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• Santiago Oleas Escalante

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CAPITULO: III-b.

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

Por: Juan Antonio Alonso.

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos© INDICE: 3.1.- Introducción:............................................................................................................................... 1 3.2.- Principios del Proceso:................................................................................................................1 3.2.1.- Descripción y Denominaciones:...................................................................................1 3.2.2.- Los Electrodos:.............................................................................................................2 3.2.2.1.- Electrodos Desnudos:....................................................................................2 3.2.2.2.- Electrodos Revestidos:..................................................................................3 3.2.3.- Breve Descripción sobre la Fabricación de los Electrodos Revestidos:......................4 3.2.4.- Funciones del Revestimiento:...................................................................................... 4 3.2.4.1.- Función Eléctrica:..........................................................................................6 3.2.4.2.- Función Física............................................................................................... 7 3.2.4.3.- Función Metalúrgica:.................................................................................... 7 3.2.5.- Tipos de Revestimiento:...............................................................................................8 3.2.6.- Selección de Electrodos:.............................................................................................. 8 3.2.6.1.- Aplicaciones: ..............................................................................................10 3.2.7.- Equipo de Soldadura ................................................................................................. 10 3.2.7.1.- La Fuente de Energía: .................................................................................11 3.2.7.2.- Porta-electrodo: .......................................................................................... 11 3.2.7.3.- Conexión de Masa: .....................................................................................11 3.3.- El Arco Eléctrico:......................................................................................................................12 3.3.1.- Selección del Tipo de Corriente: ...............................................................................13 3.3.2.- Encendido del Arco Eléctrico y su Operación: ......................................................... 15 3.3.3.- Efecto del Soplo Magnético: .....................................................................................16 3.3.4.- Posiciones de Soldadura ............................................................................................17 3.3.5.- Efectos de la Soldadura en los Materiales de Base: ..................................................18 3.3.6.- Influencia del Material de Aporte y de la Habilidad del Soldador: ..........................19 3.4.- Parámetros de Soldadura...........................................................................................................20 3.4.1.- Diámetro del Electrodo: ............................................................................................ 20 3.4.2.- Intensidad de la Soldadura: ....................................................................................... 21 3.4.3.- Velocidad de Desplazamiento: ..................................................................................22 3.4.4.- Orientación del Electrodo: ........................................................................................ 23 3.5.- Preparación Previa a la Soldadura:............................................................................................24 3.5.1.- Punteado: ...................................................................................................................24 3.5.2.- Inspección Antes de Soldar: ......................................................................................24 .

II

3.5.3.- Movimientos del Electrodo: ......................................................................................25 3.5.3.1.- Movimientos Oscilatorios más Comunes: ..................................................25 3.6.- Determinación del rendimiento de los electrodos Revestidos: ................................................27 3.7.- Cuidados a ser tomados durante el Almacenado y Secado de los Electrodos: ........................28 3.8.- Clasificación de los Electrodos Revestidos: .............................................................................31 3.8.1.- Clasificación de Acuerdo con la Norma de la A.W.S ...............................................31 3.8.1.1.- Criterios de la Clasificación de los Electrodos Revestidos para los Aceros al Carbono y Baja Aleación: ......................................................................31 3.8.1.2.- Clasificación de los Electrodos Revestidos para los Aceros Inoxidables: . . . 35 3.8.2.- Clasificación de Acuerdo con la Norma I.S.O./E.N. 2560: .................................38

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2008 por J. A. Alonso & Asoc. - Todos los derechos reservados -

Prohibida la copia, distribución o venta sin la expresa autorización de los autores.

J. A. A.

III

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos© 3 .1 .- In tr odu cción. El Proceso de Soldadura por Arco Eléctrico con Electrodo Revestido es sin duda, de todos los procesos el de mayor difusión y aplicación, a pesar del avance de los procesos automáticos o semi-automáticos, nunca se dejara de usar un electrodo revestido. Este proceso se caracteriza por que la fusión de los bordes de los metales a unir se obtiene por el calor generado por el arco eléctrico, formado entre la pieza a ser soldada y la extremidad del electrodo, que también provee el metal de adición. Los orígenes de este proceso comienzan en 1885 cuando N. de Bernardos y S. Olczewsky (alemanes) logran la primera patente en el campo de la soldadura, al lograr soldar utilizando un arco formado entre un electrodo de carbón y la pieza a unir y realizando el aporte con una varilla de metal. Posteriormente, en 1891, Slavianoff (ruso) reemplaza el electrodo de carbón por una varilla metálica desnuda y recién 1907, un ingeniero sueco, Óscar Kjellberg, ensaya el primer electrodo revestido pero con el único objeto de estabilizar el arco y no pensando todavía en la posibilidad de purificar el baño de metal fundido Recién en 1911, se desarrolla el primer electrodo revestido que permite lograr un baño libre de impurezas; y en 1934, los franceses R. Sarazin y M. Moneyron consiguen poner a punto el electrodo básico y aplicarlo en la construcción naval. A partir de ese momento comienza un desarrollo explosivo de la soldadura eléctrica manual debido a la versatilidad y economía, lógicamente dicho avance es inversamente proporcional al uso del remache y/o roblonado.

.

3 .2 .- P r in c ip ios d el P ro ceso. 3.2.1.- Descripción y Denominaciones. La soldadura por arco incorpora una cantidad de procedimientos para soldar que utilizan el calor generado por un arco eléctrico para fundir, tanto el metal a unir como el material de aporte. De los diferentes tipos de procedimiento de soldadura el que tuvo la mayor difusión, en el campo industrial, es el de la soldadura con electrodo revestido, en el que el material de aporte se obtiene por la fusión del alambre o núcleo metálico que integra el electrodo revestido. Y cuya fusión se realiza dentro de una atmósfera gaseosa protectora generada por la quema de los elementos que integran el revestimiento (ver figura: 1). Internacionalmente, el proceso de soldadura por arco con electrodo revestido se conoce con la sigla en ingles de SMAW (Shielded Metal Arc Welding = Soldadura por arco metálico protegido) I

Figura 1: Visión esquematica de la soldadura con electrodo revestido.

3.2.2.- Los Electrodos. Para la soldadura por arco es necesario el establecimiento y mantenimiento de un arco eléctrico entre la varilla/electrodo y las piezas a unir. Esta varilla electrodo debe cumplir la / doble misión de conductor de la energía eléctrica y de metal de aporte. 3.2.2.1.Desnudos.

Electrodos

A pesar de tener una composición química definida, tienen varios inconvenientes: a) en de

Dificultad en la alimentación y estabilidad del arco eléctrico (ver figura: 2). Se utilizan únicamente con corriente continua, polo positivo. Pueden mejorar si se aumenta el contenido carbono (C) en el alambre o depositando silicatos de sodio (Na) o potasio (K) sobre la línea soldadura.

b)

Al no contar con una atmósfera protectora que generan los gases provenientes de la quema del revestimiento, favorece la absorción de gases, por ejemplo hidrógeno (H), oxígeno (O) y Nitrógeno (N) (ver figura: 3)..

c)

Facilita la perdida por oxidación de los elementos que compones el metal a soldar, por ejemplo: al formar oxido de hierro, oxido de manganeso, etc., también forma compuestos como nitruro de hierro (Fe4 N), que disminuyen considerablemente la capacidad de deformación y aumentan la dureza del metal soldado. J. A.

II

Hoy ya no son mas utilizados.

J. A.

II

Figura 2: Comparación de la estabilidad del arco eéctrico entre un electrodo desnudo y uno revestido.

Figura 3: Comparación entre el electrodo desnudo y el revestido.

3.2.2.2.- Electrodos revestidos. Estos electrodos están constituidos por un núcleo metálico, el alambre, y una pasta o revestimiento de composición muy variable, de acuerdo al tipo. El alambre utilizado para la fabricación de los electrodos proviene de un acero de características efervescentes y de bajo contenido de carbono, esto significa que es fundido sin la adición de desoxidantes. La elección de los alambres para la fabricación de los electrodos se obtiene a través de un análisis químico, y la composición debe corresponder aproximadamente a un acero tipo 1006/1010 de la norma S.A.E. Pudiendo ser usado, dependiendo del revestimiento, uno de los dos tipos indicados en la tabla: 1 3

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

TABLA: 1 Clases de Alambres.

Composici ón Química C (%)

Tipo: “B”

Tipo: “A”

0,04 a 0,08

0,08 a 0,12

Mn (%)

0,40 a 0,60

0,35 a 0,55

Si

(%)

máx. 0,10

máx. 0,10

P

(%)

máx. 0,025

máx. 0,030

S

(%)

máx. 0,025

máx. 0,030

Nota: La suma del fósforo (P) mas el azufre (S) no podrá exceder de 0,04% en el tipo "B" y de 0,05% en el tipo "A".

3.2.3.- Breve descripción sobre la fabricación de los electrodos revestidos. Como ya se dijo al principio, el electrodo revestido está compuesto por dos partes: una metálica

(el alma), y otra en forma de).

