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CURSO DE PROCESOS DE SOLDADURA Y CORTE TÉRMICO DE
MATERIALES
TEMA 4: Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
30 DE JUNIO DE 2016
CAPACITACIÓN TÉCNICA
Elaborado Por: Gedalias Martínez Ortiz
Técnico en Construcción Naval (Soldadura)
Revisado Por: Bogar P. Cervantes Cortes
Especialista Internacional en Soldadura /IIW
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
1
INDICE
TEMA 4: Proceso de corte por Arco eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
4.1 Introducción al proceso de corte por Arco Aire y Electrodos de Carbono▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪ 2
4.2 Equipo, Electrodos y Fuente de Poder▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪ 4
4.3 Efectos metalúrgicos▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪ 12
4.4 Recomendaciones de Seguridad Industrial y Protección Personal▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪ 13
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
2
4.1 Introducción al proceso de corte por Arco eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
El proceso de corte por Arco eléctrico y Aire con Electrodos de carbono, es un proceso de corte usando un
arco eléctrico establecido por un electrodo de grafito de carbono cubierto por una capa delgada de cobre
el cual es consumible, y simultáneamente se aplica un chorro de aire con velocidad y volumen suficientes
en el punto de fundición del metal para proyectar el metal fundido. El aire comprimido va dirigido
paralelamente al electrodo, expulsa el material fundido que se ha originado por la acción del arco eléctrico.
Esto puede ser peligroso ya que el material fundido puede salir despedido distancias considerables. El
proceso también es muy ruidoso.
El corte de los metales con arco aire y electrodo de carbón se inicia en los años 1940. Evolucionó del
primer proceso de corte con arco de carbón empleado desde 1919. El corte con arco-carbón removía las
soldaduras defectuosas y las cabezas de remaches en las posiciones superior y vertical El arco-carbón
derretía el metal; luego el metal fundido era removido por gravedad.
Myron Stepath, ingeniero de soldadura de la marina de los Estados Unidos, desarrollo el corte
empleando un arco eléctrico y una ráfaga de aire comprimido con un electrodo de grafito de carbón para
eliminar más de cien metros de soldaduras planas y agrietadas de acero inoxidable, mientras se encontraba
en Bremerton, Washington.
Myron Stepath dedujo que un chorro de aire podía impartir la fuerza necesaria para remover el metal
en la posición plana. Así que, experimentó con un arco de carbón con corriente directa y electrodo negativo
mientras que un segundo operador, con boquilla, dirigía un chorro de aire hacia el charco del metal fundido.
A continuación Stepath funda en 1949 su propia compañía Arc-Air Co. Hoy ARCAIR es numero 1 a nivel
mundial en productos de corte de soldadura.
Hacia el final de la Segunda Guerra Mundial, Myron Stepath tenía el tiempo suficiente para trabajar en
sus diseños, e innovar la antorcha para corte con ARC-AIR. Para 1969 ya no se necesitaban dos operadores.
El aire comprimido ya pasaba por la antorcha y salía por debajo del electrodo. Esta nueva herramienta
ahorraba tiempo en sanear la raíz de las soldaduras, eliminación de grietas y reparación de soldaduras
defectuosas en aleaciones de carbón y acero inoxidable.
Actualmente el proceso fundamental es el mismo, pero usando equipos mejorados en una más amplia
gama de aplicaciones.
La industria ha adoptado con entusiasmo el ranurado de arco eléctrico y aire con electrodo de carbón.
Ha descubierto muchas aplicaciones en el proceso de fabricación de metal y acabado de fundiciones, en la
tecnología química y petrolera, la construcción, astilleros, minería, reparaciones en general y en el sector
de mantenimiento industrial.
Aplicaciones
El proceso de corte y ranurado con arco eléctrico y aire con electrodo de carbón es útil para cortar una
variedad de materiales, eficiente y efectivo en costo en casi cualquier metal: acero de carbón, acero
inoxidable y otras aleaciones ferrosas; hierro gris, maleable y dúctil; aluminio, níquel, aleaciones de cobre y
otros metales no ferrosos.
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
3
Este proceso de corte difiere del proceso por Oxicorte, debido a que el metal es arrastrado por el chorro
de aire, por lo que no necesita que se acelere en el metal el efecto exotérmico de ser oxidado para conseguir
cortarlo.
Las actividades de corte y ranurado más usuales a realizar con este proceso son:
• Ranurado y corte de chapas.
• Levantamiento de soldaduras (Rasurado /Peinado)
• Limpieza de piezas fundidas.
• Achaflanado.
• Eliminación de cordones de raíz defectuosos, poros, sopladuras, (saneado de soldadura).etc.
• Eliminación de defectos en piezas fabricadas por fundición.
