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INTRODUCCIÓN
El objetivo del presente trabajo es entregar algunos antecedentes sobre los fundamentos, equipos
y componentes principales, materiales consumibles, y aplicaciones de los diferentes procesos de
soldaduras a estudiar. También puede ser usado como documento base de capacitación sobre la
materia, material bibliográfico de consulta, material de complemento de los Informes Técnicos o
como un Informativo Técnico.
Se le llama soldadura a la unión de los materiales (generalmente metales o termoplásticos),
usualmente logrado a través de un proceso de fusión en el cual las piezas son soldadas derritiendo
ambas y agregando metal o plástico derretido para conseguir una “pilleta” (punto de soldadura)
que, al enfriarse, forma una unión fuerte.
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PROCESO DE SOLDADURA SMAW.
La soldadura por arco metálico protegido, Shielded Metal Arc Welding, (SMAW), también
conocida como soldadura por arco con electrodo recubierto, soldadura de varilla o soldadura
manual de arco metálico, es un proceso que incluye un arco entre un electrodo cubierto y el charco
de soldadura. Este proceso se usa con protección de la descomposición de la cobertura del
electrodo, sin la aplicación de presión y con el metal de aporte proveniente del electrodo.
El proceso de soldadura por arco metálico protegido consiste en un arco entre un electrodo cubierto
y el metal base. El arco se inicia tocando momentáneamente el electrodo con el metal base. El
calor del arco funde la superficie del metal base para formar un charco fundido. El metal del
electrodo fundido se transfiere a través del arco hacia el charco fundido y se convierte en el metal
de soldadura depositado. El depósito se cubre con la escoria proveniente del revestimiento del
electrodo. El arco y el área inmediata quedan envueltos por una atmósfera de gas de protección
producida por la desintegración del revestimiento del electrodo. La mayor parte del alma del
alambre del electrodo se transfiere a través del arco; sin embargo, pequeñas partículas escapan del
área de soldado en forma de salpicaduras. Es decir, se trata de una técnica en la cual el calor de
soldadura es generado por un arco eléctrico entre la pieza de trabajo (metal base) y un electrodo
metálico consumible (metal de aporte) recubierto con materiales químicos en una composición
adecuada (fundente).
1. Fundamentos del proceso.
El fundamento de la soldadura por arco eléctrico es la diferencia de potencial que se establece
entre el electrodo que pende de la pinza y la pieza a soldar o metal base que se conecta a masa.
Esta diferencia de potencial ioniza la atmósfera circundante, por lo que el aire pasa a ser conductor,
cerrándose el circuito y estableciéndose un arco eléctrico entre el electrodo y la pieza a soldar.
El calor del arco eléctrico va a fundir el extremo del electrodo y parcialmente el metal base,
creando el baño de fusión, donde se irá depositando el electrodo fundido originando así el cordón
de soldadura.
Rasgos los principios de la soldadura por arco eléctrico:
Fuente de calor: arco eléctrico.
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Tipo de protección: revestimiento del electrodo.
Aportación: con el propio electrodo.
Aplicaciones: todos los metales férreos principalmente.
Tipo de proceso: manual, automático (soldadura por gravedad).
El proceso de la soldadura manual por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW) 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.
2. Clasificación de los consumibles.
Los electrodos que se usan en este tipo de soldadura pueden ser consumibles o no consumibles.
Los electrodos consumibles pueden ser en forma de varillas o alambres. El arco eléctrico consume
el electrodo durante el proceso de soldadura y este se añade a la unión fundida como metal de
relleno. Las desventajas de electrodos de varillas es que deben cambiarse en forma periódica. El
alambre tiene la ventaja que se puede alimentar continuamente desde cabinas y esto evita
interrupciones frecuentes.
Para la soldadura de los aceros, los electrodos se clasifican atendiendo al tipo de revestimiento que
incorporan. Así se tiene la siguiente clasificación típica:
Electrodos Celulósicos.
Electrodos Ácidos.
Electrodos de Rutilo.
Electrodos Básicos.
Otros (electrodos de gran penetración; de gran rendimiento; de auto contacto).
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3. Equipos empleados.
La máquina de soldar o la fuente de poder es el centro del sistema de soldadura por arco metálico
protegido. Su propósito fundamental consiste en proporcionar energía eléctrica con corriente
adecuada y un voltaje a efecto de mantener un arco de soldadura controlable y estable. Las
características de salida de la fuente de poder deben ser del tipo de corriente constante (CC). El
rango normal de corriente es de 25 a 500 A usando electrodos de tamaño convencional. El voltaje
del arco varía de 15 a 35 V.
