadas por no seguir las tecnicas apropiadas de soldadura, pero el titanio es mas facilmente soldado de lo que tipicamente se cree. Antes de soldar con titanio, es esencial que el área de la soldadura y el metal de relleno estén limpios. Todas las cascarillas de fundicion, aceite, grasa, sucio, polvo de esmerilado y cualquiera otra contaminación debe ser removido. Si el titanio esta libre de cascarillas de oxidos, el desengrase es todo lo que se requiere. Si las cascarillas de oxidos estan presentes, se debe desengrasar antes del descascarillado. Se debe limpiar un área de al menos 1” (25 mm)) desde donde la soldadura se va realizar. Los bordes de la junta deben ser cepillados con cepillo de acero inoxidable antes de soldar y desengrasados con acetona justo antes de soldar. Cualquier parte del titanio manipulado despues de limpio debe ser realizado con un procedimiento llamado así “guantes blancos” para eliminar la recontaminacion del área de la soldadura. Las partes limpias deben ser soldadas dentro de pocas horas o almacenadas apropiadamente mediante envoltura de materiales libres de hilachas y aceites. Si se usa esmerilado o chorro de arena para limpiar el titanio o preparar la junta, sea muy cauteloso de las finas particulas de polvo de titanio. El titanio es inflamable y son las particulas de polvo más pequeñas, la que llegan a ser más inflamables. SOLDADURA MANUAL EN ACERO INOXIDABLE – CORRIENTE DIRECTA – ELECTRODO NEGATIVO ESPESOR DEL METAL

1/16”

1/8”

3/16”

¼”

TIPO DE JUNTA




1/16” 1/16” 1/16” 1/16”

1/16” 1/16” 1/16” 1/16”


3/32” 3/32” 3/32” 3/32”


GAS AMPERAJE

TIPO

FLUJO - CFH

40-60 50-70 40-60 50-70


15 15 15 15

3/32” 3/32” 3/32” 3/32”

65- 85 90-110 65-85 90-110


15 15 15 15

3/32” 3/32” 3/32” 3/32”

1/8” 1/8” 1/8” 1/8”

100-125 125-150 100-125 125-150


20 20 20 20

1/8” 1/8” 1/8” 1/8”

5/32” 5/32” 5(32” 5/32”

135-160 160-180 135-160 160-180


20 20 20 20

Figura 6.4: Parámetros de soldadura de Acero Inoxidable


Soldadura de Titanio La figura 6.5 contiene parámetros los cuales sirven como guía para la soldadura de Titanio. Estos parámetros de soldadura son aprovechables en tres tipos de aleaciones de Titanio. Los tres tipos de aleaciones de Titanio son: 1. Titanio (CP). Comercialmente puro (98 a 99.5% Ti), puede ser reforzado mediante pequeñas adiciones de Oxigeno, Nitrógeno, Carbono y Hierro. 2. Aleacion Alfa. Generalmente aleaciones de fase simple las cuales contienen hasta 7% de Aluminio y pequeñas cantidades menores de 3% de Oxigeno, Nitrógeno y Carbono. 3. Aleaciones Alfa-Beta. Tienen una microestructura caracteristica de dos fases formulada aproximadamente mediante la adicion de hasta 6% de Aluminio y cantidades diversas de los antiguos beta. Las aleaciones de formación beta son Vanadio, Cromo, y Molibdeno. La figura 6.6 muestra algunas de la soldabilidad relativa de estos diversos grupos de aleaciones. Los metales de relleno recomendados tambien son representados. Cuando se suelda Titanio y sus aleaciones, el metal de relleno debe ser compatible exactamente al contenido de aleacion del metal base que se va a soldar. SOLDADURA MANUAL EN TITANIO – CORRIENTE DIRECTA – ELECTRODO NEGATIVO ESPESOR DEL METAL

1/16”

1/8”

3/16”

¼”

TIPO DE JUNTA




1/16”- 3/32” 1/16”- 3/32” 1/16”- 3/32” 1/16”- 3/32”

1/16” 1/16” 1/16” 1/16”


3/32” 3/32” 3/32” 3/32”


GAS AMPERAJE

TIPO

FLUJO – CFH*

60-105 100-165 65-105 100-165


15 15 15 15

3/32” 3/32” 3/32” 3/32”

95- 135 150-220 95-135 150-220


15 15 15 15

3/32”-1/8” 3/32”-1/8” 3/32”-1/8” 3/32”-1/8”

3/32” 3/32” 3/32” 3/32”

150-225 150-250 150-225 150-250


20 20 20 20

1/8” 1/8” 1/8” 1/8”

3/32”- 1/8” 3/32”-1/8” 3/32”-1/8” 3/32”-1/8”

175-275 200-300 175-275 200-300


20 20 20 20

*Esta es la velocidad de flujo de gas de proteccion (primario) de la antorcha, un flujo de gas de proteccion (secundario) de arrastre debe ser de 2 a 4 veces esta velocidad. Un gas de proteccion de arrastre se requiere generalmente para la soldadura de Titanio, para evitar la contaminación y oxidación. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 119

Figura 6.5: Parámetros de soldadura de Titanio. RANGO DE SOLDABILIDAD ALEACION RANGO METAL DE RELLENO PURO Ti - 0.15 O2 A ERTi-1 COMERCIALMENTE Ti - 0.20 O2 A ERTi-2 (CP) Ti - 0.35 O2 A ERTi-4 Ti - 0.2 Pd A ERTi-7 ALEACIONES ALFA Ti -5 Al-2.5 Sn B ERTi-6 * Ti -5 Al-2.5 Sn ELI A ERTi-6ELI ALEACIONES Ti- 6 Al- 4V ELI A ERTi-5ELI ALFA-BETA Ti- 7Al- 4Mo C ERTi-12 Ti- 8Mn D No recomendado para soldadura Figura 6.6 Capacidad de la soldadura de Titanio. *ELI= Son especificadas Impurezas Extra-Bajo Intersticial. Estas impurezas intersticiales son Carbono, Hidrogeno, Oxigeno y Nitrógeno y tanto el metal de relleno y el metal base son bajos en estas impurezas. Clave: A = Excelente; util tal como se soldó, cerca del 100% de Eficiencia de la junta si el metal base esta en condición de recocido. B = De malo a bueno; util como se soldó, cerca del 100% de eficiencia de la junta si el metal base esta en condición de recocido. C = Limitado para aplicaciones especiales; Pueden ocurrir grietas bajo altas restricciones. D = Soldadura no recomendada; grietas bajo restricción moderada; Usar precalentamiento (300 – 350 ºF) seguido de tratamiento termico post soldadura. Se requiere de la proteccion de la soldadura de Titanio y el metal circundante (esto incluye el extremo caliente de la varilla de relleno) la cual alcanza temperaturas de 1200ºF (650ºC). Cuando se hace al “aire libre” (No en una burbuja o en una camara cerrada totalmente) se debe tener cuidado para prevenir la contaminación atmosférica del Titanio. Dado que el Titanio tiene una conductividad térmica muy baja, permanecerá caliente por un largo periodo de tiempo despues que el arco de la soldadura haya sido movido a lo largo de la junta. De este modo es esencial un gas de proteccion de arrastre. Esto se puede llevar a cabo con un lente de gas grande en la antorcha o un dispositivo de gas de arrastre conectado a la antorcha GTAW. Este dispositivo metalico (camara) tiene un difusor metalico poroso que permite que el gas cubra el titanio hasta que se haya enfriado por debajo de su temperatura de oxidación. La figura 6.7 es un ejemplo de proteccion de gas de arrastre. La proteccion de gas primaria es la que fluye a traves de la antorcha y la proteccion de gas secundaria es la que fluye a traves de la proteccion de arrastre. Si el lado posterior de la junta va a ser expuesta a la temperatura de oxidación > 500ºF, este tambien debe ser protegido de la atmosfera mediante una proteccion de Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 120

gas de respaldo o en el caso de un tubo o tubería se purga con gas el interior del tubo o tubería.

Figura 6.7: Proteccion de gas por arrastre de la antorcha para soldadura GTAW de Titanio y otros metales reactivos.

Preparando el Acero Suave Para Soldar El acero suave siempre debe estar limpio mecánicamente antes de soldar. Oxidos, pinturas, grasas y aceite, o cualquier contaminantes superficial debe ser removido. Productos laminados en caliente tales como ángulos, planchas, y tubos pueden contener cascarillas de fundicion gruesas. El tubo negro usualmente contiene un revestimiento tipo barniz, el cual debe ser removido antes de soldar.

Soldadura de Acero Suave Los aceros con bajo contenido de carbono, comunmente referidos como aceros suaves, son facilmente soldables mediante el proceso GTAW. Estos grupos de aceros estan disponibles en muchos tipos diferentes de aleaciones. Las formas familiares estructurales, planchas, y láminas metálicas laminadas en caliente son usualmente compuestas de aquellas denominadas “Acero Semi- Muerto”. Este termino significa el acero ha sido parcialmente desoxidado durante la fabricacion. El acero sin embargo, aun contiene algo de oxigeno, y este oxigeno puede causar problemas cuando se suelda. Estos problemas aparecerán en forma de burbujas en el charco de soldadura, y posiblemente en el cordón de soldadura terminado. “El acero muerto” ha tenido mas oxigeno removido en su fabricacion, y presenta menos problemas cuando se suelda. Es necesario un alambre de relleno que contenga suficiente silicio y manganeso, agregado como desoxidante. Las varillas de relleno de menor grado usadas para Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 121

soldadura por Oxi-acetileno de muchos productos laminados en caliente no son apropiadas para realizar soldaduras de alta calidad con el proceso GTAW. Para encender el arco se recomienda corriente directa electrodo negativo con alta frecuencia. Se debe usar un electrodo de tungsteno aleado con Torio al 2% con punta o extremo afilado. La figura 6.8 contiene parámetros los cuales servirán como guía para soldar acero al carbono. SOLDADURA MANUAL EN ACERO AL CARBONO – CORRIENTE DIRECTA – ELECTRODO NEGATIVO ESPESOR DEL METAL

1/16”

1/8”

3/16”

¼”

TIPO DE JUNTA



AMPERAJE

GAS


1/16” 1/16” 1/16” 1/16”

1/16” 1/16” 1/16” 1/16”


1/16”- 3/32” 1/16”- 3/32” 1/16”- 3/32” 1/16”- 3/32”


TIPO

FLUJO – cfh*

60-70 70-90 60-70 70-90


15 15 15 15

3/32” 3/32” 3/32” 3/32”

80- 100 90-115 80-100 90-115


15 15 15 15

3/32” 3/32” 3/32” 3/32”

1/8” 1/8” 1/8” 1/8”

115-135 140-165 115-135 140-170


20 20 20 20

1/8” 1/8” 1/8” 1/8”

5/32” 5/32” 5(32” 5/32”

160-175 170-200 160-175 175-210


20 20 20 20

Figura 6.8: Parámetros de soldadura en acero suave.

VII. Diseño de Juntas y Tipos de Soldaduras Una junta soldada es el término usado para la ubicación donde dos o más piezas de metal serán o han sido soldadas conjuntamente. La figura 7.1 muestra los cinco diseños basicos de juntas de soldadura. Para obtener una soldadura de calidad y costo efectivo del uso de metal de relleno, el diseño de junta puede ser considerado en cualquier tipo de elemento soldado. Esto dependerá sobre muchos factores que incluyen el tipo de material, espesor, configuracion de la junta y resistencia requerida. Es muy posible que un soldador tenga poco que ver con el diseño de una junta en particular. Sin embargo, un buen soldador debe esta familiarizado lo suficientemente con el diseño de la junta para llevar a cabo el trabajo de soldadura. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 122

Un diseño de junta apropiado suministrara la resistencia requerida y la más alta calidad de soldadura al menor costo. costo. El diseño de junta seleccionado determinara que tipo de soldadura se requiere.

Figura 7.1: cinco diseños basicos de juntas Los cinco diseños basicos de juntas son tipicamente soldados con el proceso GTAW usando cualquiera de las soldaduras de ranura o filete. Las soldaduras de ranura son aquellas hechas en una junta preparada para obtener penetracion mas profunda. Para preparar la junta, el material debe ser removido y reemplazado con metal de soldadura. Las juntas de ranuras soldadas son muy eficientes pero son más costosas que una junta soldada en filete. Las soldaduras de ranuras generalmente requieren alguna forma de preparacion de la junta mientras que las soldaduras de filetes son hechas en juntas que no requieren preparacion. Cuando los bordes o superficies de los miembros vienen vienen unidos en angulo recto uno al otro, la soldadura soldadura resultante, la cual tiene una forma triangular, recibe el nombre de soldadura de filete. Las soldadura de filetes en juntas a solape o juntas T son usadas comunmente en la industria de la soldadura. Unas pocas consideraciones para el diseño de juntas son específicas para el proceso GTAW. Naturalmente la junta a soldar debe ser accesible para la antorcha GTAW, haciéndola posible para los movimientos apropiados de la antorcha. Las Las juntas a soldar no deben ser demasiado estrechas, así como para restringir el acceso de la copa de gas. En algunos casos, usando una copa de gas más estrecha, o un lente de Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected] [email protected],, Cel. 0416-3332202 Página 123

gas con el electrodo que se extienda hasta una pulgada más allá de la copa de gas puede ayudar.

Juntas de Bordes Las juntas de bordes son a menudo usadas cuando los miembros a soldar no serán sometidos a grandes esfuerzos. Las juntas de bordes no son recomendadas donde el impacto o grandes esfuerzos pueden ocurrir a uno o a ambos miembros soldados. Una junta de bordes se produce produce cuando presentan bordes de miembros miembros paralelos o casi paralelos y son unidos por soldadura. La figura 7.2 muestra los diferentes tipos de juntas de bordes. La figura 7.2 demuestra los varios tipos de bordes que pueden ser aplicados a las juntas. Si es requerido, las juntas pueden ser alteradas mediante esmerilado, corte, o maquinado de los bordes en una ranura. La ranura puede ser de bordes rectos, en bisel, en V, en J, o en U. El propósito principal de la ranura es permitir la penetracion apropiada o profundidad de fusión. Ver la figura 7.3.

Figura 7.2: Juntas de bordes Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected] [email protected],, Cel. 0416-3332202 Página 124

La figura 7.3: Profundidad de fusión y tipos de penetracion. La penetracion completa en la junta se refiere al metal de soldadura que se extiende completamente a traves de las ranura y tiene fusión completa en el metal base. Lo que se muestra es una penetracion parcial en la junta, la cual si no es deseada es referida como penetracion incompleta en la junta.

Juntas a Tope Una junta a tope se produce cuando las superficies de los miembros a soldar estan en el mismo plano con sus bordes que presentan. La figura 7.4 muestra las juntas a tope con varios tipos de ranura. Las juntas a tope son usadas a menudo para unir recipientes a presion, calderas, tanques, planchas, tubos u otras aplicaciones donde sea requerida una cara de soldadura suave. Generalmente requieren más destreza de soldadura que otras juntas. Las juntas a tope tienen muy buena resistencia mecánica si se realizan de manera apropiada. Pueden ser juntas costosas dado que generalmente se requiere una ranura preparada para obtener la penetracion y dimensión de soldadura apropiada. Esto involucra operacion extra de la preparacion de la junta, remocion de material para abrir la junta y luego soldar para penetrar y rellenar la ranura.


Figura 7.4: Juntas a tope La distorsion y los esfuerzos residuales pueden ser un problema con las juntas a tope. Las juntas a tope pueden ser diseñadas en varias formas. Pueden ser soldadas con o sin una pieza de metal o respaldo de cerámica en la junta, usualmente referida como una “barra de respaldo” o “pletina de respaldo”. Los bordes pueden ser preparados en una ranura que sea cuadrada, biselada, en j, o en U. Los bordes pueden ser mantenidos cerrados conjuntamente o con una pequeña abertura conocida como abertura de raíz que puede ser dejada entre bordes. La figura 7.5 muestra varias partes de una ranura en V en una junta a tope. Note el angulo de ranura, la cara de la ranura, la cara de la raíz y la abertura de la raíz. El angulo de la ranura es el angulo total incluido de la junta. Si dos biseles de 37.5º son unidos formaran una ranura de 75º. La cara de la ranura es la superficie del metal en la ranura, que incluye la cara de la raíz. La cara de la raíz es algunas veces llamada el “Land”. En este ejemplo, la cara de la raíz es de 1/8” y la abertura de la raíz es de 3/32”. El propósito principal de las diversas ranuras y aberturas de raíz es permitir la penetracion apropiada y la profundidad de fusión.

