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• Carmen Ramírez

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SOLDADURA MANUAL CON ELECTRODO REVESTIDO INTRODUCCIÓN La soldadura manual con electrodo revestido, es un proceso de soldadura que consiste en la coalescencia ( fusión ) de un metal a través del calentamiento del mismo por efecto de un arco eléctrico generado entre un electrodo revestido y el metal a soldar. Figura N° 1.

La protección del metal fundido durante el proceso de soldadura, se realiza a través de la descomposición en el arco eléctrico del revestimiento del electrodo. Para lograr la soldadura no se utiliza presión, y el metal de aporte es suministrado por el electrodo revestido.

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FUNDAMENTOS DEL PROCESO Durante la ejecución de la soldadura de metales por arco eléctrico, el control de tres variables ( amperaje, voltaje y velocidad de soldadura ) es el problema primario. En la soldadura manual, el soldador debe controlar a dos de ellas; la velocidad de soldadura y el voltaje del arco. Figura N° 2

El arco eléctrico desarrolla un intenso calor que funde al metal a ser soldado, y forma la llamada “pileta” líquida, mientras al mismo tiempo, el extremo el electrodo se funde y este metal es transportado a través del arco hacia la pileta líquida de soldadura. El rango usual de corriente para soldaduras manuales va desde los 15 a los 500 amperes. El voltaje del arco eléctrico va desde los 12 a los 40 volts. La energía generada en el arco eléctrico, es suficiente para vaporizar una pequeña parte del metal que pasa a través del arco. Parte de ese metal se condensa en la pileta líquida, la cual se encuentra obviamente a mucha menor temperatura que el extremo del electrodo. Otra parte de este metal vaporizado escapa a la atmósfera, apareciendo como componente de los humos de la soldadura. Otra parte en forma de gotas es lanzada fuera de la soldadura apareciendo en forma de salpicaduras. Pero la mayor parte del metal fundido proveniente del electrodo es incorporado a la pileta líquida como metal de aporte. Figura N° 3.

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Se define como metal de soldadura a aquella porción de metal base y metal de aporte que han sido fundidos y mezclados durante el proceso de soldadura. Se define como zona afectada por el calor de la soldadura, a la porción de metal base que ha no se fundió durante la soldadura, pero que ha sufrido severos cambios metalúrgicos a causa del calor generado durante la soldadura. Esta zona afectada por el calor ( llamada ZAC ), esta dividida en tres secciones: ♦ Una zona de grano metalúrgico grueso, debido a que al estar en una zona adyacente a la soldadura, alcanzó elevadas temperaturas, con enfriamientos relativamente lentos. ♦ Una zona adyacente a la anterior, en el cual el grano metalúrgico ha crecido, pero por efecto del metal base adyacente más frío, enfrió mas rápidamente produciendo un refinamiento del grano metalúrgico. ♦ Una zona de transición entre esta última y el metal base sin modificaciones metalúrgicas. Las propiedades mecánicas de estas tres zonas, dependerán de las propiedades originales del metal base y de como se controlen las tres variables que se indicaron al comienzo. Figura N° 4.

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PRINCIPIOS DE OPERACIÓN El proceso básicamente consiste en establecer un arco eléctrico entre un electrodo metálico y la pieza a ser soldada. En el proceso de soldadura con electrodos revestidos, el electrodo es recubierto con materiales que cuando son consumidos por el arco eléctrico, se descomponen y realizan varias funciones: ♦ Produce un gas que protege al arco eléctrico y al metal fundido de los gases de la atmósfera. ♦ Promueve la conducción eléctrica a través del arco y lo estabiliza. ♦ Produce escoria en la pileta líquida a fin de limpiar el metal de soldadura, y evitar que se produzcan enfriamientos excesivamente rápidos. ♦ Aporta elementos de aleación.

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♦ Controla la forma del cordón de soldadura a través de materiales agregados para tal fin. En la figura N°5 se observa el contenido de los revestimientos y su función.

El proceso normalmente opera con niveles de corriente de entre 15 y 500 amperes, y voltajes de arco de entre 14 y 40 volts, dependiendo del tipo de recubrimiento. El equipo utilizado consiste en una fuente de poder de corriente constante, así como el uso de pinzas porta electrodos aisladas, junto con los cables con la capacidad adecuada para conducir la corriente de trabajo y la pinza de maza. El proceso puede operar utilizando tanto corriente continua como corriente alternada, y con el electrodo conectado al polo positivo o al negativo, dependiendo del tipo de recubrimiento del electrodo. ENERGÍA DEL ARCO La cantidad de metal fundido por el arco eléctrico, esta directamente relacionada con la energía eléctrica suministrada al arco. Parte de esta energía es utilizada para fundir el metal base y parte para fundir al metal del electrodo y el revestimiento. La polaridad eléctrica y el tipo de revestimiento determinan el balance de energía ( si la energía será mayor en el metal base que en el electrodo o vice versa).

