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• Raphael Chino

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1 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1 2 OBJETIVO ................................................................................................................... 2 3 DESCRIPCIÓN DE MATERIALES .............................................................................. 2 3.1 ARCO ELÉCTRICO SMAW ............................................................................................... 2 3.1.1 CIRCUITO BÁSICO DE SOLDADURA ........................................................................................ 3 3.2 ELECTRODO REVESTIDO .................................................................................................. 4 3.2.1 FUNCIÓN DEL REVESTIMIENTO .............................................................................................. 5 3.2.1.1 Función eléctrica: ............................................................................................................. 5 3.2.1.2 Función física: ................................................................................................................... 5 3.2.1.3 Función Metalúrgica:........................................................................................................ 6 3.3 POSICIÓN DE SOLDADURA 1G.......................................................................................... 6 4 DESARROLLO ............................................................................................................ 7 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

CEBADO Y MANTENIMIENTO DEL ARCO ............................................................................ 7 RÉGIMEN ELÉCTRICO DEL ARCO ...................................................................................... 8 ESTABILIZACIÓN DEL ARCO ............................................................................................. 9 TRANSFERENCIA DE MATERIAL ........................................................................................ 9 CORDÓN DE SOLDADURA............................................................................................... 10 COMO HACER CORDONES DE SOLDADURA ..................................................................... 11 UNIONES A TOPE ........................................................................................................... 12

5 CONCLUSIÓN ........................................................................................................... 16 6 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 17

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INTRODUCCIÓN La soldadura es el método más eficaz y el único posible de unir dos o más piezas metálicas para hacerlas funcionar como un solo elemento. Es el método más económico de unir en forma permanente partes metálicas. Es un concepto de diseño que permite libertad y flexibilidad, que no son posibles en la construcción de piezas de fundición. La soldadura es la mejor forma de proteger y conservar los materiales, protegiendo su superficie con recubrimientos especiales metálicos. Soldando se pueden hacer recubrimientos que endurecen la superficie para proporcionar a ciertas aleaciones especiales resistencia al desgaste. En el trabajo se abordan los elementos esenciales del la soldadura por arco con electrodo revestido (Proceso SMAW). Se enfatiza en los aspectos relacionados a la posición de soldadura 1G. La complejidad de los revestimientos de electrodos para proceso SMAW es tal que pequeñas modificaciones de componentes pueden imprimir apreciables variaciones en el comportamiento en la soldadura y en la calidad de la unión o el depósito. Los metales que son fácilmente soldables pueden ser, desde muy delgados, aproximadamente tan delgados como una hoja de papel, hasta muy gruesos o pesados. El acero al carbono ordinario es, por mucho, el metal que más se utiliza. Los aceros aleados constituyen el segundo grupo más grande de metales, mismo que abarca muchos tipos especiales: desde los aceros de alta resistencia y baja aleación hasta los tratados térmicamente y muchas otras clases.

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OBJETIVO 

Conocer las consideraciones técnicas que se tiene en cuanta para realizar cordones de soldadura eléctrica con electrodo revestido en la posición plana 1G

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DESCRIPCIÓN DE MATERIALES

3.1

Arco eléctrico SMAW

La soldadura por arco es uno de varios procesos de fusión para la unión de metales. Mediante la aplicación de calor intenso, el metal en la unión entre las dos partes se funde y causa que se entremezclen - directamente, o más comúnmente con el metal de relleno fundido intermedio. Tras el enfriamiento y la solidificación, se crea una unión metalúrgica. Puesto que la unión es una mezcla de metales, la soldadura final, potencialmente tiene las mismas propiedades de resistencia como el metal de las piezas. Esto está en marcado contraste con los procesos que no son de fusión en la unión (es decir, soldadura blanda, soldadura fuerte, etc.) en el que las propiedades mecánicas y físicas de los materiales de base no se pueden duplicar en la junta. En la soldadura por arco, el intenso calor necesario para fundir el metal es producido por un arco eléctrico. El arco se forma entre el trabajo actual y un electrodo (recubierto o alambre) que es manualmente o mecánicamente guiado a lo largo la junta. El electrodo es una varilla con el simple propósito de transportar la corriente entre la punta y el trabajo. O puede ser una varilla o alambre especialmente preparado que no sólo conduce la corriente, sino también se funde y suministra metal de relleno a la unión. La mayor parte de la soldadura en la fabricación de productos de acero utiliza el segundo tipo de electrodo.

