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Unidad Didáctica

Soldeo Manual por Arco con Electrodos Revestidos

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U

Soldeo manual por arco con nidad Didáctica electrodos revestidos

Se trata de un proceso en el que la fusión del metal se produce por el calor generado en un arco eléctrico establecido entre el extremo de un electrodo revestido y el metal base. El soldeo manual es el más extendido entre todos los procedimientos de soldeo por arco, debido fundamentalmente a su versatilidad, aparte de que el equipo necesario para su ejecución es más sencillo, transportable y barato que el de los demás. En esta unidad didáctica vas a estudiar del proceso de soldeo manual por electrodo revestido los siguientes aspectos: • Principios y características del proceso. • Las fuentes de alimentación empleadas. • Los electrodos más comunes que se utilizan: 1. Las funciones de los revestimientos de los electrodos. 2. Los distintos tipos de electrodos que hay en función del revestimiento. • Las aplicaciones y las limitaciones del soldeo manual.

Módulo Procesos de soldeo y su equipo

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Tus objetivos • Señalar los principios, características y equipo del soldeo manual. • Diferenciar entre las distintas fuentes de alimentación. • Enumerar los diferentes tipos de electrodos que existen y sus funciones. • Delimitar las aplicaciones y limitaciones del proceso.

Consejos de estudio En esta unidad didáctica vas ha estudiar un proceso de soldeo que después de la experiencia que has adquirido te resultará fácil de comprender, aunque no te confíes mucho, ya que también tendrás que estudiar algunos conceptos o términos que te resultarán nuevos.

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Principios del proceso En esencia, el procedimiento consiste en el establecimiento de un circuito eléctrico cerrado (ver figura 1) que requiere un generador de corriente adecuada dotado de dos terminales, uno de ellos conectado por medio de un cable a un portaelectrodo, en cuya pinza se sujeta un electrodo revestido. El otro terminal se conecta, a su vez, 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 el extremo del electrodo y el punto de soldeo en la pieza. GENERADOR

PINZA PORTAELECTRODOS

ELECTRODO

ARCO

CABLE DE MASA

CABLE DE PINZA

PIEZA

Fig. 1

El proceso se inicia con el cebado del arco, operación consistente en tocar, por brevísimos instantes, la pieza con el extremo libre del electrodo, cerrándose durante ese corto tiempo el circuito. El paso de corriente genera, por efecto Joule, el calentamiento del punto de contacto y de las zonas inmediatas, particularmente del extremo del electrodo.

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La temperatura alcanzada por éste puede llegar a la de incandescencia, a pesar del corto tiempo del contacto, siendo suficiente para que,una vez separado el extremo del electrodo de la pieza, el metal del extremo libre del mismo produzca una fuerte emisión de electrones que se aceleran por la tensión, chocan con los electrones de otros átomos del medio gaseoso, lo cual genera una atmósfera ionizada en su entorno que permite el paso de corriente a través del aire,con lo que, a los electrones emitidos por el electrodo incandescente se suma el torrente de electrones conducido por ésta,que se proyectan sobre el ánodo, provocando su fusión parcial y produciéndose así el salto del arco. El arco eleva extraordinariamente la temperatura, muy por encima de la de fusión del metal. Temperaturas del orden de 5 000 ºC son normales en cualquier arco de forma que, tanto el extremo del electrodo como la zona afectada por el arco en el metal base, se funden. Del extremo del electrodo se desprenden pequeñas gotas de metal fundido, que se proyectan sobre el metal de base también fundido, mezclándose con él y formando lo que se denomina baño de fusión. A medida que el electrodo se va consumiendo con este proceso, se hace avanzar el baño fundido a lo largo de la unión a soldar, al tiempo que la difusión del calor a través del metal base no fundido hace descender la temperatura por debajo del punto de fusión del metal, por lo que la parte del baño fundido que deja de estar en contacto directo con el arco se va solidificando, siguiendo a éste en su desplazamiento y formando lo que denominamos cordón de soldadura. Cuando la parte útil del electrodo se ha consumido, se interrumpe el arco, solidificándose la última porción de baño fundido y obteniéndose así un cordón de soldadura correspondiente a un electrodo. La parte final del electrodo o punta, no utilizable se desecha, sustituyéndola por un nuevo electrodo, con el que se reanuda y repite el ciclo antes descrito. La sucesión de cordones, hasta la terminación de la unión a soldar constituye la soldadura propiamente dicha. Al consumirse el electrodo por la acción del arco, del revestimiento se desprenden gases y escorias líquidas que protegen el baño de fusión de la acción nociva del oxígeno y nitrógeno del aire.

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En la figura 2 se indica la fusión de un electrodo revestido en un proceso de soldeo manual por arco con electrodo revestido.

