EFECTO DE LAS VARIABLES EN EL PROCESO DE SOLDADURA GMAW (MIG/MAG)

Las siguientes son algunas de las variables del proceso GMAW que afectan la penetración de la soldadura, la geometría del cordón y la calidad del
depósito de soldadura en toda su extensión:

• • 1. Corriente de Soldadura (Velocidad de Alimentación del Electrodo)
  • 2. Polaridad
  • 3. Voltaje de Arco (Longitud de Arco)
  • 4. Velocidad de Avance
  • 5. Extensión del Electrodo
  • 6. Orientación del Electrodo (Ángulo de Empuje o Ángulo de Arrastre)
  • 7. Posición de la Junta a Soldar
  • 8. Diámetro del Electrodo
  • 9. Composición del Gas de Protección y Flujo de Salida del Gas

El conocimiento y el control de estas variables son esenciales para la producción de soldaduras consistentes y de una calidad satisfactoria. Estas variables no son completamente independientes y el cambio en el valor de alguna de ellas generalmente requiere un cambio en alguna o en varias de las otras para producir los resultados esperados. Se requiere de habilidad y buena experiencia para seleccionar los valores óptimos de cada una de las variables para una aplicación en particular. Estos valores óptimos están afectados por el tipo de metal base, la composición del electrodo, la posición de soldadura y los requerimientos de calidad. Por lo tanto, no hay un conjunto único de parámetros que proporcione los resultados óptimos en cada uno de los casos.

1. CORRIENTE DE SOLDADURA

Cuando todas las otras variables se mantienen constantes, el amperaje de soldadura varía con la velocidad de alimentación del electrodo, o la rata de fusión, en una relación no lineal. Cuando la velocidad de alimentación del electrodo se varíe, el amperaje de soldadura variará en forma similar si se está utilizando una fuente de potencia de voltaje constante. En la Figura 1 se muestra la relación entre la corriente de soldadura y la velocidad de alimentación del alambre para aceros al carbono.
En los niveles bajos de corriente para cada tamaño de electrodo, la curva es aproximadamente lineal. Sin embargo, en las corrientes de soldadura más altas, particularmente con diámetros de electrodo pequeños, las curvas se vuelven no lineales, incrementándose progresivamente a una rata más alta según se incremente el amperaje de soldadura. Este comportamiento es atribuido a la resistencia calorífica de la extensión del electrodo más allá de la boquilla de contacto.

La relación entre la velocidad de alimentación del electrodo y la corriente de soldadura se ve afectada por la composición química del electrodo. Este efecto puede ser visualizado comparando la Figuras 1 (para electrodos de acero al carbono), 2 (para electrodos de aluminio), 3 (para electrodos de acero inoxidable y 4 (para electrodos de cobre). Las diferentes posiciones y pendientes de las curvas se deben a las diferencias en las temperaturas de fusión y resistividades eléctricas de estos metales. La extensión del electrodo también afecta estas relaciones.
Cuando se mantienen constantes todas las otras variables, un incremento en la corriente de soldadura (velocidad de alimentación del electrodo) resultará en lo siguiente:

• Un aumento en la penetración de la soldadura (profundidad y ancho del cordón)
• Un aumento en la rata de deposición
• Un aumento en el tamaño del cordón de soldadura

2 . POLARIDAD

El término polaridad se utiliza para describir la conexión eléctrica de la pistola de soldadura con relación a los terminales de una fuente de potencia que produzca corriente continua. Cuando el cable de la pistola se conecta al terminal positivo de la máquina, la polaridad es conocida como corriente directa electrodo positivo (DCEP), también conocida como polaridad invertida. La inmensa mayoría de las aplicaciones en GMAW utilizan polaridad invertida (DCEP). Esta condición proporciona un arco estable, una transferencia suave del metal de soldadura, salpicaduras relativamente bajas, buenas características del cordón de soldadura y una mayor profundidad de la penetración para un amplio rango de corrientes de soldadura.
La polaridad directa; es decir, corriente continua electrodo negativo (DCEN), es raramente utilizada porque la transferencia por spray axial no es posible. La polaridad directa tiene la clara ventaja de las altas ratas de fusión que no pueden ser explotadas porque la transferencia es globular. Con los aceros, la transferencia puede ser mejorada adicionando un porcentaje mínimo del 5% de oxigeno al argón de protección (requerido en aleaciones especiales para compensar las pérdidas por oxidación) o mediante tratamiento del alambre para hacerlo termoiónico ( lo cual incrementa el costo del metal de aporte). En ambos casos, las ratas de deposición se diminuyen, eliminando la única ventaja real de esta polaridad. No obstante, debido a la alta rata de deposición y a la menor penetración, penetración reducida, la polaridad negativa ha encontrado alguna aplicación en los recubrimientos superficiales.