Figura 5.5: Ranura en V en Junta a tope Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 126

Si el espesor del material es menor de aproximadamente 1/8” , se pueden usar los bordes rectos unidos a tope cerrado (sin abertura de raíz). (En el aluminio probablemente necesitaría una abertura de raíz más pequeña). Para espesores de plancha de 1/8” y mayores generalmente requerirían ranura en V doble o simple y aberturas de raíz para penetracion apropiada y profundidad de fusión. La preparacion de la junta antes de soldar dependerá sobre el diseño de la junta y los requerimientos disponibles para hacer la preparacion de los bordes. La antorcha del proceso Oxi-combustible (OFC), Corte por arco con electrodo de carbón y aire (CACA) o corte/ranurado por arco Plasma (PAC) se usan a menudo para cortar los bordes de las planchas de acero en ranura en bordes rectos, en ranura en bisel, en ranura en J y en ranura en U. El aluminio es mejor preparado con herramientas de corte mecánico o con el proceso de corte/ ranurado por arco plasma (PAC).

Juntas a Solape Otra junta diseñadas usada en gran cantidad en la industria de la soldadura es la junta a solape. Varios tipos de juntas a solape se muestran en la figura 7.6. Así como pueden verse en la figura, las juntas a solape se producen cuando las superficies de los miembros a unir se solapan uno al otro. Una junta a solape tiene buenas propiedades mecanicas, especialmente cuando se sueldan por ambos lados. El tipo de soldadura usada en una junta a solape es generalmente una soldadura de filete. Si se requiere una soldadura de ranura, se puede aplicar como se muestra en la figura con un bisel simple o doble. La soldadura de ranura puede o no estar combinada con una soldadura de filete. Esto se debe indicar mediante un símbolo de soldadura apropiado. El grado de solape de los miembros es generalmente determinado por el espesor de la plancha. En otras palabras, para planchas más gruesas, se requiere un solape mayor.


Figura 7.6: Juntas a Solape

Juntas de Esquina Cuando los miembros que van ser soldados se encuentran aproximadamente a 90º y toman la forma de “L”, se dice que forman una junta de esquina. Diversos tipos de junta de esquina y ranuras se muestran en la figura 7.7. Las soldaduras realizadas en el lado interior de la “L” son consideradas soldaduras de filetes o soldaduras de ranuras (J, o en Bisel) combinadas con filetes y las soldaduras realizadas en el lado externo de la “L” son consideradas solo soldaduras de ranura (en bisel, en bisel acampanado, en J, en U, en V, en V acampanada, en bordes rectos). Las juntas de esquina son rapidamente ensambladas y requieren poco o ninguna preparacion de la junta. Despues de soldar, las soldaduras son terminadas generalmente, lo cual es, un acabado suave el cual presenta una apariencia lisa y atractiva. Cuando este es el caso, el soldador debe hacer todo el esfuerzo posible para prevenir el solape (material de soldadura que cae en uno de los miembros sin fundirse), puntos altos, puntos bajos y socavacion. Todos estos problemas pueden significar mas trabajo dado el tiempo de esmerilado adicional, puede ser requerido soldar y esmerilar de nuevo. Existen dos tipos principales de juntas de esquina, esquina abierta y esquina cerrada. En materiales de calibre ligero, puede ser necesario aumentar algo la velocidad de avance, especialmente en juntas de esquina abierta donde existe la posibilidad de fundir a traves excesivamente.


Figura 7.6: Juntas de Esquina

Juntas T Una T se produce cuando las superficies de dos miembros se encuentran aproximadamente en ángulos rectos, o a 90º, y toman la forma de una T. Ver la figura 7.8. En este tipo de junta en particular, se usa soldaduras de filete o soldaduras de ranura (bordes rectos, en bisel, bisel acampanado y en J) combinados con filete. Las juntas T poseen buena resistencia mecánica, especialmente cuando son soldadas por ambos lados. Generalmente requieren poco o ninguna preparacion de la junta y son soldadas facilmente cuando se usan los parámetros correctos. Los bordes de la junta T pueden ser dejados rectos si solo se requiere una soldadura de filete (sin abertura de raíz). Para soldaduras de ranura combinada con filete se le puede dejar abertura de raíz para bordes rectos, y se le puede alterar los bordes


mediante corte/ranurado termico, maquinado o esmerilado para obtener ranuras en bisel, en J, en bisel acampanado.

Figura 7.8: Juntas T

Soldaduras de Filete Las soldaduras de filete son de forma aproximadamente triangular en la sección transversal y son hechas en miembros cuyas superficies o bordes son aproximadamente a 90º una de la otra. Las soldaduras de filetes pueden ser tan fuertes, o más fuertes que el metal base si la soldadura es del tamaño correcto y si se usan las tecnicas de soldadura apropiadas. Cuando se discuten el tamaño de las soldaduras de filetes, Se debe determinar primero el contorno de la soldadura. El contorno es la forma de la cara de la soldadura. La figura 7.9 muestra el perfil de la sección transversal de tres tipos de contorno de soldadura de filete: Plano, Convexo y Cóncavo.


7.9: Tipos de contorno de la cara de la soldadura filete Tamaño de la Soldadura de Filete Es importante cuando se discute el tamaño y diseño de la soldadura estar familiarizado con las diversas partes de la soldadura. La figura 7.10 indica las partes de una soldadura de filete.

Figura 7.10: Soldadura de filete convexo


El tamaño de la soldadura de filete convexo es generalmente la longitud referenciada del cateto. La figura 7.11 muestra la soldadura de filete convexo y los términos asociados.

Raíz de la soldadura

Figura 7.11: Soldadura de filete convexo Para soldaduras de filete convexo, el tamaño y el cateto o pierna son dos dimensiones diferentes. El cateto o pierna es la dimensión desde el borde de la soldadura hasta el inicio de la raíz de la junta, sin embargo, el tamaño actual de una soldadura de filete cóncavo como se muestra en la figura 7.12, se mide como el triangulo mas grande que puede ser inscrito dentro del perfil de la soldadura. Una galga de soldadura de filete especial es usada para medir las soldaduras de filetes cóncavos. Si la soldadura es de contorno plano, se puede usar la galga de soldadura de filete cóncavo o convexo.


Figura 7.12: Soldadura de filete concavo Las soldaduras de filetes tambien pueden ser medidas en una forma ligeramente más compleja, mediante la determinación del tamaño de la garganta. Los tres diferentes tamaños de garganta pueden ser referidos cuando se discute el tamaño de las soldaduras de filetes, como se observa en la figura 7.11 y 7.12. Los Ingenieros de diseño algunas veces se refieren a la garganta teorica de una soldadura. Como se muestra en la figura 7.11 y 7.12. La garganta teorica se extiende desde un punto donde se unen los miembros del metal base (empezando desde la raíz de la junta), a la parte más alta de la soldadura menos cualquier convexidad de la soldadura de filete convexo y en la soldadura de filete cóncavo, a la parte mas alta del triangulo mas grande que puede ser inscrito en la soldadura. La medicion teorica considera la soldadura como si estuviera en un triangulo verdadero y la penetracion no esta proyectada dentro del tamaño de la garganta teorica. La garganta efectiva de una soldadura de filete se mide desde la profundidad de la penetracion de la raíz de la junta. Esta es una consideración importante en la medida que la penetracion es ahora considerada parte de esta dimensión. Sin embargo, no se le da crédito para la convexidad. (Muchos consideran la convexidad como un refuerzo, lo cual debería indicar más resistencia. La excepción es una soldadura de filete donde demasiada convexidad es perjudicial a la resistencia total de la junta. La convexidad excesiva aumenta los esfuerzos en los bordes de la soldadura y puede conducir al agrietamiento). En soldaduras de filetes cóncavos y convexos, la garganta efectiva se mide desde el triangulo mas grande que puede ser inscrito en la soldadura. Esta medicion puede ser usada para indicar el tamaño de la soldadura. La apariencia externa de la soldadura puede parecer demasiado pequeña pero si la penetracion puede asegurarse, la soldadura será lo suficientemente resistente. La garganta actual de una soldadura de filete cóncavo es la misma que la garganta efectiva en una soldadura de filete cóncavo. Pero como puede verse en la figura 7.11, existe una diferencia. Esta dimensión de la garganta puede ser usada tambien para indicar el tamaño y la resistencia. Si cualquier cosa diferente a la garganta teorica es usada para el tamaño de la soldadura de filete, el procedimiento de soldadura tendría que ser cuidadosamente escrito y debe requerirse la inspeccion “in situ” para asegurar que la junta esta siendo penetrada de manera apropiada. La reducción total en el tamaño en la soldadura de filete, la velocidad de soldadura incrementada, la entrada de calor reducida, la reducción de los esfuerzos internos y la distorsion pueden hacer el esfuerzo digno de consideración. La regla general para el tamaño de la soldadura de filete es el cateto o pierna que debe ser del mismo tamaño del espesor de los metales base. Si se va a soldar una plancha de ¼” de espesor, es necesario un cateto o pierna de filete de ¼” para unir de forma apropiada los miembros. Como dice el viejo refrán, “Si poco es bueno, mucho es mejor”, puede ser cierto en algunos casos pero no con las soldaduras de filete. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 133

Consideremos de nuevo la plancha de ¼” de espesor. Si debe ser mejor mucha soldadura, pensamos en un filete de cateto o pierna de ½”. Esto debe resultar en aquello que se denomina sobre-soldadura. Esta soldadura requerida dos veces tan grande no se justifica, pero su volumen es tres veces que el requerido. Esto desperdicia metal de soldadura, tiempo del soldador, causa mas distorsion y puede aun debilitar la estructura debido a los esfuerzos residuales. La figura 7.13 muestra las soldaduras de filete correctas e incorrectas.

Soldadura de filete realizada correctamente. Cateto o pierna igual al es esor de la lancha.

¼”

Junta sobre soldado (el metal base fallara en los bordes de la soldadura). Los catetos o piernas son demasiado grandes para el espesor de la plancha.


Soldadura insuficiente (La soldadura puede fallar a traves del cateto o pierna d e la soldadura). Requiere catetos mas grandes. Figura 7.13: Filetes correctos e incorrectos Una soldadura o junta soldada no es mas fuerte que su punto mas debil. Aun cuando B de la figura 7.13 deba parecer mucho mas fuerte, no soportara mas esfuerzo que A. Puede soportar aun menos esfuerzo debido a los esfuerzos residuales adicionales formados en la junta la cual es sobre-soldada. Cuando los metales base de diferentes espesores van a ser unidos, tales como soldar una plancha de espesor de ¼” sobre una plancha de ½” de espesor en la forma de una junta T, la regla para el tamaño de la soldadura de filete es que el tamaño del cateto o pierna de la soldadura de filete debe ser igual al espesor del metal base que se va a soldar. Dado que existen dos espesores diferentes, se deben obtener los mejores resultados haciendo una soldadura de filete desigual. La figura 7.14 muestra los ejemplos correctos e incorrectos.

Soldadura de filete de cateto o pierna desigual (el mejor procedimiento, el menor chance posible que la junta falle) Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 135

Soldadura de filete de igual cateto o pierna (Metal de soldadura superfluo, tiempo y entrada de calor extra) el punto mas débil será en el borde de la soldadura en la plancha de ¼” de espesor

Soldadura de filete de igual cateto o pierna de ¼” (menor tiempo, menos metal de soldadura depositado, menor entrada de calor, mejor soldadura de igual tamaño) justamente tan fuerte como la figura B.

Figura 7.14: Soldadura de filete de cateto o pierna igual y desigual en juntas de miembros de espesores diferentes.

La soldadura de filete de cateto o pierna desigual, correcta tiene un cateto de ¼” en la plancha de ¼” y un cateto de soldadura de ½” en la plancha de ½”. Esta debe ser la mejor forma de manejar este elemento soldado. Sin embargo, considerar los resultados al realizar la soldadura de filete con un cateto igual. Debe existir luego dos Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 136

selecciones: Un filete de ½” o un filete de ¼”. En estas instancias, el filete de ¼” debe ser mas practico, dado que un elemento soldado no es mas fuerte que su punto mas debil. Las soldadura extras en el filete de ½” tambien requiere mas tiempo, causando mas esfuerzos residuales.

Soldaduras de Ranuras El nombre ranura se toma del perfil de la ranura. Una soldadura de ranura es realizada en ranuras tipo, borde rectos, en V, en bisel, en U, en J, en Bisel acampanado entre las piezas. Estos son los tipos mas comunes de ranuras encontradas en el proceso GTAW. Revisar la figura 7.4 para las ranuras tipicas encontradas en juntas de tipo a tope. Ranuras de Bordes Rectos Una soldadura de ranura de bordes rectos puede ser realizada con cualquiera de las ranuras abierta o cerrada. Usualmente si el metal base es delgado (tales como para espesores de calibre de laminas metalicas delgadas), se puede usar una soldadura de ranura de bordes rectos. Recordar para el meterial mas delgado, mayor es el numero del calibre. En el rango de espesores del metal base de 1/8” a ¼”, es bueno soldar por ambos lados una soldadura de ranura de bordes rectos abiertos para suministrar la penetracion apropiada en la ranura. Usualmente, las soldaduras de ranuras de bordes rectos abiertos no deben ser hechas con abertura de ranura mayor de 5/32”. En algunos casos donde la soldadura se hace desde un solo lado de la junta, se usa una lamina o barra de respaldo permanente o temporal. En soldaduras criticas, se puede usar un inserto consumible. Estos respaldos o insertos pueden asegurar la penetracion apropiada de la junta, ayudan a evitar la excesiva pasada a traves (Melt-through), o suministrar un respaldo a ras de la soldadura. Ranura en V Los diseños de ranura en V requieren de preparacion cuidadosa, todavía son muy populares. Las soldaduras de ranura en V son usualmente realizadas en metales de mediano espesor a más grueso, y son usados a menudo completamente para la soldadura en tuberías. Pueden suministrar excelente calidad de soldadura si se terminan de manera apropiada. Los diseños de soldadura de ranura en V pueden o no usar respaldo permanente o temporal o insertos consumibles, dependiendo del diseño de la junta y tipo de preparacion de junta requerido. Usualmente si se usan respaldo, se pueden usar aberturas de raíz un poco mas anchas. El angulo de la ranura para una soldadura de ranura debe ser lo suficientemente grande para fijar la antorcha dentro de la ranura. El angulo de la ranura depende del espesor del material base, de la extensión del electrodo deseado y del tamaño de la boquilla. Usualmente las soldaduras de ranura en V son hechas en materiales de 1/8” a ¼” de espesor. Ajustando el espesor de la cara de la raíz puede contribuir a controlar la penetracion. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 137

Usualmente, el pase de raíz de una soldadura sin respaldo se hace con algo de penetracion a traves (melt- through). La penetracion y fusión apropiada del pase de raíz es necesario para evitar defectos de la soldadura. Las soldaduras de ranura en V son hechas a menudo en materiales de hasta 3/8” de espesor, mientras las soldaduras de ranura en V doble son normalmente hechas en materiales más gruesos de hasta más o menos ¾” de espesor. Las soldaduras de ranura en V doble en materiales más gruesos pueden usar menos metal de soldadura depositado y limitan la distorsión en la soldadura, especialmente si se usa una pequeña cara de raíz de aproximadamente 1/8” en cada miembro. Usualmente los pases de soldadura en tal junta debe ser hecha alternando de un lado de la junta al otro, contribuyendo a evitar la distorsión. Ranura en Bisel La soldadura de ranura en bisel tambien requiere preparacion, pero en este caso solo un miembro requiere ser biselado. La ranura en bisel simple puede ser usada en materiales hasta 3/8” de espesor, mientras las ranuras de bisel doble, son usadas en materiales mas gruesos hasta aproximadamente ¾” de espesor. En la mayoría de los casos, se usan aberturas de raíz de 1/8” en biseles doble y simple, dependiendo de los requerimientos de penetracion de la junta. Una ranura en bisel algunas veces se usa cuando se suelda en posicion horizontal. Las caras de la raíz son normalmente de 1/8” usadas para cualquiera de las ranuras en bisel simple o doble. Ranura en U y J En materiales más gruesos, las ranura en U o J pueden suministrar buena penetracion. No usan tanto metal de soldadura depositado como en un diseño de junta de ranura en V o ranura en bisel. Con materiales más gruesos, las ranura en U y J pueden ser usadas con un angulo de ranura más pequeño y mantener aun la fusión apropiada. Un angulo de ranura normal para cualquiera de las ranuras U o J es de aproximadamente 20º a 25º. Esto tambien debe aplicar a las ranuras en U y J dobles. Una desventaja del diseño de la ranura en U y J es la preparacion del metal base. Para la preparacion del diseño tipo U o J se requieren herramientas de corte mecánico especiales o corte por arco con electrodo de carbón y aire (CAC-A), corte por arco plasma (PAC). Las ranuras en bisel o en V son más facil de preparar. Ranura en V y bisel acampanado Las soldaduras de ranura acampanadas son designadas despues de la forma de los miembros del metal base que se va a soldar. Uno o ambos de los miembros tienen un tipo de borde redondeado, el cual forma ya una ranura para soldar. Toman su forma de una curva, el material de la junta a ser construido es curvado o doblado. Usualmente no requiere preparacion para las soldaduras de ranura tipo acampanadas. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 138

Tamaño de las Soldaduras de Ranura Cuando se demanda una soldadura para una junta, el tamaño de la soldadura es importante para que la junta soporte la carga aplicada en ella. A fin de comprender el tamaño de la soldadura de ranura, es importante entender algunos términos aplicados a la ranura típica – tales como una junta de ranura en V. Debemos tener un entendimiento del angulo de ranura, angulo del bisel, cara de la raíz y abertura de raíz. Estos son mostrados en la figura 7.15.