REVESTIMIENTO ALMA GASES PROTECTORES BAÑO DE FUSION

GOTAS DE METAL Y ESCORIA

ESCORIA SOLIDA CORDON

PENETRACION

METAL BASE

Fig. 2: Soldeo manual por arco con electrodo revestido

¿

Actividad 1

Para soldar es necesario aportar energía, en la mayoría de los casos aportar material, y proteger el baño de fusión. Explica brevemente cómo se realizan estas tres funciones en el soldeo por arco con electrodos revestidos.

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¿

Actividad 2

Define los siguientes términos aplicados al soldeo manual por arco: 1. Baño de fusión. 2. Cordón de soldadura.

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Características del arco Definimos el arco como una descarga eléctrica, a través de un gas ionizado llamado plasma, entre un electrodo y la pieza. Si el arco se mantiene, se produce el paso de una corriente eléctrica a través del mismo, con desprendimiento de una gran cantidad de energía, en forma de calor y de radiación electromagnética. (Luz visible, rayos infrarrojos, rayos ultravioleta,...) El arco está constituído por dos zonas concéntricas: • La interior llamada plasma. • La exterior llamada llama. La primera de ellas, el plasma, realiza el transporte de la corriente y está formada por los siguientes componentes: • Los electrones, que son los portadores de la mayor parte de la corriente, desplazándose del polo negativo (cátodo) al positivo (ánodo). • Iones metálicos. • Metales fundidos, procedentes del electrodo. • Escorias. • Vapores metálicos y no metálicos. • Moléculas y átomos gaseosos, algunos de ellos ionizados.

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Distribución de temperaturas y sus efectos Las temperaturas alcanzadas en distintos puntos del arco no son uniformes, sino que varían tanto en el sentido longitudinal de la columna del arco, a lo largo de la misma, como en sentido radial, desde su eje al exterior. En general, puede decirse que el calor producido por el choque de los electrones que, aunque de una masa muy pequeña, son muy numerosos y están animados de una velocidad extraordinaria, es superior al que produce el impacto de los iones, de mucha mayor masa, pero que no son tan numerosos y, en cambio, son muchísimo más lentos. Esto hace que el polo positivo sea más caliente que el negativo. El soldeo con electrodos revestidos puede realizarse en corriente alterna o en corriente continua. En el primer caso el sentido de circulación de la corriente está cambiando continuamente por lo que no puede hablarse propiamente de positivo y negativo. En corriente continua se puede trabajar en polaridad directa, electrodo al negativo, o en polaridad inversa, electrodo al positivo. La distribución de temperaturas en el arco y sus pámetros eléctricos (clase de corriente, polaridad, tensión e intensidad), influyen decisivamente sobre la fusión del electrodo y la forma y dimensiones del baño de fusión.

¿

10

Actividad 3

Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

V

F

a. La soldadura por arco con electrodos revestidos sólo puede realizarse en corriente continua

o o

b. Cuando se suelda en corriente continua y polaridad directa el sentido de circulación de los electrones a través del arco es desde el electrodo hacia la pieza

o o

c. Normalmente, el polo positivo (ánodo) es más caliente que el negativo (cátodo)

o o

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Denominamos penetración a la profundidad alcanzada por el baño fundido, medida desde la superficie libre de la pieza hasta el plano tangente a la superficie límite en el fondo del baño fundido, paralelo a aquélla (ver figura 3-a). De esta forma, cuanto más alta es la intensidad, mayor calor se produce, mayor agitación y, como consecuencia, mayor fusión y erosión y, por tanto, mayor penetración se alcanza (ver figura 3-b). Por el contrario, con una intensidad más baja, se desarrolla menor cantidad de calor, la agitación térmica del baño disminuye y se reduce la penetración (ver figura 3-c).

PENETRACION

A

B

C

Fig. 3

Otro parámetro importante es la tensión de arco. En este proceso no se regula desde el equipo ya que se ajusta automáticamente de acuerdo con el tipo de electrodo utilizado y la longitud de arco. Así, al aumentar la longitud del arco, éste exige mayores tensiones para mantenerse.

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TENSION

En la figura 4 podemos ver cómo influye la longitud de arco sobre la tensión, para un determinado tipo de electrodo.

GO LAR MAS O "l" ARC UD GIT N O EL OD TO ARC COR S A OM ARC

INTENSIDAD Fig. 4: Influencia de la longitud de arco

¿

Actividad 4

Cuanto mayor es la intensidad en el arco, tendremos mayor: a. Calor producido. b. Agitación. c. Fusión y penetración. d. Todas las anteriores son válidas.

