Industria y Materiales
Soldadura
Universidad Gran Mariscal de Ayacucho
Facultad de Ingeniería
Escuela de Mantenimiento Industrial
Cátedra: Elemento de Máquinas
Sede: Barcelona
SOLDADURA
Barcelona, 25 de marzo de 2002
INDICE
Soldadura ............................................................................................. 3
Tipos de Unión ..................................................................................... 5
Tipos de Soldaduras ............................................................................ 6
Proceso de Soldadura ......................................................................... 11
Aplicaciones de Soldadura ................................................................... 28
El Porta Electrodos ............................................................................... 29
Clasificación de los Electrodos ............................................................. 31
Simbología de Soldadura ..................................................................... 37
Anexos .................................................................................................. 42
SOLDADURA
La soldadura es un proceso de unión de materiales, en el cual se funden las superficies de contacto de dos o más partes mediante la aplicación de calor o precisión.
La integración de las partes que se unen mediante soldadura se llama ensamble soldado.
Muchos procesos de soldadura se obtienen solamente por el calor sin aplicar presión. Otros se obtienen mediante una combinación de calor y presión, y unos únicamente por presión sin aportar calor externo.
En algunos casos se agrega un material de aporte o relleno para facilitar la fusión. La soldadura se asocia con partes metálicas, pero el proceso también se usa para unir plásticos.
La soldadura es un proceso importante en la industria por diferentes motivos:
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Proporciona una unión permanente y las partes soldadas se vuelven una sola unidad.
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La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales si se usa un material de relleno que tenga propiedades de resistencia superiores a la de los metales originales y se aplican las técnicas correctas de soldar.
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La soldadura es la forma más económica de unir componentes. Los métodos alternativos requieren las alteraciones más complejas de las formas (Ej. Taladrado de orificios y adición de sujetadores: remaches y tuercas). El ensamble mecánico es más pesado que la soldadura.
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La soldadura no se limita al ambiente de fabrica, se puede realizar en el campo.
Además de las ventajas indicadas, tiene también desventajas:
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La mayoría de las operaciones de soldadura se hacen manualmente, lo cual implica alto costo de mano de obra. Hay soldaduras especiales y la realizan personas muy calificadas.
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La soldadura implica el uso de energía y es peligroso.
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Por ser una unión permanente, no permite un desensamble adecuado. En los casos cuando es necesario mantenimiento en un producto no debe utilizarse la soldadura como método de ensamble.
La unión soldada puede tener defectos de calidad que son difíciles de detectar. Estos defectos reducen la resistencia de la unión.
TIPOS DE UNION POR SOLDADURAS
La soldadura produce una conexión sólida entre dos partes llamadas unión por soldadura.
Hay cinco tipos básicos de uniones:
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Unión Empalmada
En este tipo de unión las partes se encuentran en el mismo plano y se unen sus bordes
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Unión de Esquina
Las partes en este tipo de unión forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo.
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Unión Superpuesta
Esta unión consiste en dos partes que se sobreponen.
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Unión en “T”
Una parte es perpendicular a la otra forma de la letra “T”
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Unión de Bordes
La unión se hace en el borde común
TIPOS DE SOLDADURA
Soldadura por Fusión
Soldadura de Estado Sólido
SOLDADURA POR FUSIÓN
Este tipo de soldadura usa calor para fundir los metales base. En muchos casos se añade un metal de aporte a la combinación fundida para facilitar el proceso y aportan volumen y resistencia a la unión soldada.
La operación de soldadura por fusión en la cual no se añade un metal de aporte se llama soldadura autógena.
La soldadura por fusión incluye los siguientes grupos:
A.1. Soldadura con Arco Eléctrico
El calentamiento de los metales se obtiene mediante el arco eléctrico.
A.2. Soldadura por Resistencia
La fusión se obtiene usando el calor de una resistencia eléctrica para el flujo de una corriente que pasa entre superficies de contacto de las partes sostenidas juntas bajo presión.
A.3. Soldadura con Oxígeno y Gas Combustible
Este tipo de soldadura usa gas de oxígeno combustible tal como una mezcla de oxígeno y acetileno con el propósito de producir una flama caliente para fundir la base metálica y el material de aporte (cuando se utiliza).
SOLDADURA DE ESTADO SÓLIDO
Este tipo de soldadura se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente, o una combinación de calor y presión. Si se usa calor, la temperatura del proceso está por debajo del punto de fusión de los metales que se van a soldar. No se utiliza un metal de aporte en los procesos de estado sólido. Algunos procesos de este tipo de soldadura incluye:
B.1. Soldadura por Difusión
En este tipo de soldadura se colocan juntas dos superficies bajo presión a una temperatura elevada y se produce coalescencia de las partes por difusión.