Figura 7.15: Terminología de ranura en V en una junta a tope

Si se indica una soldadura de ranura y no se especifica el tamaño de la soldadura, se debe usar una soldadura de tamaño completo penetrando completamente la junta. Si el tamaño de la soldadura se puede hacer más pequeño, las indicaciones de esto deben ser mostradas en el dibujo y en los símbolos de soldadura. La dimensión más pequeña de la soldadura es referida como una junta de penetracion parcial y será aceptada si soporta la carga aplicada.

PENETRACION PARCIAL O INCOMPLETA DE LA JUNTA


Figura 7.16: Soldadura de ranura en V en junta a tope con penetracion parcial en la junta y terminología

El tamaño de la soldadura de ranura relaciona que tan profundo se funde la soldadura dentro de la junta. La ranura debe ser completamente rellena, el exceso de relleno llamado refuerzo de soldadura debe ser el minimo. Cualquier refuerzo extra disminuye la resistencia de la junta mediante la formación de esfuerzos extra en el borde de la soldadura. En la mayoría de los casos, el tamaño de la soldadura no considera ningún refuerzo de soldadura en su medicion. La figura 7.17 muestra una soldadura de ranura de penetracion completa en la junta.

Figura 7.17: Soldadura de ranura en V con pasadas múltiples en junta a tope con penetracion completa en la junta, mostrando el refuerzo de cara y raíz. Mediante la reducción del angulo del bisel y así el angulo de la ranura, la cantidad de metal de soldadura requerido para rellenar la ranura se reducirá. La figura 7.18 muestra la gran reducción en el volumen de la soldadura por la disminución del angulo de la ranura de 60º a 45º


Figura 7.18: Comparacion de diseños de juntas

Un angulo de ranura más pequeño puede reducir el costo de metal de relleno requerido para rellenar la junta y así ayudar a reducir el tiempo y costos de mano de obra. La cantidad de entrada de calor en la junta se reduce, la cual reducirá la distorsion y los esfuerzos residuales que pudieran ocasionar que la soldadura se agriete. Se produce menos material de desecho (chatarra), en la medida que menos metal es removido para producir un angulo biselado más pequeño. Cuando se cambia el angulo de la ranura, se debe mantener el tamaño de la soldadura. El diseño de la junta para diversos tipos de soldaduras de ranura puede ser costoso, dado que algunas juntas de soldaduras de ranura requieren más preparacion que otras. Sin embargo, es provechoso conocer cuando la preparacion es necesaria y cuando puede ser evitada.

Longitud de la Soldadura Las soldaduras de filete y de ranura son usualmente hechas de longitudes de juntas completas. En algunos casos, las juntas soldadas con soldadura de filete pueden alcanzar su resistencia completa mediante soldar solo una porción de la junta. La longitud efectiva de una soldadura de filete se mide como la longitud total de la soldadura de filete de tamaño completo. El inicio y paradas de la soldadura se deben considerar en la medicion de la longitud. El proceso GTAW es muy competente para realizar inicios excelentes y con rellenos de cráter en las soldaduras de sección transversal completas. Sin embargo, los inicios y paradas de la soldadura no se ajustan al descuento que se hace cuando se mide la longitud para considerar el radio del inicio y parada. Si una longitud de soldadura es especificada, será mostrada en el dibujo. En algunos casos, la soldadura de filete será realizada en intervalos intermitentes. Los espacios entre soldaduras son determinados por la distancia de centro a centro de las soldaduras, los cuales se les denomina separación. Si se emiten soldaduras de filetes intermitentes, el dibujo indicara su longitud y separación. Multiplicando la longitud de la soldadura con el tamaño de soldadura iguales al área de la soldadura. Área= tamaño de soldadura X longitud de soldadura. Es importante comprender que esto determinara cuanto esfuerzo puede aguantar la junta. El ingeniero de diseño esta consciente de las propiedades del metal base y las cargas que percibirá en servicio y aplicara la formula. Esfuerzo= Carga/Área de soldadura. Los márgenes de seguridad son incorporados y el diseñador aplica el tamaño y longitud de la soldadura al dibujo. Se pierde mucha eficiencia de la soldadura debido a sobre diseño de la soldadura; Siga las especificaciones en el dibujo y no sobre diseñe la soldadura.


Posiciones de la Soldadura Cuando se tratan las soldaduras de ranura, se usa una “G” (Groove), para identificar una soldadura de ranura, y se le asigna un número para significar la posicion de la soldadura. Las designaciones para soldadura en plancha son como sigue: 1G: Soldadura de Ranura, en Posicion Plana, 2G: Soldadura de Ranura en Posicion Horizontal 3G: Soldadura de Ranura en Posicion Vertical 4G: Soldadura de Ranura en Posicion Sobre Cabeza Para Soldaduras en Tuberías: 1G: Soldadura de Ranura en Posicion Plana, Tubo Rotado 2G: Soldadura de Ranura en Posicion Horizontal 5G: Posiciones Múltiples (Sobre Cabeza, Vertical, y Plana), Soldadura de Ranura, Tubo con el eje horizontal y no es Rotado. 6G y 6GR: Soldaduras de Ranura de Múltiples Posiciones, Eje del Tubo a 45º con la Horizontal y no es Rotado. La “R” Indica con Restricción. La figura 7.19 representa una vista grafica de estas posiciones de soldadura de ranura en planchas y tubos.

Figura 7.19: Posiciones de soldaduras de ranura Cuando se tratan las soldaduras de filete se usa una “F” para identificar una soldadura de filete, y se le asigna un numero para identificar la posicion de la soldadura. Las posiciones en plancha son designadas como sigue: 1F: Soldadura de Filete en Posicion Plana 2F: Soldadura de filete en Posicion Horizontal 3F: Soldadura de Filete en Posicion Vertical 4F: Soldadura de Filete en posicion Sobre Cabeza


Posiciones en Tubo-Plancha 1F: Soldadura de Filete, Posicion Plana, con el Eje del Tubo a 45º desde la Horizontal y el Tubo es Rotado. 2F: Soldadura de Filete, Posicion Horizontal, con el eje del Tubo Vertical. 2FR: Soldadura de Filete, Posicion Horizontal, con el eje del Tubo Horizontal y el Tubo es Rotado. 4F: Soldadura de Filete, Posicion Sobre-Cabeza con el Eje del Tubo Vertical. 5F: Soldadura de Filete, posiciones múltiples (Sobre-Cabeza, Vertical y Horizontal), con el Eje del Tubo Horizontal y el Tubo no es Rotado. 6F: Soldadura de Filete, Posiciones Múltiples con el Eje del Tubo a 45º desde la Horizontal y el Tubo no es Rotado. La figura 7.20 representa una vista grafica de estas posiciones de soldaduras de filete en planchas y tubos. Si es posible, es mejor realizar ambas soldaduras de ranura y filete en posicion plana (1). Esto permite la penetracion y acción humectante apropiada y evita la socavacion. Los posicionadores a menudo son usados para mantener las soldaduras en la posicion plana para mayor productividad de la soldadura. Sin embargo, hay situaciones que no es posible y la soldadura debe ser realizada en la posicion que se encuentre. El proceso GTAW es muy aplicable en todas las posiciones de soldadura, en la medida que el metal de relleno es depositado directamente en el charco de soldadura y no se transfiere a traves del arco como ocurre en otros procesos de soldadura por arco. Las tecnicas de soldadura apropiadas deben aun ser observadas para soldar en varias posiciones.

Figura 7.20: Posiciones de soldadura de filete


VIII. Tecnicas para Juntas Basicas de Soldadura Longitud del Arco, Tamaño de la Copa de Gas, y Extensión del Electrodo. Como una prueba práctica, la longitud del arco es normalmente el diametro del electrodo como se ve en la figura 8.1. Esto seria valedero cuando se suelda con AC con el extremo del electrodo en forma de bola. Cuando se suelda con corriente directa usando un electrodo con extremo puntiagudo, la longitud del arco debe ser considerablemente menor que el diametro del electrodo. Las antorchas que son sostenidas en una posicion fija permiten mantener un arco más cercano al arco que las antorchas sostenidas manualmente.

Ǿ Ǿ

Figura 8.1: La ilustración muestra la relación entre el diametro del electrodo y la longitud del arco. El diámetro interior de la copa de gas debe ser de al menos tres veces el diametro del electrodo de tungsteno para suministrar cobertura de gas de proteccion adecuada. Por ejemplo, si el electrodo de tungsteno es de 1/16” de diametro, la copa de gas debe ser como minimo de 3/16” de diametro. La figura 8.2 es un ejemplo del tamaño de la copa de gas y la posicion de la antorcha. La extensión del electrodo de tungsteno es la distancia que el tungsteno se extiende más allá de la copa de gas de la antorcha. La extensión del electrodo puede variar de al ras con la copa a no mas que el diametro interno de la copa de gas. Para una extensión más larga es probable que se haga contacto accidentalmente con el charco de soldadura, con la varilla de relleno que es alimentada por el soldador, o tocar algun lado de una junta estrecha. Una regla general debe ser iniciar con una extensión igual al diametro del electrodo. Para juntas que hacen difícil alcanzar la raíz de la soldadura requerirán extensión adicional. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 144

Posicion de Antorcha para el Encendido del Arco con Alta Frecuencia La posicion de la antorcha mostrada en la figura 8.3 ilustra el metodo recomendado de encendido del arco con alta frecuencia cuando la antorcha es sostenida manualmente. En esta forma el operador puede ubicar la antorcha en el área de la junta y despues bajar la careta de soldar, cerrar el interruptor contactor e iniciar el arco. En la medida que se apoye la copa de gas sobre el metal base existe poco riesgo de tocar con el electrodo la pieza. Despues que el arco se ha iniciado, la antorcha puede ser levantada a un angulo apropiado para soldar. 3 2 4

90º

1

10-15º 4

5

6 5 6 1/16”

3/16”

Vista de planta de la copa de gas

Figura 8.2: Tamaño de la copa de gas y posiciones de la antorcha. 1- Pieza, 2Mordaza, 3- Antorcha, 4- Varilla de Relleno (si es aplicable), 5- Copa de Gas, 6Electrodo de tungsteno.


Figura 8.3: Apoyando la copa de gas contra la pieza en preparativo para el encendido por alta frecuencia.

Tecnicas de Soldadura Manual Realizando un cordón recto El movimiento de la antorcha usado durante la soldadura manual se ilustra en la figura 8.4. Una vez que el arco es encendido, el electrodo se mantiene en su lugar hasta que se establezca el charco deseado. La antorcha es luego sostenida a un angulo de 75º desde la horizontal como se muestra en la ilustración y se mueve progresivamente a lo largo de la junta. Cuando se usa metal de relleno, este es agregado en el borde delantero del charco.

Figura 8.4: Movimientos de la antorcha durante la soldadura


La antorcha y la varilla de relleno deben moverse progresivamente y de modo uniforme para que el charco de soldadura, el extremo de la varilla caliente, y la soldadura que se solidifica no se exponga al aire y se contamine el área del metal de soldadura o la zona afectada por el calor, HAZ. Generalmente una gran cobertura de gas de proteccion evitara la exposición del charco de soldadura al aire circundante. La varilla de relleno es usualmente sostenida a un angulo de aproximadamente 15º con respecto de la superficie de la pieza e introducida lentamente dentro del charco fundido. O puede ser sumergida y retirada del charco de soldadura en una forma repetida para controlar la cantidad de metal de relleno agregado. Durante la soldadura, el extremo caliente de la varilla de relleno no debe ser removido de la cobertura de proteccion del gas de inerte, la varilla se contaminaría y al introducirla en el charco se contaminaría la soldadura. Cuando el arco se extingue, el post-flujo de gas de proteccion no solamente debe proteger el charco de soldadura que se solidifica, tambien el electrodo y el extremo caliente de la varilla de relleno.

Soldadura de Ranura en Junta a Tope y Cordones Rectos La Antorcha y la Posicion de la Varilla Cuando se suelda una junta a tope, se debe asegurar centrar el charco de soldadura en los bordes contiguos. Cuando se finaliza una soldadura de ranura en una junta a tope, el angulo de la antorcha puede disminuirse para ayudar a rellenar el cráter. Añadir suficiente metal de relleno para evitar un cráter sin relleno y evitar así grietas de cráter. Las grietas a menudo empiezan en un cráter y se propagan a traves del cordón. El control de intensidad de corriente operado con el pie puede ayudar en la finalización del cordón de soldadura en la medida que el amperaje pueda ser reducido para disminuir el tamaño del charco de soldadura cuando se añade el metal de relleno.


Figura 8.5: Soldadura de ranura en junta a tope y cordón recto.

Junta a Solape Posicion de la Antorcha y Varilla Habiendo establecido un arco, el charco se forma a fin de que el borde de la pieza que se solapa y la superficie plana de la segunda pieza se fundan conjuntamente. Dado que el borde se fundirá antes que la superficie plana, el angulo de la antorcha es importante. El borde tambien tendera a quemarse o socavarse. Esto tambien puede ser controlado introduciendo la varilla de relleno cercana al borde en la medida que trata de fundirse. Suficiente metal de relleno puede ser agregado para rellenar la junta como se muestra en la ilustración de la junta a solape, figura 8.6. La culminación del extremo del cordón de soldadura es el mismo como se mencionó antes para el relleno de cráter.


Figura 8.6: Soldadura en junta a tope.

Junta T Posicion de la Antorcha y Varilla

Una situacion similar existe con la junta T al igual que con la junta a solape. Un borde y una superficie plana van a ser unidas conjuntamente. El borde de nuevo se calentara y se fundirá mas rapido. El angulo de la antorcha ilustrado en la figura 8.7 calentara más directamente sobre la superficie plana. El electrodo puede necesitar ser extendido mas allá de la copa que en las juntas a tope y solape previas a fin de mantener un arco corto. La varilla de relleno debe ser sumergida para que sea depositada en la parte donde se funde el borde. El angulo apropiado de la antorcha y la ubicación de la varilla de relleno debe evitar la socavacion. De nuevo, el cráter debe llenarse para evitar la concavidad excesiva.


Figura 8.7: Soldadura en junta T.