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Fuentes de alimentación Para la generación del arco, su control y manejo, se requiere un equipo específico, que hemos descrito esquemáticamente con anterioridad en esta unidad y que analizaremos a lo largo del resto de este capítulo. Como ya hemos indicado, en soldadura se trabaja con tensiones bajas e intensidades altas. La tensión de la red, normalmente de 125, 220, 380 ó 440 V, resulta demasiado alta para su aplicación a la soldadura, incluso la inferior de ellas. Por ello es preciso utilizar equipos que reduzcan la tensión a los valores adecuados para el manejo del arco. La solución, ampliamente utilizada, es la de disponer de equipos de soldeo, (“grupo”)que dan una salida a la tensión adecuada, con la posibilidad de variar la intensidad y que limitan la intensidad en cortocircuito, con tensiones de vacío asimismo limitadas, de forma que no representan ningún peligro para el operario. Dichos equipos consisten en máquinas eléctricas que, según sus estructuras, reciben el nombre de: • Convertidores: Los convertidores están constituídos por un motor que toma la corriente de la red y que transmite su movimiento a una dinamo que, a su vez, genera una corriente continua de tensión e intensidad adecuadas. • Transformadores: Los transformadores de soldar están formados por un núcleo ferromagnético con un arrollamiento primario, generalmente monofásico, que toma la corriente de la red, y un arrollamiento secundario que reduce la tensión al nivel adecuado para el soldeo y generando una corriente alterna cuyas características eléctricas pueden ser modificadas a voluntad por el operario mediante la variación del campo magnético • Transformadores-rectificadores: Los transformadores-rectificadores constan de un transformador trifásico cuyo secundario está acoplado a un rectificador.

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La relación intensidad-tensión de equilibrio en las máquinas de soldar puede ser llevada sobre una gráfica, representando lo que se conoce como diagrama estático. En la figura 5 se muestra un ejemplo con valores reales de un diagrama estático.

100

VOLTAJE. V

TENSION DE VACIO (OCV) EQUIPO DE CARACTERISTICA MUY DESCENDENTE

EQUIPO DE CARACTERISTICA MENOS DESCENDENTE

50

32

ARCO LARGO

27

ARCO NORMAL

22

ARCO CORTO

TENSION DE ARCO

125 V 27 V

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO (Ic)

100

15 40

Fig. 5: Ejemplo de diagrama estático

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Ic

200

INTENSIDAD

En circuito abierto, la intensidad es nula y la tensión de vacío (OCV o V0) es la máxima que puede desarrollar la máquina. En cortocircuito, la tensión se anula y la intensidad máxima queda limitada por el valor Ic. Para una intensidad de corriente I (por ejemplo 125 A) la tensión se estabiliza en el valor encerrado por un círculo en la figura 5 (27 V) y viceversa. Estas curvas han de tener una característica descendente, para que las fluctuaciones inevitables de la longitud de arco, se trata de un proceso manual, no produzcan variaciones importantes de la intensidad. En la figura 5 se compara, desde este punto de vista, el comportamiento de dos equipos de soldeo: Uno de característica muy descendente (el más adecuado) y otro de característica más horizontal. En el primero, las variaciones de longitud de arco apenas producen alteraciones en la intensidad de corriente (unos 15 Amperios); mientras que, en el segundo, las mismas variaciones de longitud de arco provocan fuertes variaciones de intensidad ( unos 40 Amperios).

¿

Actividad 5

Di que tres tipos de equipos de soldeo pueden dar una salida a la tensión de soldeo adecuada, indicando además la clase de corriente suministrada por cada uno. (C.C. ó C.A).

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Tipos de electrodos El elemento fundamental para el soldeo manual es el electrodo, que soporta el arco y que, al consumirse, produce la aportación del material que, unido al material fundido del metal base, va a constituir el material soldado. El electrodo está básicamente constituído por un alambre, de composición similar al del metal base, con o sin un revestimiento que lo envuelve. De acuerdo con esta última condición, los electrodos se clasifican en dos grandes grupos: • Electrodos desnudos. • Electrodos revestidos.

1. Electrodos desnudos Practicamente no tienen ningún interés en este proceso (soldeo por arco con electrodos revestidos), por lo que podemos decir que, los electrodos desnudos no se utilizan. El arco absorbe los componentes del aire y los incorpora al baño fundido por lo que el metal soldado presenta gran cantidad de: • Oxidos. • Nitruros. • Poros. • Escorias. Lo que se traduce en unas soldaduras con muy bajas características mecánicas. Por otra parte, las fuerzas desarrolladas por el arco son insuficientes para producir la proyección de las gotas fundidas del extremo del electrodo incandescente, lo que imposibilita el soldeo en cualquier posición que no sea la horizontal, ya que en cualquier otra, la gravedad desprende las gotas, haciéndolas caer, desviándolas de su objetivo en la unión a soldar. Finalmente, es muy difícil mantener el arco, siendo imposible hacerlo con corriente alterna.