El alma es común a los diferentes tipos de electrodos, tanto para los de soldadura de aceros al carbono o de baja aleación, como para los inoxidables sintéticos y los de recargue duro, en estos casos los elementos de aleación se acrecienta en el revestimiento; no obstante en otros casos como por ejemplo los electrodos para aceros inoxidable naturales se utilizan alambres aleados. En el revestimiento están contenidos los elementos para la estabilidad del arco, formación de escorias, desoxidantes y de aporte de elementos de aleación. Para la fabricación de los electrodos, primero se mezclan en seco los diferentes elementos que componen el revestimiento, a continuación se agrega el aglomerante para formar una masa que será remitida a las prensas extrusoras donde, es prensada en torno de un alambre, que ya fue enderezado y cortado, constituyéndose así en un electrodo revestido. Posteriormente se procederá al secado a temperaturas que varían de acuerdo con el tipo de electrodo.

3.2.4.- Funciones del Revestimiento.

.

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

El revestimiento debe cumplir, fundamentalmente, tres funciones importantes, no siempre compatibles entre si, las que deben guardar un adecuado equilibrio, como por ejemplo: proporcionar un arco estable y de fácil re-encendido - función eléctrica - , proveer el gas que debe proteger el metal fundido del aire atmosférico, permitir soldar en todas las posiciones función física - y debe formar una escoria metalúrgica, o sea, capaz de desoxidar y refinar el metal depositado y también transferir elementos de aleación - función metalúrgica. Con mayor detalle se podría decir: que el revestimiento ideal es aquel que, proporciona simultáneamente:

a) Un metal depositado con propiedades mecánicas y metalúrgicas correctas, una buena desoxidación y adecuada transferencia de elementos de aleación b) Facilidad de operación del electrodo en corriente continua y alterna, y buen control de la escorias durante la ejecución de la soldadura. c) -

Cordones libres de poros y resistentes a la propagación de fisuras.

d) -

Fácil remoción de la escoria.

e) -

Pocas salpicaduras.

f) -

Arco estable y de fácil re-encendido.

g)-

Buena penetración.

h)-

Alta velocidad de deposición. i) -

Buena terminación del cordón de soldadura (limpio, liso, etc.).

j) - El revestimiento debe ser resistente pero también flexible; no debe proporcionar gases perjudiciales a la salud; debe tener buena resistencia al sobre calentamiento dentro de su faja de amperaje y también lo menos higroscópico posible. Como se mencionó anteriormente varias de las exigencias señaladas son incompatibles entre si y su equilibrio demanda un gran compromiso para el fabricante; un estudio consciente y permanente sobre estos aspectos será lo que permita obtener electrodos de calidad y de fácil empleo, sobretodo en los trabajos de mayores exigencias metalúrgicas, mecánicas y/o operativas. El revestimiento esta compuesto por una mezcla de: Oxidos naturales (oxido de Fe, oxido de Mn, oxido de titanio, oxido de silício, etc.). Silicatos naturales (feldespato, caolín, mica, circonio, etc.). Carbonatos (dolomita, magnesita, calcita, etc.). Ferro-aleaciones (ferro-manganeso, ferro-silicio, ferro- molibdeno, etc.). Sales metálicas (fluorita, criolita, etc.). Substancias orgánicas (celulosa). Aglomerantes (silicato de Na o silicato de K). Cada uno de esos elementos desempeña una función determinada, sea durante la fusión, sea durante la solidificación; en una palabra el revestimiento realiza un gran numero de funciones que pueden ser resumidas en: a) -

Función eléctrica.

b) -

Función física.

c) -

Función metalúrgica.

3.2.4.1.- Función Eléctrica: Es sabido que la existencia del arco eléctrico, entre el electrodo y el material a soldar, depende del estado de ionización de la atmósfera que lo circunda. El sodio (Na) y el potasio (K), introducidos en el revestimiento por medio de los silicatos, como agentes aglomerantes, son los elementos que proporcionan los iones necesarios para iniciar el arco y mantenerlo durante el proceso de fusión de la varilla (estabilidad del arco). Ambos metales presentan átomos con un solo electrón en su camada periférica (Na [2-81] Nº: atómico 11) ; (K [2-8-8-1] Nº: atómico 19) ver figura: 4, y por ese motivo tienen tendencia a liberarlo, facilitando la circulación de la corriente eléctrica a través del arco, siendo que los electrones lo harán en un sentido y los iones en sentido contrario. El numero de electrones libres capaces de proporcionar 1cm3 de vapor de sodio (Na) es casi el doble de lo que puede proveer igual volumen de vapor de potasio (K):

Figura 4 - Estructura atómica del Sodio (Na) y del Potasio (K). 6,024 x 1023

))))))))))))))—

23

Donde:

x 0,97

= 2,53 x

23

=

peso atómico del Na

0,97 g/cm3

=

peso especifico del Na

6,02 4 x 1023 átomos/átomos gramo Para el

"K"

dicho valor es de

=

1,32

x

=

1022

Nº de Avogadro

1022

Esto indica que un plasma sódico, como el que presentan los electrodos celulósicos (del tipo A.W.S. E-6010), al resultar fuertemente ionizado, permitirá una fuerte transferencia del metal y en seguida un gran bombardeo electrónico o iónico sobre la pieza a soldar, según se conecte la pinza porta- electrodos al polo positivo o al negativo. La alta penetración, es consecuencia de este efecto, y justamente una característica de los electrodos de revestimiento celulósico.

Los electrodos de las normas, A.W.S. E-6010 ó I.S.O. / E.N. E 43 5 C 50, de revestimiento "celulósico sódico", tienen un arco de fuerte penetración con transferencia en forma de pequeñísimas gotas ("spray") de metal fundido, realizada a alta velocidad entre la punta del electrodo y el metal a soldar.

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

Este tipo de transferencia confiere al arco la particularidad de mantener su estabilidad, a pesar de las fuertes variaciones de distancia; se emplean solamente en corriente continúa con polaridad invertida, es decir conectando la pinza porta-electrodos al polo positivo. Su uso en corriente alterna no es posible, pues el arco se extingue con facilidad, aun empleándose transformadores de elevada tensión en vacío. Para conseguir estabilizar el arco en la corriente alterna, se recurre a los revestimientos aglomerados con silicato de potasio, como por ejemplo los "celulósicos potásicos" o "bajo hidrógeno potásico"; donde el arco ionizado en base al potasio es capaz de restablecerse instantáneamente, aun cuando el voltaje del mismo pase por el valor cero dos veces en cada ciclo de este tipo de corriente. Sin tener en cuenta otros aspectos que afectan la estabilidad del arco eléctrico para la soldadura manual, es interesante aclarar el por que un plasma sódico resulta mas fuertemente ionizado que un plasma potásico. Para explicar el porque un plasma potásico es mas apto para la soldadura con corriente alterna, faltaría acrecentar que este ultimo confiere al arco la propiedad de re-encenderse instantáneamente después de cada medio ciclo en que la corriente se corta o pasa por cero en cada cambio de polaridad, pues tanto la facilidad de encender como de re-encender (estabilidad del arco) están relacionadas con el potencial de ionización de los elementos presentes en el plasma. En este caso, los potenciales de ionización del potasio y del sodio (vapores) son, respectivamente 4,32 y 5,12 e.v.; los plasmas ionizados con vapores de potasio requieren menor potencial y por eso resulta mas estable. 3.2.4.2.- Función Física. Una de las funciones físicas del revestimiento es la de formar humos mas densos que el aire para proteger, tanto el metal en transferencia (gotas) durante la soldadura como la pileta de metal fundido, de la contaminación por los gases atmosféricos - hidrógeno (H), nitrógeno (N) y oxígeno (O). Otra de la funciones es la de contribuir en la transferencia de las gotas de metal fundido en las posiciones contrarias a la ley de gravedad, como por ejemplo: la horizontal en pared vertical, la vertical propiamente dicha y la sobre cabeza; la ejecución de la soldadura en cualquiera de esas posiciones no podría ser realizada a no ser que la gota de metal fundido sea transportada por los gases producidos por el revestimiento. los electrodos de revestimiento orgánico o semi-orgánico pueden realizar esas tareas, en virtud al desprendimiento de H; los electrodos de revestimiento básico también lo son, gracias a la formación de gas carbónico (CO2 ). Otra mas de las funciones físicas del revestimiento es la de formar escorias de viscosidad elevada, en las proximidades de la temperatura de fusión, que cubran el material depositado, para dar protección total tanto al metal recientemente fundido como asimismo durante el tiempo de solidificación, y además dar sustentación a los cordones de soldadura depositados en posición vertical o sobre cabeza. 3.2.4.3.- Función Metalúrgica

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos© J. A. A.

VII

La función metalúrgica del revestimiento consiste en aportar elementos reductores de impurezas y ciertos elementos útiles, que se agregan al metal fundido a fin de mejorar las características mecánicas y/o químicas del metal depositado. La escoria formada, trabaja, o protegiendo el metal liquido del contacto del aire desprendiendo gases reductores, como por ejemplo: hidrógeno, eliminando o reduciendo el contenido de impurezas (ej.: P y S), o ejerciendo todas las funciones al mismo tiempo. Otra de las funciones es la de proveer, al metal depositado, de elementos de aleación, como por ejemplo: Mn, Mo, Cr, Ni, Cu, V, Nb, etc., a fin de lograr una composición química conforme a lo deseado.