• Corte de materiales que no puedan ser trabajados con los procesos convencionales de corte.
• Para el corte y biselado de aquellos metales que pudieran fundirse por acción del arco eléctrico.
• Reparación de defectos superficiales e internos detectados por radiografía.
• Desguace (desarmado de torres, buques, actividades de chatarreo).
• Soldadura y corte bajo el agua.
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
4
Ventajas del corte y ranurado por Arco eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
• Proceso Rápido.
• Fácil de Controlar.
• Bajo costo de los Equipos.
• Económico.
• Fácil de Operar.
• Compacto.
• Versátil.
• Corta Limpiamente
• No requiere gases comprimidos o de gran pureza específicos.
• Se puede cortar hasta espesores de 12 mm de una sola vez y en cualquier posición.
• Con electrodos de carbono de diámetros gruesos, con la técnica adecuada, la velocidad de avance
e intensidad de corriente apropiada se puede remover en una sola pasada hasta 25 mm de
espesor.
Desventajas
• Las chispas durante el corte o ranurado pueden alcanzar los 50 pies de distancia, lo cual requiere
evitar cualquier material combustible cercano al área de corte y un vigía de contra-incendio (Fire
Watch) para evitar un conato de incendio.
4.2 Equipo, Fuente de Poder, Electrodos y Técnica
El equipamiento es el mismo que el necesario para la soldadura por arco, salvo que el porta-electrodos
incluye unos orificios para la salida del aire a presión, y se necesita por tanto un caudal adicional de aire
suministrado por una unidad de compresion. Las medidas de seguridad a mantener para el uso y
mantenimiento de estos equipos de corte son las mismas que para los de soldadura eléctrica.
Los electrodos a utilizar están compuestos en un 90% por grafito y el resto de carbono, todo esta
mezcla de carbono es recubiertos por una fina capa de cobre cuya misión es facilitar el paso de la
corriente eléctrica y evitar la corrosión de la pieza que pudiera ser provocada por el chorro de aire.
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
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Fuentes de potencia
Casi todas las fuentes de potencia para soldadura estándar se pueden usar para el proceso de corte con
arco de carbono y aire.
Los voltajes de arco empleados en el corte y acanalado con arco de carbono y aire van desde 35 V hasta
75 V.
Las Fuentes de energía y corriente y pueden ser:
1.-Generador . Tipo de tensión constante o intensidad constante (es más recomendable un generador de
Intensidad constante). Rango Voltaje de vacío elevado (80 v). Pueden ser de corriente continua o alterna.
2.-Maquina Soldadora de Corriente alterna.- Se puede utilizar, pero requiere electrodos especiales que
son más caros y de menor rendimiento. Se trabaja difícilmente (ruido) y utiliza intensidades y tensiones
similares a la corriente continua.
Maquina Soldadora de Corriente continua.- En principio, el proceso de corte y ranurado por Arco eléctrico
y Aire con electrodo de carbono, utiliza preferentemente corriente continua polaridad inversa. La
polaridad directa provoca serpenteo, por lo que no es aconsejable. La intensidad depende del diámetro
del electrodo
Por lo tanto se necesita principalmente de corriente continua con polaridad inversa para realizar
normalmente el corte y ranurado por Arco eléctrico y Aire con electrodo de carbono.
Equipo de aire comprimido. Se utilizará un compresor para suministrar el aire comprimido y que podrá
utilizar, en caso de que no haya suministro de aire, nitrógeno o gas inerte, pero nunca oxígeno ya que
destrozaría el electrodo.
Este aire tiene que ser completamente seco y muy caudaloso, por lo que se precisa de potentes
compresores que lo filtren y proporcionen un volumen de entre 700 y 1000 litros por minuto. Por lo que
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
6
es necesario mantener una presión de trabajo de 6 Kg/cm2. En cuanto al caudal de salida va en función
del tipo de porta-electrodos o pinza.
Porta-electrodo. Es el Soplete o antorcha diseñada para preparar superficies. El aspecto exterior tiene
parecido con el porta-electrodo usado en el proceso de soldadura al arco eléctrico con electrodo revestido
y está constituido por:
1.-Cabezal: Contiene al electrodo y tiene unos agujeros para la salida del aire además de ser “giratoria”.
2.-Mango: Contiene el botón pulsador y a él llega la manguera que contiene al cable de corriente y el tubo
de aire.
Tipos de Porta-electrodos
Dependiendo del diámetro y trabajo a efectuar, son varios los tipos. Usando la nomenclatura de ARCAIR
los más utilizados son:
• Porta-Electrodo de uso ligero, recomendados para pequeños talleres y operaciones de
mantenimiento con un suministro de aire limitado. La corriente máxima es aproximadamente 450
amperes.