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2. Electrodos revestidos Los electrodos revestidos están formados por un alambre de sección circular uniforme, denominado alma, de composición similar a la del metal base que, para los aceros, suele tener una composición estandar de acero suave, con un 0,1% de carbono, un 0,4% de manganeso y con contenidos de azufre y fósforo inferiores a un 0,04% cada uno de ellos. El revestimiento que envuelve el alma, concéntrico con ella y de espesor uniforme, está constituido por una mezcla de compuestos que caracterizan el electrodo y que cumple varias funciones, las cuales evitan los inconvenientes del electrodo desnudo: • Estabilizan el arco. • Producen gases que protegen el arco. • Producen escorias que recubren el metal fundido, evitando la contaminación por los componentes de la atmósfera. • Eventualmente, puede contribuir en la aportación metálica o incorporar elementos de aleación. Los electrodos tienen diámetros y longitudes normalizadas, siendo lo s más frecuentes los de 2.5, 3.25, 4, 5, y 6 de diámetro, en longitudes de 250, 300, 450 y 600 mm. (El diámetro del electrodo se refiere al diámetro del alma). Un extremo del alma sin cubrir de revestimiento, en una longitud de 30 mm, permite la inserción del mismo en la pinza del portaelectrodos. (Figura 6) REVESTIMIENTO ALMA METALICA

DIAMETRO

LONGITUD

Fig. 6:Electrodo revestido

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Algunos de los principales elementos que se utilizan en los revestimientos figuran en la tabla 1, en el cuál se indican sus funciones principales y secundarias.

COMPONENTES

FUNCION PRINCIPAL

FUNCION SECUNDARIA

Celulosa

Gas protector

Carbonato cálcico

Gas protector

Fluidificador

Espato fluor

Generador de escoria

Fluidificador

Oxido de manganeso

Generador de escoria

Aleante

Dolomita

Gas protector

Fluidificador

Dióxido de titanio

Generador de escoria

Estabilizador del arco

Titanio potásico

Estabilizador del arco

Generador de escoria

Feldespato

Generador de escoria

Estabilizador del arco

Mica

Extrusión

Generador de escoria

Carbonato cálcico

Extrusión

Generador de escoria

Atendiendo al espesor del revestimiento, los electrodos se clasifican también en: • Delgados: El espesor del revestimiento esta comprendido entre el 4 y el 10% del diámetro del alma. • Medios: El espesor del revestimiento esta comprendido entre el 10 y el 40% del diámetro del alma. • Gruesos: El espesor del revestimiento es mayor que el 40% del dimetro del alma.

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Aunque se están produciendo continuas innovaciones en la fabricación de electrodos, estos también se suelen clasificar por la naturaleza de las reacciones químicas de las escorias obtenidas, estando agrupados en conjuntos que se designan por los siguientes símbolos, recogidos en la norma europea EN 288: • Oxidantes (O). • Acidos (A). • Acido de rutilo (AR). • Rutilo medio (R). • Rutilo grueso (RR). • Básico (B). • Celulósico (C). • Otros (S). A continuación hacemos una breve descripción de las características principales de los electrodos incluidos bajo cada uno de estos símbolos. • Electrodos oxidantes (O) El revestimiento tiene como principales componentes óxidos de hierro, produciendo una escoria oxidante que da nombre al grupo. El baño fundido es muy fluido, aunque no tiene demasiada penetración. La escoria es gruesa, compacta y se desprende con gran facilidad. Debido a la cantidad de óxido de hierro del revestimiento, éste tiene una gran conductividad, y el cebado puede hacerse por simple contacto. Tiene aplicación en uniones de no mucha responsabilidad, para las que se desea mejor apariencia que resistencia, en trabajos de cerrajería y calderería ligera. No son unos electrodos muy utilizados. • Electrodos ácidos (A) El revestimiento está formado por compuestos y metales desoxidantes y desnitrurantes, además de óxidos de hierro y manganeso. Producen una escoria de carácter ácido, por su contenido de óxido de hierro y manganeso, bastante fluida y de aspecto poroso, tanto más cuanto mayor es su acidez.

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Son especialmente adecuados para el soldeo en posición horizontal plana. • Electrodos ácidos de rutilo (AR) Los electrodos ácidos de rutilo se diferencian de los anteriores por el contenido de óxido de titanio (rutilo), que aquéllos no tienen, y que es superior al de óxido de hierro o de manganeso, sin superar un 35 % del total. Sus propiedades son similares a los electrodos de tipo ácido, aunque son más manejables, porque mantienen mejor el arco, debido a la presencia del óxido de titanio. • Electrodos de tipo rutilo medio (R) Los revestimientos de rutilo medio contienen principalmente óxidos de titanio, en forma de rutilo o ilmenita, sustituyendo los minerales de hierro y manganeso que tenían los electrodos ácidos. Las cantidades de rutilo y/o ilmenita superan el 50% mientras que los materiales de tipo celulósico no pasan del 15%. El espesor del revestimiento es inferior al 40% del diámetro del alma. La escoria es muy densa y viscosa, por lo que son muy adecuados para el soldeo vertical y en techo. • Electrodos de tipo rutilo grueso (RR) La composición del revestimiento es similar a la de los de tipo medio, aunque se reduce el contenido de material celulósico. El espesor supera el 50% del diámetro del alma. Las cualidades mecánicas del metal soldado son muy superiores a las de los electrodos ácidos y son menos susceptibles que estos a la fisuración en caliente, aunque hay que tener cierto cuidado cuando se suelda en ángulo y el material contiene más de un 0,30% de carbono. Los electrodos de rutilo son muy manejables, debido principalmente a la gran estabilidad del arco, y pueden ser utilizados para soldar en cualquier posición y con todo tipo de corriente.