B.2. Soldadura por Fricción
La coalescencia de las partes se obtiene mediante el calor de la fricción entre dos superficies.
B.3. Soldadura Ultrasónica
Se realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una dirección paralela a la superficie de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias producen intensas tensiones que remueven las películas superficiales y se obtiene una unión atómica de las superficies.
Todas las uniones se hacen por medio de soldaduras. Otros tipos de soldadura dependen del tipo de unión y del proceso de soldadura.
* Soldadura de Filete
Para rellenar los bordes de las placas unidas por uniones de esquinas, sobrepuestas, en “T”; se usa un metal de relleno para proporcionar una sección transversal de un triángulo.
Se hace por medio de la soldadura con arco eléctrico. El oxígeno y gas combustible, porque requiere una mínima preparación de los bordes.
Las líneas punteadas muestran los bordes originales de las partes.
* Soldadura con Surco o Ranura
Requiere que se moldeen las orillas de las partes en un surco para facilitar la penetración de la soldadura.
Algunas soldaduras con surco típicas: (a) soldadura con surco cuadrada, un lado; (b) soldadura de bisel único; (c) soldadura con surco en V único; (d) soldadura con surco en U único; (e) soldadura con surco en J único; (f) soldadura con surco en V doble para secciones más gruesas. Las líneas con guiones muestran los bordes originales de las partes.
Aunque se asocia más con una unión empalmada la soldadura con surco se usa en todos tipos de uniones menos en las sobrepuestas.
* Soldaduras con Insertos y Soldaduras Ranuradas
Se usan para unir placas planas. Usan ranuras y huecos en la parte superior que se rellena con material (metal) para fundir las dos partes.
* Soldaduras con Puntos
Es una pequeña sección fundida entre las superficies de dos placas. Se requiere varias soldaduras para unir las partes. Se asocia con la soldadura por resistencia.
* Soldadura Engargolada
Es similar a una de puntos, pero consiste en una sección fundida más o menos continua entre las dos placas.
* Soldadura de Superficie
No se usa para unir partes sino para depositar metal de relleno sobre la superficie de una parte. Las gotas de soldadura se incorporan en una serie de pasadas paralelas sobrepuestas, con la que se cubre grandes áreas de la parte base. El propósito es aumentar grosor de la placa o hacer un recubrimiento protector sobre la superficie.
PROCESOS DE SOLDADURA
El soldador se cala lentes protectores y toma la antorcha o soplete en su mano, cuando la llama entra en combustión, produciendo un ruido característico, el soldador procede a manipular las válvulas de acetileno y oxigeno hasta conseguir una llama neutra, ya que para soldar acero la llama debe arder sin exceso de oxigeno ni de gas, la obtención de una llama neutra no resulta difícil puesto que visualmente se observa un cono fuertemente iluminado, sobre el cual una aureola algo menos blanca.
Un exceso de oxigeno conduce a un quemado del acero o del material que sé este soldando de manera que el cordón de soldadura resulta poco denso y muy quebradizo. Por el contrario una falta de oxigeno torna inservible el cordón de soldadura, puesto que el acero liquido absorbe el carbono de la llama y el exceso de carbono torna frágil el cordón.
Enseguida, el operador acerca el cono de la llama sobre las chapas que se van a soldar, suponiendo que se están uniendo dos chapas. Cuando ambos cantos se comienzan a fundir, el soldador acerca el metal de aporte ( varilla que se agrega) con la mano izquierda, con las gotas que se desprende de este se va llenando el intersticio que queda entre ambas chapas, uniéndolas. Lentamente el soldador avanza con el soplete en la dirección en que sé esta efectuando el cordón, el caldo se solidifica, formando un cordón de apariencia escamosa.
El soldador puede cambiar el ángulo del soplete respecto a la superficie que soldó, esto unido a una manipulación pertinente del metal de aporte, permite soldar adecuadamente las dos chapas, sin que se produzca, apenas un pegado superficial, que solo produciría un cordón de soldadura aparente, pero no una real unión entre las chapas.
El soldeo requiere de mucha practica y buen pulso. Un buen soldador puede hacer también uniones tanto verticales como “sobre cabeza”. Puesto que al soldar sobre cabeza podría gotear el metal derretido sobre el operador, el soldador debe aplicar una triquiñuela: sujetar el metal liquido con el metal de aporte, que lo enfría, de manera similar a como se sujeta con el dedo una gota de agua formada en una ventana empanada.
El sistema de soldeo autógeno con gases, permite soldar casi todos los metales: acero de construcción y metales ligeros, incluso las aleaciones de magnesio dejan soldar muy bien. Solamente el latón constituye una excepción, puesto que el zinc tiende a evaporarse, de manera que el cordón resulta poroso.
