TEMA 1: Introducción. Soldadura: es la unión de dos piezas de metal llevada a cabo por medio del calentamiento, el rozamiento o la presión de ellas y la aportación o no de metal, pudiendo ser las piezas del mismo material o de materiales distintos. Hoy en día existe una gran cantidad de técnicas de unión y hay que seleccionar la más adecuada para cada tipo de trabajo teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
El material o materiales a unir y su soldabilidad. Tamaño y complejidad de la soldadura Lugar de fabricación: taller o campo Estimación de costes Aplicaciones Capacitación de soldadores.
TEMA 2: Arco eléctrico. El arco eléctrico es una chispa que salta sin interrupción, entre dos conductores separados ligeramente, por donde pasa la corriente que se manifiesta con gran desprendimiento de luz y calor. El arco eléctrico puede dividirse en 3 partes distintas: el cátodo desde el cual se liberan los electrones que pasan a través del plasma para llegar al ánodo. •
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Para conseguir ese proceso se necesita que el electrodo tenga una temperatura muy alta y una composición adecuada para la emisión de electrones. El área del cátodo es una parte crítica del arco y su estado determinará en un alto grado la estabilidad del arco. El área del ánodo es la parte de la superficie del electrodo positivo donde los electrones pasan del arco plasma a la superficie del electrodo, esto puede ocurrir independientemente de la temperatura y material en la superficie del electrodo. El área del ánodo no es tan importante para la estabilidad del arco. El plasma es la parte de aire o gas entre los electrodos, que es conductora de la intensidad y tiene una temperatura muy alta. (Min 3000ºC).
Propiedades del arco eléctrico. 1. Proporciona alta densidad de calor (de 3000ºC hasta 20 000ºC)
2. Se puede controlar con parámetros eléctricos. 3. Elimina oxidos superficiales. 4. Existe en un medio conductor gaseoso (plasma) Como efectos no deseados del arco están las radiaciones: • • •
Los rayos luminosos producen deslumbramientos e irritaciones de los ojos. Los rayos infrarrojos producen quemaduras en la piel. Los rayos ultravioletas se acumulan en el organismos y queman la piel y los ojos.
Encendido del arco. 1. Encendido por contacto: consiste en tocar la superficie del metal base con un electrodo y a continuación levantar la varilla ligeramente hasta establecer el arco. 2. Encendido sin contacto: se produce una chispa que preioniza el espacio entre los polos, el arco se enciende a una distancia de 2 a 3 mm. Es muy útil para evitar la contaminación del electrodo. Polaridad y sus características. Polaridad inversa: La zona que más se calienta es la anódica, los iones positivos al chocar con el cátodo producen la rotura de la capa de óxido facilitando su eliminación. - Los cordones son poco anchos, pero con mayor penetración. - Acumulación de calor en el electrodo, que puede provocar su sobrecalentamiento y rapido deterioro - Se produce el fenómeno de decapado o limpieza de óxidos facilitanto el soldeo de aleaciones de aluminio y manganeso. Polaridad directa: Cuando se conecta el electrodo al polo negativo y las piezas a soldar al positivo. - Las piezas se calentarán más intensamente. - Cordones más anchos y con menor penetración - El electrodo soportará intensidades mayores que si estuviese conectado al polo positivo, ya que se calienta menos. Corriente alterna: El electrodo actua de ánodo durante medio ciclo y de cátodo durante el otro medio, produciendose este efecto alternativamente. Sin embargo, no siempre es fácil mantener un arco en corriente alterna, ya que la tensión está variando continuamente, para poder mantener el arco es necesario que la tensión sea mayor que un valor mínimo. El arco en corriente alterna es más inestable que en corriente contínua.
Curva características del arco.
El arco eléctrico se puede considerar como un conductor gaseoso y la relación existente entre el voltaje y la intensidad de corriente se llama "característica del arco"
TEMA 3: Fuentes de alimentación. Las fuentes de energía se encargan en transformar o convertir la corriente eléctrica de la red en otra alterna o contínua, con una intensidad y una tensión adecuadas para la estabilización del arco. Esas fuentes de energía se clasifican de forma genérica en transformadores, rectificadores, convertidores e inversores. El transformador tiene como misión modificar los valores de la tensión e intensidad de la corriente alterna. Es una máquina estática, en la que se introduce una corriente alterna y obtenemos otra corriente alterna en su salida. La potencia y frecuencia de entrada y salida son identicas pero la intensidad y el voltaje son diferentes. Los convertidores están formados por un motor y un generador de corriente, el motor puede ser eléctrico o de combustión y el generador de CC o de CA. Su finalidad de los rectificadores es convertir una corriente alterna en una continua y basan su
funcionamiento en los diodos semiconductores que son los que llevan a cabo la rectificación. Tienen menor peso, menor coste y menor nivel de ruidos que los convertidores Características eléctricas. Intensidad de la corriente: En general, a mayor intensidad, mayor penetración del cordón de soldadura sobre el metal base, sin embargo, demasiada intensidad forma mordeduras y proyecciones. Tensión eléctrica: se debe generar una diferencia de potencial lo suficientemente grande para que se establezca el flujo de electrones. Resistencia: Varía segun la longitud del arco. La corriente y el voltaje reales obtenidos en el proceso de soldeo vienen determinados por la intersección de las curvas características de la máquina y la curva característica del arco. El punto intersección es el punto de trabajo, definido por la intensidad y voltaje de soldeo.
Fuente de energía de intensidad constante: una máquina de soldeo por arco de intensidad constante es aquella que nos sirve para ajustar la corriente de arco y que tiene una característica estática que tiende a producir una intensidad de corriente relativamente constante Intensidad de cortocircuito Icc: Es la intensidad máx que suministra la fuente, cuando se ceba el arco se produce un cortocircuito, en este momento se anula la tensión y la intensidad que circula es la máx Icc, gracias a esto se calienta el electrodo y se puede cebar el arco. Tensión de vacío Vo: Es la máxima tensión que puede suministrar la fuente y es la tensión existente en los terminales de la máquina cuando no está soldando.
Fuente de energía de tensión constante: Una máquina de soldeo por arco de tensión constante es aquella que nos sirve para ajustar la tensión en el arco y que tiene una curva carácteristica que tiende a producir una tensión de salida relativamente constante.
Estabilidad de arco en los procesos principales. Soldadura electrodo revestido: Existe una regulacion de mayor corriente de arranque en cierto porcentaje de la corriente de soldeo, una vez encendido el arco la intensidad se mantiene estable. Soldeo TIG: En los procesos TIG y plasma se prefieren las curvas de pendiente vertical. Adicionalmente existe un programa de operación que sincroniza la intensidad de inicio, intensidad de soldeo y la intensidad final. Procesos MIG/MAG: Las curvas planas son las más adecuadas para estos procesos, debido a la alta densidad de corriente que circula por el alambre electrodo, el cual es alimentado automáticamente. La velocidad de alimentación está sincronizada con la intensidad de corriente, a mayor velocidad de alambre habrá mayor intensidad. Arco sumergido: En las máquinas de arco sumergido, la velocidad de alambre es casi constante y se regula automaticamente en la máquina. Además en algunas fuentes automáticas se ajusta la distancia entre la boquilla y la chapa mediante un palpador o seguidor. El punto de operación. Proceso con electrodo: El punto de funcionamiento dependerá de la habilidad del soldador para mantener un arco corto. El arco largo es perjudicial por las proyecciones y defectos en el cordon de soldadura y la estabilidad del arco se refleja en la mínima variación de la tensión de arco. Proceso MIG/MAG: En los procesos semiautomáticos la altura del arco es constante debido a la regulación interna de la fuente de energía, esto es posible por la curva de característica plana. La tecnología inverter. Es la fuente de energía de última generación, estos equipos rectifican la corriente alterna de la red, la corriente continua resultante es transformada en corriente alterna de alta frecuencia y de onda cuadrada mediante un banco de transistores, esto les permite tener un transformador bastante más reducido. La ventaja principal es la reducción de peso de la fuente de energía, se utilizan para procesos a tensión constante o a intensidad constante, especialmente adecuados para soldadura TIG. Fuentes sinérgicas. En estos equipos el soldador selecciona el punto de operación dando los datos de diámetro de alambre, tipo de metal, etc...