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• Electrodos básicos (B) Los electrodos básicos tienen como componentes principales del revestimiento carbonato cálcico y otros carbonatos también básicos. Además tienen contenidos importantes de manganeso, silicio y de otros elementos reductores, que dan un carácter marcadamente básico a la escoria. La escoria es densa, no muy abundante, de color pardo oscuro, que sale muy rápidamente del baño fundido, por lo que es poco propensa a quedar incluida en el metal soldado. Estos electrodos pueden ser utilizados en todas las posiciones, con corriente continua y polaridad positiva, aunque hay algún tipo de electrodo preparado para ser empleado también con corriente alterna. Su manejo es algo dificultoso, debiéndose emplear con un arco muy corto y con intensidades poco altas. Si los electrodos de rutilo son muy utilizados por su facilidad de manejo, los básicos resultan imprescindibles cuando se requieren buenas características mecánicas. • Electrodos celulósicos (C) El revestimiento está formado principalmente por sustancias orgánicas que al quemarse, generan gran cantidad de gases formando una envoltura gaseosa en torno al arco e imprimendo a las gotas metálicas una gran energía cinética, por lo cual se consiguen grandes penetraciones en el metal base. La escoria que producen es escasa y se separa con gran facilidad. Pueden ser empleados en todas las posiciones, aunque se usan principalmente para el soldeo de tuberías, por la buena penetración que consiguen y por la rapidez del trabajo, debida a la velocidad de fusión. • Otros (S) Este grupo engloba todos aquellos electrodos que no tienen unas características que permitan encajarlos en alguno de los grupos anteriores.

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¿

¿

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Actividad 6

Enumera los distintos tipos de electrodos clasificados por la naturaleza de las reacciones químicas de las escorias obtenidas.

Actividad 7

Dí si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones sobre los electrodos revestidos:

V

F

• El revestimiento de los electrodos oxidantes (O) tiene como principales componentes óxidos de alumino.

o o

• Los revestimientos de rutilo medio (R) contienen principalmente óxidos de titanio.

o o

• Los electrodos básicos tienen como componentes principales del revestimiento óxidos de hierro y de calcio.

o o

• Los electrodos de rutilo grueso son muy manejables.

o o

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Características de los electrodos En el mercado existe una gran variedad de electrodos revestidos, lo cual dificulta, en muchos casos, la selección del más adecuado para cada trabajo. Las características a valorar en dicha selección son las siguientes: • Características mecánicas Se refieren al metal depositado que se obtiene con el electrodo en cuestión. Normalmente se consideran la carga de rotura por tracción, el alargamiento y la resiliencia. • Características operatorias Como la facilidad de manejo en diferentes posiciones; cantidad, calidad y facilidad de eliminación de la escoria; calidad del baño fusión (“gota fría”, “gota caliente”); proyecciones, etc. • Características eléctricas Clase de corriente que precisan, polaridad más adecuada cuando se utilizan en continua, facilidad de cebado, etc. • Características económicas Velocidad y tiempo de fusión en condiciones normales de aplicación, rendimiento, costo,... El rendimiento se define como la relación entre el peso del metal aportado a la junta y el peso de alma fundida, expresada en tanto por ciento. Esto es lo que explica la existencia de electrodos cuyo rendimiento es superior al 100%. Al aporte procedente del alma se suma el de polvos metálicos eventualmente contenidos en el revestimiento. • Otras características Algunos electrodos, si se utilizan perfectamente secos, se caracterizan por su bajo contenido en hidrógeno, lo que les hace especialmente indicados para aquellas soldaduras en las que haya un alto riesgo de fisuración.

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Actividad 8

Enumera las principales características de los electrodos, clasificándolos en tres grandes grupos: 1. Las que tienen que ver con el comportamiento final de la junta. 2. Las que determinan la facilidad de manejo. 3. Las que tienen influencia sobre el costo de la soldadura.