A) Soldadura por fusión
A.1. Soldadura con Arco Eléctrico
Es un proceso de soldadura por fusión en el cual la unificación de los metales se obtiene mediante el calor de un arco eléctrico entre un electrodo y el trabajo. (El mismo proceso básico se usa en el corte con arco eléctrico).
El arco eléctrico es una descarga de corriente eléctrica a través de una separación en un circuito y se sostiene por la presencia de una columna de gas ionizado (llamado plasma), a través de la cual fluye la corriente.
El arco eléctrico se inicia al acercar el electrodo a la pieza, después del contacto se separa rápidamente de la pieza a una distancia corta.
El arco eléctrico produce temperaturas hasta 5500 °C o más que son suficientes para fundir cualquier metal. Se forma un pozo de metal fundido que consiste en metal base y el metal de aporte (cuando se usa), cerca de la punta del electrodo. En la mayoría de los procesos de soldadura con arco eléctrico se agrega un metal de aporte durante la operación para aumentar el volumen y fortalecer la unión soldada. Conforme el electrodo se mueve a lo largo de la unión, el pozo de metal fundido se solidifica de inmediato.
Los electrodos que se usan en este tipo de soldadura pueden ser consumibles o no consumibles.
Los electrodos consumibles pueden ser en forma de varillas o alambres. El arco eléctrico consume el electrodo durante el proceso de soldadura y este se añade a la unión fundida como metal de relleno. Las desventajas de electrodos de varillas es que deben cambiarse en forma periódica. El alambre tiene la ventaja que se puede alimentar continuamente desde cabinas y esto evita interrupciones frecuentes.
Los electrodos no consumibles están hechos de tungsteno que resisten la fusión mediante el arco eléctrico. El electrodo de tungsteno se gasta gradualmente como cualquier herramienta. El metal de relleno debe proporcionarse mediante un alambre separado.
A.1.1 Protección del Arco Eléctrico
En la soldadura con arco eléctrico las altas temperaturas provocan que los metales que se unen reaccionen con el oxígeno, nitrógeno, hidrógeno del aire. Las propiedades mecánicas de la unión soldada pueden degradarse debido a estas condiciones. Para proteger la soldadura, todos los procesos con arco eléctrico están previstos con algún medio para proteger el arco del aire. Esto se logra cubriendo la punta del electrodo, el arco eléctrico y el pozo de la soldadura fundida, con gas, fundente o ambos. Los gases de protección son: el argón, el helio que son inertes.
El fundente es una sustancia que se usa para evitar la formación de óxidos, lo disuelve y facilita su fácil remoción. Durante la soldadura, el fundente se derrite y se convierte en escoria líquida que cubre la operación y protege la soldadura. La escoria se endurece a medida que se enfría, y se remueve con cepillo o cincel.
También el fundente proporciona una atmósfera protectora, estabiliza el arco eléctrico y reduce las salpicaduras. El fundente se puede aplicar de las siguientes formas:
- Vaciando el fundente granular en la operación
- Usando electrodo de varilla cubierto con fundente
- Usando electrodos tubulares que contiene fundente en el núcleo
A.1.2 Tipos de Soldadura con Arco Eléctrico con Electrodos Consumibles
*Soldadura con Arco Protegido
Es un proceso de soldadura con arco eléctrico que usa un electrodo consumible y consiste de una varilla de metal de aporte recubierta con materiales químicos que proporcionan un fundente y protección.
Este proceso se llama también soldadura de varilla. El metal de aporte debe ser compatible con el metal que se va a soldar. El recubrimiento consiste en celulosa pulverizada (polvos de algodón y madera) mezclado con óxidos, carbonatos y otros ingredientes mediante un aglutinante de silicato. En ocasiones se incluyen en el recubrimiento polvos metálicos para aumentar la cantidad de metal de aporte. El calor del proceso funde el recubrimiento y proporciona una atmósfera protectora y escoria. También ayuda a estabilizar el arco eléctrico y regula la velocidad a la que se funde el electrodo.
Desventajas:
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La varilla se cambia periódicamente
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Como varía la longitud del electrodo, esto afecta el calentamiento de la resistencia del electrodo. Los niveles de corriente deben mantenerse dentro de un rango seguro, o el recubrimiento se sobrecalentará y fundirá prematuramente
*Soldadura con Arco Sumergido
Es un proceso que usa un electrodo de alambre desnudo consumible continuo. El arco eléctrico se protege mediante una cobertura de fundente granular.