3.2.5.- Tipos de Revestimiento. De acuerdo con la composición del revestimiento podemos diferenciar los siguientes tipos de electrodos revestidos: ácidos, celulósicos, rutílicos y básicos. R evestim iento ácido: Estos electrodos son de buena operatividad tanto en corriente alternada como en continua y en esta última preferentemente con polaridad negativa. Sus características principales son: acepta el uso de altas corrientes de soldadura, relleno rápido, aceptables para examen por rayos X, son usados en posición plana y filete horizontal. los depósitos de estos electrodos tienen buenas propiedades siempre que sean usados con aceros de buena calidad, caso contrario son susceptibles a formar fisuras o grietas. R evestim iento celulósico: Las principales características de este electrodo son la de soldar en toda posición, inclusive en vertical descendente, tienen un arco enérgico lo que le permite una penetración profunda, tienen buenas propiedades físicas, aptos a todo tipo de inspección (ej.: Rayos X o ultrasonido), forma una escoria fina y de fácil remoción. Presentan como desventajas: exceso de salpicaduras, una superficie del cordón de soldadura rústica, tiende a producir fisuras si el metal a soldar tiene un porcentaje un poco alto de impurezas (ej.: S y P), no es adecuado para chapas finas. R evestim iento rutílico: De buena operatividad, arco suave y de fácil re-encendido, suelda con corriente alternada y continua tanto con polaridad positiva como negativa y en todas las posiciones. Adecuado para chapas finas, cordones de soldadura casi liso o con ondulaciones uniformes, pocas salpicaduras, relleno y solidificación rápidas. Apropiado para juntas mal preparadas, excelente terminación y su escoria es de rápida solidificación y fácil remoción. como desventajas ofrece: características físicas un poco bajas, poca penetración y no es adecuado para inspección por Rayos X. R evestim iento básico: El electrodo ideal para la soldadura de los aceros de difícil soldabilidad, excelentes propiedades mecánicas, sueldan en cualquier posición, preferentemente con corriente continua polo positivo, cordón de soldadura con ondulaciones diferenciadas y pocas salpicadura, excelente comportamiento ante cualquier tipo de inspección. Por su tendencia a absorber humedad deben ser conservados en lugar seco y eventualmente re-secados antes de su utilización. J. A.

VIII

3.2.6.- Selección de Electrodos.

J. A.

VIII

Como ya fue visto anteriormente, el revestimiento de los electrodos cumple una serie de funciones importantes, las que deben guardar un adecuado equilibrio, como por ejemplo: Proveer el gas que debe proteger el metal fundido de los gases atmosféricos; permitir un arco estable y de fácil re- encendido; eliminar las impurezas del metal depositado; aportar elementos de aleación; formar escorias de adecuada viscosidad que permita soldar en todas las posiciones. Veremos a continuación algunos factores a considerar en la selección de los electrodos revestidos: 1) - Composición del metal base. Para los aceros al carbono comunes, cualquier electrodo de las series E 60XX o E 70XX es adecuado, pero para los aceros aleados es necesario que el electrodo tenga una composición lo mas aproximada a la del material base. 2) - Resistencia del metal base. Para realizar una soldadura que atienda todas las solicitaciones es necesario conocer las propiedades mecánicas del metal a soldar y de esta forma seleccionar el electrodo de propiedades semejantes al metal base. 3) - Tipo de corriente. Algunos electrodos fueron elaborados para soldar con corriente continua (C.C.), es decir con generadores o rectificadores, y otros con corriente alternada (C.A.), o sea con transformador; en el caso de C.C. comprobar la polaridad. 4) - Posición de soldadura. De acuerdo con el tipo de revestimiento, los electrodos podrán soldar en las diferentes posiciones como ser: plana, horizontal, vertical con progresión ascendente o descendente o sobre cabeza. 5) - Espesor y forma del metal base. Para evitar la posibilidad de la formación de fisuras o grietas en la soldadura de espesores gruesos o de formas complejas, hay que elegir electrodos con buena ductibilidad (altos valores de alargamiento o impacto). 6) - Tipo de junta. La característica de penetración de un electrodo depende mucho de la preparación de la junta, abertura de la raíz, talón, posibilidad de acceso de ambos lados, etc. 7) - Rendimiento.

J. A.

IX

Una forma de aumentar el rendimiento de los electrodos es la utilización de aquellos que contienen polvo de hierro en el revestimiento, ej.: en posición plana los EXX24, EXX27 y EXX28 y en las otras posiciones los EXX14, EXX18 y EXX48.

J. A.

IX

8) - Condiciones de servicio. Determinadas las condiciones de servicio, sean: altas o bajas temperaturas, cargas elevadas, resistencia a impactos, etc. seleccionar un electrodo que deposite un metal de aporte de composición, ductibilidad y tenacidad apropiados. Verificar la especificación o procedimiento de soldadura y/o las características del electrodo. 9) - Elección del diámetro. La elección del diámetro de los electrodos se ajusta fundamentalmente al espesor de las chapas a soldar, forma del cordón, posición de soldadura y a la dispersión del calor. Para el pase de raíz se emplean, según la abertura de la junta, en posición plana u horizontal, 2,5, o 3,25 mm. de diámetro y para las demás pasadas, 4,00 o 5,00 mm. de diámetro. En posición vertical y sobre cabeza, lo mas adecuado son los de 3,25 y 4,00 mm., para la vertical descendente, los de mejor desempeño son los de revestimiento celulósico o rutílico de 3,25 mm. de diámetro. Cuando el espesor del material a soldar lo permite, ha de preferirse la soldadura de varias pasadas, pues esta técnica es favorable al efecto de recocido del cordón de soldadura anterior por el posterior; también debe de procurarse que el ultimo cordón sea realizado en el centro de la junta.

3.2.6.1.- Aplicaciones La soldadura por arco con electrodo revestido es uno de los procesos de mayor utilización, especialmente en soldaduras de producción cortas, trabajos de mantenimiento y reparación, así como construcción de equipos o también en campo. La mayor parte de las aplicaciones de la soldadura por arco con electrodos revestidos se dan con espesores comprendidos entre 3,0 y 38,0 mm. El proceso es aplicable a aceros al carbono, aceros aleados, inoxidables, fundiciones y metales no ferrosos como aluminio, cobre, níquel y sus aleaciones. Los sectores de mayor aplicación son la construcción naval, de máquinas, estructura, tanques y esferas de almacenamiento, puentes, recipientes a presión y calderas, refinerías de petróleo, oleoductos y gasoductos y en cualquier otro tipo de trabajo similar. Se puede emplear en combinación con otros procesos de soldadura, realizando bien la pasada de raíz o las de relleno, en tubería se suele emplear en combinación con el proceso TIG. La raíz se realiza con TIG completándose la unión con electrodo revestido.

3.2.7.- Equipo de Soldadura. El equipo de soldadura es muy sencillo; consiste en la fuente de energía, el Portaelectrodo, la conexión de masa y los cables de conexión. J. A.

10

Figura 5: Equipo de soldadura para electrodo revestido.

3.2.7.1.- La Fuente de Energía. La fuente de energía o fuente de poder (ver figura: 5) debe presentar una característica descendente (de voltaje variable o intensidad constante), para que la corriente de soldadura se vea poco afectada por las variaciones en la longitud del arco. Para la soldadura con corriente continua se utilizarán fuentes rectificadores o generadores, para la soldadura con corriente alternada se utilizan transformadores. Para la selección de la fuente de energía adecuada se deberá tener en cuenta el electrodo que se va a emplear, de forma que pueda suministrar el tipo de corriente (CC o CA), rango de intensidades y tensión de vacío que se requiera. Salvo para algunos tipos específicos, los electrodos celulósicos de la clase E-6010, y los básicos tipo E-7015, requieren corriente continua, mientras que los demás tipos de revestimiento pueden ser empleados indistintamente con corriente continua o alterna. 3.2.7.2.- Portaelectrodo. Tiene la misión de conducir la corriente al electrodo y sujetarlo; para evitar un sobrecalentamiento en las mordazas, éstas deben mantenerse en perfecto estado, un sobrecalentamiento se traduciría en una disminución de la calidad y dificulta la ejecución de la soldadura. Se debe seleccionar siempre el Portaelectrodo adecuado para el diámetro del electrodo que se vaya a utilizar. 3.2.7.3.- Conexión de Masa

La conexión correcta del cable de masa es de mucha importancia: la situación de la pinza de masa es de especial importancia en la soldadura con corriente continua. Una ubicación incorrecta puede

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

provocar el soplo magnético, dificultando el control del arco. Más aún, el método de sujetar la pinza de masa también es importante. Un cable mal sujetado no proporcionará un contacto eléctrico consistente y la conexión se calentará, pudiendo producirse una interrupción en el circuito y la extinción del arco. El mejor método es emplear una zapata de contacto de cobre sujeta con una mordaza tipo C. Si fuese perjudicial la contaminación por el cobre del metal base con este dispositivo, la zapata de cobre debe adherirse a una chapa que sea compatible con la pieza, chapa que, a su vez se sujeta a la pieza. Para piezas giratorias, el contacto debe efectuarse mediante zapatas que deslizan sobre la pieza o mediante rodamientos en el eje sobre el que la pieza va montada. Cuando se emplean zapatas deslizantes se deben colocar dos como mínimo, ya que si se produce una pérdida de contacto en una de ellas el arco se extinguiría.