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Diseño de la unión Los aspectos primordiales para el diseño de las uniones soldadas son: • La resistencia. • La seguridad de la soldadura en las condiciones de servicio. Para ello deben tenerse en cuenta: • La intensidad y la clase de esfuerzos: 1. Estáticos. 2. Dinámicos. • Las temperaturas a que trabaja la estructura habitualmente, si son normales o altas o bajas, etc. • Si la estructura está sometida a esfuerzos dinámicos debe tenerse en consideración la resistencia a la fatiga y a la fractura frágil. • Debe tratar de evitarse la concentración de esfuerzos y que el diseño de la unión reduzca lo más posible la existencia de tensiones residuales (tensiones que quedan después del soldeo). Por otra parte, e independientemente de las condiciones de servicio, el diseño de la unión debe tener en cuenta: • Las posibilidades de realización de la soldadura. • La accesibilidad desde una o las dos caras. • La posibilidad de hacer el mayor número posible de soldaduras en la posición horizontal, buscando en cualquier caso la mayor economía y garantía de la calidad. En el caso de las uniones a tope, como la penetración de la soldadura es limitada, no es posible, en general, conseguir el soldeo de dos piezas en todo el espesor, salvo si estas tienen espesores relativamente reducidos.

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Este espesor, para soldaduras realizadas en posición horizontal, no es mayor de 6 mm. Por ello, es necesario practicar cortes en bisel en los bordes, que permitan al calor producido por el arco alcanzar la cara opuesta a la de soldeo fundiendo sus aristas y formando lo que llamamos cordón de raíz o de base. (Ver Fig. 7)

CORDON DE RAIZ CORDON DE PENETRACION

Fig. 7

El resto de la soldadura se completa mediante la deposición de sucesivos cordones de soldadura hasta rellenar el espacio dejado entre los biseles. Los biseles deben tener una configuración que permita una fácil preparación por oxicorte, plasma o mecanización; que facilite la ejecución del soldeo y la eliminación de la escoria; que reduzca lo más posible la cantidad de material de aportación; que reduzca al mínimo la distorsión de la unión por las contracciones y las tensiones residuales de soldeo, etc. Siempre que sea posible la accesibilidad por las dos caras, y a partir de cierto espesor, es recomendable el diseño de biseles simétricos (preparación en X). Para grandes espesores, en lugar de biseles planos se recomienda biseles en J, formando uniones en U.

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En las soldaduras a realizar en posición vertical hay que tener en cuenta la tendencia del material a caer por efecto de la gravedad y, por tanto, la mayor dificultad de su ejecución. Así, en el soldeo horizontal en plano vertical (cornisa), los biseles en la parte superior tienen un ángulo mayor que en la inferior. En la figura 8 se muestran distintos diseños de uniones a tope.

CON BORDES RECTOS

CON BORDES EN 1/2 V

CON BORDES EN V

CON BORDES EN V Y SOPORTE DE RESPALDO

CON BORDES EN 1/2 U (J)

CON BORDES EN U

Fig. 8: Uniones a tope

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Para las uniones en ángulo, y dependiendo de la forma de trabajo de las mismas, las soldaduras pueden hacerse sin o con penetración total. Para estas últimas, deben practicarse biseles en el borde de la plancha que acomete, teniendo en cuenta consideraciones análogas a las del diseño en uniones planas. En el caso de uniones en ángulo en esquina, puede también preverse el biselado de ambas planchas. En la figura 9 se muestran varios diseños de uniones en ángulo.

Fig. 9: Uniones en ángulo

¿

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Actividad 9

Cuando se biselen los bordes para permitir la soldadura en todo el espesor, hay que procurar que la configuración adoptada satisfaga los siguientes requisitos:

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Aplicaciones y limitaciones del proceso Tomando en consideración los electrodos en general, férreos o no férreos, en cuanto a las posiciones de ejecución del soldeo, conviene tener en cuenta que el efecto de la gravedad en las posiciones distintas de la horizontal, es tanto más acusado y tanto más difícil de mantener el baño en su sitio cuanto mayor es el volumen de este, por lo que convendrá utilizar electrodos de menor diámetro. Asimismo en el soldeo con pasadas múltiples, el cordón de raíz conviene darlo con un electrodo de menor diámetro, para conseguir el mayor acercamiento posible del arco al fondo de la unión. Antes de iniciar las sucesivas pasadas es necesario eliminar la escoria generada en la pasada precedente. Lo mismo debe hacerse antes del inicio de la fusión de un nuevo electrodo, al objeto de que la única escoria fundida presente en el baño sea la generada por el arco. La reanudación de un cordón, con la operación de cebado, debe hacerse sobre la misma unión, en un punto ligeramente más avanzado que la terminación del precedente, volver atrás para empalmar el nuevo cordón con dicha terminación y proseguir, a partir de ese punto, el avance normal. En el soldeo manual por arco se pueden soldar no sólo aceros al carbono, sino también: • Aceros aleados. • Aceros inoxidables. • Fundiciones de hierro. • Otros metales, como: 1. Aluminio. 2. Cobre. 3. Níquel y sus aleaciones. 4. Una gran variedad de metales disimilares, aunque químicamente compatibles.