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3.1.1 Circuito básico de soldadura

Fig. 1 Circuito básico del arco eléctrico El circuito básico de arco de soldadura se ilustra en la Fig. 1. Una fuente de poder de CA o DC, equipada con lo que pueden ser controles necesarios, está conectada por un cable de trabajo a la pieza de trabajo y por un cable "caliente" a un porta electrodo de algún tipo, que hace contacto eléctrico con el electrodo de soldadura. Un arco se crea a través de la separación cuando el circuito con energía en la punta del electrodo toca la pieza de trabajo y se retira, y así en estrecho contacto. El arco produce una temperatura de aproximadamente 6500ºF en la punta. Este calor se derrite tanto en el metal de base como en el electrodo, produciendo una pila de metal fundido a veces llamado "cráter". El cráter se solidifica detrás del electrodo a medida que se mueve a lo largo de la junta. El resultado es una unión por fusión.

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3.2

Electrodo revestido

El electrodo revestido está compuesto por un alma y por un revestimiento, los cuales tienes tareas diferentes pero complementarias: el alma hace sobretodo de conductor de corriente para la alimentación del arco y de aporte del material para el llenado de la junta, mientras que el revestimiento tiene la función primaria de proteger el baño de fusión y estabilizar el arco. El proceso de la soldadura manual por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW, del inglés Shielded Metal Arc Welding) comienza con el cebado o establecimiento del arco entre el extremo del electrodo y la pieza a soldar. Una vez conseguido el mantenimiento y estabilización del arco, el calor generado funde el revestimiento y la varilla metálica del electrodo, a la vez que la combustión del revestimiento sirve para originar una atmósfera protectora que impide la contaminación del material fundido. Así, las gotas de metal fundido procedentes de la varilla metálica del electrodo van a depositarse en el baño de fusión rodeadas de escoria. Esta escoria, por efecto de la viscosidad, flota en el baño protegiéndolo contra un enfriamiento rápido y de la contaminación del aire circundante. Una vez frío el cordón, se procede a eliminar esta escoria que queda como una especie de costra en la superficie del cordón.

Fig.2 Electrodo revestido

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3.2.1 Función del revestimiento Los revestimientos de los electrodos son mezclas muy complejas de materiales que actúan durante el proceso de fusión del electrodo para cumplir las funciones que a continuación se relacionan. 3.2.1.1 Función eléctrica: Mejorar el cebado del arco. Para ello al revestimiento se le dota de silicatos, carbonatos y óxidos de Fe y Ti que lo favorecen, Estabilización del arco. Una vez originado el arco es necesario su estabilización para controlar el proceso de soldadura y garantizar un cordón con buen aspecto. Para ello, en la composición del revestimiento debe primar la presencia de iones positivos durante el proceso de soldadura. Esto se consigue añadiendo a la composición sales de sodio y potasio, que además cumplen otra función, como la de servir de aglutinante a los demás elementos de la composición del revestimiento. 3.2.1.2 Función física: Formación de escorias. La formación de escoria en el cordón permite disminuir la velocidad de enfriamiento del baño, mejorando las propiedades mecánicas y metalúrgicas del cordón resultante. Esto se consigue porque la escoria va a flotar en la superficie del baño, quedando atrapada en su superficie. Gas de protección. Por otro lado, la función protectora se consigue mediante la formación de un gas protector que elimina el aire circundante y los elementos nocivos que ello conlleva como son el oxígeno presente en la atmósfera (que produce óxidos del metal), el nitrógeno (que da dureza y fragilidad al cordón) o el hidrógeno (que introduce más fragilidad a la unión). Versatilidad en el proceso. La presencia del revestimiento en el electrodo va a permitir ejecutar la soldadura en todas las posiciones.

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Concentración del arco. Logrando una mayor concentración del arco se consigue mejor eficiencia en la soldadura y disminuir las pérdidas de energía. Este fenómeno se consigue debido a que el alma metálica del electrodo se consume más rápidamente que el revestimiento, originándose así una especie de cráter en la punta que sirve para concentrar la salida del arco. 3.2.1.3 Función Metalúrgica: Mejorar las características mecánicas. Mediante el revestimiento se pueden mejorar ciertas características del cordón resultante mediante el empleo de ciertos elementos en la composición del revestimiento y de la varilla que se incorpora en el baño del cordón durante el proceso de soldadura. Reducir la velocidad de enfriamiento. Al permitir un enfriamiento más pausado del cordón, se evitan choques térmicos que provoquen la aparición de estructuras más frágiles. Ello se consigue porque las escorias producidas quedan flotando en el baño de fusión y forman una capa protectora del cordón, que además sirve de aislamiento térmico que reduce su velocidad de enfriamiento. 3.3

Posición de soldadura 1G

La posición de soldadura, se refieren exclusivamente a la posición del eje de la soldadura en el plano Las posiciones de soldar exigen un conocimiento y dominio perfecto del soldador para la ejecución de una unión soldadura. En la ejecución del cordón de soldadura eléctrica, aparecen piezas que no pueden ser colocadas en posición cómoda.

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Fig. 3 Posición de Prueba 1G

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4.1

DESARROLLO

Cebado y mantenimiento del arco El proceso de soldadura comienza con el cebado del arco. Para que se origine el arco eléctrico, imprescindible para que ocurra la soldadura, hay que seguir la siguiente secuencia: 1º. Hacemos tocar la pieza con el electrodo. Al tocar el electrodo la pieza, se cierra el circuito y se produce un paso de corriente eléctrica. Como consecuencia se origina en el punto de contacto una elevación de la intensidad, y por ende, una elevación de la temperatura en la zona de contacto hasta la incandescencia. 2º. Cualquier metal en estado incandescente emite electrones, es lo que se conoce como efecto termoiónico. 3º. A continuación se procede a separar el electrodo de la pieza, lo que va a permitir que los electrones emitidos ionizan el aire circundante, haciéndolo conductor, es lo que se llama efecto ionización.

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Fig. 4 Posicionamiento del electrodo 4.2

Régimen eléctrico del arco Una vez establecido el arco eléctrico, y siendo éste estable, la tensión o diferencia de potencial existente entre electrodo y pieza es suma de las tres caídas de tensión siguientes: 

Caída de tensión catódica (Vc)

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Caída de tensión en la columna del arco (Vo)

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Caída de tensión anódica (Va)

Tanto las caídas de tensión catódica y anódica dependen del tipo de electrodo, mientras que la caída de tensión en el arco va a depender también de la intensidad de corriente que circula a su través y de la distancia entre electrodo y pieza.

Fig. 5 Régimen de arco eléctrico

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4.3

Estabilización del arco Una vez iniciado el arco eléctrico, es necesario que éste sea estable, para poder así controlar su dirección y que el proceso de fusión sea continuo y no se interrumpa. En general, el uso de la corriente continua va a contribuir a obtener un arco más estable, mientras que para el caso de corriente alterna el arco se va a estabilizar gracias al revestimiento del electrodo. A continuación se relacionan aquellos factores que más influyen en obtener un arco estable: 

Potencial de ionización de los metales. Éste debe ser bajo, para así lograr más fácilmente y con menor necesidad de energía la presencia de iones positivos en la pieza a soldar, que faciliten el mecanismo del arco.

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Poder termoiónico. Éste debe ser alto, con objeto de conseguir una temperatura elevada que ayude a mantener el baño de fusión caliente.

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Conductividad térmica. Debe ser baja, para facilitar así la emisión catódica.

4.4

Transferencia de material En aquellos procedimientos en los que el electrodo es fusible, se conoce por transferencia de material al paso de metal de aporte desde el electrodo a la pieza. Este sentido de transferencia va a ser siempre el mismo, es decir, que se va a producir desde el electrodo a la pieza, independientemente de la posición relativa de ambos.

Fig. 6 Transferencia de material 9

Ello es debido porque además de las fuerzas gravitatorias actúan otros tipos de fuerzas, las electromagnéticas por ejemplo, que son de un orden superior. Este tipo de fuerzas tienen poca influencia sobre los cuerpos rígidos, pero sí sobre el metal fundido. De hecho pueden originar que la gota fundida pueda sufrir una estricción (efecto pinch), que origina un alargamiento de la misma, pudiendo hacer que la gota entre en contacto con el baño y electrodo al mismo tiempo. En este caso, es la tensión superficial del baño la que hace que la gota de metal fundido pase definitivamente al baño.

Fig. 7 Gota de metal fundido 4.5

Cordón de soldadura En todo cordón de soldadura se pueden distinguir las siguientes partes que se representan en la figura siguiente:

Fig. 8 Partes de un cordón a) Zona de soldadura: Es la parte central del cordón, que está formada fundamentalmente por el metal de aportación.

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b) Zona de penetración: Es la parte de las piezas que ha sido fundida por los electrodos. La mayor o menor profundidad de esta zona define la penetración de la soldadura. Una soldadura de poca penetración es una soldadura generalmente defectuosa. c) Zona de transición: Es la más próxima a la zona de penetración. Esta zona, aunque no ha sufrido la fusión, sí ha soportado altas temperaturas, que la han proporcionado un tratamiento térmico con posibles consecuencias desfavorables, provocando tensiones internas. Las dimensiones fundamentales que sirven para determinar un cordón de soldadura son la garganta y la longitud. La garganta (a) es la altura del máximo triángulo isósceles cuyos lados iguales están contenidos en las caras de las dos piezas a unir y es inscribible en la sección transversal de la soldadura. Por otro lado, se llama longitud eficaz (L eficaz) a la longitud real de la soldadura menos los cráteres extremos. Se suele admite que la longitud de cada cráter es igual a la garganta. L eficaz = L geométrica - 2 x a 4.6