3.3.- El A rco Eléctrico. Como es de imaginar, el arco eléctrico es una de las partes del circuito eléctrico. Se forma o se establece cuando una corriente eléctrica pasa a través del aire u otras materias gaseosas, siempre que el espacio cubierto por ese gas o aire sea corto. Además del calor, el arco desarrolla una elevada intensidad luminosa. En el arco de corriente continúa, el flujo de electrones es en una dirección, es decir desde el polo negativo (cátodo) hacia el polo positivo (ánodo). En la soldaduracon C.C., se puede cambiar la dirección de los electrones, simplemente invirtiendo los cables en los terminales situados en la fuente de energía (ver figura: 6). Las diferentes posiciones de las conexiones a los terminales indican el flujo de los electrones entre el electrodo y la pieza

Figura 6: Dos terceras partes del calor se generan en el polo positivo mientras que la tercera parte restante se ubica en el polo negativo. Como resultado, un electrodo que se conecte al polo positivo se quemará aproximadamente 50% más rápido que el conectado con el polo negativo. El conocimiento de este fenómeno ayuda al soldador a obtener la penetración deseada del cordón de soldadura. Si se conecta el electrodo al polo negativo, la penetración será mayor debido a que la mayor parte del calor se concentra en la pieza, y el electrodo se quemara más lentamente y ocurrirá todo lo contrario si el electrodo fuese conectado al polo positivo.

En el arco con corriente alternada los fenómenos son mucho más complicados que los presentados con corriente continua, debido a que en la corriente alternada no existe un polo determinado, ya que el electrodo y la pieza ha soldar cambian su polaridad normalmente cien o ciento veinte veces por segundo, según la frecuencia (50 o 60 ciclos por segundo), es decir, polo (+) alternándose con el polo ()). (ver figura: 7).

1: Punto de extinción del arco.

2: Punto de encendido del arco !': Tiempo de arco apagado. t:

Ui: Voltaje de encendido

Figura 7:

3.3.1.- Selección del Tipo de Corriente. La soldadura por arco con electrodos revestidos se puede realizar tanto con corriente alternada como con corriente continua, la elección dependerá del tipo de fuente de energía disponible, del electrodo a utilizar y del material base. En la tabla: 2 se indica la corriente más adecuada en función de una serie de parámetros.

J. A.

13

TABLA: 2.

Parámetros.

Corriente Continua.

Soldadura a gran distancia de la fuente de energía. Soldadura con electrodo de diámetro pequeño, que requiere bajo amperaje Cebado o encendido del arco.

Preferible. La operación resultará más fácil. Resulta más fácil.

Mantenimiento del arco.

Más fácil por su mayor estabilidad

Soplo magnético.

Puede resultar en un problema cuando se sueldan materiales

Posición de soldadura.

Tipo de electrodo

Espesor de la pieza.

Corriente Alternada.

J. A .

posiciones vertical y sobre porque deben utilizarse Bcabeza uen bajas Se puede emplear cualquier tipo de electrodo. sultado sobret

Es preferible para espesores finos. .

Salpicadura.

Poco frecuentes.

Soldadura utilizando longitudes de arco pequeñas (importante con algún tipo de electrodos especialmente Polaridad.

La soldadura resulta más fácil.

Posibilidad de elección de la polaridad en función del material a soldar y electrodo a emplear.

Hay que actuar con precaución pues se puede deteriorar el material debido a la dificultad de Es más difícil sobretodo cuando se emplean electrodos de diámetro más Más difícil, salvo cuando se emplean electrodos de gran No presenta problemas. Utilizando electrodos adecuados, se puede soldar en cualquier posición. No es apta para utilizar con todos los tipos de electrodos. El revestimiento debe de contener sustancias que reestablezcan arco. Se prefiere el para espesores gruesos ya que se puede utilizar un electrodo de mayor diámetro y mayor intensidad, con lo que se consigue mejore s rendimientos. Más frecuentes

No hay polaridad.

3.3.2.- Encendido del A rco Eléctrico y su Operación. Etapas del encendido del arco eléctrico. La forma correcta de encender el arco es rozándolo sobre el material a soldar, como si fuera un fósforo, tal como se muestra en la figura: 8. Cuando éste se ha encendido se lo retira un poco formando de este modo un arco. La longitud o largo del arco eléctrico, es decir, la distancia(a) entre el electrodo y la pieza a soldar,(ver Figura 8 figura:9), debe ser: A) - Al soldar con electrodo de revestimiento celulósico o rutilico igual al diámetro (d). B) - En el caso de soldar con electrodos de revestimiento básico ½ diámetro (d).

Figura 9 Una longitud de arco demasiado grande puede provocar poros en el cordón de soldadura. Principalmente soldando con electrodos básicos, aumenta el efecto del soplo magnético y promueve la falta de penetración. El lugar de encendido del arco debe ser fundido y rellenado por el propio cordón de soldadura con el objetivo de evitar la posibilidad de la formación de fisuras o grietas (ver figura: 10).

Figura 10 -

3.3.3.- Efecto del Soplo Magnético. Tal como ocurre con cualquier conductor que transporte corriente eléctrica, también el arco eléctrico esta sometido a un campo magnético. Al impedir la distribución simétrica de este campo magnético en el arco, provocaremos un soplo magnético. Causas mas frecuentes del Soplo Magnético, fundamentalmente con el uso de la corriente continua.

Desviación del arco por materiales magneticos. (ver figura: 11) Figura 11

Desviación del arco por efecto de masa o calor. (ver figura: 12)

Figura 12

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

Desviación del arco por efecto del campo magnético. (ver figura: 13)

Figura 13 Medidas para eliminar o disminuir el efecto del soplo magnético. -Cambiar de posición la conexión del cable de tierra. -Puntear en varios sectores de la junta a ser soldada. -Variar la inclinación del electrodo. -Calentar la pieza, cuando uno de los elementos a ser soldados es de mayor espesor que el otro. -Cuando posible, utilizar corriente alternada en lugar de corriente continua

3.3.4.- Posiciones de Sol

J

d

Básicamente existen cuatro posiciones de soldadura: plana, sobre cabeza, horizontal y vertical, esta ultima puede ser tanto en progresión ascendente como descendente.

Posición Plana. La junta esta en la posición plana y el aporte es realizado también en la posición plana, es decir bajo mano (ver figura: 14).

Figura 14 Posición Horizontal. El material a ser soldado esta en vertical, siendo que el aporte sobre la junta será hecho en sentido horizontal (ver figura: 15).

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

J. A. A.

Figura 15 -

XVII

Posición Vertical. En este caso tanto el material a ser soldado como la junta están en posición vertical, y el aporte puede hacerse con progresión ascendente o descendente (ver figura: 16). Figura 16 -

Posición Sobre Cabeza. La junta es soldada estando el soldador abajo de la misma, por lo tanto el aporte es hecho sobre la cabeza del soldador (ver figura: 17).

.3.5.- Efectos de la Sold

.A

Mate

riale

J .A adura

en lo

Figura 17

s

s de B.

El principal efecto ejercido por la soldadura en los materiales de base es un cambio de la dureza. Como consecuencia de calentar un acero por encima de los 850ºC seguido de un enfriamiento relativamente rápido, lograremos un aumento de la dureza. Este valor de dureza puede ser influenciado tanto por el porcentaje de carbono como por la presencia de diferentes elementos de aleación en el material de base. Soldadura en Junta a Tope.

J. A.

XVIII

Figura 18 -

J. A.

XVIII

Soldadura en Ángulo o en Solape.

Figura 19 Puntos de Encendido del Arco o puntos de Soldadura. En el local donde se enciende el arco o se suelda un punto o un accesorio de ayuda de montaje, ocurre un aumento de temperatura muy elevado. Por ese motivo, en esos locales hay un endurecimiento localizado (ver figura: 20)

Figura 20

J. A. A.

Nota: Los caminos de disipación del calor son los indicados por las flechas.

3.3.6.- Influencia del Material de Aporte y de la Habilidad Manual del Soldador. Las características y/o composición química del material de aporte, influenciarán tanto en la ejecución como en el resultado final de una soldadura, pues la diversidad y cantidad de elementos que integran el revestimiento de los electrodos le confiere a estos ciertas particularidades como ser: - mayor o menor agresividad del arco eléctrico. - mayor o menor velocidad de desplazamiento. - forma y cantidad del deposito. - facilidad para trabajar en diferentes posiciones. - tendencia para contaminarse con los gases atmosféricos. J. A.

XIX

- mayor o menor dificultad de operación, etc.

J. A.

XIX

Por estos motivos es muy importante que el soldador alcance una habilidad o dominio de la técnica empleada para soldar tanto en las diferentes posiciones como con los diversos tipos de electrodos. Esta habilidad sólo se consigue a través de la practica.