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En cambio, no es posible soldar metales de bajo punto de fusión, como: • Plomo. • Estaño. • Cinc y sus aleaciones. Esto es debido a la elevada temperatura del arco. Tampoco es posible soldar metales de alta sensibilidad respecto al oxígeno, ya que los gases generados por los revestimientos son insuficientes para otorgarles la protección que precisan. Tales son, por ejemplo: • El titanio. • Circonio. • Tántalo. • Culombio. Para la selección de los electrodos a utilizar en una estructura, hay que tener en cuenta una serie de factores, de los que destacamos a continuación los más importantes: • Características mecánicas y composición química de los metales a soldar. El electrodo a seleccionar debe tener unas características tales que el metal soldado tenga unas cualidades mecánicas y químicas similares a las del metal base, por lo que debe conocerse previamente la composición de este y, en su caso, tomar las precauciones operatorias necesarias, cuando dicho metal sea susceptible de presentar problemas de fisuración o fragilización. Los electrodos más aptos para los aceros que presentan contenidos importantes de impurezas o porcentajes elevados de carbono son los de revestimiento básico, seguidos de los levemente ácidos (neutros) y rutilos, mientras que los más sensibles a aquéllas son los ácidos y los celulósicos.

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Soldeo manual por arco con electrodos revestidos

• Espesores del material. Para espesores muy finos es recomendable el uso de electrodos de rutilo. • Preparación de los bordes. Para preparaciones deficientes, con aberturas y separaciones mayores que las normales, se necesitan electrodos que den un metal soldado que se enfríe rápidamente y tenga una gran tenacidad, cualidades que corresponden a los electrodos básicos y rutilos. Por el contrario, para uniones cerradas y sin apenas separación convienen electrodos que produzcan un metal soldado muy caliente y fluido, como corresponde a electrodos ácidos y neutros. • Posiciones de soldeo. Para la posición horizontal no suele presentar problemas ninguna clase de electrodos. Para las demás posiciones, los más aptos son los rutilos, seguidos de los básicos y los celulósicos. En cambio, los que peor se comportan en posiciones difíciles son los neutros y, algo menos, los ácidos. • Condiciones o solicitaciones a las que va a estar sometida la unión. Las peores condiciones a que se puede ver sometida una unión soldada son aquéllas en que se superponen los esfuerzos estáticos y dinámicos, trabajando a temperaturas muy altas o muy bajas, lo cual requiere del metal soldado unas cualidades mecánicas de tenacidad, ductilidad y resiliencia muy elevadas. En este sentido, los electrodos que aportan las mejores condiciones de máxima ductilidad, tenacidad y resiliencia a bajas temperaturas son, nuevamente, los electrodos básicos, seguidos, a gran distancia, por los neutros y los ácidos. Con respecto a la fatiga, no es tanto las cualidades mecánicas cuanto la configuración externa de la soldadura efectuada la que tiene influencia, comportándose todos los electrodos en parecida forma ante el fenómeno de la fatiga.

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• Equipos de soldeo de que se dispone. Los parámetros a considerar son la tensión de vacío y tipo de corriente. Los electrodos básicos necesitan mayores tensiones de vacío, mientras que los electrodos de tipos rutilo, neutros y ácidos necesitan tensiones de vacío más bajas. Salvo para algunos tipos específicos, los electrodos básicos requieren corriente continua, mientras que los de los demás tipos de revestimiento pueden ser empleados indistintamente con corriente continua o alterna.

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Actividad 10

Con el soldeo manual por arco se pueden soldar: a. Aceros inoxidables. b. Aluminio. c. Cobre. d. Todos los anteriores.

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Cuestiones de autoevaluación Aut. 1 Las funciones del revestimiento de los electrodos son: a. Estabilizan el arco. b. Producen gases que protegen el arco. c. Producen escorias que recubren el metal fundido. d. Ninguna de las anteriores.

Aut. 2 Los electrodos con revestimiento básico: a. Tienen como componentes principales del revestimiento carbonato cálcico. b. Producen una escoria densa, no muy abundante. c. Solo se pueden utilizar en posición plana. d. Se caracterizan porque su manejo es muy fácil.

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Aut. 3 El electrodo a seleccionar debe tener unas características tales que el metal soldado: a. Tenga unas cualidades mecánicas y químicas similares a las del metal base. b. Tenga unas cualidades eléctricas a las del metal base. c. No tenga unas cualidades químicas similares a las del metal base. d. Tenga unas cualidades mecánicas y químicas similares a las del gas.

Aut. 4 Respecto a las posiciones de soldeo: a. Para la posición horizontal no suele presentar problemas ninguna clase de electrodos. b. El menos apto es el rutilo. c. Los electrodos que mejor se comportan en posiciones difíciles son los neutros. d. Los electrodos que mejor se comportan en posiciones difíciles son los ácidos.