• Porta-electrodo para usos múltiples, talleres, caldererías, astilleros, etc. Tienen cabeza giratoria
con dos orificios para salida del aire. Se usa para electrodos de 4, 5, 6, 8 y 10 mm de diámetro. La
corriente máxima es aproximadamente 1000 amperes.
• Porta -electrodos de uso robusto, mango más largo y mayor diámetro de electrodos. Diámetros de
8, 10, 13 y 16 mm. La corriente máxima es aproximadamente 1600 amperes.
• Porta-electrodo Extra-robusto o de ciclo pesado, con cables enfriados por agua, para trabajos de
alto rendimiento en astilleros y talleres de fabricación. La corriente máxima es aproximadamente
2000 amperes.
Para que no se queme el porta-electrodos. El electrodo tiene que tener una longitud mínima de 100 mm,
60 saliendo del porta-electrodos y 40 mm mordidos.
Electrodos. Los electrodos redondos son los más empleados. También hay electrodos de forma plana y la
mitad redondos parta producir ranuras rectangulares. Pueden ser de carbono o de una mezcla de carbono
y grafito. La estructura laminar del grafito permite una mejor conducción de la electricidad que el carbono
puro que tiene su estructura granulada.
Además, la mezcla de carbono y grafito, permite una longitud de arco mayor evitando así la formación
de cortocircuitos y alargando la vida de las fuentes de corriente.
El carbono es el producto del coque calcinado y pulverizado mezclado con un aglomerante, extruído y
secado durante varios días a 1800º F (982º C).
Están recubiertos de una fina capa de cobre que facilita el paso de la corriente. Pero que tiene como
misión principal el evitar la erosión producida por el chorro de aire
La longitud del electrodo no influye grandemente, pero se considera ideal la longitud de 150 mm.
Factores con respecto a los electrodos.
• Van dimensionados en función de la intensidad.
• Están formados por carbono y carbono en forma de grafito recubierto de cobre.
• Deben de tener muy buena conductividad térmica y eléctrica.
• Deben resistir los choques térmicos y desgastarse lo mínimo.
• Existen cuatro tipos generales: normales, acoplables, planos y de corte bajo el agua.
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
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Los tipos de electrodos usados en el proceso de corte y ranurado con arco eléctrico y aire con
electrodo de carbón:
1.-Electrodos recubiertos de cobre para Corriente Continua. Es el diseño de electrodos más utilizados en
este proceso de corte y ranurado debido a su vida prolongada, características estables del arco y
uniformidad en la ranura. Son fabricados con una mezcla especial de carbono y grafito con un
adecuado aglutinante, finalmente son recubiertos con una cubierta fina de cobre. Se comercializan en
diámetros de 3.2 mm hasta 19.1 mm.
2.-Electrodos simples para Corriente Continua. Este diseño de electrodos es de uso limitado, ya que no
tienen la cubierta fina de cobre por lo que se les clasifica también como electrodos puros para CC.
Durante el corte son consumidos muy rápidamente en comparación con los electrodos recubiertos. Los
electrodos simples se comercializan en diámetros de 3.2 mm hasta 25.4 mm.
3.-Electrodos cubiertos para CA. Este diseño de electrodos se elaboran de una mezcla de carbono y
grafito con materiales de tierras raras agregadas para suministrar una estabilidad del arco para cortar
con una corriente alterna. Esos electrodos recubiertos con una cubierta fina de cobre se comercializan
en diámetros de 4.8 mm hasta 12.7 mm.
Técnica del proceso
• Ajuste la corriente de la soldadura (corriente constante) o el voltaje (voltaje constante),
dependiendo del tipo de fuente de energía que se utilice, de acuerdo con el rango de corrientes
recomendados para el diámetro del carbono que se utilice. (Consulte la Tabla 4.2C Parámetros
Eléctricos para proceso ARC-AIR).
• Abra el chorro aire antes de formar el arco, abriendo la válvula localizada en el portaelectrodo.
• Sujete la antorcha en un ángulo de trabajo entre 35° y 70° para que el electrodo se incline hacia
atrás de la dirección del recorrido. El electrodo debe ser utilizado con una ligera inclinación (35° -
70°) y dirigido el arco hacia adelante de la cara inferior del corte para que el chorro de aire expulse
el metal fundido.
• Toque la pieza de trabajo ligeramente con el electrodo para formar el arco. No retire el electrodo
después de encendido el arco. Si se está manteniendo el voltaje correcto del arco, será alto el
sonido del arco y del aire comprimido. Si el sonido esté amortiguado, el voltaje del arco está más
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
8
abajo de las condiciones de operación recomendada. El voltaje normal del arco con una antorcha
de ranurado manual se mide entre 35 y 50 voltios.