El alambre del electrodo se alimenta desde un rollo. El fundente se introduce a la unión ligeramente adelante del arco de la soldadura por gravedad. El manto de fundente granular cubre por completo la operación de soldadura con arco eléctrico, evitando chispas, salpicaduras, radiaciones que son muy peligrosas. Por lo tanto, el operador no necesita usar la máscara protectora. La parte del fundente más cercana del arco se derrite y se mezcla con el metal de soldadura fundido para remover impurezas que después se solidifican en la parte superior de la unión soldada y forman una escoria con aspecto de vidrio. Los granos de fundente no derretidos en la parte superior proporcionan una buena protección de la atmósfera y un buen aislamiento térmico para el área soldada. Esto produce un enfriamiento, bajo una unión soldada de alta calidad con buenos parámetros de resistencia y ductibilidad.
El fundente no derretido se puede recuperar y reutilizar. La escoria sólida se quita mediante medios manuales.
A.1.3 Procesos de Soldadura con arco eléctrico que usan electrodos no consumibles
*Soldadura de Tungsteno con Arco Eléctrico y Gas
El proceso se puede realizar con metal de relleno o sin metal.
Cuando se usa un metal de aporte este se agrega al pozo de soldadura desde una varilla separada. El tungsteno es un buen material para electrodo debido a su alto punto de fusión 3410 °C. Los gases protectores son argón, helio o mezcla de ellos.
Este tipo de soldadura se aplica a la mayoría de los metales de diferentes espesores, y para combinaciones de metales diferentes.
Las ventajas son:
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Alta calidad
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No hay salpicaduras debido a que no hay material de soporte a través del arco eléctrico
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No requiere limpieza porque no usa fundente.
*Soldadura por Arco de Plasma
Es una forma especial de soldar con tungsteno con arco eléctrico y gas protector, en la cual se dirige un arco de plasma controlado al área de soldadura. Se coloca un electrodo de tungsteno dentro de una boquilla que concentra una corriente de gas inerte a alta velocidad en la región del arco eléctrico. Esto forma una corriente de arco de plasma intensamente caliente a alta velocidad.
La temperatura en la soldadura por arco de plasma llega a 28000°C y funde cualquier metal. La razón de estas altas temperaturas proviene de la estrechez del arco eléctrico y la concentración de la energía para producir un ahorro de plasma de diámetro pequeño.
Ventajas:
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Buena estabilidad del arco eléctrico
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Altas velocidades de viaje
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Una excelente calidad de la soldadura
Desventajas:
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Equipo costoso
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El tamaño del soplete limita el acceso en algunas configuraciones de unión
A.2. Soldadura por Resistencia
La soldadura por resistencia es un grupo de procesos de soldadura por fusión que utiliza una combinación de calor y presión para obtener una coalescencia. El calor se genera mediante una resistencia eléctrica en la unión que se va a soldar.
Los componentes de este tipo de soldadura son: las partes de trabajo que se van a soldar (generalmente láminas metálicas), dos electrodos opuestos, un medio para aplicar presión necesaria para apretar las partes y un transformador de corriente alterna.
La operación produce una zona de fusión entre las dos partes llamada pepita de soldadura.
En comparación con la soldadura con arco eléctrico, la soldadura por resistencia no usa gases protectores fundentes o metales de aporte y los electrodos son no consumibles.
La resistencia en el circuito de soldadura es la suma de: resistencia de los electrodos, la resistencia de las partes de trabajo, las resistencias de contacto entre los electrodos y las partes de trabajo, y la resistencia de contacto entre las partes empalmantes.
La situación ideal es que las superficies empalmantes sean la resistencia más grande en la suma. La resistencia de los electrodos se minimiza usando metales con resistividades muy bajas (ej. Cu). La resistencia de las partes es una función de las resistividades de los metales base y los espesores de las partes. La resistencia de contacto entre los electrodos y las partes se determina mediante las áreas de contacto (tamaño y forma del electrodo) y la condición de las superficies (limpieza de las superficies). La resistencia en las superficies empalmadas depende del acabado de la superficie, limpieza, área de contacto, presión. No debe existir proteína, grasa, etc.
A.2.1 Proceso de Soldadura por Resistencia
* Soldadura de Puntos por Resistencia
La soldadura por puntos por resistencia es el proceso predominante en este grupo. Se usa ampliamente en la producción masiva de automóviles y en otros productos a partir de láminas metálicas.
La soldadura de puntos por resistencias es un proceso en el cual se obtiene la fusión en una posición de las superficies mediante una unión superpuesta mediante electrodos opuestos. El proceso se usa para unir partes de láminas metálicas de 3 mm de espesor. El tamaño y la forma de puntos de soldadura se diferencia por medio de la punta de electrodo, la forma del electrodo más común es redonda. La pepita de soldadura tiene un diámetro de 5 / 10 mm. Los electrodos son hechos de aleaciones basadas en cobre, o combinaciones cobre-tungsteno (que tiene mayor resistencia al desgaste). Como en todos los procesos de manufactura, las herramientas para la soldadura se desgastan gradualmente con el uso. Los electrodos también se diseñan con canales internos para enfriamiento con agua. El ciclo de una operación de soldadura de puntos se da en la siguiente figura.