Con estos datos el programa determina un punto de operación inicial de intensidad, velocidad de alambre y tensión, y este puede ser ajustado por el soldador para determinar el punto más óptimo. El factor de marcha o factor de operación es el porcentaje de tiempo durante un periodo cualquiera, en el que una fuente de energía, o sus accesorios pueden funcionar sin sobrecalentarse. Dependera de los parámetros de soldeo, cuanto mayor sea la intensidad de soldeo, menor será el factor de marcha de la máquina. Regulación de la corriente y tensión. Es conveniente controlar la corriente y la tensión con cierta regularidad con instrumentos tradicionales como el multímetro para contrastar mediciones. Medición de la tensión en vacío: se mide entre los bornes de salida de la fuente o entre la toma de tierra y el electrodo, la fuente debe estar encendida pero no se debe hacer arco ni cortocircuito con el electrodo. Medición de la tensión de cortocircuito: se mide entre los bornes de salida de la fuente. La fuente debe estar encendida, se debe hacer arco cortocircuito con el electrodo, pero sin hacer arco. Medición de la tensión de carga: Se mide entre los bornes de salida de la fuente, la fuente debe estar encendida y se deberá establecer el arco soldando con un electrodo. Medición de la tensión arco: se mide entre el portaelectrodo y la chapa del metal base mientras que se esta soldando, la diferencia con la tensiom de carga es una caida de tension causada por la resistencia de los cables. Selección de una fuente de energía Se deben considerar: • tipo de corriente necesaria (contínua o alterna) • intensidad de corriente necesaria para los trabajos de soldadura a realizar • tensión de vacío • ciclo de carga (para la intensidad de corriente necesaria) • Tipo de curva característica de la fuente • condiciones especiales de funcionamiento.
TEMA 4: Soldadura por arco protegido por gas. La función del gas de protección es desplazar el aire de la zona de soldadura para proteger al metal fundido, el baño de fusión y el electrodo, para evitar su oxidación y/o contaminación. Se emplea en los procesos TIG, PAW, MIG/MAG, FCAW. Cuando la protección del gas no es la adecuada: • El oxígeno puede formar óxidos con otros elementos que dan lugar a exceso de escoria o inclusiones en la soldadura • También puede combinar con el carbono en el baño de fusión formando monoxido de carbono y produciendo porosidad.
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El nitrógeno puede producir porosidad durante el enfriamiento del cordón de soldadura. La humedad del aire, al disociarse, libera hidrógemo que puede dar lugar a porosidad y fisuración.
Otra función importante de los gases de protección es la de facilitar la transferencia del material en la soldadura por arco, ionizándose para permitir el establecimiento del arco y la formación de la columna de plasma. Los gases de protección también afectan a la estabilidad de arco, cantidad y calidad de humos, penetración y tipo y tamaño de cordón, velocidad y costos de soldadura. En otras aplicaciones, además del gas de protección se utilizan otros gases: • Gas de respaldo: Para proteger la parte posterior de la soldadura. • Gas de arrastre: Para aplicaciones automáticas, donde la velocidad de soldadura es elevada y el cordón deja de estar protegido estando a una temperatura alta.
Un gas se denomina activo por que reacciona químicamente de alguna forma a la temperatura del arco, al contrario que los gases inertes que permanecen inalterables en cualquier circunstancia. Una mezcla de gases es activa siempre que alguno de sus componentes lo sea. Propiedades gases de protección. Energía de ionización: al establecerse un arco eléctrico, el gas circulante se ioniza y se forma la columna de plasma, o los gases formados con más de un átomo se disocian. Para conseguir estos fenómenos de ionización y disociación es necesario suministrar al gas una energía, denominada energía de ionización. Cuanto mayor sea la energía de ionización de un gas más dificil será el establecimiento del arco, mayor la dificultad de cebado y menor la estabilidad del arco, pero mayor será la energía que se aporte a la pieza Densidad: Cuanto mayor sea la densidad, se requerirá menor caudal para obtener la misma protección. Conductividad térmica: Mide la facilidad con la que se trasmite el calor, cuanto mayor sea, la
distribución de temperaturas en el arco es más homogénea, dando lugar a cordones más anchos y penetración más uniforme. Características del Argón: - Eficiente protección debido a su alta densidad: es 1,4 veces más pesado que el aire, por lo que cubre bien el área de soldadura - Cebado de arco: más fácil de cebar el arco en argón que en helio o CO2 por la menor energía de ionización del argón. - Estabilidad del arco: al tener una baja energía de ionización, origina arcos estables y tranquilos con pocas proyecciones. - Coste: más barato que el helio pero más caro que el CO2 - Eficiente en pequeños espesores - Forma del cordón y penetración: tiene una conductividad térmica más baja que el helio, por lo que el calor se concentra en la zona central del arco, produciendo penetraciones de aspecto característico Características del Helio: - Potencial de ionización elevado: aporte térmico muy elevado. - Alta conductividad térmica: por lo que la columna de plasma es ancha y se obtienen cordones anchos, se solda a gran velocidad. - Muy baja densidad: es necesario usar mayores caudales de gas para eliminar el aire de la zona de soldadura y tener mayores precauciones con las corrientes de aire. - Aplicaciones : • Soldeos de grandes espesores • Soldaduras automatizadas y robotizadas donde se puedan emplear grandes velocidades • Soldeo de materiales de gran conductividad, reduciendo así la necesidad de precalentamiento. Inconvenientes: • Poca estabilidad de arco en comparación con el argón • No es muy económico por el gran caudal que requiere debido a su baja densidad • En muchas ocaciones se añade helio al argón para aumentar el aporte térmico y la penetración. Características del Dióxido de Carbono: - Su conductividad térmica y energía de ionización son bajos - Poca estabilidad de arco en comparación con el argón - Se utiliza mezclado en pequeñas proporciones en la soldadura GMAW (MAG) de los aceros al carbono y de los aceros inoxidables, ya que ayuda a incrementar la estabilidad del arco y a bajar la tensión superficial del metal fundido, y se obtienen cordones más planos. Ventajas: • Bajo coste • Gran penetración • Alta velocidad de soldeo Inconvenientes: • Se producen gran cantidad de salpicaduras • La superficie de los cordones queda ligeramente oxidada
Adición de gases al gas de protección. Efecto de las adiciones de oxígeno:
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Se utiliza como aditivo del argón en el soldeo MAG y FCAW Estabiliza el arco Baño de fusión más fluido Mejora el aspecto del cordón Nunca se debe utilizar por encima del 8% porque se produciría oxidación del metal fundido
Efectos de las adiciones de hidrógeno: • Solamente se utiliza aditivo del argón en el soldeo TIG y PLASMA (MAX 5%) • Aumenta el aporte térmico • Permite aumentar lavelocidad de soldadura • Aumenta la anchura y penetración del cordon Efecto de las adiciones de nitrógeno: • Se usa casi exclusivamente en el soldeo del cobre y sus aleaciones. • Bajo coste • Aumenta la penetración y anchura del cordón • Aumenta el aporte térmico
Gas de apoyo. Gas de respaldo: la soldadura de tuberías o tanques de aceros inoxidables, donde se pueden producir defectos debido a una falta de protección adecuada en la pasada de raíz. Gas de arrastre: la soldadura mecanizada donde debido a la elevada velocidad de soldadura el cordón deja de estar protegido rápidamente y hay que poner una protección adicional.
