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DATOS VERDADEROS SOBRE LA POLARIDAD En las páginas 38 y 197 de nuestro Manual del Soldador, hasta la novena edición se mantuvo un error sobre el concepto de la polaridad. Hemos realizado la corrección en la décima edición, después de realizar unas pruebas de taller que confirman lo expuesto tanto por la AWS (Sociedad Americana de Soldadura) como por la DVS (Asociación Alemana de Soldadura), así como el volumen 6 del manual ASM de la Sociedad Americana de Metales cuyos libros en diversos puntos aseguran que se obtiene mayor penetración con polaridad inversa (electrodo al positivo). No es fácil corregir lo que se mantuvo durante nueve ediciones, para ello era necesario verificarlo. Entonces se decidió hacer las pruebas necesarias para investigar lo que los norteamericanos y los alemanes sostienen respecto a las variaciones de la penetración con el cambio de la polaridad. Como resultado, se llegó a la conclusión de que, efectivamente, se obtiene mayor penetración cuando el electrodo está conectado al positivo. Posiblemente el error se originó en la idea, muy difundida en España, de que al soldar con polaridad directa hay más penetración, puesto que es una práctica muy común el soldeo de las pasadas de raíz con electrodo básico de diámetro 2,5 mm al polo negativo, ya que según afirman los soldadores, hay mayor penetración en esta polaridad. Lo anterior, es un error de aplicación, para los norteamericanos y los alemanes, porque sus procedimientos y sus Normas recomiendan que todo electrodo básico se deberá soldar con polaridad inversa (electrodo al positivo), especialmente los de alta resistencia mecánica para los aceros de grano fino, como por ejemplo los electrodos E 7018-G, E 8018-G, E 9018-G, y E 11018-G. En el Manual de los procesos de Arco Eléctrico Volumen I, se afirma lo siguiente sobre la física del arco: En polaridad inversa, los iones que son partículas de masa impactan sobre el metal base, produciendo mayor penetración por el impacto sobre el baño de fusión, además el arco cuya forma es cónica está con el polo negativo en la chapa, donde hay mayor densidad de energía, es decir mayor cantidad de electrones por milímetro cuadrado. A pesar de que el polo negativo tiene menos temperatura, la mayor densidad de energía concentra el calor en menor área, adicionalmente con el impacto de los iones de masa en transferencia sobre el baño de fusión, se produce mayor penetración en el depósito (ver figura 1 b). Por el contrario, con polaridad directa, los electrones no producen transferencia de masa, son cargas eléctricas que se desplazan a gran velocidad, pero a su paso impactan con las moléculas y átomos de los gases, así como sobre la superficie de la chapa. Sin embargo, a pesar de que el impacto de los electrones produce mayor temperatura sobre el baño de fusión, la base del cono del arco está sobre la chapa, en consecuencia, el calor se distribuye en mayor área y entonces, la densidad de energía sobre la superficie del baño de fusión es menor que en el soldeo con polaridad inversa (figura 1 a). Esto se ha demostrado con varios procesos de soldeo por arco con electrodo consumible, tanto con electrodos revestidos, como con alambres macizos y tubulares, inclusive con flejes macizos y con fundente interior.

a) Arco con polaridad directa.

b) Arco con polaridad inversa.

Figura 1. Forma de la columna de plasma en los procesos de soldeo por arco. La densidad de energía es mayor en el polo negativo (mayor flujo de electrones por unidad de área), por esta razón se produce mayor penetración en la chapa cuando se suelda con polaridad inversa.

Figura 2. Forma cónica de la columna de plasma del arco eléctrico La figura 2 representa la columna de plasma del arco eléctrico, y la relación con la caída de tensión mayor en las caras de los polos en comparación con la caída de tensión en la parte central de la columna. Esta figura es común en varias fuentes de información sobre

la física del arco eléctrico. Se observa la forma cónica de la columna, que en el caso del proceso TIG llega a tener un ángulo de 45º, como se aprecia en la figura 3.