(a) Pasos en un ciclo de soldadura de punto, y (b) gráfica de la fuerza de presión y la corriente durante l ciclo. La secuencia es: (1) partes insertadas entre los electrodos abiertos, (2) los electrodos se cierran y se aplica la fuerza, (3) tiempo de soldadura (se activa la corriente), (4) se desactiva la corriente, pero se mantiene o se aumenta la fuerza (en ocasiones se aplica una corriente reducida cerca del final de este paso para liberar la tensión en la región de la soldadura) y (5) se abren los electrodos y se remueve el ensamble soldado.
Debido a su extenso uso industrial, hay disponibles diversas máquinas y métodos para realizar las operaciones de soldadura de puntos. El equipo incluye máquinas de soldadura de puntos con balancín y tipo prensa, así como pistolas portátiles para soldadura.
La máquina de soldadura de puntos con balancín tiene un electrodo inferior estacionario y un electrodo superior móvil que sube y baja.
El electrodo superior se monta en un balancín, cuyos movimientos es controlado mediante un pedal operado por el trabajador (puede haber máquinas automatizadas de balancín también).
La máquina de soldadura de puntos tipo prensa, son diseñadas para trabajos grandes. El electrodo superior tiene un movimiento en línea recta proporcionado por una prensa vertical. La acción de la prensa permite que se apliquen fuerzas más grandes y los controles generalmente hacen posibles la programación de los ciclos de soldadura complejas.
Las pistolas portátiles de soldadura son de diferente tamaño. Estos aparatos consisten en dos electrodos opuestos dentro de un mecanismo de tenazas. El aparato es ligero de tal forma que un trabajador o un robot lo puede sostener y manipular.
* Soldadura Engargolado por Resistencia
Los electrodos son en forma de ruedas giratorias. El proceso produce uniones herméticas y se usa para la producción de tanques de gasolina y otros recipientes fabricados con lámina de metal.
Como la operación generalmente se realiza en forma continua y no separada, la soldadura engargolada debe estar a lo largo de una línea recta o curva, las esquinas u otras irregularidades son difíciles de manejar. La deformación de las partes es el factor más significativo en la soldadura engargolada, por esta causa para sostener el trabajo en la posición correcta y así reducir la distancia.
En la figura siguiente se presenta diferentes tipos de soldadura engargolada.
El espacio entre las pepitas de soldadura depende del movimiento de las ruedas de electrodos relacionado con la aplicación de la corriente. Las ruedas giran en forma continua a una velocidad constante y la corriente se activa a intervalos de tiempo que coinciden con el espacio deseado entre las pepitas de soldadura.
En la Fig. a. la frecuencia de las descargas de corriente se establece para que se produzcan puntos de soldadura sobrepuestos. Si se reduce la frecuencia, habrá espacios entre los puntos de soldadura. Fig. b. En otra variable si la corriente de produce un engargolado de soldadura continuo Fig. c.
Las máquinas de soldadura engargolada son similares a las máquinas de soldar por puntos de tipo de presión pero en lugar de electrodos en forma de varilla se usan electrodos en forma de ruedas. Para el enfriamiento del trabajo y las ruedas se dirige agua a la parte superior e inferior de las superficies de trabajo cerca de las ruedas de electrodos.
*Soldadura por Resistencia Instantánea
Se usa generalmente en uniones empalmadas, se ponen en contacto o se acercan las dos superficies, se aplica una corriente eléctrica para calentar las superficies hasta su punto de fusión, después de lo cual las superficies se oprimen juntas para formas la soldadura.
La corriente se detiene durante el recalcado. El material que se desborda en la unión se elimina por maquinado para obtener una superficie uniforme.
A.3. Soldadura con Oxígeno y Gas Combustible
La fusión se realiza basándose en la combustión de diferentes gases mezclados con el oxígeno. Las diferencias entre tipos de soldaduras que pertenecen a este grupo se basan en tipos de gases utilizados.
El oxígeno y gas combustible se usa en sopletes de corte para cortar placas metálicas. El proceso más importante de este grupo es la soldadura con oxiacetileno.
*Soldadura con Oxiacetileno
Es un proceso de soldadura por fusión realizada mediante una flama a partir de la combustión del acetileno y el oxígeno. La flama se dirige mediante un soplete de soldadura. En ocasiones se agrega un metal de aporte en forma de varillas. La composición del metal de aporte debe ser similar a la de los metales base. Con frecuencia se recubre el aporte con un fundente lo cual ayuda a limpiar las superficies, evita la oxidación y produce una mejor unión soldada.
El acetileno es el combustible más común. La flama en la soldadura con oxiacetileno se produce mediante la reacción química del acetileno y el oxígeno en dos etapas.