TEMA 5: Soldadura MIG/MAG. Es un proceso en el cual el calor necesario para la soldadura es generado por un arco que se establece entre un electrodo consumible y el metal que se va a soldar. El electrodo es un alambre sólido desnudo que se alimenta de forma contínua automaticamente y se convierte en metal depositado, según se consume. El electrodo, arco, metal fundido y zonas adyacentes del metal base quedan protegidas de la contaminación de los gases atmosféricos mediante un flujo de gas que se aporta por la boquilla del soplete. Ventajas del proceso: • Es el único proceso con arco eléctrico y electrodo consumible que puede soldar todos los metales y aleaciones que se utilizan comercialmente. • La soldadura puede hacerse en todas las posiciones • Las velocidades de deposición son mucho más elevadas que las que se consiguen en el proceso de electrodo revestido • Puede adaptarse fácilmente a la soldadura robotizada
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Puede utilizarse en soldaduras de gran longitud sin paradas Limpieza mínima despues de la soldadura por la falta de escoria
Limitaciones del proceso: • El equipo es más complejo que el utilizado para el proceso de electrodo revestido • Mayor dificultad que el electrodo revestido para acceder a uniones dificiles ya que es necesario acercar el soplete 10 a 20 mm para segurar que el arco esta protegido por el gas • La soldadura debe protegerse del viento y de las corrientes de aire que pueden arrastrar el gas. Tipos de transferencia. 1. Desprendimiento de gotas del electrodo y moviéndose a través del arco hasta llegar a la pieza 2. Las gotas de metal se transfieren cuando el electrodo contacta con el metal fundido depositado por soldadura. Los factores que influyen en los tipos de transferencia son: • Intensidad de soldadura • Diámetro y composición del electrodo • Longitud del electrodo entre la punta de contacto y el arco • Longitud de arco o voltaje • La composición del gas de protección.
ARCO CORTO. La transferencia de metal tiene lugar cuando el electrodo entra en contacto con el metal base La relación entre la velocidad de fusión del electrodo y su velocidad de alimentación hace que se alterne de modo intermitente el arco eléctrico y el cortocircuito entre el electrodo y el metal base. Cuando el alambre toca el metal base, se produce el corto circuito y durante ese tiempo no hay arco, la intensidad comienza a fluir a través del alambre y a elevarse, produciéndose el calentamiento del alambre, formándose la gota que se transdfiere al baño de fusión. La transferencia por arco corto se obtiene con bajos niveles de intensidad, este modo está especialmente indicado para: • Soldadura en todas las posiciones • Soldadura de espesores delgados, dado que su aporte térmico es bajo
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Para espesores gruesos se emplea con menor frecuencia, y habría que tener cuidado con los parámetros para garantizar la fusión requerida.
Para bajas intensidades se puede utilizar CO2 pues da un arco más caliente que con argón y como tenemos bajas intensidades no tendremos muchas proyecciones. Si queremos incrementar las velocidades de deposición y de soldadura vamos a una solución mezcla. Reduciendo la cantidad de CO2 en la mezcla, el baño se hace más fluido y más fácil de controlar, se reduce la posibilidad de traspasar. Se trabaja mejor en espesores delgados. ARCO GLOBULAR. Se caracteriza por la formación de una gota relativamente grande de metal fundido en el extremo del electrodo. Esta gota se va formando y sosteniendo por el efecto de la tensión superficial. El arco está soltando continuamente entre la parte de la gota que está más próxima al metal Cuando la fuerza de la gravedad supera a la fuerza de tension superficial, la gota cae, golpea en el metal base, salpicando y produciendo las salpicaduras. A diferencia de la transferencia con arco corto, hay arco eléctrico la mayor parte del tiempo. Características: • Este modo de transferencia tiene lugar cuando el voltaje e intensidad exceden a los de arco corto • Admite el CO2 como gas de protección • Cuando se está empleando gas mezcla (ar-co2) la transferencia globular se obtiene cuando el voltaje y la intensidad estan por debajo del rango del arco largo. • En transferencia globular el tamaño de gota es de 2 a 4 veces el diámetro del alambre. • Se producen grna número de salpicaduras. • Baja eficiencia del proceso para similares velocidades de alimentacion de alambre • Velocidades de soldadura menores que en arco corto o arco largo • Tamaño de cordon menores que en arco corto o arco largo • Se pueden llegar a producir hasta un 10-15% del metal soldado en salpicaduras • La transferencia globular no es un proceso usualmente empleado debido a su baja eficiencia. ARCO LARGO. Las gotas son iguales o menores que el diámetro del alambre y su transferemcia se realiza desde el extremo del alambre al baño fundido en forma de una corriente axial de gotas finas de cientos por segundo Las gotas saltan una detrás de otra, no están interconectadas. En la transferencia por arco largo, el extremo del alambre tiene forma de punta. La densidad de corriente es muy elevada, las gotas son aceleradas por el campo magnético en vez de transferirse por gravedad y son absorbidas dentro del baño de fusión en vez de salpicar. Tiene ventajas en espesores gruesos y posición horizontal y en cornisa.
Todos los aceros y mayoría de otros metales pueden soldarse con arco largo. Los gases y mezclas que se pueden usar en arco largo tienen un contenido inferior de gases activos que los empleados en arco corto La mayoría contiene 85-90% de argón siendo el resto componentes de co2 y o2, aunque a veces se le añade helio para incrementar la energía del arco. Es un proceso limpio y de elevada eficiencia donde se pueden utilizar todos los tipos de alambres. Intensidad de transición (arco largo): Con unos adecuados parámetros de soldadura y gas de protección, el tipo de transferencia puede cambiarse de globular a arco largo. Para ello se deben superar unos valores de voltaje e intensidad mínima dependiendo del gas, del diámetro de alambre y de su composición química, a esta intensidad mínima se le llama intensidad de transición. ARCO PULSADO. La transferencia por arco pulsado se realiza mediante arco largo, pero se produce en pulsos e intervalos regularmente espaciados en lugar de suceder al azar como ocurre en la transferencia por arco largo. Este tipo de transferencia se obtiene cuando se utiliza una corriente pulsada, que es la composición de una corriente de baja intensidad, que existe en todo momento (cte) y se denomina corriente de base, y un conjunto de pulsos de intensidad elevada llamada corriente de pico. El resultado neto es producir una transferencia que combina el bajo input térmico asociado con la transferencia por arco corto, con la limpieza, sin salpicaduras y buena penetración asociada al arco largo. Esto permite soldar secciones inferiores a 3 mm sin proyecciones, obtener menores deformaciones y soldar en todas las posiciones.
INSTALACIÓN.
SOPLETES. Es necesario que el alambre se mueva a través del soplete a una velocidad predeterminada. Debe ser diseñado para transmitir la intensidad al alambre y dirigir el gas de protección Pueden estar refrigerados por agua o aire, y disponen de los controles de alimentación de alambre y gases de protección. Se comercializan de muchos tipos: soldadura manual, automatica, para altas intensidades refrigerados por agua, y ligeros sin refrigeración. Los elementos más importantes de estos sopletes son: boquilla de gas, punta de contacto, conducto de alimentación o guía, cable de energía, manguera de gas y agua e interruptor. • Boquilla de gas (tobera): dirige el flujo del gas y es de cobre o cobre/berilio. Tiene un diámetro interior entre 10 y 20mm y pueden estar refrigerados por aire (Gas protección) o por agua. Se deben seleccionar la boquilla adecuada para cada aplicación • Punta de contacto: Es de cobre o de aleaciones de cobre, transfiere la intensidad de soldadura al alambre y dirige este hacia el metal base. Está conectada a la fuente de alimentación por el cable de energía. La parte interior debe tener una superficie lisa y la punta de contacto debe estar firmemente fijada al soplete y centrada en la boquilla de gas. En algunas aplicaciones, el tubo de contacto está doblado con la intención de garantizar el contacto eléctrico con el alambre en movimiento • Conducto de alimentación o guía: Se recomienda de acero cuando se va a utilizar con alambres duros y de nylon o teflón si se va a utilizar con alambres blandos como aluminio o magnesio. • Cables y mangueras: llevan la energía y gas y el agua de refrigeración de la fuente de suministro al soplete. • Interruptor: Suele tener forma de gatillo en los sopletes manuales, actúa para comenzar o detener la alimentación de alambre.