Básicamente, el equipo de soldadura está compuesto por los siguientes elementos:
una fuente de corriente continua o alterna.
pinza porta electrodo y pinza de masa.
cables de conexión.
electrodos revestidos.
En general, los electrodos revestidos están constituidos por un alma metálica que contiene el metal
de aporte, y un revestimiento que rodea al anterior.
4. Aplicaciones.
La construcción pesada, tal como en la industria naval, y la soldadura “en campo” se basan en gran
medida en el proceso SMAW. Y aunque dicho proceso encuentra una amplia aplicación para soldar
prácticamente todos los aceros y muchas de las aleaciones no ferrosas, se utiliza principalmente
para unir aceros, tales como aceros suaves de bajo carbono, aceros de baja aleación, aceros de alta
resistencia, aceros templados y revenidos, aceros de alta aleación, aceros inoxidables y diversas
fundiciones. El proceso SMAW también se utiliza para unir el níquel y sus aleaciones y, en menor
grado, el cobre y sus aleaciones, aunque rara vez se utiliza para soldar aluminio.
En general, si el acero es de composición fácilmente reconocible, pueden utilizarse los electrodos
de rutilo, por su mayor facilidad de cebado, de soldadura y por la buena estética del cordón. Se
aconseja la aplicación del procedimiento por electrodo sobre todo para la soldadura de juntas con
espesores medios-grandes y utilizando electrodos básicos. En estos casos se obtiene una alta
calidad de la soldadura junto a una buena resistencia a la rotura.
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En relación a los materiales especiales, como aceros inoxidables, aluminios y sus aleaciones, y
fundición, se utilizan electrodos específicos.
Los aceros inoxidables se sueldan en corriente continua (CC) con polaridad inversa. Se utilizan
electrodos específicos que se diferencian por la composición metalúrgica del material a soldar
(presencia de cromo (Cr) y de níquel (Ni) en porcentajes variables).
El aluminio y las aleaciones ligeras se sueldan en corriente continua (CC) con polaridad inversa.
La máquina debe estar dotada de una dinámica de cebado más bien elevada para garantizar el
encendido del electrodo.
PROCESO DE SOLDADURA GTAW.
La soldadura TIG (del inglés tungsten inert gas) o soldadura GTAW (del inglés gas tungsten arc
welding) se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces
con torio o circonio en porcentajes no superiores a un 2%. El torio en la actualidad está prohibido
ya que es altamente perjudicial para la salud. Dada la elevada resistencia a la temperatura del
tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas
se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta
soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos.
1. Fundamentos del proceso.
Es un procedimiento de soldadura con electrodo refractario bajo atmósfera gaseosa. Esta técnica
puede utilizarse con o sin metal de aportación.
El gas inerte, generalmente Argón, aísla el material fundido de la atmósfera exterior evitando así
su contaminación. El arco eléctrico se establece entre el electrodo de tungsteno no consumible y
la pieza. El gas inerte envuelve también al electrodo evitando así toda posibilidad de oxidación.
Como material para la fabricación del electrodo se emplea el tungsteno. Se trata de un metal escaso
en la corteza terrestre que se encuentra en forma de óxido o de sales en ciertos minerales. De color
gris acerado, muy duro y denso, tiene el punto de fusión más elevado de todos los metales y el
punto de ebullición más alto de todos los elementos conocidos, de ahí que se emplee para fabricar
los electrodos no consumibles para la soldadura TIG.
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Parámetros que caracterizan a este tipo de procedimiento:
Fuente de calor: por arco eléctrico.
Tipo de electrodo: no consumible.
Tipo de protección: por gas inerte.
Material de aportación: externa mediante varilla, aunque para el caso de chapas finas se
puede conseguir la soldadura mediante fusión de los bordes sin aportación exterior.
Tipo de proceso: fundamentalmente es manual.
Aplicaciones: a todos los metales.
La soldadura que se consigue con este procedimiento puedes ser de muy alta calidad, siempre y
cuando el operario muestra la suficiente pericia en el proceso. Permite controlar la penetración y
la posibilidad de efectuar soldaduras en todas las posiciones. Es por ello que sea éste el método
empleado para realizar soldaduras en tuberías.
Una variante de este proceso es el llamado TIG pulsado, donde la corriente que se aplica varía
entre dos niveles a frecuencias que dependen del tipo de trabajo, consiguiéndose mejorar el proceso
de cebado. Para este caso el tipo de corriente a emplear es alterna. El TIG pulsado tiene aplicación
sobre todo para pequeños espesores.