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Cuando la mayor liberación de energía se obtiene del lado del metal base, mayor será la penetración de la soldadura. Cuando la mayor liberación de energía se produce del lado del electrodo, mayor será la velocidad con que este se funde y más rápidamente se depositará el metal de aporte. CORRIENTE La velocidad con que se funde el electrodo aumenta cuando aumenta la corriente de soldadura. La velocidad de fusión del electrodo es prácticamente independiente del voltaje del arco. El aumento de la corriente de soldadura incremente la llamada densidad de corriente, el cual tiene efectos significativos en la penetración de la soldadura. También afecta el efecto de calentamiento de todo el sistema debido a que con la circulación de corriente se produce un efecto de generación de calor ( obsérvese los electrodos durante su uso como adquieren temperatura aún en las zonas alejadas a la punta del mismo ). EFECTO DE ESTRANGULAMIENTO Una vez que el extremo del arco ha sido calentado por efecto de la energía del arco, y por la resistencia, la punta del electrodo se funde y aparecen fuerzas electromagnéticas, creadas por la misma circulación de la corriente, alrededor del electrodo. Estas fuerzas magnéticas circulares producen un efecto de estrangulamiento alrededor del electrodo y en particular en la zona fundida del extremo. Esto provoca que las gotas de metal fundido del electrodo, se desprendan, y se transfieran a través del arco hacia la soldadura. Es de esta manera que gran parte del metal de aporte es depositado. Estas grandes gotas tienen la tendencia a producir cortocircuitos entre el electrodo y la pieza. Es por este motivo que adquiere importancia las características eléctricas de la fuente de poder. Una fuente con una alta corriente de cortocircuito, tenderá a hacer estallar la gota, provocando una excesiva salpicadura de la zona de soldadura. La fuente debe ser capaz también de tener el suficiente voltaje inicial o de circuito abierto, para poder reiniciar el arco eléctrico luego de producido el cortocircuito.

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CRÁTER DE ARCO Cuando se corta el arco en una soldadura, se formará un cráter si no existe suficiente metal de aporte para rellenar esa cavidad. Los cráteres causados por el arco eléctrico pueden transformarse en defectos debido a que el último metal de aporte que solidifica, lo hace a muy alta velocidad y en medio de intensos esfuerzos de contracción de la soldadura. Esta condición puede producir fisuras que provoquen futuras fallas de servicio del elemento soldado. Los cráteres grandes son asociados con electrodos de alta penetración y con altas corrientes de soldadura. ESTABILIDAD DEL ARCO El arco eléctrico es una descarga eléctrica que utiliza como medio conductor a un gas a alta temperatura. El arco no tiene auto ignición, de manera que si se extingue habrá que reiniciarlo. Los dos factores esenciales para esa continuidad son una atmósfera ionizada adecuada ( el gas a alta temperatura ), y el mantenimiento de una longitud de arco apropiada en forma constante. La estabilidad del arco se refiere a la tendencia del arco a mantenerse encendido en forma estable a pesar de las condiciones cambiantes que se presentan en toda soldadura manual. Los factores que influencian la estabilidad del arco son: ♦ Voltaje de circuito abierto ( sin carga ). ♦ La transferencia del metal de aporte. ♦ El grado de ionización de la columna de gas por donde circula el arco. El voltaje de circuito abierto tiene un marcado efecto en el reencendido del arco, después de cada cortocircuito que se produce entre la gota fundida del extremo del electrodo y la pieza a ser soldada. El voltaje a circuito abierto debe ser considerablemente mayor que el voltaje de trabajo ( tensión de soldadura ), pero no tan alto como para provocar un autoencendido del arco, ni ser de una magnitud que afecte la seguridad de las personas. En máquinas de soldar para electrodos revestidos, los valores habituales de tensión de circuito abierto son de alrededor de 60 - 80 volts.

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SOPLO DEL ARCO Este es un fenómeno que se encuentra cuando se suelda con corriente continua. Como se indico antes, toda vez que una corriente circula por un conductor, se generan campos magnéticos. Si la corriente es de gran magnitud, como normalmente lo es en el caso de la soldadura, los campos magnéticos así generados también serán grandes. Debido a que el arco eléctrico al ser una descarga eléctrica, es decir estar constituidos por partícula eléctricamente cargadas, se verá afectado por los campos magnéticos como si de imanes se tratara, haciendo que el arco se desvíe y se comporte en forma errática. Figura N° 6.

Normalmente este fenómeno se encuentra cuando se suelda en dirección hacia la pinza de maza, en el borde de una junta o en una junta en esquina. Este efecto produce dificultad en la ejecución de las soldaduras, y puede llegar a producir soldaduras defectuosas. Si este fenómeno fuera de inusual severidad, se pueden tomar algunas medidas correctivas para minimizar este problema, como por ejemplo: ♦ Si existe la posibilidad de utilizar corriente alternada, usarla.