Los sopletes refrigerados por agua son similares a los no refrigerados, incorporando los conductos que permitan la circulación del agua hasta la boquilla, el agua hace que se produzcan menor adherencia de salpicaduras a la boquilla. En la elección de la refrigeración influyen el tipo de gas, intensidad y voltaje. Utilizando CO2 se calienta menos el soplete que con mezclas de argón, sim embargo, influye más en la cantidad de calor transferido el diseño de la unión que el gas empleado. Los sopletes refrigerados por aire sueldan en un rango de 250-300 A y los refrigerados por agua se emplean para intensidades entre 200 y 750 A. ALIMENTADOR DE ALAMBRE. En la mayoría de los alimentadores la velocidad es establecida antes de que comience la soldadura y se utilizan con fuentes de alimentación de característica plana (voltaje constante). La alimentación se comienza o finaliza actuando sobre el interruptor situado en el soplete. Existen alimentadores con velocidad variable pero para el caso de alambres de grandes diametros (< 1,6mm) donde las velocidades de alimentación son más bajas. En este caso la fuente de alimentación debe ser de característica descendente (intensidad constante). Los sistemas de alimentación pueden ser devarios tipos que depende del tamaño y composición del alambre y de la distancia del carrete de alambre al soplete. La mayoría de los sistemas son de empuje, pero si la distancia entre el carrete y la pistola es muy grande se usa el sistema de arrastre, el sistema combinado es conocido por "PUSHPULL" Los rodillos utilizados son normalmente uno plano y otro en bisel, en forma de V, para materiales duros como el acero, o en forma de U, para materiales como el aluminio. La selección del rodillo es también en función del diámetro del alambre. FUENTE DE ALIMENTACIÓN. Debe ser capaz de suministrar altas intensidades (< 500A) y suministrar corriente contínua, las fuentes de energía recomendada es una fuente de tensión constante.
Todos los equipos de potencial constante tienen al menos la posibilidad de seleccionar la intensidad y el voltaje. (la intensidad se ajusta por medio de la velocidad de alimentación de alambre y el voltaje se selecciona directamente en el equipo o por control remoto) Incrementando la velocidad de alimentación del alambre se incrementa proporcionalmente la intensidad de modo que sea suficiente para fundir el alambre y depositarlo en el baño de fusión. El voltaje ajusta la longitud de arco. La distancia entre el extremo de la punta de contacto y el extremo del alambre se llama longitud de alambre, es un parametro importante y puede afectar al precalentamiento del alambre y a nivel de intensidad. Cuando la longitud de alambre se aumenta, la intensidad de arco disminuye lo que ayuda a mantener la punta de contacto más fría a elevadas velocidades de deposición. Esto es de gran ayuda para controlar la penetración, si aumentamos la longitud de alambre, más material podrá depositarse sin traspasar trabajando con chapas delgadas. La longitud de alambre también afecta a la protección del gas, si se incrementa en exceso puedo reducirla protección del baño de fusión. La alimentación de gas puede hacerse desde la botella de gas comprimido o desde un suministro centralizado, cuando se hace desde una botella, es necesario conectar a la válvula de ésta un regulador-caudalímetro que permita graduar el nivel de gas de protección para cada aplicación. Cuando la alimentación de gas es canalizada el gas llega hasta el puesto de trabajo desde donde se regula el gas necesario para cada aplicación. Antes de llegar al soplete, el gas pasa por la electroválvula que actúa dejándolo pasar durante el tiempo de soldadura e interrumpiendo su paso cuando no se está soldando. El gas llega al solplete mediante un conducto flexible desde la electroválvula, y a través de él llega al baño de fusión. Cuando se suelda con intensidades superiores a 250-300A es preciso utilizar sopletes refrigerados por agua. Variables del proceso.
Intensidad: Manteniendo las otras variables constantes, un incremento de intensidad tendrá efecto en: • Un incremento en la profundidad y anchura de la penetración • Un incremento en la velocidad de deposición • Un incremento en la dimensión del cordón de soldadura. Polaridad: Las MIG/MAG usan corriente contínua polaridad invertida, con esta conexión se puede obtener un amplio rango de intensidades, un arco estable, unas transferencias de metal suaves, bajas proyecciones y unos cordones de buenas características y con la penetración adecuada. Voltaje de arco: La longitud de arco y el voltaje de arco están relacionados de forma que un aumento de éste ocaciona un aumento proporcional de aquel. El voltaje de arco depende también del tipo de alambre o del gas. Cuando se incrementa la longitud de arco, se obtiene una zona fundida más amplia, menos profunda y con el cordón más ancho y plano que con arco corto. Los arcos muy largos (alto voltaje) ocacionan mala protección e inestabilidad, dando origen a porosidad, mordeduras y proyecciones. Los voltajes muy bajos dan lugar a zonas fundidas muy pequeñas y cordones estrechos. Velocidad de soldadura: Si la velocidad baja, el material aportado y el calor por unidad de longitud aumentan, sin embargo la penetración a bajas velocidades disminuye por que el arco incide sobre elbaño fundido en vez de sobre el metal base. Si la velocidad es mayor que la idónea, disminuye el tamaño del cordón, hay menor penetración y se provocan mordeduras. Longitud de alambre: Esta variable tiene bastante importancia para el soldeo y en especial para la protección del baño de fusión. Cuando aumenta el extremo libre del alambre la penetración se hace más débil y aumenta la cantidad de proyecciones y la protección del gas puede ser menor. Son longitudes aceptables de arco entre 6 y 13 mm para arco corto y entre 13 y 25 para arco largo. Diámetro del electrodo: La velocidad de respuesta del electrodo a los cambios de longitud del arco es mayor cuanto menor es el diámetro del electrodo, puesto que es más fácil su fusión. Esto mejora la capacidad de autoregulación y por tanto el arco es más estable. Además hay mayor penetración, puesto que al ser el diámetro menor aumenta la densidad de corriente y a igualdad de intensidad habrá mayor concentración de calor con un electrodo más fino y por tanto un cordón más estrecho y profundo. Orientación de alambre: Con respecto a la dirección de avance a soldar, afecta al tipo de cordón y a la penetración, también afecta al tipo de cordón y a la penetración.
CONSUMIBLES: Se busca un metal soldado de calidad y con las propiedades mecánicas y físicas iguales o superiores a las del metal base. Los alambres empleados son de pequeños diámetros. Se suministran en bobinas metálicas o de plástico de 5 a 15 kg o en bidones de 250 kg. El material de aporte es similar o idéntico en composición a los empleados en los demás procesos
de soldadura que emplean materiales desnudos. Aunque en otros casos, la obtención de buenas soldaduras y depósitos , requiere cambios apreciables o incluso la utilización de alambres completamente diferentes. Una de las modificaciones que con más frecuencia se hacen en los electrodos es la adición de desoxidantes, y otros agentes, para evitar la porosidad y la perdida de características mecánicas que puede producirse como consecuencia de la reacción con el CO2, oxígeno, nitrogeno o el hidrógeno. Los desoxidantes empleados en los electrodos de acero al carbono son el manganeso, silicio y aluminio. En las aleaciones de niquel y cobre, se emplea titanio y silicio. Metal cored (sin flux interior)
Flux cored
APLICACIONES: Permite su uso en la mayoría de los metales y aleaciones. En general, no son soldables los metales de bajo punto de fusión: plomo, estaño, zinc, cosa que sucede para cualquier proceso de soldadura por arco. En cuanto a los espesores, es útil en un rango amplio de los mismos, desde 0,5mm sin haber un máximo.
Si nos
referimos a la posición de soldadura, esta técnica se considera la más versátil.
Defectos:
TEMA 6: Soldadura por arco con electrodos revestidos. Llamada comunmente soldadura manual (también se le conoce como SMAW, shielded metal arc welding), es un proceso en el que la fusión del metal se produce por el calor generado en un arco eléctrico entre el extremo del electrodo y el metal base de la unión a soldar. Es un proceso muy extendido debido a su versatilidad, además que tiene una maquinaria sencilla y transportable y relativamente barata. Puede ser usada encualquier posición, y se puede aplicar con restricciones de espacio, no necesita de la conducción de gases ni de agua de refrigeración. Se puede utilizar en todo tipo de juntas e uniones.