2. Clasificación de los consumibles.
Los electrodos no consumibles están hechos de tungsteno que resisten la fusión mediante el arco
eléctrico. El electrodo de tungsteno se gasta gradualmente como cualquier herramienta. El metal
de relleno debe proporcionarse mediante un alambre separado.
Los electrodos empleados en la soldadura TIG deben ser tales en su naturaleza y diseño, que
garanticen un correcto cebado y mantenimiento del arco eléctrico.
Por otro lado, al no ser consumibles, deben estar constituidos de materiales con un elevadísimo
punto de fusión (>4.000 ºC) que eviten su degradación.
Entre los materiales existentes es el Tungsteno, en estado puro o aleado, el que mejor cumple con
las condiciones exigibles. También se suele utilizar con ciertos componentes añadidos a su
composición. Estos elementos aleantes favorecen ciertos aspectos, como el encendido del arco y
además mejoran su estabilidad, aparte de mejorar también el punto de fusión del tungsteno puro.
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Así se suele utilizar como material para los electrodos el tungsteno aleado con torio (Th) o con
circonio (Zr).
Los electrodos se presentan en forma cilíndrica con una gama de diámetros de 1,6; 2,4 y 3,2 mm.
Cabe destacar la importancia del afilado en el extremo del electrodo, que incide de manera decisiva
en la calidad de la soldadura.
3. Equipos empleados.
Para llevar a cabo la soldadura mediante el procedimiento TIG es necesario el siguiente equipo
básico:
Generador de corriente CC y/o CA de característica descendente.
Generador de alta frecuencia o de impulsos, que mejora la estabilidad del arco en caso de
empleo de CA, y facilita el cebado.
El circuito de gas.
Pinza Porta-electrodo.
Circuito de refrigeración.
Órganos de control.
La pinza termina formando una tobera por donde sale el gas, sobresaliendo por su centro el
electrodo.
4. Aplicaciones.
Aplicaciones típicas:
Soldadura de la primera pasada de tuberías de aceros aleados, aceros inoxidables y
aleaciones de níquel.
Soldadura de equipos de aluminio, titanio y aleaciones de níquel.
Soldadura de tubos a la placa de los intercambiadores de calor.
Soldadura interna de reactores de urea en acero inoxidable y titanio.
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PROCESO DE SOLDADURA: LLAMA OXIACETILÉNICA.
La soldadura por combustión (autógena) es un procedimiento de soldadura homogénea. Esta
soldadura se realiza llevando hasta la temperatura de fusión de los bordes de la pieza a unir
mediante el calor que produce la llama oxiacetilénica que se produce en la combustión de un gas
combustible mezclándolo con gas carburante (temperatura próxima a 3055 °C).
Se trata de un proceso de soldadura con fusión, normalmente sin aporte externo de material
metálico. Es posible soldar casi cualquier metal de uso industrial: cobre y sus aleaciones, magnesio
y sus aleaciones, aluminio y sus aleaciones, así como aceros al carbono, aleados e inoxidables.
1. Fundamentos del proceso.
Es la más interesante de las llamas soldantes, ya que es la única que se emplea para soldar el acero
con el soplete. Se obtiene al mezclar el oxígeno con el acetileno en volúmenes teóricamente
“iguales”. En la practica el volumen de oxigeno necesario es entre dos y tres veces mayor que el
del acetileno.
Características:
Posee una potencia calorífica muy elevada.
Proporciona una atmósfera reductora, impidiendo la oxidación de los metales cuando la
llama está perfectamente regulada.
El oxígeno, mezclado con el acetileno en el interior del soplete proporciona una llama muy
concentrada.
Cuando la llama está mal regulada, puede dar lugar a que estos efectos sean perjudiciales para
conservar las características metálicas de los metales que se sueldan. Esto obliga al soldador a
conocer dichas propiedades y regular correctamente la llama. Cuando la llama es correcta se le
denomina llama neutra, ya que no ejerce ningún efecto perjudicial a los materiales que se sueldan.
Las tres partes de una llama son: dardo, penacho y llamas de calefacción.
Cuando la proporción de oxigeno sobrepasa el valor dado anteriormente el dardo se vuelve
azulado, puntiagudo, menos brillante y la zona reductora destella fuertemente. El penacho se acorta
y estrecha y la llama empieza a silbar. En estas condiciones la llama queda oxidada y adquiere
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fragilidad (queda quemada). Este tipo de llama se le conoce con el nombre de oxidante. Por último,
si la proporción de acetileno es mayor que la de oxigeno la llama se convierte en carburante.