3.4.- Parámetro de Soldadura. 3.4.1.- Diámetro del electrodo. En líneas generales, se deberá seleccionar el mayor diámetro posible que asegure los requisitos de aporte térmico y que permita su fácil utilización, en función de la posición, el espesor del material y el tipo de unión, que son los parámetros de los que depende la selección del diámetro del electrodo. Los electrodos de mayor diámetro se seleccionan para la soldadura de materiales de gran espesor y para la soldadura en la posición plana. En la soldadura en posición horizontal, vertical y sobre cabeza, el baño de fusión tiende a caer por efecto de la ley de la gravedad, este efecto es tanto más evidente, y tanto más difícil de mantener el baño de metal fundido en su sitio, cuanto mayor el volumen de éste, es decir cuanto mayor es el diámetro del electrodo, por lo que en estas posiciones convendría aplicar diámetros menores. Asimismo, en la soldadura con pasadas múltiples, el cordón de raíz conviene efectuarlo con un electrodo de menor diámetro, para conseguir el mayor acercamiento posible del arco al fondo de la unión y asegurar una buena penetración, se utilizarán electrodos de mayor diámetro para completar la soldadura. El aporte térmico depende, directamente de la intensidad, tensión del arco y velocidad del desplazamiento, parámetros dependientes del diámetro del electrodo; siendo mayor cuanto mayor es el diámetro del mismo, en las aplicaciones o materiales donde se requiera que el aporte térmico sea bajo se deberán utilizar electrodos de pequeño diámetro. Por lo tanto, se deberán emplear: Electrodos de poco diámetro (2,0; 2,5: 3,25 mm.) en: punteado, uniones de piezas de poco espesor, primeras pasadas, soldaduras en posición horizontal, vertical y sobre cabeza y cuando se requiera bajo aporte térmico. Electrodos de mayores diámetros para soldaduras de piezas de espesores medios y grandes, soldaduras en posición plana y recargues.

J. A.

20

3.4.2.- Intensidad de la soldadura. Cada electrodo en función de su diámetro, posee un rango de intensidades en el que puede utilizarse, en ningún caso se debe utilizar intensidades por encima de ese rango ya que se producirían mordeduras, proyecciones (salpicaduras), intensificación de los efectos del soplo magnético y otros tipos de defectos La intensidad a utilizar depende de la posición de soldadura y del tipo de unión. En el grafico a seguir se da una idea del nivel de intensidad dentro del rango que se recomienda en función de las diferentes posiciones de soldadura, para ello se ha tomado como ejemplo un electrodo de 2,5 mm de diámetro de tipo común. Como regla práctica y general, se deberá ajustar la intensidad a un nivel en el que “la cavidad” del baño de fusión sea visible. Si esta cavidad, conocida por su forma como ojo de cerradura, se cierra, significa que la intensidad de soldadura es demasiado baja y si se hace muy grande indica que la intensidad es excesiva. Electrodo: AWS A5.1 - E6012 Corriente: C.A. y C.C.

J. A . A.

Polaridad: negativa ( ) Rango de amperaje: 50 - 110 Amp. Diámetro: 2,5 mm.

Posición Plana Filete Horizontal

Vertical ascendente

Vertical descendente

Horizontal

Sobre cabeza (En chapa de 3,0 mm. de espesor)

Figura 21 -

C aracterísticas del A rco y de la Soldadura bajo C on diciones C orrectas e Incorrectas. Características del Arco y de la Soldadura bajo condiciones correctas e incorrectas.

J. A. A. Figura 22

A Amperaje Voltaje Velocidad Fusión del electro

B

C

D

Normal Normal Normal

BAJO Normal Normal

ALTO Normal Normal

Normal BAJO Normal

Buena

Buena

Profund a

Pobre

E Normal ALTO Normal Se funde poco metal

F

G Normal Normal BAJA

Norma l Norma lALTA

Normal

Norma l

3.4.3.- Velocidad de Desplazamiento. La velocidad de desplazamiento durante la soldadura debe de ajustarse de tal forma que el arco adelante ligeramente al baño de fusión. Cuanto mayor es la velocidad de desplazamiento menor será el ancho del cordón, menor será el aporte térmico y más rápidamente se enfriará la soldadura. Si la velocidad es excesiva se producen mordeduras, se dificulta el retiro de la escoria y se favorece, que los, gases producidos por las reacciones químicas, queden atrapados (originando poros). J. A.

XXII

3.4.4.- Orientación del Electrodo. En la tabla a continuación se da una idea de la orientación del electrodo y de la técnica de soldadura, para la unión de los aceros al carbono, esto puede variar para la soldadura de otros materiales. Tipo de Unió A tope

Posición de Soldadura.

A tope

Horizontal

A tope A tope

Vertical ascend. Sobre cabeza.

En filete

Horizontal

En filete

Vertical ascend. Sobre cabeza.

En filete

Plana.

Ángulo de Trabaj 9 0 80º a 100º

Ángulos de desplazamie 5º a 10º(1)

9 0 9 0 4 5 35º a 55º

5º a 10º

Hacia atrás.

5º a 10º

Hacia adelante Hacia atrás.

5º a 10º 5º a 10º(1) 5º a 10º

30º a 45º

Técnica de Soldadu Hacia atrás.

5º a 10º

Hacia adelante Hacia adelante Hacia atrás.

(1)

Nota : El ángulo de desplazamiento puede ser de 10º a 40º para electrodos con revestimiento grueso con polvo de hierro.

Terminología de las partes del cordón. Dentro de la tecnología básica en soldadura tenemos las distintas partes del cordón:

Figura: 23 - En soldadura a tope.

Figura: 24 - Soldadura en filete.

1:

Ángulo del chaflán.

6:

Lado de la raíz.

2:

Ángulo del bisel.

7:

3:

Abertura en la raíz.

8:

Refuerzo o sobre espesor. Penetración.

J. A.

23

4:

Talón de la raíz.

9:

Lado o cateto.

5:

Lado de la cara.

10:

Garganta.

J. A.

24

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

3.5.- Preparación Previa a la Soldadura. 3.5.1.- Punteado. En este párrafo resumiremos lo indicado para el punteado en la mayoría de los códigos, especificaciones o normas vigentes internacionalmente El punteado que vaya a ser incorporado a la soldadura se realizara con el mismo tipo de electrodo que se vaya a utilizar en la soldadura. Una vez realizado el punteado y eliminada la capa de escoria, debe inspeccionarse cuidadosamente cada punto, buscando posibles grietas o cráteres. En caso de que se detectase alguno de los defectos citados, éste se eliminara completamente. El punteado se realizará con la misma temperatura de precalentamiento que se vaya a utilizar durante la soldadura. El punto que no vaya a ser incorporado a la soldadura será eliminado, repasando posteriormente la zona hasta garantizar la ausencia de defectos. El punto de soldadura debe tener siempre una forma cóncava (nunca convexa), en caso de que se produjese un abombamiento se repasará con un disco de amolar, hasta dejarlo con forma cóncava, de lo contrario podrían formarse grietas (ver figura: 25).

Figura 25 -Condiciones del punteado. Si la longitud de la soldadura a ser realizada es larga, el punteado se iniciará en el centro de la pieza; en los cruces y esquinas los últimos puntos deben darse como mínimo a 200,0 mm.

3.5.2.- Inspección Antes de Soldar. Antes de comenzar a soldar, se debe hacer una inspección ocular comprobando que: Los chanfles están perfectamente limpios de óxidos, grasas, aceites, agua y proyecciones y se ha efectuado la limpieza especificada en función del material base. Los elementos a unir (chapas o perfiles) deben estar alineadas y niveladas.

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

Los puntos previos deben de estar bien realizados, libres de poros, grietas ni abultamientos; de existir alguna de estas anomalías, se eliminarán empleando una amoladora.

3.5.3.- Movimientos del Electrodo. Tan importante como saber mantener correctamente la posición del electrodo, con respecto a la soldadura que se vaya a realizar, es su movimiento a lo largo del cordón de soldadura. Es sabido que un electrodo durante la operación de soldadura, esta sometido a tres movimientos: avance, descenso y oscilación, destacándose la necesidad de que dichos movimientos sean regulares y uniformes a efecto de obtener un cordón de soldadura de buena calidad. 3.5.3.1.- Movimientos Oscilatorios más Comunes. El movimiento de oscilación del electrodo se utiliza para permitir que la escoria salga a la superficie, realizar una acción de precalentamiento sobre la superficies que se van a soldar a continuación, conseguir una penetración en los bordes del cordón, permitir que salgan los gases y evitar porosidades. Las formas de movimientos más comunes son: Movimiento de media luna o de zig-zag (a), movimiento en forma de ocho (b) y movimiento circular (c) de la figura: 26.

J. A. A. Figura 26 Para soldaduras en la posición horizontal sería recomendable la oscilación en forma de media luna o en zig-zag (d) en la figura: 27.

Figura 27 En las soldaduras verticales ascendentes es recomendable usar movimientos en zig-zag o circulares (e) en la figura: 28.

Figura 28 Es muy importante, además, evitar por medio de la combinación del movimiento y del la velocidad de avance, las inclusiones de escoria procedentes del revestimiento del electrodo, de las capas de óxido del metal de base y de los componentes de la aleación del electrodo oxidados en el arco eléctrico.