3 . VOLTAJE DE ARCO (LONGITUD DE ARCO)

Los términos Voltaje de Arco y Longitud de Arco son a menudo utilizados indistintamente. La verdad es que estos términos son diferentes aun cuando efectivamente están relacionados. En el proceso GMAW la longitud de arco es una variable crítica que debe ser cuidadosamente controlada. Por ejemplo, en la transferencia por spray con protección de argón, un arco que sea demasiado corto experimenta cortos circuitos momentáneos. Estos cortocircuitos causan fluctuaciones de presión que bombean aire hacia el chorro del arco, produciendo porosidad y pérdida de ductilidad por el nitrógeno absorbido.
Si el arco fuese demasiado largo, éste tiende a desviarse, afectando tanto la penetración como el perfil de la cara de la soldadura. Un arco largo también pude interrumpir el gas de protección. En el caso de arcos enterrados con una protección de dióxido de carbono, un arco largo genera excesivas salpicaduras así como porosidad; si el arco es demasiado corto, la punta del electrodo entra en corto circuito con el charco de soldadura causando inestabilidad.
La longitud del arco es la variable independiente. El voltaje de arco depende de la longitud del arco así como de muchas otras variables tales como la composición y dimensiones del electrodo, el gas de protección, la técnica de soldadura y, dado que a menudo se mide en la fuente de potencia, incluso de la longitud del cable de soldadura. El voltaje del arco es un medio aproximado de medir la longitud física del arco (véase la Figura 5) en términos eléctricos, aunque el voltaje del arco también incluye la caída de voltaje en la extensión del electrodo que sobresale de la boquilla de contacto.

Si todas las variables se mantienen constantes, el voltaje del arco está directamente relacionado con la longitud del arco. Aunque la longitud de arco es la variable de interés y la variable que debería ser controlada, el voltaje es más fácil de monitorear. Por esta razón y por el requerimiento normal de que en el procedimiento de soldadura se especifique el voltaje del arco, éste es el término que se utiliza con mayor frecuencia.
Los niveles establecidos de voltaje del arco varían dependiendo del tipo de material base, gas de protección y el tipo de transferencia de metal. En la Tabla 1 se muestran valores típicos. Se requieren ejercicios de ensayo y error con el objeto de ajustar el voltaje del arco para producir las características de arco más favorables y la apariencia del cordón de soldadura. Estos ensayos son esenciales porque el voltaje de arco óptimo depende de una variedad de factores, incluyendo el espesor del material base, el tipo de junta, la posición de soldadura, el tamaño del electrodo, la composición del gas protector y la categoría de soldadura (soldaduras de ranura o filete, por ejemplo).
A partir de un valor específico del voltaje del arco, un aumento en el voltaje tiende a aplanar el cordón de soldadura e incrementa el ancho de la zona de fusión. Un voltaje excesivamente alto puede causar porosidad, salpicaduras y socavado. La reducción en el voltaje resulta en un cordón de soldadura más angosto con una corona más alta y una penetración más profunda. Un voltaje excesivamente bajo puede causar que el electrodo se embote.

4 . VELOCIDAD DE AVANCE

La velocidad de avance o de desplazamiento es la tasa de movimiento lineal del arco a lo largo de la junta a soldar. Con todas las otras condiciones constantes, la penetración de la soldadura es máxima con una velocidad de avance intermedia. Cuando se reduce la velocidad de avance, se aumenta la deposición del metal de aporte por unidad de longitud.
A velocidades muy bajas, el arco de soldadura actúa más en el charco de metal de soldadura que sobre el metal base, con lo que se reduce la penetración efectiva; esta condición también produce un cordón de soldadura más ancho.
En la medida en que se aumenta la velocidad de avance, la cantidad de energía térmica por unidad de longitud de soldadura transferida desde el arco hacia el metal base al principio se aumenta, ya que el arco actúa más directamente sobre el metal base. Con un aumento adicional en la velocidad de avance, se transferirá hacia el metal base menos energía térmica por unidad de longitud de soldadura. Por lo tanto, la fusión del metal base primero se aumenta y luego se disminuye cuando se incrementa la velocidad de avance.
Si se aumenta todavía más la velocidad de avance, habrá una tendencia a producir socavado a lo largo de los bordes del cordón de soldadura debido a que hay insuficiente deposición de metal de aporte para llenar el trayecto fundido por el arco.