2. Clasificación de los consumibles.
El Acetileno es el gas consumible. Es un gas incoloro, más ligero que el aire y altamente
inflamable.
Las botellas de acetileno se cargan a 15 bares a una temperatura de 15 °C. Estas botellas son de
paredes gruesas.
Las materias primas que se utilizan para su fabricación son el carburo de calcio y el agua. Se
obtiene por reacción del carburo con el agua. El gas que se obtiene es el acetileno, que tiene un
olor particular que proviene sobre todo de la presencia de hidrógeno fosforado.
3. Equipos empleados.
Un equipo de soldadura oxiacetilénica comprende en general los siguientes aparatos:
Una botella de acetileno disuelto.
Una botella de oxígeno.
Un soplete.
Accesorios fundamentales para la utilización de los gases: válvulas de seguridad, válvulas
mano reductoras, canalizaciones para los gases y gomas o tubos de caucho.
Otros accesorios fundamentales tales como: una mesa apropiada para soldar piezas pequeñas.
Una vasija con agua para enfriar las piezas
Un cepillo metálico.
Un martillo y una piqueta, si fuera necesario.
Gafas apropiadas para los materiales a soldar.
Una aguja de latón para limpiar el conducto de la boquilla del soplete.
Según las presiones de utilización las instalaciones se clasifican en:
1ª Instalaciones a baja presión. Comprenden:
Una canalización para la distribución del acetileno con su válvula de seguridad.
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Una botella de oxígeno o batería de botellas con manorreductor o manómetro y
canalización.
Un soplete para cada punto de trabajo.
2ª Instalaciones a alta presión. Se componen de los mismos elementos que las instalaciones a baja
presión, sin embargo, el régimen de trabajo exige que la potencia calorífica sea superior a una de
baja presión.
Los sopletes de soldador son los aparatos destinados a recibir y mezclar los gases, en las
proporciones convenientes para obtener una llama de elevada potencia calorífica en el orificio de
salida. El consumo practico de oxigeno deberá de ser el triple que el del acetileno.
Un soplete se compone de dos racores, mango, grifos (llaves), lanza (caña) y boquilla.
4. Aplicaciones.
A pesar del avance tecnológico, la soldadura oxiacetilénica se sigue empleando, fundamentalmente
por su economía, facilidad de operación y diversidad de aplicaciones, que la hacen un método útil
en todo tipo de industrias.
La soldadura de latón se encuentra en aplicación en los trabajos de reparación de carrocerías para
obturar taladros, unir elementos y para unir metales de distinta naturaleza. Como material de
aportación se utiliza una aleación de cobre y cinc. Se suelda con una llama con exceso de oxígeno.
La soldadura con estaño se utiliza para soldar uniones eléctricas y como material de relleno para
recargar chapas y obtener buen acabado.
El oxicorte es un procedimiento de corte, consiste en calentar el material hasta que adquiera un
rojo vivo y se quema rápidamente en el oxígeno. En ese momento el metal se quema, separándose
y propagándose rápidamente la combustión a todo el espesor de la chapa.
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CONCLUSIÓN
En conclusión, la soldadura es una tecnología en pleno auge, con un crecimiento a nivel anual
mundial del 6%. La soldadura se ha convertido en un elemento esencial para la construcción de
las más sofisticadas máquinas que el hombre haya hecho en su historia. Este progreso ha sido
posible sólo a través del entendimiento y aplicación creativa de los procesos físicos que existen
durante la soldadura.
Un mínimo de educación es necesario para poder aplicar soldadura eficientemente. Los soldadores
y operadores deben saber entender los porqués de lo que observan diariamente, y los técnicos e
ingenieros deben entender los fundamentos físicos cada vez que diseñan una soldadura o aplican
estándares. De esta manera, el trabajo de todos los participantes se hace menos rutinario y más
interesante, la calidad del producto mejora mientras que los descartes son reducidos, y quizás más
importante que todo lo anterior: el trabajo de la gente es más esencial y valioso.
La soldadura es un proceso que puede tener cierto riesgo si no se maneja con cuidado, los cilindros
de gas de acetileno y oxígeno, hay que protegerlos bien para eliminar cualquier tipo de riesgo de
una explosión o una fuga. Existen diferentes tipos de electrodos para hacer distintos trabajos con
eficiencia. Se deben utilizar métodos de limpieza para mantener el orden al trabajar y evitar el
riesgo de un daño así mismo o hacia otra persona que está involucrada en el trabajo que se está
realizando o se realizó. Las máquinas de soldadura deben tener su mantenimiento apropiado.