I Etapa: C2H2 + O2 ----- 2CO + H2 + calor
Los dos productos son combustibles y conduce la reacción de la segunda etapa.
II Etapa: 2CO + H2 + 1.5º2 ------ 2CO2 + H2O + calor
Las dos etapas son visibles en la flama de oxiacetileno que emite el soplete. La reacción de la I etapa se aprecia en el cono interno de la flama (calor blanco brillante), la reacción de la II etapa se observa en la cubierta externa. Casi no tiene color, pero posee matices que van del azul al naranja.
La temperatura máxima se alcanza en la punta del cono interno. Durante la soldadura la cubierta externa se extiende y protege la superficie que se unen de la atmósfera.
Unos combustibles utilizados son el hidrógeno y el proceso se llama soldadura con oxihidrógeno, el propano, el gas natural, etc. Una aplicación de este tipo de soldadura es:
*La soldadura por Gas a Presión
A = calentamiento de las dos partes
B = aplicación de presión para formas la soldadura
La coalescencia de las superficies en contacto se hace calentándolas con una mezcla de combustible (por lo general oxiacetileno) y después aplicando presión para unir las superficies.
En Fig. a se calienta las superficies hasta que se realiza la fusión. Después se retira el soplete, se oprimen las partes se sostiene a presiones altas mientras ocurre la solidificación (no se usa material de relleno)
APLICACIONES DE LA SOLDADURA
a) Construcción de puentes, edificios
b) Producción de tuberías, recipientes, calderas, tanques
c) Construcción naval
d) Industria aeronáutica y espacial
e) Automóviles, ferrocarriles, etc.
EL PORTA ELECTRODOS
Tienen la misión de conducir la corriente y el gas de protección hasta la zona de soldeo. Puede ser de refrigeración natural (por aire) o de refrigeración forzada (mediante circulación de agua). Los primeros se emplean en la soldadura de espesores finos, que no requieren grandes intensidades, y los de refrigeración forzada se recomienda para trabajos que exijan intensidades superiores a los 200 amperios. En estos casos, la circulación del agua por el interior del porta-electrodos evita el sobrecalentamiento del mismo.
El electrodo de tungsteno, que transporta la corriente hasta la zona de soldeo, se sujeta rígidamente mediante una pinza alojada en el cuerpo del porta-electrodos. Cada porta-electrodos dispone de un juego de pinzas, de distintos tamaños, que permiten la sujeción de electrodos de diferentes diámetros. El gas de protección llega hasta la zona de soldadura a través de la boquilla de material cerámico, sujeta en la cabeza del porta-electrodos. La boquilla tiene la misión de dirigir y distribuir el gas protector sobre la zona de soldadura. A fin de acomodarse a distintas exigencias de consumo cada porta-electrodos va equipados con un juego de boquillas de diferentes diámetros. Con vistas a eliminar turbulencias en el chorro de gas, que podrían absorber aire y contaminar la soldadura, algunos porta-electrodos van provistos de un dispositivo consistente en una serie de mallas de acero inoxidable, que se introduce en la boquilla, rodeando al electrodo.
Actuando sobre el interruptor de control situado en el porta-electrodos, se inicia la circulación de gas y de corriente. En algunos equipos la activación de los circuitos de gas y de corriente se realiza mediante un pedal. Este segundo sistema presenta la ventaja de que permite un control más riguroso de la corriente de soldeo cuando nos aproximamos al final del cordón. Decreciendo gradualmente la intensidad de la corriente, disminuye el cráter que se forma al solidificar el baño y hay menos peligro de que la parte final de la soldadura quede sin la protección gaseosa adecuada.
Las boquillas para gas se eligen de acuerdo con el tipo y tamaño del porta-electrodo, y en función del diámetro del electrodo. La siguiente tabla puede servir de orientación, aunque, en general, es conveniente seguir las recomendaciones de los fabricantes.
CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS
Las especificaciones sobre productos de soldadura que más se emplean son las que emite la Sociedad Americana de Soldadura (American Welding Society, AWS) pero para casi todos estos productos también existen las Normas Oficiales Mexicanas correspondientes.
Estas normas establecen los requisitos para la clasificación de varillas, electrodos y metales de aporte empleados en soldadura.
Las especificaciones electrodos para el proceso de soldadura por arco metálico recubierto son las siguientes:
Para Acero al carbono:
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AWS A 5.1-81. "Specification for carbon steel Covred Arc Welding Electrodes"
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NOM-H-77-1983. "Electrodos de acero al carbono recubiertos, para soldadura por arco eléctrico".
Para Acero de baja aleación.
-
AWA A 5.5-81. "Specification for Low Alloy Steel Covered Arc Welding Electrodes".
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NOM-H-86-1983. "Electrodos de baja aleación, recubiertos, para soldadura por arco eléctrico".