5 . EXTENSIÓN DEL ELECTRODO

La Extensión del Electrodo es la distancia entre el extremo de la boquilla de contacto y la punta del electrodo tal como se muestra en la Figura 5. Cuando se aumenta la extensión del electrodo se produce un aumento en su resistencia eléctrica. El calentamiento por resistencia, a su vez, hace que la temperatura del electrodo se eleve, lo que resulta en un pequeño incremento de la rata de fusión del electrodo. En general, la mayor resistencia eléctrica produce una caída de voltaje mayor entre la punta del electrodo y la pieza de trabajo.
Esta situación es sensada inmediatamente por la fuente de potencia, la cual compensa este aumento con una reducción en la corriente. Esto de inmediato reduce la tasa de fusión del electrodo y permite que se acorte la longitud física del arco. En consecuencia, a menos que haya un incremento de voltaje en la máquina de soldar, el metal de aporte se depositará en un cordón angosto y de corona alta.
La extensión del electrodo deseable está generalmente entre ¼” a ½” (6 a 12 mm) para la transferencia por corto circuito y de ½” a 1" (12 a 25 mm) para la transferencia por spray.

6 . ORIENTACIÓN DEL ELECTRODO

Como en todos los procesos de soldadura por arco, la orientación del electrodo con respecto a la junta a soldar afecta la forma del cordón de soldadura y la penetración.
Este efecto sobre el cordón de soldadura es mayor que el del voltaje de arco o el de la velocidad de avance. La orientación del electrodo se describe de dos maneras: primero, por la relación entre el eje del electrodo y la dirección de desplazamiento (ángulo de desplazamiento) y segundo, con el ángulo entre el eje del electrodo y la superficie de la pieza de trabajo (ángulo de trabajo). Cuando el electrodo apunta en la dirección opuesta a la dirección del desplazamiento, la técnica se denomina soldadura de revés con ángulo de arrastre. Cuando el electrodo apunta en la dirección del desplazamiento, la técnica se conoce como soldadura de derecha o avance con ángulo de empuje. La orientación del electrodo y su efecto sobre el ancho y la penetración de la soldadura se ilustran en las Figuras 6 (A), (B) y (C).

Cuando el electrodo se saca de la perpendicular dándole un ángulo de ataque y con todas las demás condiciones sin alteración, la penetración disminuye y el cordón de soldadura se hace más ancho y plano. La máxima penetración en la posición plana se obtiene con la técnica de arrastre, empleando un ángulo de arrastre de unos 25° con respecto a la perpendicular.
Esta técnica también produce un cordón de soldadura más convexo y angosto, un arco más estable y menos salpicaduras sobre la pieza de trabajo. Para todas las posiciones, el ángulo de desplazamiento que generalmente se utiliza es un ángulo de arrastre que esté entre 5° y 15° con el fin de tener un buen control y protección del charco de soldadura.
Para algunos materiales, tales como el aluminio, se prefiere una técnica de avance. Esta técnica produce una “acción limpiadora” adelante del metal de soldadura fundido que reduce su tensión superficial y la oxidación del metal base. Cuando se requiere ejecutar soldaduras de filete en la posición horizontal (2F), el electrodo deberá colocarse a unos 45° respecto al miembro vertical (ángulo de trabajo), tal como se ilustra en la Figura 7.

Elaborado por: Ing. Andrés Rengifo
Coordinador Instituto de Soldadura Wes-Arco

¿ Que és la soldadura MAG ?

La soldadura MAG se basa en el mismo principio que la soldadura con electrodo recubierto, es decir un arco eléctrico donde se funde material base conjuntamente con un electrodo. En la soldadura MAG el electrodo viene en forma de alambre
 ( bobina ) y el baño de fusión es protegido por un gas activo. 

Primeras soldaduras en biseles, con electrodo básico E-7018 para penetración y en posición vertical.

El mayor del grupo,- que no de espíritu - nos quiere enseñar un barco que realizó en metal hace ya algún tiempo, gracias Santana:

Nuestros primeros "pinitos " en la soldadura alla por julio y ahora ya estamos soldando biseles!!!!! ;))))

Objetivo cumplido: Los alumnos han conseguido dominar la técnica de soldadura con electrodo rútilo y básico en todas posiciones ( sin chaflán), ENORABUENA!!!!, ahora a por los biseles...

Algunos ejemplos de probetas hechas por los alumnos en posición vertical con electrodo Rutílo:

Nos despedimos hasta el 29 de agosto por vacaciones, ponemos un video como toma falsa, fijense al final como baja el soporte y alguno más, feliz descanso a todos...

Compañeros en acción...

Práctica de cerrajería.

POSICIONES EN SOLDADURA: Los alumnos del curso ya ha realizado prácticas en plano 1F, horizontal 2F y ahora mismo están en vertical 3F, ánimo a todos...

Breve historia de la Soldadura Eléctrica, escrito por Mike Levi.