Junta de Esquina Posicion de la Antorcha y Varilla

Las posiciones apropiadas de la antorcha y varilla se ilustran para la junta de esquina en la figura 8.8. Ambos bordes de las piezas de unión deben ser fundidas y el charco mantenido en la linea central de la junta. Cuando se agrega metal de relleno, es necesario, depositar suficiente metal para crear un cordón convexo. Un depósito de cordón plano o cóncavo resultara en un espesor de garganta menor que el espesor del metal base. En materiales delgados, este diseño de junta se presta así mismo para soldadura autógena o soldaduras sin la adicion de varilla de relleno. Se requiere un buen ensamblaje para la soldadura autógena.


Figura 8.8: Soldadura en junta de esquina.

Tecnicas para Soldar Juntas Fuera de Posicion Durante el proceso de soldadura, toda la acción se centra en el charco de soldadura. El charco de soldadura es el punto en el cual ocurre la fusión y la penetracion. Con el control de la práctica el charco llega a ser completamente facil mientras se suelde en posicion plana. Eventualmente en la medida que se adquiere experiencia adicional, la soldadura fuera de posicion será mucho más facil para el soldador. Controlar el charco de soldadura y la penetracion es la primera preocupación para todas las posiciones de soldadura. Existen muchas variables para tomar en consideración las soldaduras fuera de posicion, tales como el amperaje, velocidad de avance, tipo de electrodo de tungsteno y posicion de la antorcha. Solo los volúmenes pudieran ser leales para este asunto. Sin embargo, trataremos de suministrar algunos consejos y hacer una nota general en cuanto a las juntas soldadas fuera de posicion.


Soldadura en Posicion Vertical

Figura 8.9: Soldadura en posicion vertical. La gravedad es el enemigo de todas las posiciones de soldadura. En la posicion vertical, tanto ascendente como descendente, la gravedad tratara de halar el charco de metal fundido de soldadura hacia abajo y fuera de la junta. Un buen soldador sin embargo, aprenderá a usar la gravedad para su beneficio. En la soldadura vertical ascendente, la soldadura empezara en la parte inferior de la junta con el metal de relleno agregado desde arriba. Intentando de establecer una plataforma de asiento con cada gota de metal de relleno para la proxima adicion de metal de relleno para apoyarse en si mismo. Si la junta es ancha, trabaje hacia atrás y hacia adelante, atraviese transversalmente la junta para establecer esta plataforma de asiento. Si la junta que se va a soldar es una ranura en V, la extensión del electrodo de tungsteno puede ser aumentada, y la copa de gas puede ser apoyada contra los bordes de la junta y manipular hacia atrás y hacia adelante. Esto ayudara mucho en suministrar una tecnica manual constante, Aunque esta tecnica hace difícil observar el charco de soldadura. La soldadura vertical descendente hace uso tanto de la tensión superficial y la fuerza del arco para mantener el charco de metal fundido en la junta. El dominio de la Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 152

tecnica vertical descendente es util cuando se suelda material delgado. Practicando las tecnicas vertical ascendente y descendente en una lamina o una plancha lisa ayudara mucho al soldador que desea realizar una soldadura de tubo debido a que casi todos cordones en tuberías se llevan a cabo con la misma tecnica. Sin embargo, la soldadura vertical descendente raramente se usa cuando se sueldan secciones más gruesas de planchas o tubos con el proceso GTAW. Soldadura en Posicion Sobre-Cabeza

Figura 8.10: Soldadura en posicion sobre-cabeza.

La soldadura en posicion sobre-cabeza es considerada por la mayoría de los soldadores la posicion más difícil de todas las posiciones. El soldador quien puede producir consistentemente soldaduras sobre-cabeza de alta calidad es muy solicitado por la industria. Así como en las tecnicas de la soldadura vertical, la gravedad es el enemigo de la soldadura sobre-cabeza. A diferencia de la posicion vertical, la soldadura en posicion sobre-cabeza no puede confiarse en construcciones de estanterías en el cual se ubican cordones consecutivos. En cambio, se confía en la tensión superficial del charco, la fuerza del arco, y la combinación de menores intensidades de corriente y mayores velocidades de avances.


Una de las tecnicas usadas en soldaduras verticales que pueden ser usadas en posicion sobre cabeza es extender el electrodo de tungsteno y apoyar la copa de gas contra uno o ambos lados de la junta que se va a soldar. Este procedimiento es usualmente usado solo en soldaduras de ranuras y en algunas soldaduras de filetes. Cuando el soldador se presta a realizar los pases de relleno el puede extender los dedos de cualquiera de las manos, la de la antorcha o la mano de la varilla de relleno y apoyarlos en la plancha que va a soldar. Esto ayudara a mantener firme la mano.


Las figuras 8.11 y 8.12: Demostraciones de dos metodos comunes de agarre de la antorcha para soldadura en tuberías. No hay un solo metodo “apropiado” de hacer esto y cada soldador es estimulado a experimentar con metodos diversos diferentes hasta que encuentre uno que sea más confortable, y resulte en soldaduras satisfactorias.

La entrada de calor en el charco de la soldadura sobre-cabeza es extremadamente importante. Generalmente hablando, la entrada de calor de una junta sobre-cabeza debe ser menos que la cantidad usada para una soldadura comparable en la posicion horizontal o posicion plana. Esto conserva el tamaño del charco pequeño y de ese modo se evita desprendimientos o que el metal del charco fundido de soldadura se caiga de la junta. La posibilidad de caída del metal fundido crea la necesidad de usar ropa de proteccion apropiada y equipo absolutamente esencial. Nunca intente hacer este tipo de soldadura sin todos los equipos de seguridad en su lugar. No dude que la posicion sobre-cabeza es difícil. Es extremadamente estresante para ser llevada a cabo por el soldador, Realizarla es un proceso lento y aumenta el tiempo requerido para llevar a cabo el trabajo. Esta es una de las principales razones por el cual en la industria, usar la soldadura en posicion sobre-cabeza de mantiene al minimo.

Tecnicas para Soldar Tuberías La soldadura de tuberías con el proceso GTAW requiere de gran cantidad de destreza, y debe ser demostrada cuando el soldador tiene experticia en los principios del proceso de soldadura GTAW en plancha. El proceso GTAW produce la soldadura en tubería de más alta calidad de todos los procesos de soldadura por arco y con un minimo de distorsion. Así como con nuestros segmentos previos en la soldadura fuera de posicion, las combinaciones de diferentes metales, posiciones, electrodos de tungsteno, gases y así sucesivamente y hacer de este tema un libro completo, ó aún una librería, puede ser devoción. Sin embargo este segmento estará limitado a pocas indicaciones de provecho. Los insertos consumibles son detalles usados a menudo en soldadura de tuberías. Los insertos consumibles estan compuestos del mismo tipo de material que se esta soldando y son usados para mantener los pases de raíz uniformes. El inserto consumible se funde en el pase de raíz y llega a ser parte integral del cordón de soldadura.


Debido a que la mayoría de las juntas de tubos requieren de una junta con abertura, la proteccion del cordón de soldadura en la forma de cobertura de gas dentro del tubo es necesaria. Esta cobertura puede ser llevada a cabo mediante la envoltura de los extremos del tubo hecha con tapas para tubos concebidas para ese propósito, o simplemente cubrir los extremos con papel y cinta adhesiva, y luego insertar una manguera de gas de proteccion. La soldadura de tuberías con el proceso GTAW tambien requiere un tratamiento especial de la punta del electrodo de tungsteno. Un electrodo comun debe ser un electrodo aleado con Lantano al 1.5% o aleado con Torio al 2%. Una vez que la punta es esmerilada a un punto, el extremo es aplanado a un ancho de aproximadamente 0.020”. Esta pequeña zona aplanada ayuda a distribuir el arco de modo uniforme en los bordes de la junta. Una de las tecnicas más populares para la soldadura con el proceso GTAW de juntas de tubos es la tecnica de “caminando la copa” (walking the cup). Esta tecnica utiliza una manera específica de manipular la antorcha, junto con una serie de copas de gas más grandes aumentándolas para producir buenas soldaduras con un minimo de fatiga.

Figura 8.13: Demostración de como la antorcha y metal de relleno son sostenidos para llevar a cabo el metodo “caminando la copa” para soldar tuberías. Las dos secciones de tubo que se van a soldar deben estar abiertas ligeramente menor que el diametro de la varilla de relleno que se va a usar. La varilla de relleno debe descansar en la ranura sin deslizarla completamente. Para el pase de raíz, apoye la copa de gas en la ranura haciendo contacto con ambos lados y apuntando a cualquier de los dos lados de la junta derecha o izquierda. La copa luego es balanceada lentamente hacia atrás y hacia delante y se aplica presion leve a la Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 156

antorcha a fin de que se traslade hacia delante a lo largo de la ranura al mismo tiempo. La varilla de relleno no se sumerge dentro ni fuera del charco, pero permanece en contacto con el borde delantero del charco todo el tiempo. Cuando el pase de raíz se completa, se ubica una copa más grande en la antorcha a objeto de que haga contacto con ambos lados de la ranura así como tambien la superficie del pase de raíz. La antorcha es ahora balanceada de un lado a otro en la junta girando en la superficie del pase de raíz mientras se guía por lados de la ranura. La varilla de relleno se mantiene en el borde delantero del charco sin sumergirla dentro ni fuera del charco. El tercero y todos los pases restantes se llevan a cabo de la misma manera a excepción de que se usan copas de gas de tamaño en forma creciente. Asegurarse que la extensión del electrodo de tungsteno sea ajustado a fin de que no se sumerja dentro del charco, pero que permanezca lo suficientemente cerca para el control apropiado.

Procedimiento para el Encendido del Arco Los requerimientos para el encendido del arco del material que se va a soldar tendrán un gran impacto en la selección de las fuentes de energías. Encendido por Rayado- Este metodo de iniciación del arco utilizado por las fuentes de energia del proceso GTAW sin capacidad adicional para el encendido del arco. El arco es encendido por la ubicación breve del electrodo de tungsteno en contacto con la pieza y luego se retira rapidamente al momento que el arco se establece. La ventaja de este metodo es la sencillez de la operación. Este metodo de encendido no es aceptable para aplicaciones críticas debido a que pequeñas particulas de tungsteno pueden llegar a estar incrustadas en la pieza y contaminar la soldadura. No es aconsejable usar este metodo con fuentes de energia del tipo Inverters equipadas con encendido por toque o rayado.


Figura 8.14: Este soldador (Quien parece ser de mano izquierda (zurdo)) demuestra aun otro estilo de manipulación de antorcha y varilla de relleno usada para llevar a cabo una soldadura en tubería. Arco LevantadoTM – Este tipo de metodo de encendido de arco fue desarrollado para eliminar la contaminación del electrodo de tungsteno asociado con el metodo de encendido por rayado o contacto con la pieza. Con el encendido por rayado el electrodo de tungsteno es llevado a hacer contacto con la pieza. Cuando esto ocurre, la fuente de energia detecta un corto circuito y establece una corriente de bajo voltaje en el circuito de soldadura. Este voltaje y corriente no son lo suficientemente grande para establecer un arco, pero contribuyen a calentar el electrodo. Cuando el electrodo se levanta de la pieza, la fuente de energia detecta la ausencia de la condición del corto circuito y automáticamente conecta la corriente fijada en la maquina. El hecho de que el electrodo ha sido precalentado favorece la iniciación del arco. Encendido por Carbono- En este metodo, el electrodo de tungsteno es ubicado cerca de la pieza, entonces la abertura resultante es ponteada momentáneamente con una varilla de carbono o bloque. Una vez que el arco se ha iniciado, la varilla de carbono o bloque es removido o el arco se traslada hasta el punto de inicio de la soldadura. Este metodo tambien es inaceptable en aplicaciones de soldaduras críticas debido a que las particulas de carbono pueden facilmente quedar atrapadas en la pieza. La aplicación de la varilla de carbono puede ser frecuentemente impráctico. Arco Piloto – Se mantiene una pequeña corriente entre el electrodo la pieza y la boquilla de gas para suministrar una vía conductora para la corriente de soldadura principal. Este es un metodo usado a menudo con el proceso de soldadura de puntos Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 158

con GTAW y cuando el proceso se usa para aplicaciones de soldadura por maquina o automáticas. Arco de Tungsteno Caliente – El tungsteno se calienta resistivamente a un color rojo cereza. A esta temperatura, el gas de proteccion en el área del tungsteno llega a estar ionizado y sin embargo conducirá la electricidad. La presencia de las fuentes de energías de voltaje de circuito abierto bajo estas circunstancias es suficiente para que el arco se establezca por si mismo entre el electrodo y la pieza. La necesidad de calentar el electrodo y el precalentamiento resultante de la pieza se consideran desventajas de este metodo. Descarga del Condensador (CD) – En este metodo, el arco es iniciado con un estallido momentáneo de alto voltaje (normalmente suministrado por un banco de condensadores) entre el electrodo y la pieza. Esta chispa de alta energia crea una trayectoria ionizada a traves del cual la corriente de la soldadura empieza a fluir. Este metodo es generalmente usado con suministros de energías DC en aplicaciones de soldaduras por maquina o automáticas. Encendido por Alta Frecuencia – Tal vez el más comun de todos los metodos de encendido de arco, la alta frecuencia puede ser usada con fuentes de energías de DC o AC para aplicaciones manual hasta automáticas. Este metodo usa la capacidad ionizante de un voltaje de la alta frecuencia superpuesto sobre la corriente de soldadura para suministrar una trayectoria para que el arco se establezca. Algunas fuentes de energías suspenden la alta frecuencia una vez que el arco se establece y algunas caracteristicas de alta frecuencia contínua toman ventajas del control de estabilizacion que tiene sobre el arco. Se deben tomar precauciones especiales para evitar interferencias electromagnéticas de alta frecuencia (EMI) de la energia demasiado radiante y causar interferencias con los sistemas de comunicación y equipos computarizados. Encendido del Arco por Impulsos – Usado cuando se requiere un metodo de encendido de no contacto con el proceso GTAW. Un pulso simple de voltaje de alta frecuencia (HF) se superpone desde el electrodo a la pieza para iniciar el arco. El encendido del arco por impulsos puede ser usado por el proceso GTAW con DC o AC usando fuentes de energia de onda cuadrada avanzada. La principal ventaja del encendido del arco por impulsos es la interferencia electromagnética (EMI) generada por la fuente de energia de soldadura que es reducida de manera significantemente. De este modo, el chance de causar un mal funcionamiento o daño a otro equipo electrónico en la cercanía inmediata esta minimizado. Arco Asistido – Utiliza una punta de descarga de alto voltaje DC que es inducido en el circuito de soldadura para ayudar a encender y suministrar la estabilizacion durante la soldadura con AC. Estas puntas de descargas de alto voltaje estan presentes solo cuando el voltaje de salida es mayor de 30 voltios. En soldadura con corriente DC, en la medida que el soldador acerca el electrodo lo suficientemente cerca de la pieza, los impulsos que saltan encienden el arco, el voltaje del circuito de soldadura cae a su voltaje normal de 14 voltios, y el circuito ayuda al arco a extinguirse. En soldadura Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 159

con AC, el voltaje pasa a traves del punto cero dos veces cada ciclo y el arco tiende a extinguirse. Debido a que el voltaje aumenta durante estas interrupciones del arco, el circuito que asiste al arco es automáticamente accionado solamente para esa parte del ciclo, de este modo suministrando un efecto estabilizador.