Figura 3. Forma de la columna de plasma en el proceso de soldeo TIG Excepción para el caso de los electrodos celulósicos. Un caso particular constituye el soldeo de tuberías con electrodos celulósicos, en procedimientos certificados según la Norma API 1104. Curiosamente no se menciona nada con respecto a la polaridad, pero la práctica común es soldar la pasada de raíz con polaridad directa, para facilitar el manejo del baño de fusión al soldar en vertical descendente, para luego soldar todas las demás pasadas con polaridad inversa. Observación especial del proceso TIG. En cuanto al proceso TIG existe otra observación, conectando el electrodo no consumible al negativo hay más penetración que al positivo, tal como se observa en la página 248 del Manual del Soldador. La razón es simple, si tratáramos de soldar con polaridad inversa con el proceso TIG, no se podría soldar con alta intensidad. Pero esto tiene una explicación física y metalúrgica. El punto de fusión del volframio (tungsteno) es de 3 800 ºC, y conectado al polo positivo, donde la temperatura es mayor a los 4 200 ºC, el electrodo se fundirá inevitablemente. Pero con polaridad directa es posible mantener el electrodo con la punta afilada, ya que la temperatura no pasa de 3 600 ºC en el polo negativo, pudiendo soldar con mayor intensidad de corriente. Con un electrodo de volframio de Ø 2,5 mm se puede soldar hasta con 200 Amperios y con uno de 3,0 mm se puede llegar hasta 350 Amperios o más. Sin embargo conectado al polo positivo, un electrodo de volframio (tungsteno) de Ø 6,0 mm (1/4”) se logra establecer el arco con solamente 120 amperios, no se puede incrementar la intensidad porque el electrodo se funde. En conclusión, con diámetros menores, la intensidad de soldeo posible será mucho menor. Pero todo tiene solución para la tecnología y, actualmente, se ha desarrollado un procedimiento patentado, en el que se emplea una máquina de arco pulsado, con un soplete TIG refrigerado por agua, con mayor caudal de agua de enfriamiento. Con esta técnica se logra soldar con el electrodo al positivo y con mayor penetración, empleando electrodos de 3,0 y de 4,0 mm de diámetro.

Esta nueva tecnología tiene aplicación en el soldeo de reparación de aluminio fundido, de hecho se utiliza para soldar motores de aluminio al 12% de silicio. Se está utilizando esta técnica en reparaciones de motores de aluminio en varios países. Está claro que sin arco pulsado y sin antorcha refrigerada esto sería muy difícil o imposible, porque lo que se trata con esto es impedir que el volframio (tungsteno) llegue al punto de fusión, dándole una posibilidad de evacuar el calor por convección al agua de refrigeración. Observaciones para el soldeo de recargue. En el soldeo de recargue se recomienda usar la polaridad directa (electrodo al negativo) con la finalidad de obtener la mínima dilución, para que el metal depositado no se mezcle excesivamente con el metal base, con lo que las propiedades de resistencia al desgaste y a la corrosión son mayores. En el proceso de electrodo revestido, la mayoría de electrodos de recargue con carburos de cromo son de revestimiento básico, con lo que no se recomienda soldarlos con polaridad directa, sino inversa. Pero la alternativa para reducir la dilución es el soldeo mediante la técnica que trata de dirigir el arco contra el cordón anterior, para incidir menos en el metal base. Cuando se trata del soldeo de recargue con alambres tubulares, y también con el proceso de arco sumergido con alambre macizo, con fleje macizo, o con fleje relleno de fundente, se prefiere emplear la polaridad directa, tal como recomiendan los catálogos de estos productos. Esto lo confirman diversos fabricantes de materiales de aportación, quienes llegan a estas conclusiones después de varias pruebas de aplicación práctica en la industria, que son verificadas mediante macrografías y ensayos de resistencia al desgaste. Esperamos que estas aclaraciones sirvan para entender las razones del cambio en los puntos citados del Manual del Soldador, porque la tecnología de soldadura requiere el análisis permanente de los fenómenos físicos y metalúrgicos, con los que se obtienen resultados coherentes, cuya aceptación deberá ser reconocida a nivel mundial. Charles Vega Schmidt