3.6.- D eterminación del R endimiento de los Electrodos R evestidos. En la constante búsqueda por el aumento de los índices de productividad y/o de reducción de costos, se han desarrollado electrodos con una determinada cantidad de polvo de hierro en la composición del revestimiento con el objeto de aumentar la deposición, es decir aumentar los gramos de metal depositado por cada unidad de tiempo de arco abierto. Si bien estos electrodos están contemplados en las diversas normas para la clasificación de consumibles, no todas ellas especifican claramente cual es el porcentaje de rendimiento de los mismos. Para poder determinar el verdadero rendimiento de estos electrodos, existen varios métodos o formulas, una de ellas es la que se da a continuación: Método de calculo para medir el rendimiento de los electrodos revestidos: P2 - P1 R % = ))))))))))))) F x L Donde :

R

=

rendimiento en %

P1 =

peso de una chapa sin aporte (en gramos)

P2 =

peso de la chapa con el aporte (en gramos)

L

cm. de varilla o alambre consumida o

=

aportada. F

x 100

=

factor (peso de la varilla en

gramos / cm.) F es un factor que indica el peso en gramos por cada cm. de varilla, según su diámetro, tal como se observa en la tabla: 3 TABLA: 3. Diámetro de la varilla en mm. 2 2, 5 3, 25 4 J. A.

Peso en gramos por cada cm. de varilla (F) 0,2 37 0,3 73 0,6 35 0,9 67

XXVII

5

1,5 18 2,1 91

6

J. A.

XXVII

Si tomamos como ejemplo dos electrodos del mismo tipo de revestimiento, por ejemplo: rutílicos, uno sin polvo de Fe en el revestimiento (A.W.S. E-6013) y otro con polvo de Fe (A.W.S. E-7024), ambos de 4,0mm de diámetro, veremos que la longitud del cordón de soldadura depositado por aquel electrodo con polvo de hierro en el revestimiento es significativamente mayor, ver figura: 29.

Figura 29

3.7.- Cuidados a ser Tomados Durante el Almacenado y Secado de los Electrodos. Antes de recomendar los cuidados a ser tomados para la conservación y acondicionamiento de los electrodos es necesario conocer las causas de los posibles daños, como ser: a) - Absorción de humedad. b) - Formación de depósitos superficiales. c) - Contaminación. d) - Roturas del revestimiento.

1°) A bsorción de hum edad: Posterior al prensado de los electrodos es necesario un secado para la eliminación del agua que conformaba la pasta; dependiendo del tipo de revestimiento es permitido un cierto contenido de humedad que sea adecuado para obtener el mejor desempeño de los mismos.

Así los electrodos celulósicos contienen cantidades relativamente elevadas de humedad, en los rutílicos la humedad es más baja que en los anteriores, en cambio en los básicos el contenido de humedad debe ser muy bajo, de donde surge la denominación de "bajo hidrógeno"y la necesidad de controlarlos, es decir mantenerlos almacenados en ambientes secos y eventualmente resecarlos a la temperatura

indicada en la tabla 6, (lo mas recomendado es seguir las recomendaciones del fabricante). Un exceso de humedad en el revestimiento puede producir, entre otras cosas: a) - Porosidad en el metal aportado. b) - Fisuración por hidrógeno. c) - Inestabilidad del arco eléctrico. d) - Excesivas proyecciones (salpicaduras). e) - Socavaduras. 2°) Form ación de depósitos superficiales: Los electrodos almacenados durante períodos prolongados y en ambientes húmedos pueden producir, en la superficie del revestimiento, unas escamas o un polvo blanquecino producto de la acción de la humedad con algunos elementos del revestimiento. 3°) Contam inación: No sólo la humedad puede perjudicar a los electrodos, también, y por una practica inadecuada en el manipuleo o almacenamiento, aceite, grasa, pintura u otros materiales pueden incorporar elementos indeseables en el revestimiento y ocasionar problemas tanto operativos como en el metal aportado. 4°) Roturas del revestimiento: Cualquier defecto en el revestimiento del electrodo puede ocasionar problemas tanto operativos como en el metal aportado; las deficiencias en el revestimiento pueden ser varias, como por ejemplo: a) - Reducción localizada o falta del revestimiento. b) - Daños en la punta de encendido del arco. c) - Ausencia de conicidad en la punta de encendido del arco. d) - Falta de adherencia del revestimiento. e) - Fisuras en el revestimiento.

J. A.

XXIX

TABLA: 4.

Temperaturas Recomendadas para el Resecado de los Electrodos. TIPO DE ELECTRODO. Celulósicos.

Rutílicos.

Básicos (Bajo hidrógeno)

CONDICIONES DE RESECADO. No requieren resecado. (En caso de humedad excesiva, seguir las indicaciones del fabricante. Si fueron adecuadamente almacenados, no requieren resecado. En cambio si la humedad es excesiva se secaran a 110°C durante 1½ hora. No obstante haber sido adecuadamente almacenados, es conveniente resecarlos entre 350°C y 450°C durante 1½ a 2 horas, y posteriormente conservarlos en estufa entre 120°C y150°

3.8.- C lasificación de los E lectrodos R evestidos. Los electrodos revestidos están constituidos por una varilla metálica, llamada alma, con diámetros entre 1,5 y 8,0 mm. (en nuestro medio se fabrican entre 1,6 y 6,0 mm.), y una longitud entre 250 y 450 mm., y un revestimiento que determinara las características operacionales e influencia en la composición química y propiedades mecánicas del metal depositado. El alambre con el que se fabricaran las varillas, para casi todos los tipos de electrodos, sean estos para soldaduras de unión o soldaduras homogéneas o para recargues duros; es siempre de la misma composición química, salvo para los electrodos para la soldadura de los aceros inoxidables. Por lo tanto, y como ya fue dicho anteriormente, es el revestimiento quien dará las condiciones para su clasificación. A continuación presentaremos dos de las normas mas utilizadas universalmente para la clasificación de los electrodos revestidos para la soldadura eléctrica por arco; en primer lugar y por ser la mas difundida se detallara la norma de la A.W.S. (American Welding Society) y posteriormente la Norma 2560 de I.S.O,/E.N. (Intenational Standarization Organization/European Norms)

3.8.1.- Clasificación de Acuerdo con Norma de la A.W.S. Este sistema agrupa, a través de diferentes especificaciones, todos los consumibles utilizados en soldadura y en recargues. A seguir veremos el contenido de las tres especificaciones

destinadas a la clasificación de los electrodos revestidos para la soldadura de los aceros al carbono. Aceros de baja aleación y aceros inoxidables. A.W.S. A5.1 - 91 = Electrodos Revestidos para Soldadura por arco de aceros al carbono. A.W.S. A5.5 - 86 = Electrodos Revestidos para Soldadura por arco de aceros de baja aleación. A.W.S. A5.4 - 92 = Electrodos Revestidos para Soldadura por arco de aceros inoxidables. La clasificación de los electrodos es realizada teniendo como base las propiedades mecánicas del metal aportado en la condición de como soldado, posición de soldadura, tipo de revestimiento y tipo de corriente. Estos datos son validos para los electrodos de la especificación A.W.S. A5.1; para los electrodos de la especificación A.W.S. A5.5, también son validas todas los valores anteriormente descritos, pero ampliados con la composición química del metal depositado. En cambio en la especificación A.W.S. A5.4 los electrodos son clasificados de acuerdo con la composición química del acero inoxidable por ellos depositado. 3.8.1.1.- Criterios de la clasificación de los electrodos para los aceros al carbono y baja aleación. La clasificación, de los electrodos de las especificaciones A.W.S. A5.1, para los aceros al carbono y A.W.S. A5.5, para aceros de baja aleación, tienen las siguientes características:

E XXXXX - X 1

2

3 4

5

Donde: 1.-

La letra E indica que se trata de un electrodo.

2.-

Estos dígitos, en numero de dos o tres, señalan la resistencia a la tracción mínima del metal depositado en miles de libras por pulgada cuadrada. Algunos ejemplos se dan en la Tabla: 5.

3.-

Este dígito señala las posiciones en que el electrodo debe ser empleado para obtener resultados satisfactorios. Ver: tabla 6. TABLA: 5.

. J. A. A

414

60

00 ELECTRO DO E 60XX E 70XX E 80XX E 90XX E 100XX E 110XX E 120XX

LIMITE DE RESISTENCIA A LA TRACCIÓN (Mínimo) Lbs./pul2 N/mm2 0

7000 482 0 8000 550 0 9000 620 0 1000 690 00 1100 760 00 1200 830 00 Nota: (1) Las probetas son preparadas en las condiciones establecidas por la propia especificación, especialmente en lo que se refiere al precalentamiento, temperatura entre pasadas y tratamiento térmico. TABLA: 6. J. A.

XXXII

ELECTROD E - XX1X E - XX2X E - XX4X

POSICIONES DE SOLDADURA. Todas la posiciones (excepto la vertical descendente para los electrodos: E-XX15, E-XX18 y E-XX19) Plana y horizontal (especialmente filete-horizontal) Todas las posiciones (especialmente la vertical descendente para los electrodos de bajo hidrógeno)

4 - Este dígito puede variar del 1 (uno) al 0 (cero) y da informaciones sobre:

J. A.

XXXII

- La corriente a ser utilizada (CC+, CC- o CA); - Tipo de arco (agresivo o suave); - Y en combinación con el 3° dígito, señala la naturaleza del revestimiento. Con respecto a la combinación del 3° y 4° dígitos de la clasificación de electrodos de las especificaciones A.W.S. A5.1 y A5.5, consultar la tabla 7. TABLA: 7.

1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 8 1 9 2 0 2 2 2 4 2 7 2 8 4 8

Tipo de Corrien te. C.C. (+) C.A. y C.C. (+) C.A. y C.C. (+/-) C.A. y C.C. (+/-) C.A. y C.C. (+/-) C.C. (+) C.C. (+) y C.A. C.C. (+) y C.A. y C.A. C.C. (+/-) C.A. y C.C. C.A. y C.C. (-) C.A. y C.C. C.A. y C.C. C.C. (+) y C.A. C.C. (+) y

Tipo de arco y Transferencia. Fuerte con salpicaduras. "Spray". Fuerte con salpicaduras. "Spray". Medio pocas salpicaduras. "Spray". Suave sin "Spray". Suave sin salpicaduras. "Spray". Medio pocas salpicaduras. Globular. s alpicadu ras. Medio pocas salpicaduras. Globular. Medio pocas salpicaduras. Globular. Suave sin salpicaduras. "Spray". Suave sin salpicaduras. "Spray". Suave sin salpicaduras. "Spray". Suave sin salpicaduras. "Spray". Suave sin salpicaduras. "Spray". Medio sin salpicaduras. "Spray". Medio pocas salpicaduras. Globular.

J .

Penetració n. Profunda. Profunda. Media.

Tipo de Revestimiento. Celulósico. Celulósico. Rutílico.

Poca. Rutílico, con � 30% de polvo Rutíde hierro Básico.

A. A . Media. Media. Media. Media. Al ta. Al ta. Al ta. Media. Al ta. Media. Media.

J. A.

Básico.

Básico, con � 30% de polvo de hierro. Rutílo/ácido. Ácido. Ácido. Rutílico, con � 50% de polvo de hierro. Ácido, con � 50% de polvo de hierro. Básico, con � 50% de polvo de hierro. Básico, con � 30% de polvo de

Contenido de Hidrógeno. Alto 200ml/100gr Alto 200ml/100gr Medio. 15ml/100gr. Medio. 15ml/100gr. Medio 15ml/100gr. lico. Bajo. 2ml/100gr. Bajo. 2ml/100gr. Bajo. 2ml/100gr. Medio. 15ml/100gr. Medio. 15ml/100gr. Medio. 15ml/100gr. Medio. 15ml/100gr. Medio. 15ml/100gr. Bajo. 2ml/100gr. Bajo. 2ml/100gr. 33

5 - Este dígito solo es utilizado en la especificación A5.5 - Electrodos Revestidos para la Soldadura por arco de Aceros de Baja Aleación está integrado de letras y números que indican la composición química del metal de aporte. La tabla 8 da una descripción del significado del dígito 5 en función de los elementos de aleación que integran la composición química, dados en porcentaje (%), del metal aportado por estos electrodos. TABLA: 8.

Clasificación C

AWS

Mn

Si

P

S

Cr

Mo

Ni

V

-------- -

---------------

Electrodos para aceros al Carbono-Molibdeno. E-7010A1 E7011-A1 E-7015A1 E7016-A1 E-7018A1 E7020-A1 E-7027A1

0,12 " " " " " "

0,60 " 0,90 ! " 0,60 1,00

0,40 " 0,60 " 0,80 0,40 0,40

0,03 " " " " " "

E-8015-B2L E-8016-B2 E-8018-B2 E-8018-B2L E-9015-B3L E-9015-B3 E-9016-B3 E-9018-B3 E-9018-B3L E-8015-B4L E-8016-B5

(a)

0,05-0,12 "

--------------

0,40-0,65 " " " " " "

J.. A . A Electr

E-8016-B1 E-8018-B1

0,04 " " " " " "

Crom 0,90 "

odos para

o-Molibdeno. 0,60 0,03 0,04 0,80 " "

0,05 " 1,00 0,05-0,12 " 0,60 " " 0,80 0,05 " " " " 1,00 0,05-0,12 " 0,60 " " " " " 0,80 0,05 " " " " 1,00 0,07-0,15 0,40-0,70 0,30-0,60

" " " " " " " " " " "

" " " " " " " " " " "

acero

0,45-0,65 0,45-0,65 " "

1,00-1,50 " " " 2,00-2,50 " " " " 1,75-2,25 0,40-0,60

0,40-0,65 " " " 0,90-1,20 " " " " 0,40-0,65 1,00-1,25

s al

------------

---------

-----

-----

-----

-----

--- - - 0,05 Electrodos para aceros al Níquel.

E-8016-C1 E-8018-C1 E-7015-C1L E-7016-C1L E-7018-C1L E-8016-C2 E-8018-C2 E-7015-C2L E-7016-C2L E-7018-C2L E-8016-C3 E-8018-C3

0,12 " 0,05 " " 0,12 " 0,05 " " 0,12 "

1,25 " " " " " " " " " " "

0,60 0,80 0,50 " " 0,60 0,80 0,50 " " 0,80 "

0,03 " " " " " " " " " " "

0,04 " " " " " " " " " 0,03 "

--------------------0,15 "

--------------------0,35 "

2,00-2,75 " " " " 3,00-3,75 " " " " 0,80-1,20 "

--------------------0,05 "

0,40-0,65 0,80-1,10

0,02

Electrodos para aceros al Níquel-Molibdeno. E-8018-NM

10

0,80-1,25

0,60

0,02

0,03

0,05

Electrodos para aceros al ManganesoMolibdeno.

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

Clasificación C

Mn

Si

P

S

0,12 " 0,15 " " 0,12 "

1,25-1,75 " 1,65-2,00 " " 1,00-1,75 "

0,60 0,80 0,60 " 0,80 0,60 0,80

0,03 " " " " " "

0,04 " " " " " "

E-XX10G(b) EXX11-G EXX13-G EXX15-G EXX16-G EXX18-G EXX20-G E9018-M(c) E10018-M E11018-M E12018-M E12018-M1

--------------0,1 0 -------

--------------0,030 " " " 0,015

--------------0,030 " " " 0,012

E-7018-W(d)

0,1 2

1,00 0,80 min. " min. " " " " " " " " " " " 0,60-1,25 " 0,750,60 1,70 " 1,30" 0,65 1,80 1,302,25 0,801,50 0,40 0, 4 00,70 0,7

AWS E-9015-D1 E-9018-D1 E-10015D2 E10016-D2 E-10018D2 E-8016D3 E-8018D3

E-8018-W(e)

Cr

Mo

Ni

V

-0,25-0,45 -" --" " --" 0,40-0,65 --" ------Electrodos para todos los otros aceros de baja aleación. 0,30 min. " " " " " " 0,15 0,30 0,40 0,301,50 0,65

. A. . JA 0,025 2

0,0 5

0,15-

0,20 0,50 min. " min. " " " " " " " " " " " 0,35 1,40-1,80 0,25-0,50 1,402,10 " 1,250,302,50 0,55 0,201,750,30 2,50 3,003,80 " 0,20-0,40

---------------

0,10 min. " " " " " " 0,05 " " " "

0,08

0,3

0

0

"

0,50-1,30

"

0,04

0,04

0,45-0,70

"

0,40-0,80

---

esos electrodos, es de bajo contenido de carbono-

(b) Para atender las exigencias de aleación de los electrodos del grupo "G", el metal depositado, por ellos, debe de tener como mínimo, apenas, uno de los elemento listados. (c) Los electrodos que llevan la letra "M" son previstos para atender los requisitos de las especificaciones militares norte-americanas. (d) El electrodo E-7018-W, debe de contener, en el metal depositado, entre 0,30 y 0,60% de Cu.

El Proceso de Soldadura por Arco con Electrodos Revestidos©

(e) Este otro electrodo, E-8018-W, debe depositar entre el 0,30 y 0,75 de Cu.

3.8.1.2.- Clasificación de los electrodos revestidos para la soldadura de los aceros inoxidables. La clasificación de los Electrodos Revestidos para la Soldadura por Arco de los Aceros Inoxidables - Especificación A.W.S. A5.4 - tiene como base la composición química, y las propiedades mecánicas del metal aportado mas el tipo de corriente; y se presenta de la siguiente forma:

E XXXXX-XX 1

2

3 4

Donde: 1 - La letra E señala que es un electrodo. 2 - Estos dígitos, hacen referencia a la composición química del metal aportado, y pueden ser compuestos de tres o mas numeros o letras, e indican una composición especifica. Para los aceros inoxidables, estos dígitos iniciales nos indican la composición definida de acuerdo con la clasificación dada por la A.I.S.I. - American Iron and Steel Institute (Instituto Americano del Hierro y el Acero). Ejemplos: E - 308:

Metal depositado con una composición, media, de 19,5% de cromo (Cr) y 10,0% de níquel (Ni).

E - 309:

Electrodo cuya composición nominal del metal depositado es de 23,5% de Cr y 13,0% de Ni.

E - 310:

Metal depositado con una composición, media, de 26,5% de cromo (Cr) y 21,0% de níquel (Ni).

E - 316L:

La composición del metal depositado por este electrodo, es en promedio de 18,5% de Cr, 12,5% de Ni y 2,5% de Mo; pero tiene restricciones con respecto al contenido de carbono, no pudiendo exceder éste del 0,04%, por eso la denominación va acompañada de la letra "L" inicial del inglés "Low" es decir bajo carbono.