Indicaciones para el Encendido del Arco del Proceso GTAW La siguiente lista es desarrollada de las experiencias de los ingenieros de soldaduras, técnicos de soldaduras, instructores de soldaduras, y otros empleados en el campo de la soldadura. Les preguntaron que suministraran indicaciones y tecnicas que han usados para algunas tareas difíciles de encendido de arco del proceso GTAW. La lista de “consejos e indicaciones” de encendido del arco no estan en orden particular de importancia, y estan sometidas en el interés de tomar la ventaja de muchos años de experiencia de profesionales de soldadura. Usar el diametro más pequeño posible de electrodo de tungsteno. ■ Comprar la más alta calidad de electrodo de tungsteno disponible (de la aleacion apropiada). ■ Usar la longitud mas corta posible de la antorcha. ■ Usar cables de calidad premium para antorchas y conexiones de tierra ■ Mantener los cables de la antorcha y conexión de tierra tan cortos como sea posible. Ubicar la fuente de energia tan cerca como sea posible a la pieza. Si la fuente de energia no puede ser trasladada más cerca y se debe usar un encendedor de arco de alta frecuencia, ubíquela más cerca de la soldadura. ■ Conecte los cables de tierra tan cerca como sea posible a la soldadura. ■ Evite el trayecto de cables largos sobre pisos de concreto descubiertos, o cables aislados de pisos colocados en los bordes. ■ Si la maquina de soldar se usa para ambos procesos de soldadura GTAW y SMAW, Asegurese que el portaelectrodos del proceso SMAW esta desconectado de la maquina cuando suelde con GTAW. ■ Inspeccionar y apretar todas las conexiones. ■ Conservar el cable de la antorcha libre de contacto con cualquier metal conectado a tierra tales como bancos, planchas de acero, y cubiertas de maquinas. ■ Usar gas de proteccion 100% Argón si es posible ■ Inspeccionar la trayectoria de la corriente secundaria y apretar todas las conexiones. ■ Si la maquina tiene abertura de chispas de alta frecuencia ajustable, aumentar la abertura al maximo recomendado por el fabricante. ■ Inspeccionar depósitos de minerales formados en las antorchas enfriadas por agua para evitar retroceso de derivación de alta frecuencia a la tierra a traves del material depositado. ■ Aumentar el ajuste de intensidad si esta disponible. ■


Indicaciones Automáticas

para

Aplicaciones

Inspeccionar todas las Indicaciones anteriores, aun aplican. ■ Portar la antorcha en un mango o mordaza no metálica. ■ Usar una copa de gas metálica en la antorcha. Conecte un cable de 6000 voltios con un condensador de mica de 0.001 mfd entre la copa de gas y la tierra. ■

IX. Consideraciones de Costos del Proceso GTAW Es importante tomar en consideración todos los hechos que se relacionan a una situacion de soldadura cuando se intenta vincular un costo de un pie de soldadura. No solamente hacer el costo directo tal como la varilla de relleno, gas de proteccion, equipos, mano de obra que tiene una relación, sino los costos indirectos tales como la posicion sobrecabeza y entrenamiento del personal tiene tambien una influencia. El entrenamiento debe ser considerado en el costo dado que el proceso GTAW es considerado generalmente un proceso mas avanzado y requiere tiempo para que el soldador se familiarice con la tecnica y aspectos de manipulación del proceso. El costo del equipo apropiado para llevar a cabo eficientemente el trabajo es de gran importancia. El equipo GTAW manual en una instalación de equipos de producción puede costar miles de dólares. Si existen muchas soldaduras reiterativas, se deben considerar equipos automáticos, y aquellos costos pueden oscilar en decenas de miles de dólares. Una evaluacion de costos de un proceso de soldadura debe incluir: 1. Costos de mano de obra y posicion sobrecabeza por pie de soldadura. 2. Costo de varilla de relleno por pie de soldadura 3. Costo de gas de proteccion por pie de soldadura. 4. Costo de consumo de energia por pie de soldadura. Calculando estas figuras en una tabla o proposición mostrara la economía de un proceso en particular. Las formulas normalizadas para estimar costos así presentados en este libro (figura 9.1) son una medida razonable para calcular la informacion por comparación de costos. Las formulas así presentadas no tienen valores numéricos unitarios. Los valores variaran con cada aplicación y cada compañía.


FORMULAS PARA LA FIGURA DEL COSTO TOTAL DE LA SOLDADURA 1.

2.

Mano de obra = Tarifa del soldador en $ / hr. = Costo / pie Velocidad de avance de la soldadura (Pulgs/min.) x Ciclo de trabajo x 6 0 min/hr. 12Pulgs./pie. Sobrecabeza = Tarifa sobrecabeza/hr. = Costo / pie Velocidad de avance de la soldadura (Pulgs/min.) x Ciclo de trabajo x 60 min/hr. 12Pulgs./pie.

3.

Costo de metal de relleno = Peso de deposito x Costo de metal de relleno por pie de soldadura Eficiencia de deposición

4.

Gas =

5.

Energia = Voltio x amperios x Costo de energia /kw.hr. Velocidad de avance de la soldadura (Pulgs./min.) x Eficiencia de la maquina x 60 min/hr.x1000 12Pulgs./pie.

6.

Total = Total de las fórmulas aplicadas arriba x longitud total de soldadura = Costo total

Costo de gas /pies3 x velocidad de flujo de gas (pies3/hr.) = Costo / pie Velocidad de avance de la soldadura (Pulgs./min) x Ciclo de trabajo x 60 min./hr. 12Pulgs./pie.

*El factor 5 aparecerá en algunos de los ejemplos de la formula: Esto se derivo de la relación 60min/hora. 12Pulgs./pie. Figura 9.1: Formulas para consideración de costos

X. Control de Fallas en el Proceso GTAW Cuando las correcciones de fallas de los problemas en el proceso de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y proteccion de gas y equipos, es ideal aislarlos y clasificarlos tan pronto como sea posible dentro de una de las siguientes categorías: 1. Eléctrica 2. Mecánica 3. Proceso La informacion recolectada aquí discute algunos de los problemas comunes del proceso de soldadura GTAW. La suposición de esta informacion es que una condición de soldadura apropiada ha sido alcanzada y ha sido usada hasta que el problema se ha desarrollado. En todos los casos de malfuncionamiento de los equipos, las recomendaciones del fabricante deben ser estrictamente seguidas y cumplidas.


PROBLEMA 1:Quemado rapido del electrodo de tungsteno Causas probables Correcciones sugeridas 1.

Flujo de gas inapropiado.

2.

Operación del electrodo con Polaridad positiva (DCEP) Diametro del electrodo de Tungsteno inapropiado para la corriente usada Calentamiento excesivo del mango de la antorcha

3.

4.

5.

Oxidacion del electrodo de Tungsteno durante el enfriamiento.

6.

Uso de gas de proteccion que contenga O2 o CO2 Fusión del electrodo de Tungsteno Hacia atrás dentro de la copa. (AC).

7.

Inspeccionar las mangueras, válvula de gas, y antorchas que no estén restringidas o el cilindro este vacio. El flujo de gas debe ser tipicamente de 15 a 20 Pies3/hora (cfh). Seleccione la polaridad negativa (DCEN). El diametro de Tungsteno para propósito general es 3/32” para un maximo de 220 amps. Las antorchas enfriadas por agua se calientan. Si se usa antorchas enfriadas por agua, el flujo refrigerante puede estar restringido o el refrigerante puede ser bajo. Mantener el flujo de gas de proteccion entre 10 – 15 segundos despues que el arco se interrumpa. 1 segundo Por cada 10 amperios de corriente de soldadura. Usar gas Argón Si se usa electrodo de Tungsteno puro, cambiar a aleado con Cerio o Lantano. Si la maquina tiene control de balance, ajuste la regulación Hacia máxima penetracion (70 – 90). El diametro del electrodo de Tungsteno es demasiado pequeño para la cantidad de corriente a usar. Incremente el diametro del electrodo de Tungsteno.

PROBLEMA 2: Contaminación del electrodo de tungsteno Causas probables

Correcciones sugeridas

1.

Fusión del electrodo de tungsteno dentro del charco de soldadura

Usar menor intensidad de corriente o diametro de electrodo de Tungsteno más grande. Use electrodos de Tungsteno aleados con Cerio (AC), Torio (DC), Lantano.

2.

Inmersión del electrodo de Tungsteno dentro del charco de soldadura.

Evite que el electrodo de Tungsteno haga contacto con el charco de soldadura. Levante la antorcha a fin de que electrodo de Tungsteno este por encima del charco de 1/8” a ¼”

PROBLEMA 3: Alta frecuencia presente – Sin energia en el arco Causas probables

Correcciones sugeridas

1.

Circuito de soldadura incompleto.

Inspeccionar la conexión de la pieza. Inspeccionar todos los cables de conexión

2.

Sin proteccion de gas

Inspeccionar el flujo de gas en el extremo de la antorcha. Inspeccionar los cilindros vacios o la valvula de cierre. El flujo de gas debe ser tipicamente fijado de de 15 a 20 Pies 3/hora (cfh).


PROBLEMA 4:Porosidades y color pobre del cordón de soldadura Causas probables Correcciones sugeridas 1.

Condensación del metal base.

2.

Accesorios flojos en la antorcha o mangueras Flujo de gas de proteccion inapropiado

3.

4.

Manguera de gas defectuosa

5.

Metal de relleno contaminado o inapropiado. El metal base contaminado.

6.

Soplar todo el aire y condensación de humedad de las lineas. Elimine toda la condensación del metal base antes de soldar. Los metales almacenados a temperatura frías se condensaran a Temperatura calientes. Apriete los accesorios en la antorcha y todas las mangueras. Ajuste la velocidad de flujo como sea necesario. El flujo de gas debe Ser tipicamente fijado de 15 a 20 pies 3/hora (cfh). Reemplace la manguera de gas e inspeccione las conexiones por si existen fugas, cortes o huecos. Inspeccionar el tipo de material de relleno. Eliminar toda la grasa, Aceite o humedad del metal de relleno. Eliminar la pintura, grasa aceite, y suciedad, incluyendo cascarillas de fundicion del metal base.

PROBLEMA 5: Polvo amarillo o humo en la copa – Electrodo de tungsteno sin color Causas probables Correcciones sugeridas 1.

Velocidad de flujo de gas de proteccion demasiado bajo.

Aumente la velocidad de flujo de gas de proteccion. El flujo de gas Debe ser tipicamente fijado de 15 a 20 pies 3/hora (cfh).

2.

Gas o mezclas de gas de proteccion inapropiadas. Post flujo de gas de proteccion Inapropiado. Diametro del electrodo de Tungsteno o tamaño de copa inapropiado.

Use gas de proteccion Argón.

3. 4.

Incrementar el tiempo de post flujo. Fijarlo de 10 a 15 segundos. El diametro del electrodo de Tungsteno y el tamaño de la copa deben ser de acuerdo al material que se va asoldar. Para propósito general el diametro del electrodo de 3/32” para copa Nº 8

PROBLEMA 6a: Arco inestable Causas probables Correcciones sugeridas Mientras suelde con corriente alterna AC 1.

4.

Incrementar la velocidad de avance. Aumentar el control de balance Hacia mayor penetracion. Agregue metal de relleno. En algunos casos, cuando se suelda aluminio en espesores de 3/8” a ½” se usa argón/helio. Longitud de arco inapropiada Usar la longitud de arco apropiada. Ajuste la antorcha a fin de que el electrodo de Tungsteno este por encima de la pieza de 1/8” a ¼”. Electrodo de Tungsteno contaminado Elimine ½” de electrodo contaminado. Y prepararlo de nuevo.

5.

Metal base contaminado.

6.

Ajuste de la frecuencia demasiado baja.

7.

Preparacion inapropiada del electrodo de Tungsteno

2. 3.

Rectificación excesiva en el metal Base. Gas de proteccion inapropiado.

Eliminar la pintura, grasa aceite, y suciedad, incluyendo cascarillas de fundicion del metal base. En maquinas de soldar con frecuencia ajustable AC, aumente la frecuencia para dar estabilidad y dirección apropiada del arco. Es aceptable entre 100 y 180 Hertz. Con maquinas de ondas cuadradas e Inverters, usar electrodo de Tungsteno con extremo puntiagudos. La punta eventualmente se redondea despues de soldar.


PROBLEMA 6b: Arco inestable Causas probables Correcciones sugeridas Mientras suelde con corriente directa DC 1. 2.

La polaridad en el circuito de Verificar el selector de polaridad en la maquina de soldar. soldadura es incorrecta. Seleccionar DCEN (Corriente Directa Electrodo Negativo). Electrodo de Tungsteno contaminado Elimine ½” de electrodo contaminado y afilarlo de nue vo.

3.

Arco demasiado largo

4.


Acorte la longitud del arco. Baje la antorcha a fin de que el electrodo de Tungsteno este por encima de la pieza no mas de 1/8” a ¼”. Eliminar la pintura, grasa aceite, y suciedad, incluyendo cascarillas de fundicion del metal base.

PROBLEMA 7a: Arco con desviación angular Causas probables Correcciones sugeridas Mientras suelde con corriente directa DC 1. 2. 3. 4.

Longitud/Tungsteno de arco Inapropiado en condición pobre Electrodo de Tungsteno preparado de manera inapropiada. Apariencia gris ligera deslustrada en El extremo del electrodo. Flujo der gas inapropiado.

Baje la antorcha a fin de que el electrodo de Tungsteno este por encima de la pieza no mas de 1/8” a ¼”. Limpiar y afilar el T ungsteno. Las marcas del esmeril deben ir en dirección del eje del electrodo, no transversal. Use tecnica y tipo de disco de esmeril apropiado. Eliminar ½” del electrodo y afilar de nuevo el electrodo. El flujo de gas debe Ser tipicamente fijado de 15 a 20 pies 3/hora (cfh)

PROBLEMA 7b: Arco con desviación angular Causas probables Correcciones sugeridas Mientras suelde con corriente alterna AC 1.

2.

Con maquinas de ondas cuadradas e Inverters, usar electrodo de Tungsteno con extremo puntiagudo. La punta eventualmente se redondea despues de soldar. Electrodo de Tungsteno contaminad Elimine ½” de electrodo contaminado. Y prepararlo de nuevo.

3.


Eliminar la pintura, grasa aceite, y suciedad, incluyendo cascarillas de fundicion del metal base.

4.

Fijación del balance de control Incorrecto. Diametro y tipo de electrodo de Tungsteno inapropiado.

Incrementar el balance hacia mayor penetracion. El control de balance normal se fija entre 70 - 90 Seleccione el diametro y tipo de electrodo de T ungsteno apropiado. para propósito general el diametro del electrodo de T ungsteno es de 3/32” de diametro Ceriado o Toriado. Incrementar la velocidad de avance. Aumentar el control de balance Hacia mayor penetracion. Agregue metal de relleno. El flujo de gas debe ser tipicamente de 15 a 20 Pies3/hora (cfh).

5.

6. 7.

8.

Preparacion inapropiada del electrodo de Tungsteno

Rectificación excesiva en el metal Base. Flujo de gas de protección inapropiado. Ajuste de la frecuencia demasiado baja.

Aumentar la frecuencia AC en maquina así equipadas para estabilizar y dirigir el arco. Para frecuencia mayores, penetracion mas profunda y estrecha.


PROBLEMA 8a: El arco no enciende o se dificulta su inicio Causas probables Correcciones sugeridas Mientras suelde con corriente directa DC El flujo de gas debe ser tipicamente de 15 a 20 Pies 3/hora (cfh).

1.

No hay gas de proteccion.

2. 3.

Posicion del selector de suministro Ubicar los selectores en las posiciones apropiadas, cualquiera de los de energia incorrecto. selectores de alta frecuencia, de impulso o inicio. Electrodo de Tungsteno inapropiado. Usar electrodo de tungsteno aleado con Cerio o Torio.

4.

Conexiones sueltas.

Apretar todas las conexiones de los cables y antorcha,

5.


Asegurarse que la conexión del cable de la pieza esta conectado.

6.

Diametro del electrodo de Tungsteno inapropiado

Use el diametro del electrodo de Tungsteno más pequeño posible. El diametro mas comun es de 3/32” .

PROBLEMA 8b: El arco no enciende o se dificulta su inicio Causas probables Correcciones sugeridas Mientras suelde con corriente alterna AC 1.


2.

Instalación de cable incorrecto.

3.

No hay gas de proteccion.

4.

Perdida de la alta frecuencia.

5.

Diametro del electrodo de Tungsteno inapropiado Tipo de electrodo de Tungsteno inapropiado

6.

Inspeccione las mordazas de la pieza para asegurarse si estan sujetas a la pieza de manera segura. Inspeccione los interruptores y fusibles del circuito, inspeccione todas las conexiones de los cables. Inspeccione el flujo de gas en el extremo de la antorcha. Revisar los cilindros si esta vacios o la valvula esta cerrada. El flujo de gas debe ser tipicamente de 15 a 20 Pies3/hora (cfh). Inspeccionar la antorcha y los cables por si los aislantes estan Agrietados o conexiones dañadas. Ajustar la abertura de las chispas si es necesario. Use el diametro del electrodo de tungsteno más pequeño posible. El diametro mas comun es de 3/32”. Usar electrodos aleados con Cerio, Torio o Lantano.