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♦ Reducir la corriente. ♦ Soldar hacia una maza metálica de gran dimensión. ♦ Soldar en forma secuencial los cordones largos. ♦ Utilizar dos pinzas de maza, conectadas una al comienzo de la soldadura y otra al final. ♦ Enrollar el cable de maza alrededor de la pieza a soldar. ♦ Mantener un arco lo mas corto posible. SELECCIÓN DE ELECTRODOS Para aceros al carbono La selección del electrodo apropiado para la soldadura con este proceso de aceros al carbono y de baja aleación, dependerá fundamentalmente de la calidad de la soldadura que se requiera, del equipo disponible, de las posiciones de soldadura, del metal base, del tipo de junta y de las propiedades que se requieran de la soldadura. Muchas soldaduras se realizan de acuerdo con requerimientos de algunos códigos o normas industriales o especificaciones gubernamentales. Entre los códigos y normas industriales más reconocidos y de mayor difusión se encuentran las de la Sociedad Americana de Soldadura ( AWS ), las de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos ( ASME ), y las del Instituto Americano del Petróleo ( API ). Existen también numerosas normas y especificaciones de países europeos de extensa aplicación. En nuestro país existen las llamadas normas IRAM - IAS, que cubren muchos aspectos del tema de las soldaduras. Los electrodos son clasificados en los Estados Unidos según las normas AWS, pero dicha clasificación es reconocida mundialmente. Esta clasificación es en base a la resistencia del metal depositado, el tipo de revestimiento, el tipo de corriente y la posición de soldadura. Para designar un electrodo, la clasificación se inicia con el prefijo “E” que indica que se trata de un electrodo de soldadura. Luego de la “E”, sigue un guión, y a continuación cuatro o cinco números y luego puede aparecer una letra o un número ( no en todos los casos ). Veremos mas en detalle esta nomenclatura y explicaremos a que se refiere cada uno de estos números y letras. Es muy común escuchar hablar del electrodo “6013” ( conocido también por el nombre de “punta azul” ). En realidad este electrodo, si utilizáramos la nomenclatura correcta sería el E - 6013. Ahora bien, qué significan estos números ? E - 60XX ( cuatro números )

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En este caso los dos primeros dígitos ( 60 ), indican la resistencia a la rotura del material que deposita ese electrodo. En este caso en unidades del sistema americano 60.000 libras por pulgada cuadrada, unos 43 kilos por milímetro cuadrado. E - 110XX ( cinco números ) En este caso los tres primeros dígitos indican la resistencia, en este caso 110.000 libras por pulgada cuadrada, unos 80 kilos por milímetro cuadrado. El anteúltimo dígito E - XX1X E - XX2X E - XX3X indica la posición (figura N° 7 ) en que puede ser utilizado el electrodo, es decir :

1 = Toda posición 2= Plano y filete horizontal 3= Plano El último dígito, no debe ser tomado solo, sino combinado con el anterior y indican la polaridad en que se deben utilizar y el tipo de revestimiento que poseen.

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Veremos a continuación los distintos tipos de revestimientos. Existen básicamente cuatro tipos de revestimientos, los rutílicos, los celulósicos, los básicos y los oxidantes ( prácticamente en desuso). En la tabla siguiente veremos los dos últimos dígitos que identifican a estos distintos revestimientos. Ver también figuras N° 8 , N° 9 , N° 10 y N° 11.

Figura 8

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Figura 9

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Figura 10

Figura 11

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Clasific. AWS

Revestimiento

Tipo de corriente y polaridad

Posiciones de soldadura

E - XX10

Celulósico

C.C.(+)

Todas

E - XX11

Celulósico

C.C.(+), C.A.

Todas

E - XX12

Rutílico

C.C.(-), C.A.

Todas

E - XX13

Rutílico

C.C.(-), C.A.

Todas

E - XX14

Rutílico c/polvo hierro

C.C.(-), C.A.

Todas

E - XX15

Básico

C.C. (+)

Todas

E - XX16

Básico

C.C.(+), C.A.

Todas

E - XX18

Básico c/polvo hierro

C.C.(+), C.A.

E - XX48

Básico c/polvo hierro

C.C.(+), C.A.

Todas Todas, en particular vertical descendente

E - XX24

Rutílico c/polvo hierro

C.C.(+)(-), C.A.

Plano,Filete Horiz.

E - XX28

Básico c/polvo hierro Oxidante c/polvohierro

C.C.(+), C.A.

Plano,Filete Horiz.

C.C.(+)(-),C.A.

Plano,Filete Horiz.

E - XX27

Se ha elaborado una tabla que le asigna un puntaje de uno a diez, a las distintas características que deben presentar los electrodos revestidos, y que puede ser de utilidad al momento de la selección de un electrodo para una tarea en particular. De acuerdo al puntaje que se observará en esta tabla se desprende también cuales son las características principales de los distintos tipos de revestimientos.

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Variables

Clase de electrodo 6010

6011

6012

6013

7015

7016

7018

7024

7027

Soldadura a tope plana (>1/4”)

4

5

3

8

7

7

9

9

10

Sold.tope t/ posición (>1/4”)

10

9

5

8

7

7

6

-

-

Filete, plano y horizontal

2

3

8

7

6

7

8

10

7

Filete, toda posición

10

9

6

7

7

8

6

-

-

Materiales delgados (