Es Indudable que el primer paso para la invención de la soldadura lo produjo Sir Humphry Davy en 1801 cuando descubrió que era posible conducir electricidad en el aire entre dos electrodos; ¡realmente descubrió el arco eléctrico! Los primeros electrodos en usarse fueron varillas sin ningún recubrimiento, las cuales produjeron arcos inestables, cordones amorfos, excesivas salpicaduras, y altísima fragilidad del metal de soldadura por causa de la contaminación del charco. En el proceso de desarrollo de la soldadura, se comenzaron a utilizar revestimientos de diversos materiales orgánicos e inorgánicos; aunque en principio se hizo simplemente para generar estabilidad al arco, más que para producir soldaduras limpias.

En el año 1885, el ruso N Bernardos, determina la posibilidad de generar un charco metálico entre dos electrodos (un cátodo de carbón y un ánodo de metal) para unir piezas metálicas. Él patenta el primer equipo de soldadura en Inglaterra. Slavianoff es el primero en crear un electrodo (metálico) consumible, en 1892. El sueco Oscar Kjellberg, es el primero en patentar un electrodo revestido (1907) fue el fundador de la compañía ESAB. En USA (1912), los señores Strohmenger-Slaughter patentaron el primer electrodo con grueso recubrimiento, el cual comenzó a utilizarse a nivel industrial. Este tuvo una aceptación bastante lenta por causa de su precio.Desde los inicios de la década de los 20’s, se comenzó a investigar sobre la protección gaseosa para la operación de soldeo, pero por causa del desarrollo del proceso SMAW, se perdió el interés por los procesos con atmosfera protectora de gas. Entre los años 1930 - 1935 las operaciones con el proceso SMAW alcanzaron las áreas de infraestructura pesada; fue en aquellos tiempos que se construyeron los primeros barcos totalmente soldados tanto en USA como en Alemania. Simultáneamente (año 1932) comenzaban a hacerse experimentos con electrodos continuos protegidos por fundentes granulados, a partir del año 1935 se consolido el proceso SAW en la construcción de barcos y la fabricación de tuberías; fue también en aquel año (1935) que se introdujo la utilización de la Corriente Alterna, la cual frente a sus ventajas estaban sus dificultades en cuanto a estabilidad del arco, causas que fomentaron la creación de mejores revestimientos para los electrodos SMAW. El primer proceso con protección gaseosa fue llamado HELIARC, denominado así por causa que el primer gas de protección fue el Helio, y es el proceso conocido como GTAW, en principio se utilizaba con CC, se fue optimizando al utilizarlo con CA, y posteriormente con la implementación de las unidades de Alta Frecuencia con lo cual se logro mayor estabilidad del arco así como la posibilidad de soldar metales con alta conductividad térmica y de reducidos espesores. Ya para el comienzo de la década de los 40’s, se consolidó el uso del Argón como gas protector del arco. Entre los años 1938 - 1940, se descubrió que por causa de las altas temperaturas del centro del arco, los elementos del recubrimiento (fundente) al descomponerse atómicamente; producían CO₂; de tal manera que resulto en un gas de excelentes cualidades como agente protector del arco.

El proceso GTAW se consolido en la producción de soldaduras sobre metales muy reactivos, y de limitados espesores; de tal manera que aun existía una falencia en cuanto a procesos productivos, es por esto que para el año 1948 se creo el proceso GMAW partiendo del anterior; al imitar el Wolframio con un electrodo de alambre continuo. El proceso inicialmente utilizo gases activos (He, Ar) y posteriormente gas inerte (CO₂) los cuales hasta hoy se siguen utilizando.En aras de la generación de un proceso de alta productividad, pero mas sencillo que el GMAW, se comenzó a ensayar con electrodos revestidos de gran longitud, pero estos al ser enrollados agrietaban y desadherían el recubrimiento; por ello y después de varias investigaciones, para el año 1957 se lanzo al mercado el proceso FCAW, el cual inicialmente se utilizaría con gas de protección y después sin este.

Hoy día encontramos gran variedad de electrodos para diferentes aplicaciones tanto para construcción como también para reparación y ecubrimientos duros, para utilizarse con o sin gas.El avance tecnológico ha llevado a optimizar y a derivar procesos, mas que a crear nuevos, tenemos por ejemplo las aplicaciones laser, electroescoria, y hasta la creación de piezas completamente por soldadura, sin ningún tipo de maquinado.

Es indudable que de los procesos productivos existentes; sean el FCAW y el GMAW los de mayor trascendencia, estos se utilizan en la construcción de líneas de tuberías, estructuras, tanques de almacenamiento; así como también en la fabricación de elementos metálicos industriales.

Mike Levi

Probetas de alumnos que superaron la prueba de ángulo interior.

Prácticas en ángulo interior:

Soldaduras realizadas con electrodo rutílo E-6013, en posición horizontal con tres pasadas ( un primer cordón de raíz y dos de peinado) , con amperaje apróximado 90 -100 A, en pletina 40 x 6 mm: