Los 4 procesos de soldadura por arco eléctrico más utilizados para realizar soldaduras nuevas y de reparación son los procesos de soldadura SMAW, GTAW, GMAW y FCAW. El inspector debe comprender los procesos de soldadura por arco eléctrico utilizados con mayor frecuencia en la fabricación y reparación de equipos de refinería y procesos químicos. Cada proceso de soldadura tiene sus ventajas de aplicación y limitaciones
Tabla de Contenido
1.- Proceso de soldadura SMAW
El proceso de soldadura SMAW es Identificado por la AWS como SMAW: Shield Metal Arc Welding (Soldadura por Arco con Electrodo Revestido). Es un Proceso de Soldadura manual por Arco Eléctrico, que se establece entre un electrodo revestido y el metal base.
El arco produce una temperatura aproximadamente de 3500°C en la punta del electrodo. El calor funde el metal base y el electrodo revestido, generándose un baño de fusión, que va solidificando a medida que el electrodo se mueve a lo largo de la junta.
Se puede emplear corriente alterna (AC) o corriente continua (CC), dependiendo de las propiedades mecánicas requeridas, la fuente de alimentación de corriente y electrodo específico seleccionado. Se puede usar en la posición que indique cada electrodo.
1.1.- Función del revestimiento de los electrodos del proceso de soldadura SMAW
Las funciones que cumple el revestimiento de los electrodos son las siguientes:
- Provee elementos aleantes a la soldadura,
- Provee elementos aleantes a la soldadura,
- Proporciona elementos desoxidantes y de limpieza de la soldadura
- Establece las características eléctricas del arco
- Determina la forma del cordón y su penetración,
- Establece la posición de soldadura
1.2.- Ventajas del proceso de soldadura SMAW
A continuación, se presentan algunas ventajas comúnmente aceptadas del proceso SMAW.
- El equipo es relativamente sencillo, económico y portátil.
- El proceso se puede utilizar en lugares de acceso limitado.
- El proceso es menos sensible al viento y a las corrientes de aire que otros procesos de soldadura.
- El proceso es adecuado para la mayoría de los metales y aleaciones comúnmente utilizados.
- El nivel de formación y experiencia requerido es inferior al de otros procesos de soldadura.
1.3.- Limitaciones del proceso de soldadura SMAW
Las limitaciones asociadas con el proceso SMAW se indican las siguientes:
- La productividad, las velocidades de deposición con electrodo revestido son menores que aquéllas obtenidas el proceso de soldadura GMAW.
- Se debe eliminar la escoria de cada pase de soldadura depositado, en las paradas, arranques y antes de depositar un pase soldadura adyacente o sobre un pase de soldadura previamente depositada.
2.- Proceso de soldadura GTAW (TIG)
El proceso de soldadura GTAW o TIG (Tungsten Inert Gas) es identificado por la AWS como Gas Tungsten Arc Welding-GTAW.
El proceso GTAW es un proceso de soldadura por arco eléctrico, que se establece entre un electrodo de tungsteno y el metal base, bajo la protección de un gas inerte que evita el contacto del aire con el baño de fusión y con el electrodo, que se encuentran a alta temperatura.
El electrodo de tungsteno está sujeto a una torcha que le transmite la corriente eléctrica e inyecta el gas de protección; puede estar refrigerada y es alimentada por una fuente de poder que puede ser de Corriente Continua (CC) o Alterna (CA). El tipo de corriente va a depender en gran medida del metal a soldar.
La soldadura de corriente continua generalmente se realiza con la polaridad de Electrodo Negativo (DCEN). La soldadura DCEN ofrece las ventajas de una penetración más profunda y velocidades de soldadura más rápidas.
La corriente alterna proporciona una limpieza catódica (sputtering) que elimina los óxidos de las superficies de la junta soldada, necesaria para soldar materiales no ferrosos como el aluminio y el magnesio. El metal de aporte, cuando es necesario, se agrega directamente al metal base.
2.1.- Electrodos para Soldar con el Proceso de soldadura GTAW (TIG)
Los electrodos para el proceso GTAW (TIG), están fabricados con tungsteno o aleaciones de tungsteno, lo que los hacen prácticamente no consumibles, ya que su punto de fusión es sobre los 3.800°C. Los diámetros más utilizados: 1,6 mm; 2,4 mm; 3,2 mm. Largos estándar: 76 y 178 mm. La adición de 2% de torio permite una mayor capacidad de corriente, mejor iniciación y estabilidad del arco.
2.2.- Función del gas de protección para la soldadura con el Proceso de soldadura GTAW
La función del gas en la soldadura por el proceso GTAW es de proteger del aire circundante al electrodo, al arco y al metal fundido y así evitar la oxidación y contaminación de la soldadura. También se puede usar gas de respaldo cuando se sueldan aceros inoxidables austeníticos y la función del gas de respaldo es evitar la oxidación del metal base con el aire circundante.
2.3.- Ventajas del proceso de soldadura GTAW
Algunas ventajas comúnmente aceptadas por el proceso de soldadura GTAW están las siguientes:
- Permite soldar en todas las posiciones todos los metales, aceros aleados, aluminio, magnesio, cobre, níquel y otros metales especiales, tales como el titanio y el circonio;
- Permite soldar espesores delgados.
- Debido a que el electrodo de tungsteno y el material de relleno son independientes, permite añadir el relleno sólo la cantidad adecuada, evitando generar soldaduras con sobre espesores innecesarios, con muy buen aspecto.
- Produce una soldadura limpia y sin escorias.
- No transfiere material a través del arco, por lo que no se producen salpicaduras.
- Permite al soldador ver bien el metal diluido, con lo que podrá manejarlo.
- Mantiene el arco aún con muy bajas corrientes, se puede soldar una amplia gama de espesores y hasta 4 mm de espesor sin preparación de bordes.
- Permite controlar la penetración, por lo que se usa para el pase de raíz de metales finos y grandes espesores, luego se puede completar la junta con cualquier otro proceso.
- Aporta energía concentrada, con mínimas deformaciones.
- Permite obtener soldaduras con la misma composición química y propiedades mecánicas que el metal base, cuando no hay material de relleno.
2.4.- Limitaciones del proceso de soldadura GTAW
Las limitaciones asociadas a la soldadura con el proceso GTAW son las siguientes:
- Velocidades de deposición son menores que aquéllas obtenidas con otros procesos de soldadura por arco eléctrico con electrodos consumibles.
- Se requiere mayor habilidad del soldador que con el proceso de soldadura SMAW
- Presenta baja tolerancia a los contaminantes del metal de relleno o el metal base.
- Dificultad para proteger adecuadamente la zona de soldadura en ambientes con corrientes de aire.
3.- Proceso de Soldadura GMAW
El proceso de soldadura GMAW identificado por la AWS como Gas Metal Arc Welding, también conocido como MIG: Metal Inert Gas o MAG: Metal Active Gas.
En este Proceso de Soldadura donde se establece un arco eléctrico entre un alambre que es alimentado de manera continua y la pieza a soldar. La protección del arco, se efectúa a través de un gas que puede ser inerte (Argón o Helio) proceso MIG: Metal Inert Gas; o activo (CO2 o Mezcla Ar-CO2) proceso MAG: Metal Active Gas.
3.1.- Elementos del proceso de soldadura GMAW
Este proceso necesita más elementos para poder soldar que los necesarios en otros procesos:
- Una fuente de corriente continua y tensión constante.
- Un devanador que alimente de manera continua el alambre macizo, que consta de un mecanismo de tracción compuesto de uno o dos pares de rodillos.
- Una torcha, que está compuesta de un tubo de contacto donde el alambre recibe la corriente de soldadura proveniente de la fuente;
- Una tobera de metal que direcciona el gas que protege la soldadura,
- Un linner que está dentro de la torcha por donde pasa el alambre.
- Una manguera y regulador de gas.
Este proceso puede ser utilizado de 2 maneras: semiautomática (el soldador hace avanzar la torcha manualmente) y automatizada (el avance se hace mecánicamente). Permite soldar todos los metales ferrosos y no ferrosos.
3.2.- Maneras de trasferir el alambre o metal de relleno a la pieza en el proceso de soldadura GMAW
En el proceso GMAW existen tres formas más usadas para la transferencia del metal de relleno al metal base. Estas son:
Transferencia por Corto Circuito: El metal se transfiere a la pieza cuando se produce el contacto entre el alambre y la pieza, se produce una gota líquida pequeña que se enfría rápidamente, se utiliza con gas de protección CO2 y puede soldar espesores finos en todas las posiciones. Se produce en voltajes y corrientes bajas lo que ocasiona un bajo aporte de calor.
Transferencia Globular: El tamaño de la gota que se transfiere a la pieza es mayor que el diámetro del alambre, se utiliza con gas de protección CO2, sirve solamente para trabajar en posición plana. Se utilizan valores más altos de tensión y corriente que para corto-circuito, por lo que genera una mayor penetración pero a la vez mayores salpicaduras.
Transferencia Spray: La transferencia de las gotas se hace a muy altas velocidad y en tamaños muy pequeños, se transfieren entre 100 y 300 gotas de metal por segundos. El alambre no llega a tocar la pieza y la pileta líquida es de baja viscosidad, alta fluidez, lo que ocasiona que no se pueda soldar en todas las posiciones. Solamente se puede alcanzar con gas Ar o mezclas de Ar-CO2, con parámetros de tensión y corriente muy elevadas.
3.3.- Tipos de Gases usados en el proceso de soldadura GMAW
CO2: El anhídrido carbónico o dióxido de carbono es el de mayor utilización y más económico. Genera buena penetración, aumenta la viscosidad del baño, el arco es menos estable con numerosas proyecciones. Se utiliza para aceros al carbono y poco aleados.
Ar: El argón es un gas inerte, monoatómico, no tóxico, no respirable, no inflamable y es parte del aire (0,934%), favorece el encendido del arco y su estabilidad.
Ar 80% CO2 20%: Esta mezcla de gases se utiliza en aceros al carbono y poco aleados, mejora el inicio del arco y lo hace más estable.
3.4.- Ventajas del proceso de soldadura GMAW
Algunas ventajas del proceso GMAW son las siguientes:
- Velocidades de soldadura mayores que SMAW y GTAW.
- Se requiere mínima limpieza luego de soldar
- Puede utilizarse para soldar cualquier metal ferroso y no ferroso.
- En transferencia corto-circuito se puede soldar en toda posición.
- Se pueden realizar soldaduras de grandes longitudes sin que tengan empalmes entre los cordones, evitando imperfecciones.
3.5.- Limitaciones del proceso de soldadura GMAW
Las limitaciones asociadas a este proceso son las siguientes.
- El equipo para GMAW es más complejo, más costoso y menos portable que SMAW.
- El arco debe ser protegido de las corrientes de aire, por lo que su aplicación al aire libre es limitada.
- Cuando se utiliza el proceso GMAW-S, la soldadura es más susceptible a la falta de fusión.
4.- Proceso de Soldadura FCAW
El proceso de soldadura FCAW identificado por la AWS como Flux Cored Arc Welding
Es un Proceso de Soldadura por Arco Eléctrico, que se establece entre un alambre tubular continuo con fundente interno y el metal base, con o sin la protección adicional de un gas. Durante el enfriamiento y solidificación del metal de soldadura depositado la protección se hace con escoria. Este proceso puede ser Manual, Semi Automático y Automático.
En el Proceso FCAW la Fuente de poder es la que suministra Corriente Continua y generalmente es de voltaje constante, en las aplicaciones de unión se emplea polaridad positiva (el alambre-electrodo está conectado al borne positivo de la fuente).
El propósito de la unidad de alimentación es traccionar (halar) y controlar la salida del alambre continuamente hacia el arco a una velocidad contante establecida previamente.
La Pistola contiene la Boquilla de Contacto que es la que energiza el alambre electrodo. Las pistolas pueden ser enfriadas con aire o con agua (generalmente cuando la corriente de soldadura excede 500 amperios).
Cuando se utiliza gas de protección suministrado externamente, se emplea un Cilindro que lo contiene. El Electrodo es un Alambre Tubular que consiste en un fleje metálico conformado mecánicamente hasta formar una especie de «pitillo» (de varios diámetros desde 0.8 mm hasta 2.8 mm) el cual se rellena con una mezcla controlada y formulada de metal pulverizado, ferroaleaciones, fundentes y materiales formadores de escoria. El Alambre viene enrollado en una Bobina o Carrete de diversas presentaciones.
El Proceso FCAW tiene dos modalidades de soldadura que dependen de la formulación que se haga del alambre tubular:
Cuando los alambres tubulares se formulan y especifican con gas de protección (el cual puede ser 100% CO2 o una mezcla de Argón y CO2) suministrado externamente, el proceso se designa FCAW-G.
Cuando los alambres tubulares se formulan y especifican SIN gas de protección suministrado externamente, el proceso se designa FCAW-S (S: Self). Se les suele llamar alambres autoprotegidos.
4.1- Ventajas del proceso de soldadura FCAW
Algunas ventajas del proceso FCAW son las siguientes:
- Excelente apariencia (soldaduras con superficies lisas y uniformes)
- Pueden soldarse diversos aceros en un amplio rango de espesores
- Alta velocidad de deposición hasta 4 veces mayor que en SMAW
- Arco visible (fácil de utilizar)
- Menor distorsión que en SMAW
- Los metales de aporte tipo metal-cored producen muy baja escoria con buenas propiedades
- Menos salpicaduras y sensibilidad a la porosidad que GMAW
- Los alambres auto protegidos eliminan la necesidad del gas de protección o del fundente externo
- En muchas aplicaciones se obtiene mayor productividad que con proceso GMAW
4.2.- Limitaciones del proceso de soldadura FCAW
Las limitaciones del proceso FCAW son las siguientes:
- Actualmente está limitado a la unión de aleaciones ferrosas y aleaciones base níquel.
- El equipamiento es más costoso y complejo que el utilizado en SMAW, aunque el aumento de la productividad generalmente compensa su costo.
- La fuente de poder y el alimentador de alambre deben estar relativamente cerca del lugar de la producción de la soldadura.
- Para la modalidad FCAW-G, la protección externa puede ser afectada adversamente por corrientes de aire.
- El alambre autoprotegido genera grandes volúmenes de humos de soldadura y requiere un equipo adecuado para su extracción.
- Debido a la mayor complejidad del equipamiento se requiere mayor mantenimiento que en SMAW.
- Se pueden generar más humos que en GMAW y SMAW.
- El arco debe ser protegido de las corrientes de aire, por lo que su aplicación al aire libre es limitada.
- Se requiere material de respaldo para la soldadura del pase de raíz.
- No se recomienda para soldaduras que contienen presión.
- Se debe eliminar la escoria antes de realizar el siguiente pase y antes de la inspección,
- No eliminar la escoria del pase final puede generar corrosión.
Fabricante de metal de relleno para los procesos de soldadura
https://www.lincolnelectric.com/es-ES/Products/Filler-Metals
5.- Conclusión
Es importante que el inspector comprenda los procesos básicos de soldadura mas utilizados en las soldaduras nuevas y de reparación para realizar una adecuada inspección.
6.- Recomendación
El inspector antes de realizar la inspección de las soldaduras debe tomar una capacitación de Control de Calidad de las Soldaduras por la Técnica de Inspección Visual.
7.- Referencias
Este contenido fue creado de acuerdo a la Practica Recomendada:
API RP577 Welding Processes, Inspection, and Metallurgy
Te recomendamos este curso ver nuestro programa de cursos