XI. Tablas Tabla 1 TIPOS DE ELECTRODOS DE TUNGSTENO Clasificacion AWS

Tipo de Tungsteno Codigo Acabado* (aleacion) del color disponible Limpio y esmerilado

EWP

Puro

Verde

EWCe-2

Cerio CeO2 (1.8% a 2.2%)

Naranja

Limpio y esmerilado

EWLa-1

Lantano La2 O3 (0.9% a 1.2%)

Negro

Limpio y esmerilado

EWLa-1.5

Lantano La2 O3 (1.3% a 1.7%)

Oro

Limpio y esmerilado

EWLa-2

Lantano La2 O3 (1.8% a 2.2%)

Azul

Limpio y esmerilado

EWTh-1

Torio ThO2 (0.8% a 1.2%)

EWTh-2

Torio ThO2 (1.7% a 2.2%)

EWZr-1

EWG

Zirconio ZrO2 (0.15% a 0.40%)

Especifico

Amarillo

Limpio y esmerilado

Rojo

Limpio y esmerilado

Marrón

Limpio y esmerilado

Gris

Observaciones Suministra buena estabilidad del arco para soldar con AC. Resistencia a la contaminación razonablemente buena. La menor capacidad de transporte de corriente. El menor costo. Mantiene el extremo en forma de bola limpio. Desempeño similar al aleado con Torio. Facil encendido del arco, buena estabilidad del arco, larga duración. Posible reemplazo no radiactivo por el Torio. Desempeño similar al aleado con Torio. Facil encendido del arco, buena estabilidad del arco, larga duración. Alta capacidad de corriente. Posible reemplazo no radiactivo por el Torio. Desempeño similar al aleado con Torio. Facil encendido del arco, buena estabilidad del arco, larga duración. Alta capacidad de corriente. Posible reemplazo no radiactivo por el Torio. Desempeño similar al aleado con Torio. Facil encendido del arco, buena estabilidad del arco, larga duración. Alta capacidad de corriente. Posible reemplazo no radiactivo por el Torio. Encendido del arco más facil. Mayor capacidad de Corriente. Estabilidad del arco más grande. Alta resistencia a la contaminación del charco de soldadura. Difícil del conservar el extremo en forma de bola con AC. Encendido del arco más facil. Mayor capacidad de Corriente. Estabilidad del arco más grande. Alta resistencia a la contaminación del charco de soldadura. Difícil del conservar el extremo en forma de bola con AC. Excelente para soldar con AC debido a la retención favorable del extremo en forma de bola, alta resistencia a la contaminación, y buen encendido del arco. Preferido cuando la contaminación del Tungsteno es intolerable. Contiene otras tierras raras o una combinación de oxidos.

* Acabado limpio designa a los electrodos que son limpios y atacados químicamente. Acabado esmerilado indica los electrodos con un esmerilado sin punto para suministrar máxima uniformidad y consistencia. Los electrodos de Tungsteno esmerilados sin punto son usados donde la mínima perdida de resistencia en el punto de contacto con el colector del electrodo se desea.


Tabla 2 RANGOS TIPICOS DE CORRIENTES PARA ELECTRODOS DE TUNGSTENO Diametro del electrodo de tungsteno

Diametro Interno de la copa de gas

Corriente Directa DC DCEN

Corriente alterna, CA Penetracion 70% Puro

0.040

Nº5 (3/8”)

Cerio, Torio, Lantano 15 - 80

0.060 (1/16”)

Nº5 (3/8”)

70 - 150

50-100

70-150

30 - 80

60-120

0.093 (3/32”)

Nº8 (1/2”)

150 - 250

100-160

140-235

80 - 130

100-180

1.125(1/8”)

Nº8 (1/2”)

250 - 400

150-200

225-200

100-180

160-250

20-60

Cerio, Torio, Lantano 15-80

Onda balanceada (50/50), Amp. Puro Cerio, Torio, Lantano 10 - 30 20-60

*Todos los valores estan basados en el uso de Argón como un gas de proteccion. Otros valores de corriente pueden ser empleados dependiendo del gas de proteccion, tipo de equipo, y aplicación. DCEN = Corriente Directa Electrodo Negativo (Polaridad Directa).

Tabla 3 TIPOS DE CORRIENTES, ELECTRODOS DE TUNGSTENO Y GASES DE PROTECCION RECOMENDADOS, PARA SOLDAR DIFERENTES METALES 1 Electrodo 2

Tipo de metal

Espesor

Tipo de corriente

Aluminio

todos

AC

Puro, Zirconio

Argón o Argón-Helio

todos

Lantano, Cerio , Torio

Argón o Argón-Helio

Sobre ¼”

Onda cuadrada avanzada AC DCEN


100% Helio

Cobre y sus aleaciones Aleaciones de Magnesio

todos

DCEN


Helio

todos

AC

Puro, Zirconio

Argón

todos


Argón

Niquel y sus aleaciones

todos

Onda cuadrada avanzada AC DCEN


Acero al carbono y de baja aleacion Aceros inoxidables

todos

DCEN


todos

DCEN


Argón

todos

DCEN


Argón

todos

DCEN


Argón

Titanio, Zirconio, Hafnio3 Metales refractarios

Gas de proteccion

Argón o Argón-Helio Argón-Hidrogeno (Max. 5%) Argón o Argón-Helio

1

Estas recomendaciones son guías generales basadas en los metodos comunmente usados en la industria. Donde los electrodos de torio son recomendados, se deben usar Lantano, Cerio o electrodos que contienen tierras raras. 3 A menudo se requiere una camara con guantes fijos en su interior para prevenir la contaminación atmosférica. 2


Tabla 4 ESPECIFICACIONES AWS PARA METALES DE RELLENO, GASES DE PROTECCION Y ELECTRODOSAPROPIADOS PARA EL PROCESO DE SOLDADURA GTAW Nº DE ESPECIFICACION TITULO A5.7

Electrodos y varillas desnudas para soldar Cobre y sus Aleaciones

A5.9

Electrodos y varillas desnudas para soldar Aceros Inoxidables

A5.10

Electrodos y varillas desnudas para soldar Aluminio y sus Aleaciones

A5.12

Electrodos de Tungsteno y aleados

A5.13

Electrodos y varillas para soldar recubrimientos

A5.14

Electrodos y varillas desnudas para soldar Niquel y sus Aleaciones

A5.16

Electrodos y varillas desnudas para soldar Titanio y sus Aleaciones

A5.18

Metal de relleno de Acero al Carbono para soldadura por arco y gas

A5.19

Electrodos y varillas desnudas para soldar Magnesio y sus Aleaciones

A5.21

Electrodos y varillas desnudas para soldar Aceros de recargues compuestos

A5.24

Electrodos y varillas desnudas para soldar Zirconio y sus Aleaciones

A5.28

Metal de relleno de Acero de baja Aleacion para soldadura de arco y gas

A5.30

Insertos consumibles

A5.32

Gases de proteccion de soldadura

Tabla 5 DESIGNACIONES DE POSICIONES DE SOLDADURAS SOLDADURAS EN PLANCHAS SOLDADURAS DE RANURAS 1G Posicion plana 2G Posicion horizontal 3G Posicion vertical 4G Posicion sobre cabeza SOLDADURAS DE FILETES 1F 2F 3F 4F

Posicion plana Posicion horizontal Posicion vertical Posicion sobre cabeza


Tabla 5 CONT. DESIGNACIONES DE POSICIONES DE SOLDADURAS SOLDADURAS EN TUBOS SOLDADURAS DE RANURAS 1G 2G 5G

Posicion plana, eje del tubo horizontal y rotado Posicion horizontal, eje del tubo vertical Posiciones múltiples, ( Sobre cabeza, vertical y plana) eje del tubo horizontal y no es rotado ( fijo) 6G Posiciones múltiples, (Sobre cabeza, vertical y horizontal) eje del tubo inclinado a 45º desde la horizontal y no es rotado (fijo). 6GR Posiciones múltiples, (Sobre cabeza, vertical y horizontal) eje del tubo inclinado a 45º desde la horizontal y no es rotado) fijo), con anillo de restricción. SOLDADURAS DE FILETES 1F 2F 2FR 4F 5F 6G

Posicion plana, eje del tubo inclinado a 45º y el tubo en rotado Posicion horizontal, el eje del tubo vertical Posicion horizontal, eje del tubo horizontal y el tubo es rotado Posicion sobre cabeza, eje del tubo vertical Posiciones múltiples, (Sobre cabeza, vertical y horizontal) eje del tubo horizontal y no es rotado (fijo). Posiciones múltiples, (Sobre cabeza, vertical y plana) eje del tubo inclinado a 45º desde la horizontal y no es rotado (fijo).

Tabla 6 COMPARACION DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA BASADOS EN CALIDAD Y ECONOMIA

Aplicaciones Planchas de acero al carbono ( sobre 3/16”) Laminas de acero al carbono (hasta 3/16”) Acero estructural al carbono Tubos de acero al carbono – 3” IPS y menores Tubos de acero al carbono – sobre 4” IPS Planchas de acero inoxidable ( sobre 3/16”) Laminas de acero inoxidable (hasta 3/16”) Tubos de acero inoxidable – 3” IPS y menores Tubos de acero inoxidable – sobre 4” IPS Plancha de aluminio ( sobre 3/16”) Lamina de aluminio (hasta 3/16”) Aluminio estructural Tubo de aluminio – 3” IPS y menores Tubo de aluminio – sobre 4” IPS Lamina de niquel y sus aleaciones Tubería (tubing) de niquel y sus aleaciones Tubos de niquel y sus aleaciones – 3” IPS y menores Tubos de niquel y sus aleaciones – sobre 4” IPS Metales reflectivos, Titanio – Laminas, tubería, y tubos. Metales refractarios, Ta y Cb – Laminas y tubería.

Todas las posiciones GTAW GMAW SMAW G E F E G G E E G G E E E E E E E E E E

GTAW = Soldadura por arco con electrodo de tungsteno y proteccion de gas, GMAW = Soldadura por arco con electrodo desnudo y proteccion de gas, SMAW = Soldadura por arco con electrodos revestidos, NR = No se recomienda sobre la base de costos, utilidad, o calidad

E E F F G E G F G E G G NR F F NR F F NR NR

E G E F G G F F F NR NR NR NR NR F NR NR NR NR NR

E= Excelente G= Buena F = Acertado


TABLA 7 PROCESO DE SOLDADURA GTAW GMAW SMAW

INFORMACION DE COSTOS COSTO APROXIMADO DEL COSTO PROMEDIO DE GAS Y COSTO DE MANO DE EQUIPO ENERGIA POR HORA OBRA RELATIVA 1.500 – 10.000 $ 7,00 Media 2.000 10.000 $ 500 2.000 $

8,00 1,50

Baja Baja/ Media

TABLA 8 GUIA PARA NUMEROS DE TONO OPERACION

SMAW

Ǿ DEL ELECTRODO 1/32” (mm) Menor de 3 (2,5) 3 – 5 (2,5 – 4) 5 – 8 (4 – 6,4) Mas de 8 (6,4)

CORRIENTE DEL ARCO TONO MIN. DE Nº TONO SUGERIDO Amperios PROTECCION (CONFORT) Menos de 60 7 ---60 – 160 8 10 160 – 250 250 – 550

10 11

12 14

Menores de 60 60 – 160 160 – 250 250 – 550

7 10 10 10

---11 12 14

Menores de 50 50 – 150 150 – 500

8 8 10

10 12 14

Menores de 500 500 – 1000

10 11

12 14

6 8

6a8 10

10 11

12 14

Menores de 300

8

9

(Mediano)**

300- 400

9

12

(Pesado)**

400 – 800

10

14

TB

----

----

3o4

TS

----

----

2

CAW

----

----

14

GMAW y FCAW

GTAW

CAC-A

(Ligero) (Pesado)

PAW

PAC

(Ligero)**

ESPESOR DE LA PLANCHA SOLDADURA A GAS LIGERA

Menores de 1/8”

Menores de 1/8”

4o5

MEDIA

De 1/8” a ½”

De 3,2 a 12,7 mm

5o6

PESADA

Mayores de ½”

Mayores de 12,7mm

6 o8

CORTE CON OXIGENO LIGERO

Menores de 1”

MEDIO

De 1” a 6”

PESADO

Mayores de 6”

Menores de 25 mm

3o4

25 a 150 mm

4o5

Mayores de 150 mm

5o6


*Como regla general, empiece con un tono demasiado oscuro para ver la zona de la soldadura. Luego vaya a un tono mas claro el cual le da vista suficiente de la zona de la soldadura sin ir por debajo del minimo. En soldadura o corte por gas oxi-combustible donde la antorcha produce una alta luz amarilla, es deseable usar un lente filtro que absorba el amarillo o linea de sodio en la luz visible de la operación (espectro). **Estos valores aplican donde el arco normal es visto claro. La experiencia ha demostrado que los filtros de luz pueden ser usados cuando el arco esta oculto por la pieza.

TABLA 9 TABLA DE CONVERSION DE UNIDADES DE CONTUMBRE U.S. A UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL (SI) ---- SISTEMA METRICO PROPIEDAD CONVERTIR DE PARA MULTIPLIQUE POR Medidas Pulgadas Milímetros (mm) 25,4 Pulgadas Metros (m) 0,0254 Pies Milímetros (mm) 304,8 Pies Metros (m) 0,3048 Área Pulgadas2 mm2 645,16 2 2 Pulgadas m 0,000645 2 2 Pie m 0.0929 Densidad de corriente Amperios/Pulg2 Amperios/mm2 0,00155 Velocidad de deposito Libras/Hr. Kilogramos /Hr. 0,0454 Velocidad de flujo Pies3/Hr. Litros/min 0,472 Presion, Resistencia Libras/Pulg2 Pascal 6895,0 a la traccion Velocidad de avance, Pulgadas/min mm/segundos 0,423 Velocidad de Pulgadas/min cm/m 2,54 Alimentacion de alambre Peso, masa Libras Kg 0,454 Temperatura Fahrenheit (ºF) Centígrados (ºC) (ºF – 32)/1,8 Celsius (ºC) Fahrenheit (ºF) ºC x 1,8 + 32 Resistencia al impacto Pies. libras Joules 1,356


TABLA 10


XII. Glosario de Terminos Advanced Squarewave, Onda cuadrada avanzada: La salida AC avanzada disponible de ciertos tipos de fuentes de energia. La onda es mucho mas cuadrada que la onda cuadrada de las fuentes de energia convencionales. Tambien tiene el control de balance expandido a 90% en el electrodo negativo (máxima penetracion) y la capacidad de controlar la frecuencia del arco (dirección del arco). Algunas tienen la capacidad adicional de ajustar la cantidad de corriente en los ciclos del electrodo negativo y electrodo positivo independientemente.

Air Carbon Arc Cutting, Corte por Arco con Electrodo de Carbono y Aire (CAC-A): Un proceso de corte mediante el cual los metales son fundidos por el calor de un arco usando un electrodo de carbono. El metal fundido es soplado lejos del corte por un chorro de aire forzado.

Alternating Current (AC), Corriente Alterna (CA): Una corriente eléctrica que cambia su dirección en intervalos regulares, tal como una corriente alterna de 60 ciclos (AC), o 60 hertz (Hz).

Amperage, Amperaje: La medida de la cantidad de electricidad que pasa fluyendo a un punto dado en un conductor por segundo. La intensidad corriente es otro nombre para el amperaje.

Annealing, Recocido: Lo opuesto al endurecimiento. Un proceso de tratamiento termico usado para ablandar un metal y liberar esfuerzos internos

Anodize, Anodizar: Anodizar el Aluminio es revestir el metal por cualquier medio quimico o electrico. El revestimiento suministra mejoramiento a la resistencia contra la corrosión y al desgaste. El espesor de este recubrimiento depende de la longitud del tratamiento. Este recubrimiento es a menudo eliminado del área que se va a soldar. Este recubrimiento puede ser re aplicado despues de la soldadura.

Arc, Arco: La abertura física entre el extremo del electrodo y el metal base. La abertura física causa calor debido a la resistencia del flujo de corriente y los rayos del arco.

Arc Length, Longitud del Arco : Distancia o espacio aéreo entre la punta del electrodo y la pieza. Arc Voltage, Voltaje del Arco: Medido a traves del arco de soldadura entre la punta del electrodo y la superficie del charco de la soldadura.

Asymmetric Waveform, Forma de Onda Asimétrica: La forma de onda a la salida de una fuente de energia que tiene la capacidad de modificar tanto la amplitud y duración de los medios ciclos negativos y positivos de la corriente alterna.


Autogenous Weld, Soldadura Autógena : Cuando un proceso de soldadura GTAW se realiza sin metal de relleno.

Automatic Welding (AU), Soldadura Automatica: Usa un equipo el cual suelda sin el ajuste constante de los controles por el soldador u operador. El equipo controla la alineacion de la junta mediante el uso de un dispositivo sensor automático.

Axis of Weld, Eje de la Soldadura: Puede ser a traves de una linea imaginaria a traves del centro de una soldadura, en toda su longitud.

Back Gouging, Ranurado por atrás: La remoción del metal de la soldadura y el metal base desde el otro lado (lado de la raíz) de una junta. Cuando esta área es soldada, se asegura la penetracion completa en la junta.

Balanced Wave, Onda Balanceada: Una forma de onda de corriente alterna que tiene valores de corriente de polaridad negativa y positiva.

Bevel Angle, Angulo del Bisel: Un angulo formado entre un plano perpendicular a la superficie del metal base y el borde preparado del metal base. Este angulo se refiere al metal que ha sido removido.

Butt Joint, Junta a Tope: Una junta donde las superficies del material y los bordes de la junta esta en o próximos al mismo plano.

Carbide Precipitation, Precipitacion de Carburos: Ocurre cuando los aceros inoxidables austeniticos se calientan dentro de un rango de temperatura de 800ºF – 1600ºF, 427ºC – 870ºC para un periodo de tiempo critico. El carbono migra de una solución solida a los límites del grano y se combina con el Cromo. El metal adyacente a los limites del grano es dejado con menos cromo y se dice que esta sensibilizado. La resistencia a la corrosión es sin embargo reducida en la región límite del grano. Ver figura 12.1.

Carbon Arc Gouging, Ranurado por Arco de Carbono: Un proceso de corte mediante el cual los metales se funden por el calor de un arco que usa un electrodo de carbono. El metal fundido es soplado lejos del corte por un chorro de aire forzado.

Cerium Tungsten, Tungsteno aleado con Cerio: Electrodo de tungsteno para el proceso GTAW aleado con pequeñas cantidades de tierra raras y Cerio no radiactivo añadido. Mejora el encendido del arco y suministra un uso de rango de corriente más amplio.

Characterictics, Caracteristicas: Calidades o propiedades especiales. Por ejemplo, algunas maquinas de soldar que tienen ciertas caracteristicas internas las cuales permiten al soldador ejecutar más aplicaciones de soldaduras que con otras maquinas de soldar.


Circuit, Circuito: La trayectoria completa o ruta recorrida por la corriente eléctrica. Un circuito para el proceso GTAW puede incluir la maquina de soldar, los cables de soldadura, el montaje de la antorcha, el arco, el meta base y la abrazadera de la pieza con el cable.

Cold Lap, Solape en frio: Ver el término preferido Fusión Incompleta. Conductor, Conductor: Una trayectoria eléctrica donde la corriente fluirá con la menor cantidad de resistencia. La mayoría de los metales son buenos conductores eléctricos.

Constant Current (CC) Welding Machine, Maquina de Soldar de Corriente Constante: Estas de maquinas de soldar tienen la corriente de corto circuito máxima limitada. Tiene una curva Volti-amperimetrica negativa y son a menudo referidas como “droopers”. El voltaje cambiara con longitudes de arcos diferentes mientras se varía ligeramente solo el amperaje, así el nombre de corriente constante o voltaje variable.

Figura 12.1: Precipitacion de carburos.

Constant Voltage (CV), Constant Potencial (CP) Welding, Voltaje Constante, (VC), Potencial Constante, (PC): “Potencial y Voltaje” son básicamente el mismo significado. Este tipo de salida de maquina de soldar mantiene un voltaje consistente relativamente estable, indiferentemente de la salida del amperaje. Resulta en una curva Volti-amperimetrica


relativamente plana en la medida que se opone a la caída de la curva volti-amperimetrica de una maquina de soldar del proceso GTAW.

Consumable Insert, Inserto Consumible: Metal de relleno prefijado que es fundido completamente en la raíz de la junta y llega a formar parte de la soldadura.

Contactor, Contactor: Un interruptor electrico que es usado para energizar o de-energizar los terminales de salida de una maquina de soldar. En algunos tipos de maquina de soldar puede ser de diseño de estado solido, sin partes en movimiento y así no forma arcos en los puntos de contactos.

Córner Joint, Junta de esquina: Se produce cuando los miembros a soldar presentan aproximadamente cada uno 90º en la forma de una “L”.

Cráter, Cráter: Una depresión en el extremo de un cordón de soldadura. Current, Corriente: Otro nombre para el amperaje. La cantidad de electricidad que fluye pasando por un punto en un conductor cada segundo.

Current Density, Densidad de Corriente: La cantidad de corriente por pulgada cuadrada de área de sección transversal en un electrodo. Para cualquier diametro de electrodo, Para hallar la densidad de corriente mediante se divide el valor de la corriente por el área de la sección transversal en pulgadas cuadradas.

Cyclo, Ciclo: Un ciclo es igual a 360º grados eléctricos. Para la corriente alterna, el flujo de corriente es en una dirección a traves de un circuito para 180º (medio ciclo) y en la dirección opuesta para el otro (medio ciclo) 180º. Para la energia de un ciclo de 60, un ciclo se repite 60 veces por segundos. Algunas maquinas de soldadura, especialmente fuera de los Estados Unidos, requieren 50 ciclos (Hertz) de energia. Los Hertz miden los ciclos por segundos.

Defect, Defectos: Una o más discontinuidades que exceden el criterio de aceptacion como se especifica para una soldadura.

Depth of fusión; Profundidad de fusión: La profundidad o distancia del metal de soldadura depositado que se extiende dentro del metal base o el pase previo.

Direct Current, Corriente Directa: Fluye en una dirección y no invierte su dirección de flujo como lo hace la corriente alterna.

Direct Current Electrode Negative (DCEN), Corriente Directa Electrodo Negativo (CDEN): La dirección específica del flujo de corriente a traves de un circuito de soldadura cuando el cable del electrodo se conecta al terminal negativo y el cable de la pieza se conecta al terminal positivo de una maquina de soldar.


Direct Current Electrode Positive (DCEP), Corriente Directa Electrodo Positivo (CDEP): La dirección especifica del flujo de corriente a traves de un circuito de soldadura cuando el cable del electrodo se conecta al terminal positivo y el cable de la pieza se conecta al terminal negativo de la maquina de soldar.

Discontinuity, Discontinuidad: Cualquier cambio en la estructura típica del metal. Es la falta de consistencia en las caracteristicas mecanicas, metalúrgicas y físicas. Las discontinuidades se encuentran en todos los metales y soldaduras porque tienen algun grado de inconsistencia en ellas. Sin embargo, esto es aceptable mientras las discontinuidades no excedan el criterio de aceptacion de la soldadura o metal en cuestión. Si una discontinuidad excede el criterio de aceptacion, se considera un defecto y debe ser rechazada y posteriormente reparada.

Distortion, Distorsión: Alabeo de un metal debido a los esfuerzos internos residuales que permanecen despues de la soldadura de la expansión del metal (durante el calentamiento), y contracción (durante el enfriamiento).

Duty Cicle, Ciclo de trabajo: El número de minutos fuera de un periodo de tiempo de 10 minutos que una maquina de soldadura por arco puede operar a la máxima potencia normal. Un ejemplo podría ser un ciclo de trabajo de 60% a 300 amperios. Esto significaría que a 300 amperios la maquina de soldar puede ser usada por 6 minutos y luego se deja enfriar con el motor del ventilador funcionando por 4 minutos. (Algunas maquinas de soldar importadas estan basadas en un ciclo de trabajo de 5 minutos).

Edge Joint, Junta de Borde: Una junta que se produce cuando las superficies de las dos piezas de metal a ser unidas son paralelas o aproximadamente paralelas, y la soldadura se realiza a lo largo de sus bordes.

Electrode Extensión, Extensión del electrodo: Mientras se suelda, la longitud del electrodo que se extiende mas allá del extremo de la copa de gas. Tambien es referido como extensión eléctrica.

Electron, Electrón: Una partícula atómica muy pequeña la cual transporta una carga eléctrica negativa. Los electrones se pueden mover de un lugar a otro en la estructura atómica. Son los electrones que se mueven cuando fluye la corriente eléctrica en un conductor electrico.

Etching, Ataque con Ácidos: Cuando una muestra de soldadura se corta a traves de una soldadura, una solución acida o similar puede ser aplicada al área de la soldadura para sacar a relucir las caracteristicas de la soldadura. Estas incluyen el metal de soldadura depositado, la zona afectada por el calor (HAZ), la penetracion y el perfil de la soldadura. Muchas soluciones y tecnicas diferentes de ataque con acido existen para varios tipos de metales.

Excessive Melt – Through, Excesiva Pasada a Traves: Un defecto que ocurre en la junta soldada cuando el metal no funde mas tiempo los metales base a ser unidos. Mejor dicho, el Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 178

metal de la soldadura falla a traves de la junta soldada o se “quema a traves”. Tambien es referida como penetracion en exceso.

Face, Cara: La superficie de la soldadura como es observada desde el lado de la junta sobre la cual la soldadura fue realizada.

Face Rotation, Rotación de la Cara: Puede ser a traves de una linea imaginaria del eje de la soldadura a traves del centro de las caras de la soladura. Este angulo de rotación a lo largo con el angulo del eje determina la posicion actual de la soldadura. La rotación de la cara se mide en la dirección de las manecillas del reloj empezando desde la posicion 6 en punto. Una soldadura con la rotación de la cara a la 12 en punto debe tener la rotación de la cara de 180º.

Ferroso, Ferroso: Se refiere a un metal que contiene principalmente Hierro, tal como el acero, Acero Inoxidable y Hierro Colado.

Filler Metal, Metal de relleno: El metal de relleno cuando se realiza una junta soldada, unión fuerte, o una unión blanda.

Fillet Weld, Soldadura de Filete: Una soldadura que se usa para unir las superficies del metal base que son aproximadamente a 90º una de la otra, como se usan en junta T, junta de esquina o solape. La forma de la sección transversal de una soldadura de filete es aproximadamente triangular.

Fit –up, Preparacion: A menudo usado para referirse a la manera en la cual dos miembros son reunidos para ser soldados, tales como el espacio normal o cualquier abertura o alineamiento entre dos miembros que se van a soldar. La preparacion apropiada es importante si se va a realizar una buena soldadura. El punteado, la sujeción o soporte de sujeción es a menudo usado para asegurar la preparacion apropiada. Donde aplica, el metal base debe ser biselado correcta y consistentemente. Tambien, cualquier abertura de raíz o ángulos de juntas deben ser consistente para la longitud completa de una junta. Un ejemplo de una preparacion pobre puede ser una junta a tope con soldadura de ranura en V con una abertura de raíz demasiado abierta.

Flat Posicion, Posicion Plana: Cuando la soldadura se hace desde el lado de arriba de una junta, Es en la posicion plana si la cara de la soldadura es aproximadamente horizontal. Algunas veces referida como soldadura “downhand”. El angulo del eje puede ser de 0º - 15º en cualquier dirección desde la superficie horizontal. La rotación de la cara puede ser de 150º 210º.

Flux Cored Arc Welding (FCAW), Soldadura por Arco con Electrodo Tubular: Un proceso de soldadura por arco el cual funde y une metales por calentamiento con un arco entre un alambre-electrodo, continuo, consumible y la pieza. La proteccion se obtiene del fundente contenido dentro del núcleo del electrodo tubular. Dependiendo del tipo de alambre de núcleo de fundente, la proteccion agregada puede o no ser suministrada de gas suministrado externamente o de mezcla de gases. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 179

Freeze Lines, Lineas de Solidificación: Las lineas formadas transversalmente a un cordón de soldadura. Son el resultado de la solidificación del charco de soldadura. En apariencia se ven como si diminutas soldaduras fueran continuamente colocadas una sobre otra. Frequency, Frecuencia: El número de cambios dobles direccionales hechos por la corriente alterna en un segundo. Usualmente referida como “Hertz por segundos”. En los Estados Unidos, la frecuencia o cambio direccional de la corriente alterna es usualmente 60 Hertz. Algunas fuentes de energia de onda cuadrada avanzada permiten que la frecuencia del arco sea ajustada. En la medida que la frecuencia del arco en incrementada el arco llega a ser mas direccional.

Gas Metal Arc Welding (GMAW), Soldadura por Arco con Electrodo-Alambre, Desnudo, Contínuo y Proteccion de Gas: Un proceso de soldadura por arco el cual une metales, calentándolos con un arco electrico. El arco esta entre un electrodo-alambre de relleno solido alimentado de manera continua (consumible) y la pieza. El gas o mezcla de gases suministrado externamente suministran proteccion al proceso GMAW. Algunas veces referido como MIG (Metal Inert Gas) o MAG (Metal Active Gas), pero estos términos solo existen a ni vel comercial, ya que con el uso de mezclas de gases inertes y activos perdieron significado desde el punto de vista técnico, usándose en la actualidad la designación AWS, GMAW.

Gas Nozzle, Boquilla de Gas: Aquella parte de la antorcha del proceso GTAW que dirige el flujo de gas de proteccion sobre el área de la soldadura. Son hechas de cerámicas, vidrio, o metal en varios estilos.

Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Proteccion de Gas: Algunas veces referido como soldadura TIG (Tungsteno y Gas Inerte) (usado como tal a nivel comercial), es un proceso de soldadura el cual une metales, calentándolos con un electrodo de tungsteno el cual no debe llegar a formar parte de la soldadura terminada. Algunas veces se usa metal de relleno y gas inerte Argón o mezcla de gases inerte para la proteccion.

Groove Angle, Angulo de la Ranura: Cuando se realiza una ranura entre dos materiales que van a ser unidos conjuntamente, el angulo de la ranura representa el tamaño total del angulo entre los dos bordes biselados y denota la cantidad de material que va a ser removido.

Ground Connection. Conexión puesta a Tierra: Una conexión de seguridad de una estructura de una maquina de soldar a la tierra. A menudo usada para conectar a tierra una maquina de soldar accionada por motor donde un cable se conecta de un tornillo a la estructura de la maquina de soldar a un poste metalico hincado en la tierra. Ver conexión a la pieza para la diferencia entre la conexión a la pieza y conexión a tierra.

Ground Lead, Cable de tierra: Cuando se refiere a la conexión de la maquina de soldar a la pieza, ver termino preferido cable de la pieza.


Heat Affected Zone (HAZ), Zona Afectada por el Calor, ZAC: La porción adyacente al cordón de soldadura de un elemento soldado que no fue fundida, pero fue modificada debido al calor de soldadura. La ZAC se encuentra entre el depósito de soldadura y el metal base no afectado. La composicion física o propiedades mecanicas de esta zona son diferentes despues de soldar.

Heat Sink, Disipador de Calor: Una buena soldadura requiere una cierta cantidad de metal base para absorber la alta entrada de calor del área de la soldadura por arco. Cuanto más metal base, o metal base más grueso, mucho mas calor permanecerá en el área de la soldadura, y pueden ocurrir defectos.

High Frequency, Alta Frecuencia: Cubre el espectro de la frecuencia completo sobre 50.000 Hz. Usado en el proceso de soldadura GTAW para el encendido y estabilizacion del arco.

Horizontal Posicion, Posicion Horizontal: Ocurre cuando el eje de la soldadura es de 0º 15º desde la horizontal, y la rotación de la cara es de 80º - 150º o 210º - 280º para soldaduras de ranuras, o cualquiera de los dos rangos 125º 150º o´ 210º - 235º para soldaduras de filetes.

Impedance, Impedancia: La impedancia reducirá la velocidad, pero no se detendrá, el amperaje fluye en un circuito. Es la resistencia en un circuito de corriente alterna. La impedancia es la combinación de la resistencia natural al flujo de corriente en cualquier conductor y la reactancia inductiva y capacitiva en un circuito electrico. Es producido por la formación y el campo que colapsa de la corriente alterna. Esta formación y colapso induce una fuerza contraelectromotriz (FCEM) (Voltaje) que contiene, pero no detiene, el flujo de corriente.

Included Groove Angle, Angulo de la Ranura Incluido: Ver término preferido angulo de la ranura.

Incomplete Fusion, Fusión Incompleta: El metal de relleno fundido que se desliza sobre un borde de soldadura pero falla en la fusión del metal base. Tambien referido como solape en frio.

Inductance, Inductancia: La inductancia (un inductor) reducirá los cambios en la corriente, como si los electrones fueran débiles.

Inert Gas, Gas Inerte: Un gas que no se combina con cualquier elemento conocido. Hasta el presente son conocidos seis; Argón (Ar), Helio (He), Xenón (Xe), Radón (Ra), Neón (Ne), y Kriptón (Kr). Solamente el Argón y el Helio son usados como gases protectores de soldadura.

Inverter, Inversor: Fuente de energia la cual aumenta la frecuencia de la energia primaria entrante, mejorando las caracteristicas eléctricas para soldar y suministrando así para una maquina de tamaño mas pequeño, tal como un tiempo de respuesta mas rápido y mas control para soldadura de formas de ondas y pulsada. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 181

Joint Design, Diseño de Junta: Un diseño de la sección transversal y mediciones dadas para una soldadura en particular. Generalmente incluye ángulos incluidos, abertura de raíz, cara de la raíz etc.

Joint Root, Raíz de la Junta: Aquella parte de una junta que se acerca conjuntamente donde la soldadura se va a realizar. Esta puede ser un área de la junta o justamente una linea o punto de aquella junta.

Lanthanum Tungsten, Tungsteno Aleado con Lantano: Electrodo de Tungsteno para el proceso GTAW con pequeñas cantidades agregadas de tierras raras y Lantano no radioactivo. Mejora el encendido del arco y suministra un uso de rango corriente más amplio.

Lap Joint, Junta a Solape: Una junta que es producida cuando dos o más miembros de una junta se solapan una a otra.

Lift Arc, Arco Levantado: Un metodo de encendido de arco formado en la fuente de energia para permitir los encendidos de tipo contacto. La contaminación del Tungsteno es virtualmente eliminada.

Load Voltage. Voltaje de Carga: Medido en la salida de los terminales de una maquina de soldar mientras el soldador esta soldando. Incluye el voltaje del arco (medido mientras se suelda), y la caída de voltaje a traves de las conexiones y los cables.

Machine Welding (ME), Soldadura por Maquina: Usa un equipo el cual suelda con el ajuste y fijación constante de los controles por el soldador u operador.

Microprocessor, Microprocesador: Uno más circuitos integrados que pueden ser programados con las instrucciones almacenadas para ejecutar una variedad de funciones.

Nonferroous, No Ferrosos: Se refiere a un metal que no contiene hierro, tales como Aluminio, Cobre, Bronce, Latón, Estaño, Plomo, Oro, Plata, etc.

Open Circuit Voltage (OCV), Voltaje en Circuito Abierto: Como el nombre lo indica, la corriente no esta fluyendo en el circuito debido a que el circuito esta abierto. El voltaje es aplicado sobre el circuito, sin embargo, de modo que cuando el circuito se complete, la corriente fluirá inmediatamente. Por ejemplo, una maquina de soldar que es encendida pero que no se esta usando para soldar tendrá en ese momento un voltaje en circuito abierto aplicado a los cables conectados a la salida de los terminales de la maquina de soldar.

Output Control, Control de Salida: Un interruptor electrico que es usado para energizar o de-energizar los terminales de salida de una maquina de soldar. En algunos tipos de maquinas de soldar pueden ser de diseño de estado solido, sin partes en movimiento y así no produce arcos en los puntos de contactos. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 182

Overhead Position, Posicion Sobrecabeza: Cuando el angulo del eje es de 0º - 80º y la rotación de la cara es de 0º - 80º o 280º - 360º para soldaduras de ranuras o de 0º - 125º o 235º - 360º para soldaduras de filetes, se considera que la posicion de la soldadura esta en posicion sobrecabeza.

Parameters, Parámetros: Las regulaciones de la soldadura en una maquina de soldar tales como voltaje y amperaje, normalmente indicados en un voltímetro y un amperímetro. Puede tambien incluir cosas como velocidad de avance, diametro del electrodo, angulo de la antorcha, extensión del electrodo y la posicion y preparacion de la junta a soldar.

Penetration, Penetracion: Termino no normalizado para describir lo siguiente: Profundidad de fusión: La distancia de la superficie fundida durante la soldadura que se extiende de la fusión en el metal base o cordones de soldadura previos.

Joint Penetration, Penetracion en la Junta: La profundidad de una soldadura que se extiende de la cara de la soldadura en la junta, menos el refuerzo. La penetracion de la junta puede incluir la penetracion de la raíz.

Root Penetration, Penetracion de la Raíz: La penetracion que una soldadura se extiende en la raíz de una junta.

Complete Joint Penetration, Penetracion Completa en la Junta: Ocurre cuando el metal de “relleno” llena completamente la ranura, y esta presente buena fusión del metal base.

Incomplete Joint Penetration, Penetracion Incompleta en la Junta: Una condición en la raíz de una soldadura de ranura cuando el metal base no se extiende a traves del espesor de la junta. Esto se considera generalmente un defecto cuando la junta mediante diseño debió tener penetracion completa en la junta.

Partial Joint Penetration, Penetracion Parcial en la Junta: Una condición en la raíz de una soldadura de ranura cuando el metal de soldadura no se extiende a traves del espesor de la junta. Mediante el diseño esto es aceptable y no es un defecto, debido a que soportara la carga para el cual fue deseado.

Plasma, Plasma: Gas caliente ionizado, cargado electricamente el cual conduce la corriente de soldadura en un arco de soldadura.

Plug Welding, Soldadura de Tapon: Una soldadura hecha mediante el relleno (o relleno parcial) de un hueco en un miembro de una junta, fundiendo ese miembro al otro miembro.

Pool, Charco: El charco de soldadura es el estado líquido de una soldadura antes de llegar a ser metal solido de soldadura. Esto indica que no hay limite en la profundidad así que el termino profundidad tiende a notar una menor profundidad. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 183

Porosity, Porosidad: Una discontinuidad cavidad tipo formada por gas atrapado durante la solidificación.

Positioner, Posicionador: Un dispositivo que mueve la junta a soldar cuando se usa arco estacionario. Los posicionadores incluyen rodillos giratorios, y brazos de cola giratorios.

Pounds Per Square Inch (psi), Libras por Pulgadas Cuadradas: Una medida igual a la masa o peso aplicado a una superficie de área de una pulgada cuadrada.

Primary Energy, Energia Primaria: A menudo referido como el voltaje de la linea de entrada y el amperaje disponible a la maquina de soldadura de la linea principal del taller. A menudo expresado en Vatios o Kilovatios (Kw), la energia de entrada primaria es de AC y puede ser de una fase o de tres fases. La maquinas de soldar con capacidad de aceptar más de un voltaje y amperaje de entrada primario deben ser conectadas de manera apropiada para usar la energia primara de entrada.

Puddle, Charco: Referido mas apropiadamente como charco de metal fundido, el charco de soldadura se encuentra en estado liquido de una soldadura antes de transformarse en metal solido de soldadura.

Pulsing, Pulsación: La variación de la corriente de un nivel de amperaje de pico alto a un nivel de amperaje de fondo de pico mas bajo a intervalos regulares. La pulsación controla tambien el ajuste para el número de pulsos por segundos y el porcentaje de tiempo invertido en el nivel de amperaje de pico. La pulsación se usa para controlar la entrada de calor y permite mejorar el perfil del cordón de soldadura.

Purging, Purga: Limpieza, purificación o eliminación de algo de un recipiente. Tal como la aplicación de un gas de proteccion en el interior de una estructura tubular antes de soldarlo con el proceso GTAW.

Quenching, Temple: La inmersión de un metal caliente en agua, aceite u otro líquido para obtener la dureza deseada.

Rectifier, Rectificador: Un dispositivo electrico que permite el flujo de electricidad básicamente en una sola dirección. Su propósito es cambiar la corriente alterna (CA) a corriente directa (DC).

Residual Stress, Esfuerzo Residual: El esfuerzo que permanece en un metal resultante de un tratamiento termico, mecánico o ambos. Cuando se suelda, el esfuerzo se produce cuando el material caliente se expande y luego al enfriarse se contrae. Los esfuerzos residuales pueden causar distorsion así como tambien fallas prematuras en la soldadura.


Resistance, Resistencia: Es la oposición al flujo de la corriente eléctrica en un conductor. Esta oposición al flujo de corriente cambia la energia eléctrica en energia calórica. La resistencia se mide en Ohms con un ohmímetro.

Resistance Spot Welding (RSW), Soldadura de Puntos por Resistencia: Es un proceso en el cual dos piezas de metal son unidas mediante el paso de una corriente entre los electrodos ubicados en lados opuestos a las piezas que se van a soldar. No existe arco con este proceso, y es la resistencia del metal al flujo de corriente que produce la fusión.

Reverse Polarity, Polaridad Inversa: Es un término antiguo no normalizado que significa que el flujo de electrones se desplaza desde la pieza al electrodo.

Root, Raíz: Es un término no normalizado que significa raíz de la junta o raíz de la soldadura.

Root Opening, Abertura de Raíz: La separación de los miembros que van a ser soldados conjuntamente en la raíz de la junta.

SCR: Silicon Controlled Rectifier, Rectificador Controlado por Silicio: Usado para cambiar la corriente alterna (AC) a corriente directa (DC). Funciona como un dispositivo de control de salida para regular la corriente/voltaje y la capacidad de encender y apagar el arco.

Secondary Power, Energia Secundaria: Se refiere a la salida de energia normal de una maquina de soldar. Esto incluye el voltaje de carga mientras se esta soldando, se mide en los terminales de la salida y la corriente (amperaje) que fluye en el circuito externo de la maquina de soldar. El amperaje secundario puede ser medido en cualquier punto a lo largo del circuito secundario.

Sensitization, Sensibilización: El cambio de las propiedades físicas de un acero inoxidable cuando se expone a un rango de temperatura de 800ºF - 1600ºF, 420ºC – 870ºC para un periodo de tiempo critico. Ver tambien precipitacion de carburos.

Sequencing, Secuencia: El control sobre los aspectos de la soldadura. Este debe incluir el inicio de la soldadura, la corriente inicial, tiempo inicial de corriente, tiempo de pendiente ascendente, nivel de corriente de soldadura, tiempo de corriente de soldadura, pendiente final, nivel final de corriente, y tiempo final de corriente.

Shielded Metal Arc Welding (SMAW), Soldadura por Arco Con Electrodos Revestidos: Un proceso de soldadura por arco el cual funde y une metales calentándolos mediante un arco electrico, entre un electrodo metálico revestido y la pieza. El gas de proteccion se obtiene de la ionización de ciertos elementos que conforman el revestimiento, a menudo llamado fundente. El metal de relleno es principalmente obtenido del núcleo de los electrodos. Prohibida la reproducción de este material por cualquier vía, [email protected], Cel. 0416-3332202 Página 185

Shielding Gas, Gas de Proteccion: Un gas de proteccion usado para prevenir la contaminación atmosférica del charco de soldadura. Single- Phase, Fase Simple: Cuando un circuito electrico produce solo un ciclo de corriente alterna dentro de un lapso de tiempo de 360º, es un circuito de fase simple.

Slot Welding, Soldadura Acanalada: Una soldadura realizada mediante relleno (o relleno parcial) de un hueco externo (ovalado) en un miembro de una junta, fundiendo ese miembro al otro miembro. El hueco (ovalo) puede estar completamente cerrado, o puede estar abierto en uno de los extremos del metal.

Solenoid, Solenoide: Un dispositivo electrico el cual impide o permite cualquier flujo de gas usado para proteger el charco de soldadura, el arco o el flujo de agua usado para enfriar la antorcha de soldar.

Spatter, Salpicaduras: Particulas de metal expelidas del arco de soldadura. Estas particulas no forman parte de la soldadura terminada.

Squarewave, Onda Cuadrada: La salida de corriente alterna de una fuente de energia que tiene la capacidad de cambiar rapidamente entre los medios ciclos positivo y negativo de la corriente alterna. La onda cuadrada avanzada es una versión intensificada de esta forma de salida de onda.

Stabilizer, Estabilizador: Un dispositivo usado en soldadura con AC para favorecer el re-encendido del arco en la medida que la corriente pasa a traves del punto cero en la onda sinusoidal.

Straight Polarity, Polaridad Directa: Un término antiguo no normalizado que indica que el flujo de electrones viaja del electrodo a la pieza.

Submerged Arc Welding (SAW), Soldadura por Arco Sumergido: Un proceso de soldadura por arco mediante el cual los metales son unidos por un arco o arcos entre un electrodo metalico solido desnudo y la pieza. La proteccion es suministrada por un fundente granular, material fusible usualmente llevado a la pieza desde una tolva de fundente. El metal de relleno proviene desde el electrodo y algunas veces desde un segundo alambre cinta de relleno.

T –Joint, Junta – T: Una junta producida cuando dos miembros son ubicados aproximadamente a 90º uno al otro en la forma de una “T”.

Thoriated Tungsten, Electrodo de Tungsteno Aleado con Torio: Electrodo de Tungsteno para el proceso GTAW con pequeñas cantidades agregadas de Torio. Mejora el encendido del arco y suministra el uso de un rango más amplio de corriente.


Three – Phase, Tri- Fasica: Cuando un circuito electrico entrega tres ciclos dentro de un lapso de tiempo de 360º, y los ciclos son de 120º eléctricos separadamente, es un circuito de fase triple.

TIG, GTAW: Termino abreviado de Tungsteno y Gas Inerte (TIG), Soldadura por arco con electrodo de tungsteno y proteccion de gas (GTAW), (termino normalizado por la AWS).

Torch, Antorcha: Un dispositivo usado en el proceso GTAW para controlar la posicion del electrodo, para transferir la corriente al arco, y para dirigir el flujo de gas de proteccion.

Transverse, Transversal: Una medicion realizada a traves de un objeto, o básicamente en o próximo a un angulo recto para una medicion longitudinal.

Travel Angle, Angulo de Avance: El angulo al cual la antorcha se posiciona desde la perpendicular en la medida que la soldadura progresa. Los ángulos de avance son usualmente de 5º a 15º.

Tungsten, Tungsteno: Elemento metalico raro con punto de fusión extremadamente alto (3410ºC). Usados en las fabricacion de los electrodos de Tungsteno.

Undercut, Socavacion: Una ranura fundida en el metal base usualmente a lo largo de los bordes de una soldadura. La socavacion tambien puede ocurrir en cualquier lado del primer pase de una soldadura de penetracion completa, tal como una soldadura de ranura abierta en una junta a tope. La socavacion produce un punto débil en la soldadura, si excede el criterio de aceptacion para la socavacion es considerado un defecto, y debe ser reparado. E l proceso GTAW, es un proceso excelente para arreglar este tipo de defectos.

Vertical Position, Posicion Vertical: Cuando el eje de la soldadura esta entre 15º 80º y la rotación de la cara esta entre 80º - 280º para soldaduras de ranura o 125º - 235º para soldaduras de filete, la posicion de la soldadura se considera que es la posicion vertical. Cuando el angulo del eje se incrementa entre 801 – 90º, la rotación de la cara puede ser cualquier angulo desde 0º - 360º tanto como para soldaduras de ranura como de filetes.

Voltage, Voltaje: La presion o fuerza que empuja a los electrones a traves de un conductor. El voltaje no fluye, pero provoca al amperaje o corriente que fluya. El voltaje algunas veces se denomina fuerza electromotriz (FEM) o diferencia de potencial.

Weld Metal, Metal de Soldadura: El alambre o varilla de relleno y metal base que fue fundido mientras la soldadura se estaba soldadura.

realizando. Esto forma el cordón de


Curso GTAW Miller, en Español.pdf

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