Principios del proceso: el procedimiento consiste en establecer un circuito eléctrico cerrado que requiere una fuente de corriente adecuada dotado de dos terminales. Uno conectado por medio de un cable al portaelectrodo, donde está la pinza que sujeta al electrodo y el otro conectado a través de un cable de retorno y una pinza de masa a la pieza. El circuito se cierra a través del arco que salta entre extremo del electrodo y el punto de soldeo en la pieza. El proceso se inicia con el cebado de arco, operación que consiste en tocar (por breves instantes) la pieza con el extremo libre del electrodo, cerrandose durante ese momento el circuito. El paso de corriente genera el calentamiento del punto de contacto y de las zonas inmediatas, sobre todo el extremo del electrodo. La temperatura alcanzada por el electrodo es suficiente para que una vez que se separa el electrodo de la pieza se produzca una fuerte emisión de electrones lo que genera una atmósfera ionizada que permite el paso de corriente a través del aire. De esta manera los electrones emitidos por el electrodo incandescente más el torrente de ellos conducidos por la corriente se proyecta sobre el ánodo provocando su fusión parcial y produciendose así el salto de arco. Ventajas y limitaciones: Las ventajas son: • El equipo de soldeo es sencillo, económico y portátil. • No es necesaria protección adicional mediante gases auxiliares o fundentes. • Es menos sensible al viento y a las corrientes de aire que en los arco con protección gaseosa. • Se puede emplear en cualquier posición incluso con restricciones de espacio. • Aplicable para una gran variedad de espesores y para la mayoría de metales y aleaciones de uso normal. Las limitaciones son: • Proceso lento • Requiere gran habilidad por parte del soldador • No es aplicable a metales de bajo punto de fusión como el plomo o estaño. • No es aplicable a espesores inferiores a 2mm • No resulta productivo para espesores mayores de 38mm.
Diámetro electrodo: Se deberá seleccionar el mayor diámetro posible que asegure los requisitos de aporte térmico y que permita su fácil utilización. Teniendo en cuenta los siguientes factores: la posición, el espesor del material y el tipo de unión. Los electrodos de mayor diámetro se seleccionan para el soldeo de materiales de gran espesor y para el soldeo en posición plana, debido a sus mayores tasas de deposición. En posición cornisa, vertical y bajo techo conviene utilizar electrodos de menor diámetro. En el caso de soldeo con pasadas múltiples, el cordón de raíz conviene efectuarlo con un electrodo de pequeño diámetro, de esta forma se consigue mayor acercamiento al fondo de la unión y se asegura mayor penetración, para completar la unión se elijen electrodos de mayor diámetro. Cuando se requiera un aporte térmico bajo, se deberán utilizar electrodos de pequeño diámetro. Ya que el aporte térmico depende directamente de la intensidad, tension del arco y velocidad de desplazamiento, parámetros que a su vez dependen del diámetro del electrodo.
Intensidades : Cada electrodo posee un rango de intensidades en función del diámetro que en ningun caso se debe usar con intensidades mayores a las recomendadas. La intensidad a utilizar depende de la posición de soldeo y del tipo de unión. Longitud de arco: Depende de : • Tipo de electrodo • Diámetro electrodo • Posición de soldeo • Intensidad En general la longitud de arco debe ser igual al diámetro del electrodo. Es conveniente mantener siempre la misma longitud de arco, con objeto de evitar oscilaciones en la tensión e intensidad de corriente y con ello una penetración desigual Velocidad de desplazamiento: Debe ajustarse de tal forma que el arco adelante ligeramente al baño de fusión, cuanto mayor es
la velocidad de desplazamiento, menor es la anchura del cordón, menor es el aporte térmico y más rápidamente se enfría la soldadura. Con una baja velocidad de soldeo el cordón será ancho y convexo con poca penetración, ya que el arco reside demasiado tiempo sobre el material depositado en vez de concentrarse sobre el metal base. Tipo de corriente: Se puede realizar con corriente contínua como con alterna, la elección depende del tipo de fuente de energía disponible, del electrodo a utilizar y del material base. La elección de la polaridad con corriente contínua dependerá del material a soldar y del electrodo empleado, conviene recordar que se obtiene mayor penetración con polaridad inversa.
EQUIPO DE SOLDEO: Portaelectrodo: conduce la electricidad al electrodo y lo sujeta, para evitar un sobre calentamiento en las mordazas, estas deben mantenerse en perfecto estado. Se debe seleccionar un portaelectrodo adecuado según el diámetro de electrodo a utilizar. Conexión de masa: la conexión correcta del cable a masa es una consideración importante ya que puede provocar un soplo magnético si está mal conectada. La forma de sujetar el cable es también importante para el buen funcionamiento del equipo de soldeo. Característica de la fuente de energía: debe presentar una característica descendente (de intensidad cte), de esta manera la corriente de soldeo no se verá afectada, de manera considerable, por las variaciones en la longitud de arco.
Tipos de electrodos. 1. Electrodos desnudos: se utilizan para uniones de muy poca resistencia y en piezas de acero dulce, las soldaduras obtenidas tienen muy malas cualidades mecánicas. 2. Electrodos revestidos: formados por un alambre de sección circular uniforme, denominado alma, y el revestimento que es un cilindro que envuelve el alma. Tiene como función evitar
los inconvenientes del electrodo desnudo. Atendiendo a la relación entre el diámetro del alma y el revestimiento los electrodos se clasifican en: Delgados: protegen poco el metal fundido Medios: Mayor estabilidad de arco, permite soldeo con corriente alterna y protegen mejor al metal soldado. Gruesos: Permiten obtener la mejores cualidades del metal soldado.
Funciones del revestimiento. • Asegurar la estabilización de arco • Proteger al metal fundido de su contacto con el aire Su función primordial es asegurar una buena ionización entre el ánodo y el cátodo facilitando la estabilidad del arco. Cada tipo de electrodo tiene un potencial de ionización y por tanto una tensión de cebado que les caracteriza. Con corriente contínua es más fácil el mantenimiento del arco, ya que la propia temperatura del cátodo mantiene la ionización del medio pero en la corriente alterna el arco se apaga en cada semiperiodo por lo que se necesita la aportación de los vapores fuertemente ionizados, que mantengan la posibilidad de reiniciar el paso de corriente.
TEMA 7: Soldadura TIG. Este procedimiento (tungsten inert gas) utiliza como fuente de energía el arco eléctrico que se establece entre un electrodo no consumible y la pieza a soldar y como protección se utiliza un gas inerte. Ventajas: • Proceso adecuado para unir la mayoría de los metales • Arco estable y concentrado • Se ha automatizado para algunas producciones en serie • No se producen proyecciones • No se producen escorias • Produce soldaduras lisas y regulares • Se puede utilizar con o sin material de aporte. • Puede emplearse en todo tipo de uniones y posiciones • Alta velocidad de soldeo en espesores por debajo de 4 mm • Fuentes de energía económicas • No produce humos Desventajas: • La tasa de deposición es menor que la que se puede conseguir con otros procesos de soldeo por arco • Su aplicación manual exige gran habilidad por parte del soldador.
• • •
No resulta económico para espesores mayores de 6-8 mm Con presencia de corrientes de aire resulta dificil obtener una protección adecuada Mayor cantidad de radiación ultravioleta
Caracteristicas del proceso: • Soldaduras de alta calidad, con una pureza metalúrgica, exentas de defectos y buen acabado superficial. • El proceso TIG puede utilizar para el soldeo de todos los materiales • Proceso ideal para las soldaduras de responsabilidad • Como no resulta económico para espesores mayores de 6-8 mm, en esos caso solo se utiliza para efectuar la pasada de raíz.
PRINCIPALES PARÁMETROS DE SOLDEO
Selección del tipo de corriente Se puede usar tanto en corriente contínua como en alterna, dependerá del material a soldar. En el caso de corriente contínua la polaridad recomendada es la directa, la corriente alterna presenta dificultades de cebado y de estabilidad de arco. Intensidad de soldeo Conectando el electrodo al polo negativo se obtiene mayor penetración que conectándolo al positivo, esto es debido a que la polaridad directa admite soldeo con mayor intensidad ya que la temperatura del electrodo no supera los 3600ºC. Velocidad de soldeo Afecta tanto a la anchura del cordón como a la penetración aunque más al primero de ellos y es una variable importante a considerar en las aplicaciones automáticas. EQUIPO DE SOLDADURA. Una fuente de energía, un portaelectrodo, electrodo, cables de soldeo, botella de gas inerte y manguera para la conducción del gas. 1) Fuente de energía Debe presentar una curva característica de intensidad constante, así la corriente de soldeo se verá poco afectada por las variaciones en la longitud de arco. Fuente de corriente alterna • Transformador • Generador de impulsos de alta frecuencia • Protector • Filtro capacitivo • Válvula magnética del gas de soldeo • Módulo de control
Fuente de corriente contínua • Transformador • Rectificador • Ventilador • Controlador de agua de refrigeración • Válvula magnética del gas de soldeo • Módulo de control 2) Portaelectrodo Tienen la misión de conducir la corriente y el gas de protección hasta la zona de soldeo, pueden ser refrigerados por aire o agua El electrodo de wolframio se sujeta con una pinza en el cuerpo del portaelectrodo y la tobera conduce el gas de protección hasta la zona de soldeo. El electrodo ha de estar ben centrado dentro de la tobera para que el chorro de gas inerte proteja el baño de fusión. 3) Electrodos no consumibles En este proceso la única misión del electrodo es mantener el arco sin aportar material al baño de fusión y pueden ser de 3 tipos en función de su composición: • Wolframio puro (Punto de fusión 3400ºc), se usa con corriente alterna, ya que estos electrodos mantienen la punta en buenas condiciones y tienen buena estabilidad de arcoSe solda aluminio y sus aleaciones. • Wolframio aleado con torio (4000ºC), Se usa corriente contínua (aceros al carbono, de baja aleación, inoxidables, etc...), no pueden usar corriente alterna y son hasta un 15% más caros. • Wolframio aleado con zirconio (3800ºC), tienen características medias entre los dos anteriores, se usa corriente alterna y continúa, y es para soldaduras de materiales ligeros y se desea gran calidad. La forma del extremo del electrodo es muy importante para que el arco electrico sea estable, en general es preferible elegir un electrodo tan fino como sea posible. METALES DE APORTACIÓN No es siempre necesario cuando se sueldan piezas delgadas (>3mm), pero cuando se use es muy importante que este libre de contaminaciones, además el material deberá tener una composición química similar a la del material base. Otro método es la aportación de insertos consumibles que se utilizan para las pasadas de raíz realizadas desde un solo lado donde se requiere alto grado de calidad con el mínimo de reparaciones o cuando el soldeo se deba realizar en zonas de dificil accesibilidad. GAS DE PROTECCIÓN Helio Potencial de ionización elevado y alta conductividad, esto supone aporte térmico alto lo que conlleva a cordones de gran penetración, se puede realizar soldeo a gran velocidad. Se aplica en grandes espesores, soldeo automatizado donde se emplean velocidades altas, su
inconvenientes es la poca estabilidad del arco. Requiere un caudal elevado y resulta menos económico que el argón. Argón Gran protección por su alta densidad, tiene un cebado fácil al tener el argón una energía de ionización menor, buena estabilidad de arco y pocas proyecciones, idóneo para pequeños espesores. Mezclas helio/argón Ofrece prestaciones complementarias, con las adiciones de hidrógeno y nitrógeno se aumenta el aporte térmico y se aumenta la penetración del cordón de soldadura.
DISEÑO DE LA UNIÓN Tendrá como primera finalidad facilitar una accesibilidad adecuada y la preparación de bordes deberá ser adecuada asegurándose la eliminación de óxidos y escorias. TECNICAS ESPECIALES. TIG con arco pulsado Se utiliza cuando se requiera mayor control sobre el aporte de calor al metal base y una mejor calidad de soldadura, la corriente varía ciclicamente entre un nivel mínimo y uno máximo. El resultado al aplicarlo son una serie de puntos que se solapan hasta formar un cordón contínuo, reducido en deformaciones. Soldeo con alambre caliente Se utiliza para recargues y soldeo automatizado de piezas de gran espesor. APLICACIONES • • • • • •
Aceros inoxidables Aceros al carbono Aceros resistentes al calor Aluminio Magnesio Niquel y sus aleaciones
Soldeo TIG de aluminio Corriente alterna y alta frecuencia y protegiendo con argón Soldeo TIG de magnesio Corriente continua polaridad inversa y helio produce cordones anchos y pequeña penetración Corriente alterna con alta frecuencia se aplica mas generalmente hasta espesores de 6 mm con argon, helio o mezclas
Soldeo TIG de cobre y aleaciones Corriente contínua polaridad directa y hay que asegurarse que se dispone de una buena ventilación, humos de gran toxicidad. Soldeo TIG de aceros inoxidables Corriente contínua polaridad directa o corriente alterna y alta frecuencia Soldeo TIG de aceros al cabrono Cada vez más usado
TEMA 8: Soldadura por arco sumergido. Consiste en la fusión de un electrodo contínuo y desnudo protegido por la escoria generada por un fundente. Permite depositar grande volúmenes de metal de soldadura de excelenta calidad y a bajo coste, el procedimiento automático permite obtener grandes rendimientos de producción. El fundente protege el arco y el baño de fusión. Parte del flux o fundente se funde y protege al arco, lo que no se funde puede reciclarse en el proceso. Casi no existen pérdidas de metal por proyecciones, el rendimiento térmico es muy elevado. APLICACIONES, VENTAJAS Y LIMITACIONES. Se usa especialmente en el soldeo de grandes conjuntos por la alta tasa de deposición, la alta calidad de la soldadura, la gran penetración obtenida y la facilidad para la automatización. Muy usado en construccion naval, con aceros al carbono, de baja aleación y aceros inoxidables. Ventajas: • Actúa bajo la capa del fundente, evitando salpicaduras • Poco humo • Puede usarse en zonas expuestas a corrientes de aire o viento • Admite alta velocidad de soldadura y deposición • El flux actua como desoxidante para eliminar contaminantes del baño fundido • Penetración superior a otros procesos • El aspecto de la soldadura es muy bueno. Desventajas: • Necesario un dispositivo para el almacenamiento, alimentación y recogida del fundente • El fundente está expuesto a contaminaciones • No es adecuando para pequeños espesores
EQUIPO DE SOLDEO Fuente de alimentación Capaz de suministrar altas intensidades con un factor de operacion cercano al 100% • Corriente continua con característica de tensión constante • Corriente continua con característica de intensidad constante • Corriente alterna
PRODUCTOS DE APORTE Electrodos Alambres de composición química similar a la del material base, generalmente macizos. Los electrodos de aceros se recubren de cobre para evitar la corrosión, mejorar el contacto eléctrico y disminuir el rozamiento del hilo en el sistema de alimentación. Fundentes Limpian el baño y modifican la composición quimica de la soldadura si se requiere, suelen ser óxidos de diferentes sustancias: sodio, potasio, silicio, etc. • Fundentes fundidos: Buena homogeneídad, no hidroscopicos, permite el reciclaje y adecuados para trabajar a altas velocidades de soldadura. Sus inconvenientes son dificultad de añadir desoxidantes y ferroaleaciones por las altas temperaturas y tiene una intensidad máxima de uso de aprox 800A • Fundentes cohesionados: posible la adicion de desoxidantes y elementos de aleación y la escoria es facilmente eliminable pero tiende a absorber la humedad y está en desuso. • Fundentes mezclados mecánicamente: se consiguen a traves de la mezcla de dos fluxes o más fluxes y sus inconvenientes son las segregaciones durante el envasado almacenamiento o manipulación y en el sistema de alimentación o reciclaje. No muy usado actualmente. • Fundentes aglomerados: Presentan una superficie muy porosa, el embalaje debe ser estanco y el almacenamiento cuidadoso, se puede usar con alambres no aleados, su actividad química es muy variada y se divide en fluxes activos, neutros o aleados. PARÁMETROS DE SOLDEO Polaridad Se puede usar corriente contínua directa o inverta y también corriente alterna. Con corriente contínua polaridad inversa se obtiene mayor penetración, mejor aspecto del cordon y menor porosidad. Con corriente contínua polaridad directa se obtiene mayor tasa de deposición y menor penetración. La corriente alterna se usa en el soldeo "Tandem" en el que el primer alambre puede estar conectado con corriente contínua polaridad inversa y el segundo a corriente alterna.
Intensidad La intensidad de corriente determina la tasa de deposición y caracteriza la forma exterior del cordón. También influye en la penetración. Si se aumenta la intensidad manteniendo cte el resto de parametros: aumenta la densidad de corriente, aumenta la velocidad de alimentacion de hilo, aumenta la tasa de deposición. Si la intensidad se eleva en exceso: se produce mordeduras, arco errático y el cordon se hace muy estrecho y alto Tensión Variando la tensión se modifica la longitud de arco, afectando el ancho y la altura del cordón. Aumentando la tensión, aumenta la cantidad de escoria fundida y aumenta la anchura del cordón Diámetro de hilo Aumentando el diámetro: se produce menor penetración a una corriente dada, el arco se puede desestabilizar, más dificil establecer el arco y admite niveles de intensidad más elevados. Velocidad de soldeo Cuando la velocidad aumenta: la penetración disminuye, el tamaño del cordon se hace más pequeño, disminuye el mojado del baño sobre el material soldado, aumenta la tendencia a mordeduras, porosidad, sensibilidad... Si la velocidad es excesivamente lenta: La penetración se reduce, baño de fusión de tamaño excesivo con salpicaduras e inclusiones de escoria y el cordon tendrá un sobrespesor excesivo que favorece la formación de grietas. Capa de fundente Si es demasiado fina: se producen destellos y radiaciones, se producen poros y una apariencia pobre Si es demasiado gruesa: cordones de aspecto irregular, se puede ahogar el arco y puede resultar un cordon muy estrecho DISEÑO DE LA UNION La preparacion de bordes es muy importante en la soldadura por arco sumergido, el talón deberá estudiarse en detalle para que permita soportar las fuertes densidades de corriente y la gran penetración características de este procedimiento. TÉCNICAS ESPECIALES Soldadura con hilo caliente: el proceso convencional puede implementarse con la adicion de un hilo auxiliar calentado por resistencia electrica y suministrado por separado por una unidad de alimentación. Arco sumergido con electrodo de banda: en lugar de un hilo se utiliza como consumible una banda, y se utilizan generalmente para recargues de baja penetración y baja dilución. Ampliamente usado en la industria petroquímica y nuclear. Soldadura con electrodos multiples.
DEFECTOS EN SOLDADURAS DEL PROCESO SAW Uno de los principales defectos es la porosidad que puede evitarse con una muy buena preparación de los elementos a soldar. Otro defecto importante es la aparición de fisuras. También se debe cuidar la relación entre la penetración y la anchura de cordón.
TEMA 9: Soldadura plasma Utiliza el gas como método de protección y un arco eléctrico para la fusión del metal base y del material de aporte, se denomina PAW el proceso (Plasma Arc Welding). El arco eléctrico se establece entre el electrodo no consumible y la pieza a soldar. El soplete en el soldeo plasma consta de dos toberas, una interna de cobre por donde circula el gas que formará la columna de plasma tras ser ionizado y otra externa por donde circula el gas de protección. Es un proceso de alta densidad de energía, las zonas afectadas por el calor son de un ancho muy reducido. MODO DE OPERACION Se utiliza fundamentalmente la corriente contínua con el electrodo al negativo, también se puede usar corriente alterna, y en la penetración influye el caudal del gas de plasma y el grado de constriccion del arco. Normalmente se aplica un ángulo de 30º El soldeo plasma con corriente contínua puede operar en 3 modos disntintos: • Microplasma de 0,1 a 15A: Reducido aporte térmico, se aplica en soldadura de elementos de pequeños motores electricos o pequeños dispositivos electrónicos. La robustez del arco es mayor, por lo que se puede operar a mayor distancia de la pieza. • Plasma intermedio de 15 a 100A: Aplicaciones parecidas a la soldadura TIG, pero arco más robusto y menos sensible a la distancia tobera-pieza. • Plasma en ojo de cerradura mayor de 100A: A altas intensidades y mayores caudales de gas favorecen la formacion de la cavidad en el baño de fusion llamada ojo de cerradura. Se pueden soldar espesores de hasta 6mm de una sola pasada, principalmente para aplicaciones automatizadas. PARAMETROS Intensidad Caudal del gas plasma Velocidad de soldeo Afilado del electrodo, distancia tobera-pieza, diametro del electrodo, etc...
CONSUMIBLES Electrodos: de wolframio con óxido de torio, el extremo del electrodo se mantiene afilado para bajos valores de corriente, para valores altos se convierte en romo. Boquillas: Muy importante, ha de ser capaz de soportar sobradamente la intensidad de soldeo. Gases: se usan dos gases, el de plasma y el de protección, la combinación más usada es argón como gas de plasma y mezcla de argon con hidrógeno como protección Metal de aporte: mediante varilla o se puede alimentar de forma automática, normalmente tiene igual composición química que el metal base.
EQUIPO DE SOLDEO Fuente de alimentación - unidad de control – unidad de alta frecuencia – unidad de refrigeración – soplete – unidad de alimentación de alambre (si es necesario) La diferencia esencial con el proceso TIG es el soplete de soldadura, en plasma consta de dos toberas para el gas de plasma y para el gas de protección. APLICACIONES Es amplio, sus diferentes tecnicas de operacion permiten abordar una gama amplia de espesores y la alta concentración de energía permite obtener soldadura de calidad con un daño mínimo de los materiales. Se emplea en la industría aeroespacial, automoción y química, sobre todo.
TEMA 10: Soldadura por resistencia Soldadura por puntos, a tope, roldanas, protuberancias y chispa, son un conjunto de procesos de soldadura por resistencia. El calor generado viene determinado por la resistencia que se opone al paso de una corriente eléctrica de elevada intensidad. En este proceso, además de requerirse el paso de una corriente eléctrica, es necesario aplicar una presión durante y después del paso de corriente. La intensidad viene determinada por la capacidad de la máquina, el tipo de material, el espesor y la presión que se ejerza. El calor generado es función de la máquina de soldadura, tipo de material a soldar y de su espesor, presion aplicada y de la regulacion de los parametros. OPERACION DE SOLDEO
Fase de posicionamiento: sobre los electrodos se ejerce una presion para mantener unidas las piezas a soldar Fase de soldeo: Se hace pasar una corriente electrica aplicando una diferencia de potencial a los electrodos mientras se mantiene la presion, cuando se alcanza la temperatura requerida para soldar, se corta el paso de corriente y se incrementa la presión sobre las piezas, esta es la fase de mantenimiento Por último viene la fase de cadencia durante la cual se reduce la presion hasta liberar las piezas soldadas VARIABLES DEL PROCESO. Tipo de corriente eléctrica: La corriente alterna es la más usada, de gran intensidad y baja tensión, los electrodos pueden estar refrigerados por aire o agua. Tension: entre 1 y 30 voltios Intensidad: entre 1000 y 100 000 A Frencuencia: 50 Hz La intensidad es el factor que más influye en la generación de calor. Tiempo de soldeo: Tiempo que está circulando la corriente de soldeo, los valores normales son decimas o unidades de segundos. Presión aplicada: Varía entre 100 y 500 kg en la mayor parte de los procesos SOLDADURA POR PUNTOS. Es un proceso de union que permite soldar metales y aleaciones en formas diversas al paso de la corriente de forma puntual. El calor que se produce por el efecto de joule es capaz de fundir parcialmente el material. Las características de esta zonda fundida suelen ser muy parecidas a las del metal base. Esta soldadura se usa mucho en la industra del automóvil, electrodomésticos y también en la industria aeronáutica. Este proceso admite un alto grado de automatización. Los materiales a soldar se disponen solapados entre los electrodos, se aplica una presion que permite un optimo contacto electrico y se hace pasar una corriente electrica durante un tiempo estipulado. SOLDADURA POR PROTUBERANCIAS Este proceso es similar al procedimiento de soldeo por puntos. La variante es que han de realizarse unos resaltes a una o a las dos piezas para mejorar la distribucion de corriente y concentrar el area de aplicacion de la fuerza ejercida por medio de los electrodos. En este proceso el paso de corriente dentro del material no viene determinado por las dimensiones de los electrodos, como en el caso de la soldadura por puntos, sino por las dimensiones de las protuberancias. Algunas aplicaciones son:soldaduras de tubos en cruz, tuercas, vastagos roscados, utiles de cocina SOLDADURA POR ROLDANAS Este proceso es otra variante de la soldadura por puntos, los electrodos son discos o roldanas que provocan una costura consecuencia de la pulsacion de la corriente electrica. La presion permanece
constante durante todo el proceso. SOLDADURA A TOPE Permite unir dos piezas sin necesidad de solape entre ellas. Consiste en el calentamiento de los extremos debido al paso de corriente electrica lo que provoca un reblandecimiento de los materiales, entonces se somete a los materiales a la presion estipulada provocando su union, asi de dos piezas, se obtiene una unica y perfectamente continua. SOLDADURA POR CHISPA Variante de la soldadura a tope, la diferencia esta en que los materiales se separan lo suficiente para que se produzcan microarcos (chispas) que permitan la fusion y asi favorecer la union La zona fundida al ser comprimida es expulsada hacia el exterior. Una vez el metal está frío pero plástico se ejerce otra nueva presion, apareciendo un hinchamiento en la zona soldada que deberá ser eliminado posteriormente. SOLDADURA POR ALTA FRECUENCIA. Se calientan los materiales por el uso de corrientes electricas de altas frecuencias de 10khz a 500khz. La fuerza electromotriz que se genera en el interior de los materiales se opone al paso de la corriente de soldadura por el interior por lo cual esta circula superficialmente. La union de las caras se hace por medios mecanicos. Fabricacion de tuberias EQUIPO DE SOLDADURA POR RESISTENCIA. Circuito electrico: un transformador de soldadura y un circuito secundario que incluye los electrodos. Sistema mecánico: por medio de medios hidráulicos o neumáticos, ejercer sobre los materiales a soldar la presion necesaria. Sistema de control: que regule el tiempo de paso de la corriente electrica, la secuencia de tiempos y la magnitud de la corriente electrica aplicada.