Como hacer cordones de soldadura

El error mas común cuando empezamos a soldar es pensar que fundiremos las piezas metálicas y estas se unirán entre sí, cuando soldamos con electrodo lo que haremos realmente sera aportar un material metalico que penetrara en ambas piezas uniéndolas, por ello debemos conocer una técnica especifica para poder unir las piezas a soldar, jamas haremos una linea recta con el electrodo en lugar de eso haremos las siguientes formas:

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Fig. 9 Formas de realizar cordones A: Es el cordón mas sencillo, simplemente va de un lado al otro en un fino zig zag, no es un cordón muy fuerte, sirve para unir planchas metálicas en paralelo que no vayan a soportar peso. B: Este cordón de forma semi hexagonal se utiliza para soldar poco a poco chapas de fino espesor generalmente 2 mm o menos, generalmente lo usan los latoneros o chapistas para la reparación de chapas, como se hace poco a poco se calienta menos el metal a soldar evitando perforaciones. C: El circular, este cordón es muy fuerte, tanto que se usa mas que todo cuando soldamos verticalmente generalmente en ángulos de 90º, tiene una buena penetración, y produce uniones fuertes aunque requiere mas tiempo y material de aporte. D: Este es el cordón curvado similar al zig zag pero con una mejor penetración es el mas usado debido a su resistencia y buena penetración ademas de buen acabado. 4.7

Uniones a tope A continuación se describen las distintas preparaciones de bordes empleadas de forma común en las soldaduras a tope:

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Unión recta:

Realmente en este tipo de unión no se realiza preparación alguna de los bordes. Sólo es aplicable para piezas con espesores pequeños (< 5 mm). El GAP o separación entre chapas se establece entre 0.5-3 mm. Unión en "V": Este tipo de preparación puede ser simétrica (α= 2β) o no simétrica en caso contrario.

Se emplea sobretodo para espesores de entre 6 y 20 mm de las piezas a unir, y en soldaduras a una cara con backing. Con este tipo de preparaciones existe el peligro de presentarse una falta de penetración en el cordón de raíz. Por este motivo, el primer cordón debe ser de la mejor calidad posible, por lo que se suele ejecutar mediante procedimiento TIG. La pieza de respaldo o "backing" se suele emplear para el caso que no sea posible voltear la pieza. En caso que se pueda tener acceso por el otro lado del cordón, se volvería a realizar una pasada por el cordón de raíz para resanarlo.

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Como inconveniente en este tipo de preparación es la gran deformación angular que origina. Unión en "X" Igualmente este tipo de preparación puede ser simétrica (α= 2β) o no simétrica.

Se suele emplear para espesores mayores de 20 mm. Exige tener accesibilidad por ambas caras. Asimismo, para corregir o compensar las deformaciones angulares que se puedan originar se suelen realizar de forma asimétricas. Con este tipo de preparación se economiza el material de aportación.

Uniones en "U" o en doble "U"

Aplicable solamente a uniones de piezas de gran espesor, donde este tipo de preparación además permite ahorrar material de aporte. No obstante es un tipo de preparación difícil de ejecutar. 14

En el proceso de soldadura 1G denota una prueba en la posición plana en una junta de ranura. En una probeta de plancha, en esta posición el soldador está colocado sobre la pieza, como quién escribe sobre una mesa. Se realiza un cordón de de forma horizontal, paralelo al piso, este cordón se puede realizar de izquierda a derecha o derecha a izquierda, tomando las especificaciones de la transferencia del electrodo al material para tener una buena penetración.

Proceso de soldadura en posición 1G

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CONCLUSIÓN

La realización del cordón de soldadura en la posición 1G nos permitió aplicar los conocimientos adquiridos previamente. Aprender a utilizar y conocer muy bien el concepto de soldadura que es necesaria e importante para realizar distintas prácticas de mantenimiento. El proceso de soldadura es un medio efectivo de crear uniones resistentes, dúctiles, conductoras tantas térmicas como eléctricamente, además de ofrecer gran resistencia a las fugas siempre y cuando se conozcan y sea aplique adecuadamente los fundamentos del proceso.

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BIBLIOGRAFÍA

Autor: Joseph W. Giachino, William Weeks Titulo: Técnica y práctica de la soldadura Edición: Primera Lugar: Michigan Estados unidos Año: 1997

Link: www.ingemecanica.com Autor: Ingemecánica

Link: http://www.lincolnelectric.com Autor: The Lincoln Electric Company

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