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Soldeo manual por arco con electrodos revestidos

Aut. 5 El soldeo manual por arco, con electrodos revestidos: a. Sólo es aplicable a los aceros b. Es un proceso muy versatil, pudiendo aplicarse en gran variedad de situaciones c. No es aplicable en vertical descendiente d. Sólo utiliza corriente continua

Aut. 6 Los equipos para soldadura por arco con electrodos revestidos: a. Son de potencial constante b. Son de alta frecuencia c. Son de caracterísica descendente d. Son de característica horizontal

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Respuestas a las actividades

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Actividad 1 La energía la aporta el arco que salta entre electrodo y pieza. • El aporte de metal lo realiza el propio electrodo. • La protección se consigue mediante los gases y escoria que se desprenden del revestimientodel electrodo.

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Actividad 2 • Baño de fusión: Es el conjunto de pequeñas gotas de metal fundido que se desprenden del extremo del electrodo y que se proyectan sobre el metal de base también fundido, mezclándose con él. • Cordón de soldadura: Es la parte del baño fundido que deja de estar en contacto directo con el arco y que se va solidificando, siguiendo a éste en su desplazamiento.

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Actividad 3 a. Falso. También puede soldarse en corriente alterna. b. Verdadero. c. Verdadero.

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Actividad 4 d. Todas las anteriores son válidas.

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Actividad 5 • Convertidores. Corriente continua. • Transformadores. Corriente alterna. • Transformadores-rectificadores. Corriente continua.

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Actividad 6 • Oxidantes (O) • Acidos (A) • Acido de rutilo (AR) • Rutilo medio (R) • Rutilo grueso (RR) • Básico (B) • Celulósico (C) • Otros (S)

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Actividad 7 Falso. El revestimiento de los electrodos oxidantes tiene como principales componentes óxidos de hierro. Verdadero. Falso. Los electrodos básicos tienen como componentes principales del revestimiento carbonato cálcico. Verdadero.

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Actividad 8 Entre las características que determinan el comportamiento de la junta podemos citar: • Resistencia a tracción del metal depositado. • Resistencia al impacto del metal depositado. • Alargamiento del metal depositado. • Contenido en hidrógeno. Entre las características que influyen sobre la facilidad de manejo: • Posiciones para las que es adecuado • Cantidad de escoria y gases. • Facilidad de eliminación de escoria. • Proyecciones. • Clase de corriente que exige. • Facilidad de cebado. Por último, las que influyen sobre el costo: • Precio del electrodo. • Velocidad de fusión. • Rendimiento.

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Actividad 9 La preparación de los bordes debe procurar: • Fácil acceso hasta el fondo de la junta. • Fácil oxicorte o mecanizado. • Fácil eliminación de escoria. • Reducir al mínimo posible el volumen a rellenar.

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Actividad 10 d. Todos los anteriores.

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Respuesta a las cuestiones de autoevaluación a. Estabilizan el arco.

1

b. Producen gases que protegen el arco. c. Producen escorias que recubren el metal fundido.

a. Tienen como componentes principales del revestimiento carbonato cálcico.

2

b. Producen una escoria densa, no muy abundante.

a. Tenga unas cualidades mecánicas y químicas similares a las del metal base.

3

a. Para la posición horizontal no suele presentar problemas ninguna clase de electrodos.

4

b. Es un proceso muy versátil.

5

c. Los generadores para soldadura por arco con electrodos revestidos son de característica descendente, también llamados de intensidad constante.

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esumen de Unidad Fuentes de alimentación

El soldeo por arco con electrodos revestidos utiliza como fuente de calor un arco que salta entre el electrodo y las piezas a unir. El revestimiento del electrodo produce gases y escorias que protegen el baño de fusión. Las fuentes de alimentación empleadas en este proceso son: 1. Convertidores, que suministran corriente continua. 2. Transformadores, que suministran corriente alterna. 3. Transformadores-rectificadores. (Corriente continua)

Los electrodos

Los electrodos pueden ser: 1. Desnudos. (Prácticamente no se utilizan) 2. Revestidos. Los electrodos se suelen clasificar por la naturaleza de las reacciones químicas de las escorias obtenidas: 1. Oxidantes (O). 2. Acidos (A). 3. Acido de rutilo (AR). 4. Rutilo medio (R). 5. Rutilo grueso (RR). 6. Básico (B). 7. Celulósico (C). 8. Otros (S). Las características a valorar al seleccionar un electrodo son: 1. Las mecánicas 2. Las operatorias 3. Eléctricas 4. Económicas La preparación de bordes tiene por finalidad que la soldadura afecte a todo el espesor de las piezas. El soldeo por arco con electrodos revestidos es el proceso más versátil pudiendo aplicarse a gran variedad de materiales; en practicamente, cualquier espesor, salvo los muy finos; en todas posiciones; en trabajos de taller o montaje. Desde el punto de vista de la productividad, normalmente son más rentables otros procesos semiautomáticos o automáticos.

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Notas