TEMA 11: Introducción al corte. El término oxicorte indica la operación de corte del acero por acción de un soplete alimentado por un gas combustible y el oxígeno, es solo aplicable a hierro o aceros de baja aleación. Es un proceso de combustión. El proceso de combustión se inicia con el metal en estado sólido, a temperaturas bastante inferiores a la de fusión. El calor de la combustión es suficiente para que ésta se propague al resto de material Los productos resultantes de la combustión, óxidos de hierro, tienen una temperatura de fusion inferior a la del hierro, por lo que se van fundiendo y eliminando con el calor generado. No se alcanza la temperatura de fusion del hierro. El oxicorte consta de dos etapas: en la primera se calienta el acero a alta temperatura (900ºC) con la llama producida por el oxígeno y un gas combustible, en la segunda, una corriente de oxígeno (a
fin de causar la oxidacion necesaria para el proceso de corte, oxicorte) corta el metal y elimina óxidos de hierro producidos. Equipo: • Fuente de oxígeno • Fuente de gas combustible • Reguladores de presión • Válvulas de control de los gases • Mangueras de canalización de los gases • Soplete • Boquilla Condiciones para que un metal pueda oxicortarse:
Los materiales que no pueden oxicortarse son el acero inoxidable y aceros de alta aleación. CORTE POR PLASMA Con este proceso se obtienen cortes de elevada calidad a alta velocidad. Una de sus características es la estabilidad direccional de la columna de plasma, independientemente de las corrientes de aire o campo magnetico, debido principalmente a que el plasma sale a velocidades muy altas. Establecemos un arco electrico ionizandose el gas circundante, hacemos pasar el plasma obtenido por una tobera de pequeño diámetro de esta forma se mueve a velocidades muy grandes obteniendose un chorro a alta temperatura (20.000ºC) que funde el material a cortar y retira las escorias y oxidos formados. Los gases mas utilizados son el argon, hidrogeno y nitrogeno y sus mezclas siendo este ultimo el más usado (nitrogeno bajo agua) ya que es un proceso muy ruidoso y genera gran cantidad de humo, por eso se realiza bajo agua. Equipo: • Fuente de energia: transformador rectificador trifasico. • Distribuidor de gas
• •
Generador de alta frecuencia Portaelectrodo
CORTE POR LASER: El corte por laser es proceso termico donde se funde el material a cortar, junto al haz laser se utiliza el flujo de un gas de aporte de forma que: ayuda a expulsar el material fundido, mejora el corte al oxidar el metal y protege el equipo de la incidencia de particulas procedentes del corte Tipos de corte laser: CO2, Nd-YAG Empleado en la construcción naval para espesores de acero pequeños (5mm) ARCO AIRE:
TEMA 12: Aspectos económicos Estimación de costes: Es una predicción de los gastos que puede suponer la fabricación de un producto y servirá para: • proporcionar información que pueda ser utilizada durante la determinación del precio de venta en ofertas o evaluacion de contrados • estudiar la viabilidad industrial y comercial de un producto • determinar el valor de la inversion en herramientas y equipos para fabricar un producto • Conocer los mejores y mas economicos métodos y procesos y materiales para la fabricacion de un producto • Establecer la base de una reducción de costes indicando los ahorros conseguidos • Predecir las mejoras futuras por efecto de las inversiones que se puedan acometer
Costes de fabricación: Materiales: son los elementos que forman parte del producto acabado, también se pueden incluir los materiales consumidos durante la fabricacion. Mano de obra: Es el trabajo realizado durante la fabricación del producto, puede incluir también la inspección. Accesorios y utillajes: elementos necesarios durante el proceso de fabricacion Gastos generales de la compañía
Costes de soldeo: La soldadura supone una parte importante en el coste total de cualquier fabricación soldada, para estimar el coste resulta fundamental la recogida de datos y su procesamiento. Las variables que se consideran para obtener los costes de soldeo las podemos dividir en tres grupos: 1) Las que definen el trabajo a realizar 2) Las que definen el proceso 3) Las características del equipo y materiales El procedimiento de soldadura aplicado es el punto de partida para la estimacio de los costes. Costes de soldeo: mano de obra. En el coste de la mano de obra hay que considerar todos los tiempos necesarios para completar la junta soldada. Los tiempos se agrupan en: • Tiempo de arco: es el tiempo útil de soldadura • Tiempo de manejo: incluye todas las operaciones en el puesto de trabajo • Tiempos varios: aquellas actividades no repetitivas que son dificiles de medir, pero que suponen un coste. Los consumibles del proceso de soldadura se incluyen en la evaluación de costes Costes de soldeo: materiales. Hay que tener en cuenta el rendimiento de deposición: es la relacion entre el peso de metal de soldadura depositado y el peso del consumible empleado Costes de soldeo: gastos generales. Aqui se incluyen los costes que no pueden asignarse directamente a una determinada operacion de soldeo, esos factores son: • salarios de personal indirecto, ss, primas. • Costes de mantenimiento • Equipos de seguridad • Alquilar y depreciacion de las instalaciones
Métodos para determinar los costes de soldeo. Factor de operación: es la relacion, en tanto por ciento, entre el tiempo de arco real y el tiempo total. Cuanto mayor sea ese porcentaje, mayor será la cantidad de metal de soldadura depositado y mas elevado el rendimiento de la operacion de soldeo. Está condicionado por diversos factores: • grado de manualidad del proceso • tipo y dimensiones de la soldadura • posicion de soldadura
• utillajes empleados Costes de la mano de obra: se determina multiplicando el tiempo total necesario para soldar por el precio hora del soldador. Datos normalizados: Los datos, tablas y gráficos que facilitan costes finales deben ser utilizados con precaución cuando incluyen los costes de mano de obra Costes de los materiales: Los datos normalizados para los costes de los metales de aportacion se basan en la cantidad de metal depositado por unidad de longitud de soldadura. Gastos generales: aquellos que resultan muy dificil su asigacion directa a un determinado trabajo Consideraciones economicas del soldeo por arco. En los procesos de soldeo que utilicen material de aportacion, tanto los consumos como el tiempo de soldadura dependen directamente de la cantidad de metal de aporte, por consiguiente, los esfuerzos de mejora en coste deben ir encaminados a reducir la cantidad de material de aporte necesaria en cada tipo de union. El diseño de las uniones soldadas influye de manera determinante en el coste de soldadura por lo que se puede disminuir las áreas de las secciones transversales mediante el empleo de: • diseñar uniones con facilidad de acceso • Respetar las dimensiones de las soldaduras en angulo • evitar sobreespesores • Emplear materiales de aportacion en función de su rendimiento de deposicion.