Los electrodos se clasifican en base a las propiedades mecánicas del metal depositado, tipo de recubrimiento, posiciones en las que se puede emplear el electrodo y tipo de corriente y polaridad a emplear.
El sistema de clasificación empleado en estas especificaciones para electrodos recubiertos sigue el modelo empleado para las especificaciones AWS para metales de aporte. De acuerdo con este sistema, la clasificación de un electrodo se designa con la letra "E" y con cuatro o cinco dígitos:
-
La letra "E" significa electrodo.
-
Los dos o tres primeros dígitos indican la resistencia a la tracción del metal depositado en miles de libras por pulgada cuadrada
-
El tercer o cuarto dígito indica las posiciones en las que debe emplearse el electrodo.
-
El último dígito se relaciona con las características del recubrimiento y la escoria y con el tipo de corriente y la polaridad a emplear.
De acuerdo con esto, los diferentes dígitos en los electrodos con clasificación E-6010 tiene el siguiente significado:
E: Electrodo.
60: Resistencia mínima a la tensión de 60,000 lb/pulg2
1: Para ser empleado en todas las posiciones
0: Es un electrodo con recubrimiento de alto contenido de celulosa y con base sodio y que debe emplearse con corriente directa y polaridad invertida.
En el caso de la especificación AWS A 5.5-80 para electrodos de acero de baja aleación, a la designación anteriormente indicada para las diferentes clasificaciones se adiciona un sufijo que designa los elementos de aleación especificados para cada clasificación.
Consideraciones para la selección de electrodos.
La selección de electrodos para una aplicación específica, en términos generales, se basa en los siguientes factores:
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Propiedades mecánicas del metal base a soldar
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Composición química del metal base a soldar
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Espesor y forma del metal base a soldar.
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Especificaciones y condiciones de servicio de la estructura a fabricar.
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Tratamiento térmico que se aplicará a la estructura a fabricar
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Posiciones de soldadura posibles durante la fabricación
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Tipo de corriente de soldadura y polaridad a emplear.
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Diseño de la unión.
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Eficiencia en la producción y condiciones de trabajo.
En el caso particular de los aceros de alta resistencia o los inoxidables, la selección de electrodos generalmente está limitada a uno o dos electrodos diseñados específicamente para dar una composición química determinada en el metal depositado.
En el caso de los arcos al carbono y de baja aleación, la selección de electrodos debe basarse, además de la composición química y resistencia mecánica del metal de soldadura, en otras características de los electrodos. Esto se debe a que para aceros al carbono y de baja aleación, hay varios tipos diferentes de electrodos que pueden proporcionar la misma composición química en el metal de soldadura. En este caso, el electrodo se selecciona para obtener la calidad deseada al más bajo costo, esto es, el electrodo a elegir es aquel que permite la más alta velocidad de soldadura para cada unión en particular.
* Electrodos para "Solidificación rápida"
Son aquellos diseñados para depositar metal de soldadura que solidifique rápidamente después de haber sido fundido por el arco. Estos electrodos sirven para soldar en posiciones verticales y sobre cabeza (además de la plana y la horizontal)
Electrodos pertenecientes a esta clasificación: E-6010, E-6011, E-7010-A1, E-7010 G.
Características principales:
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Alta penetración.
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Son de "bajo depósito".
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Dejan poca escoria.
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Producen mucho chisporroteo
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Se utilizan con corriente relativamente baja.
Aplicaciones principales:
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Propósitos generales de fabricación y mantenimiento
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Para posiciones vertical y sobre-cabeza
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Soldadura en tuberías.
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Soldadura sobre superficies galvanizadas o no muy limpias.
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Uniones que requieren alta penetración.
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Soldadura de láminas delgadas en juntas de borde, esquina y a tope.
* Electrodos para "Llenado rápido"
Estos electrodos están diseñados para proporcionar cantidades relativamente altas de metal fundido y son adecuados para realizar soldaduras de "alta velocidad". El metal de soldadura solidifica con relativa lentitud y por esta razón, estos electrodos no son adecuados para realizar soldaduras fuera de posición.
Electrodos pertenecientes a esta clasificación: E-7024, E-6027, E-7020-A1.
Características principales:
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Poca penetración
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Proporcionan "alto depósito"
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Permiten velocidades de soldadura relativamente elevadas.
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Producen mucha escoria.
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Producen muy poco chisporroteo.
Aplicaciones principales:
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Soldadura de planchas de 5 mm. (3/16") o mayor espesor.
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Soldaduras de filete en posiciones horizontal y plana y soldaduras de ranura profunda en uniones a tope.
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Soldaduras de acero de mediano contenido de carbono y con tendencia al agrietamiento (cuando no se dispone de electrodos de bajo hidrógeno).