E - 347:

El deposito realizado por este electrodo, es en principio similar al E-308, pero con el objetivo de disminuir a posibilidad de precipitación de carburos de cromo y del aparecimiento de la corrosión intergranular, tiene incorporado un elemento estabilizante, en este caso niobio (Nb), en una proporción de 8 veces el porcentaje de carbono.

J. A.

En la tabla 9, que figura al final de este item, se da el detalle de la composición química del metal depositado, en porcientos, de los consumibles de la especificación AWS 5.4--92. resultados .

3 - Este dígito se refiere a las posiciones en que el electrodo puede ser usado con buenos

Ejemplos: E-XXX-1X: El numero 1 (uno) indica que el electrodo puede ser usado en todas las posiciones . E-XXX-2X: El numero 2 (dos) señala que este electrodo tiene desempeño satisfactorio solamente en la posiciones horizontal y plana. 4 - Este ultimo dígito refierese a la corriente en que el electrodo debe ser usado, y en combinación con el anterior indica el tipo y/o las características del revestimiento. Ejemplos: E-XXX-15: Electrodo utilizado con corriente continua y conectado al polo positivo. Las características operativas son similares al E-7015, es decir del tipo básico. E-XXX-16: Este otro electrodo puede ser utilizado con corriente alternada o continua y conectado al polo positivo. El comportamiento operativo de este electrodo es similar al E-6013, por lo tanto rutílico. E-XXX-17: Es te electr odo ta mbiénp uede s er

.

utiliza

J . A . A

do con corriente alternada o continua

con polo positivo. El revestimiento de estos electrodos y por consiguiente su operabilidad es similar al E6019, una mezcla rutilo-acida. E-XXX-25: Las características operativas y el tipo de revestimiento de este electrodo es similar al de terminación 15, solo que el alma esta constituida por un alambre de acero común. E-XXX-26: Tanto el tipo de revestimiento como las características operativas de estos electrodos son similares al de designación 16, solo que como en el caso anterior, el alma esta constituida por un alambre de acero común. Nota: Estos electrodos, E-XXX-25 y E-XXX-26, también son llamados de electrodos sintéticos y solo sueldan en posición plana y horizontal.

J. A.

XXXVII

TABLA: 9. Clasificación AWS E-307-XX E308-XX E308L-XX E-308Mo-XX E-308MoLXX E-309-XX E-309L-XX E-309Nb-XX E-309Mo-XX E-310MoLXX E-310-XX E-310H-XX E-310Nb-XX E-310Mo-XX E-312-XX E-316-XX

E-316LXX E-317-XX E-317LXX E-318XX E-320XX E-330XX E330H-XX E-347-XX E-410-XX E-430-XX E-502-XX E-505-XX E-630-XX E-16-8-2 E-7Cr

C

Mn

0,040,14 0,08 0,04 0,08 0,04 0,15 0,04 0,12 " 0,04 0,080,20 0,350,45 0,12 " 0,15 0,08

3,304,75 0,52,5 " " " " " " " " 1,0-2,5 " " " 0,5-2,5 "

0,0 4 0,08 0,04 0,08 0,07 0,180,25 0,350,45 0,08 0,12 0,10 " " 0,0 5 0,10 "

Cr 18,021,5 18,021,0 " " " 22,025,0 " " " " 25,028,0 " " " 28,037,0 17,020,0

Ni

Mo

Nb+Ta

Si

P

S

Cu

9,0-10,7 9,011,0 " 9,012,0 " 12,014,0 " " " " 20,022,0 " " " 8,010,5 11,014,0

0,51,5 0,7 5" 2,03,0 " 0,7 5" " 2,03,0 " 0,7 5" " 2,03,0 0,75 2,03,0

--------------0,701,00 --------0,701,00 -------

0,9 0" " " " " " " " " 0,7 5" " " 0,9 0"

0,0 4" " " " " " " " " 0,0 3" " " 0,0 4"

0,0 3" " " " " " " " " " " " " " "

0,7 5" " " " " " " " " " " " " " "

"

"

"

"

" " " 0,6 0 0,9 0" " " " " " " " "

" " " " " " " " " " " " 0,0 3 0,0 4

" " " " " " " " " " " " " "

" " " 3,5 0,75 " " " " " " " " "

A . A J. .

" " " " 1,02,5 " 0,52,5 1,0 " " " " " "

" "

" "

-

-19,012,03,0-4,0 --21,0 14,0 " --" " 2,01,0max. 17,011,01,0max. 3,0 20,0 14,0 " --19,032,0--0,75 21,0 36,0 1,0max. " 14,033,0" --17,0 " 37,0 " --" 18,0- 9,0-11,0 " --21,0 0,7 0,45--11,00,6 0,65 0,1513,5 0,4 0,30 0,8515,00" 1,20 --18,0 4,5-5,0 0,75 --4,0-6,0 7,5-9,5 1,0-2,0 8,0-10,5 0,40 045-0,65 16,016,7 14,516,5 6,0-8,0

J. A.

XXXVIII

3.8.2.- Clasificación de los electrodos para la soldadura por arco según: I.S.O,/E.N. 2560. Prosiguiendo con la clasificación de los electrodos revestidos, se da a continuación un detalle del contenido de la norma I.S.O./ E.N. 2560 “Electrodos Revestidos para la Soldadura Manual por Arco de los Aceros Comunes y de Baja Aleación.

J. A.

XXXVIII

E-XX X ## XXX XX # 1

2

3

4

5

6 7

8

Donde: 1 - La letra E indica que es un electrodo revestido para la soldadura por arco. 2 - Estos dígitos en numero de dos, señala la resistencia a la tracción del metal depositado Newton sobre milímetro cuadrado (N/mm2) Tal como se muestra en la tabla 10. TABLA: 10. N/mm2 (1)

DÍGITOS.

4 430 a 510 53 511 a 610 1 Nota: (1) Limite de tolerancia máxima +40 N/mm2.

J. A.

3 - Este numero señala el alargamiento porcentual y la temperatura a la que fue realizado el ensayo de impacto para alcanzar un valor mínimo de 27,5 Joules, ver tabla: 11 TABLA: 11.

Designación. E E E E E E E E E E E E

43 43 43 43 43 43 51 51 51 51 51 51

0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5

Alargamien to L = 5 diam. % min.

Temperatura del Ensayo de Impacto para un Valor Mínimo °C. de 27,5 J.

20 2 2 -2 18 1 8

- + 20 0 - 20 -- 30 + 20 0 )

4 - Estas letras, que pueden ser una o dos, informan el tipo de revestimiento con el cual están fabricados estos electrodos y cuya nomina esta en la tabla 12.

J. A.

39

TABLA: 12. SÍMBOLO . A AR B C O R RR S

REVESTIMIENTO. Ácido con oxido de hierro. Ácido/Rutílico. Básico. Celulósico. Oxidante. Rutilo con revest. medio. Rutilo con revest. grueso. Otros.

5 - Estos dígitos en numero de tres, indican el rendimiento nominal de aquellos electrodos que contienen polvo de hierro en el revestimiento. El modo de identificar estos electrodos el mostrado en la tabla 13.

RENDIMIENTO EXPERIMENTADO.

J. A . A . Menor de 105 % � 105 < 115 % �115 < 125 % �125 < 135 % � 135 < 145 % � 145 < 155 %

SÍMBOLO. TABL A: 13 --1 1 1 1 1 5

.

6 - Este dígito señala las posiciones de soldadura, las que están descritas en la tabla 14.

TABLA: 14. SÍMBOL O 1 2

POSICIONES Todas. Todas, excepto la vertical descendente.

J. A.

40

3 4 5

Plana a tope y en filete. Horizontal en filete. Plana a tope y en filete. Igual a 3 mas la vertical descendente.

J. A.

41

7 - Este ultimo numero indica la corriente de soldadura tal como se describe en la tabla 15 TABLA: 15.

S

ÍMBOLO . 0(2)

CORRIENTE CONTINUA Polaridad Recomendada.(1) +o +o

1 2 3 4 5 6 7 8

CORRIENTE ALTERNADA. . Voltaje nominal V en circuito

.

--5050 50

+ +o

7070 70

+ +o +

9090 90 Polarida d neg

J . A.. A

Nota: (1) + Polarid

ad Posit

iva, )

ativa.

(2) Símbolo reservado exclusivamente para corriente continua.

8 - La inclusión de esta letra (H) designa a los electrodos de bajo contenido de hidrógeno, como es el caso de los básicos. La condición para la introducción de esta letra, en la clasificación de los electrodos, es un contenido máximo de hidrógeno de 15ml. por cada 100gr. de metal depositado y determinado de acuerdo al método del I.I.W. (Instituto Internacional de Soldadura).

Equivalencias en la clasificación de los electrodos revestidos para la soldadura por arco eléctrico, entre las Normas: A.W.S. e I.S.O./E.N. A continuación y para una mejor interpretación de los sistemas de clasificación de electrodos se da un pequeño cuadro comparativo entre las dos normas.

A.W.S. E E E E

6010 6013 7016 7018

I.S.O. / E.N. E 43 5 C 50 E 43 3 RR 12 E 51 5 B 24 E 51 5 B 120 26

E 7024 E 7048

E 51 3 RR 160 32 E 51 4 B 16

J. A.

XLII