Electrodos para "Llenado-Solidificación
Estos electrodos están diseñados para proporcionar características intermedias entre los electrodos para solidificación y llenado y proporcionar así relaciones de depósito y penetración "medianas".
Electrodos pertenecientes a esta clasificación: E-6012, E-6013, E-6014.
Características principales:
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De penetración y llenado medianos.
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Producen cantidades medianas de chisporroteo y escoria.
Principales aplicaciones:
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Soldaduras de filete en posición vertical descendente.
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Propósitos generales.
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Soldaduras cortas o irregulares que cambian de posición o dirección durante la aplicación.
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Soldaduras de filete en láminas delgadas.
* Electrodos de bajo hidrogeno.
Estos electrodos están diseñados para producir soldaduras de alta calidad en aplicaciones en las cuales el metal base tiene tendencia al agrietamiento, los espesores a soldar son relativamente grandes (mayores a 19 mm.) O cuando el metal base tiene un contenido de aleantes ligeramente mayor al de los aceros dulces.
Los electrodos de bajo hidrógeno están disponibles ya sea con las características de llenado rápido o solidificación rápida.
Electrodos pertenecientes a esta clasificación: E-7018 y E-7028.
SIMBOLOGÍA DE SOLDADURA
Tenemos muchos símbolos en nuestra sociedad tecnológica. Tenemos señales y rótulos que nos dicen lo que debemos hacer y dónde ir o lo que no debemos hacer o dónde no ir. Las señales de tránsito son un buen ejemplo. Muchas de estas señales les ya son de uso internacional no requieren largas explicaciones y, con ellas, no hay la barrera del idioma, porque cualquier persona los puede interpretar aunque no conozcan ese idioma. En la soldadura, se utilizan ciertos signos en los planos sé ingeniería para indicar al soldador ciertas reglas que deben seguir, aunque no tenga conocimientos de ingeniería. Estos signos gráficos se llaman símbolos de soldadura. Una vez que se entiende el lenguaje de estos símbolos, es muy fácil leerlos.
Los símbolos de soldadura se utilizan en la industria para representar detalles de diseño que ocuparían demasiado espacio en el dibujo si estuvieran escritos con todas sus letras. Por ejemplo, el ingeniero o el diseñador desea hacer llegar la siguiente información al taller de soldadura:
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El punto en donde se debe hacer la soldadura.
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Que la soldadura va ser de filete en ambos lados de la unión.
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Un lado será una soldadura de filete de 12 mm; el otro una soldadura de 6 mm.
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Ambas soldaduras se harán un electrodo E-6014.
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La soldadura de filete de 12 mm se esmerilará con máquina que desaparezca
Para dar toda esta información, el ingeniero o diseñador sólo pone el símbolo en el lugar correspondiente en el plano para trasmitir la información al taller de soldadura
| El Símbolo de Soldadura empieza con una línea horizontal llamada de referencia. Los símbolos utilizados sobre la línea o debajo de esta deben llevar siempre la misma orientación, independientemente de la localización de la flecha. | ||||||||
| El siguiente símbolo es la flecha la cual puede ser usada en cualquiera de los dos extremos o en ambos y hacia arriba o hacia abajo | ||||||||
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| Enseguida esta el símbolo del tipo de soldadura. Cuando se coloca debajo de la línea de referencia indica que la soldadura va en el lado de la flecha o lado cercano de la unión y cuando se coloca sobre la línea de referencia la soldadura va en el otro lado de la unión. | ||||||||
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| El Tamaño de la soldadura cuando se usa soldadura de ranura indica la profundidad del chaflán cuando no se usan paréntesis la dimensión anotada indica la penetración al fondo de la ranura. La abertura de la raíz en soldaduras de ranura se indica dentro del símbolo. |
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| El Angulo de la soldadura de bisel y en "V" se indica debajo de la dimensión de la raíz. | ||||||
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| En Soldadura de tapón el espaciamiento se indica a la derecha del símbolo y el tamaño se indica a la izquierda. | ||||||
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| A menos que se especifique otra cosa la profundidad de llenado en soldaduras de ranura o de tapón debe ser completa. Cuando la profundidad, es menor que la ranura se indica dentro del símbolo. | ||||||
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| El espaldado o soldadura de espaldar se usa para indicar el cordón que va del otro lado en soldaduras de ranura sencilla. | ||||||
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| El símbolo de soldadura de fusión solo se usa cuando se requiera una penetración completa en soldaduras aplicadas en un solo lado y es indicado del otro lado de la soldadura de ranura. | ||||||
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| Símbolos Básicos | |||||||||||
| Filete | De Tapón o Ranura | Resistencia por puntos | Resistencia por costura | Cordón Para espaldar | Cordón Sobre Superficie |
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| Enviado por: | Ertotonio |
| Idioma: | castellano |
| País: | Venezuela |