• A diferencia del proceso de soldadura al arco eléctrico con electrodo revestido, la punta del
electrodo de carbono no se retira para establecer la longitud del arco.
• Para la eliminación de metal eficaz, es importante que la corriente de aire se dirige en el arco de
detrás del electrodo y barridos debajo de la punta del electrodo.
• El metal fundido directamente debajo de la punta del electrodo (arco) se sopla de inmediato por la
corriente de aire.
• La anchura de la ranura se determina por el diámetro del electrodo, pero la profundidad es dictado
por el ángulo del electrodo a la pieza de trabajo y la velocidad de la marcha.
• Se podrán formar ranuras de hasta 1" (25 mm.) de profundidad. Sin embargo, mientras más
profunda la ranura, más experimentado tiene que ser el operador.
• Las bajas velocidades de recorrido producen surcos profundos, mientras que las altas velocidades
de recorrido producen surcos poco profundos. El ancho del surco está determinado por el
diámetro del electrodo que se use, y típicamente es 1/8" (3.2 mm.) más ancho que el diámetro del
electrodo. Se podrán formar surcos más anchos con electrodos pequeños, oscilándolos en un
movimiento circular o de vaivén.
• Relativamente altas velocidades de viaje son posibles cuando se utiliza un electrodo de ángulo
bajo. Esto produce un surco poco profundo: un ángulo pronunciado resulta en un surco profundo y
requiere velocidad de desplazamiento más lento. Tenga en cuenta, un electrodo abruptamente en
ángulo puede dar lugar a la contaminación de carbono.
• Oscilar el electrodo en un movimiento circular de la armadura o restringido durante la
especulación puede aumentar en gran medida el ancho ranurado. Esto es útil para la eliminación
de una imperfección de soldadura o de la placa que es más ancha que el propio electrodo. Es
importante, sin embargo, que la anchura de la ranura no debe exceder de cuatro veces el diámetro
del electrodo.
La superficie de la ranura debe estar relativamente libre de metales oxidados y puede ser considerado
como listo para soldar sin más preparación.
Tabla 4.2C Parámetros Eléctricos para proceso ARC-AIR
Diámetro de
Electrodo
Amperajes Profundidad Ancho
Min Max.
4 mm 80 180 3-5 mm 4-7 mm
5mm 110 200 4-6 mm 5-8 mm
6.4 mm 200 300 6-7 mm 7-9.6 mm
8.0 mm 300 400 7-8 mm 10-11 mm
9.25 mm 400 550 9-10 mm 11-12.5 mm
13.00 mm 600 800 12-13 mm 14-16 mm
16.00 mm 750 1000 14-16 mm 16-19 mm
19 mm 900 1400 18-20 mm 19-22 mm
25.4 mm 1600 2200 21-25.4 mm 24-28.6 mm
12.5 mm 600 1000
Para Porta-Electrodos enfriados por agua16 mm 800 1200
19 mm 1200 1600
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
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4.2.1 Fallas comunes del proceso
Un gran depósito de carbón libre al principio del surco. Se debe posiblemente al olvido del operador
de abrir la válvula para dar paso al chorro de aire antes de formar el arco, o la antorcha estaba
incorrectamente colocada dentro del conjunto de la cabeza. Por lo tanto proceda a abrir el aire antes de
formar el arco. El aire debe fluir entre el electrodo y la pieza de trabajo. También verifique que la varilla de
carbón esté asentada dentro de la ranura de la cabeza de la antorcha.
Arco inestable, obligando al operador recorrer a velocidad lenta incluso en las ranuras poco
profundas. Amperaje insuficiente para el diámetro del electrodo utilizado (ver la Tabla 4.2B) Aunque sea
suficiente el amperaje más bajo que se recomiende, requiere mayor habilidad de parte del operador. Un
amperaje a medio rango funciona mejor.
Si la fuente de poder disponible no ofrece el amperaje deseado, utilice el electrodo del siguiente
diámetro menor, o instale en paralelo dos o más fuentes de energía para soldadura.
Ranura errática. El arco se desplaza en vaivén y el electrodo se calienta rápidamente. El proceso de
corte aplicado se usa con CDEN (electrodo negativo).
Cuando sea posible, el proceso de escopleadura debe hacerse con CDEP (electrodo positivo). Los
electrodos de corriente directa deben usarse con CDEP (electrodo positivo) en todos los metales salvo
algunas aleaciones de cobre tales como Superston y Nialite.
Arco con acción intermitente Produce un surco con superficie irregular. La velocidad de recorrido
estaba demasiado baja en el ranurado manual. Es posible que el operador haya puesto la mano sobre otro
trabajo para equilibrarse. Esta es una tendencia en la soldadura con arco metálico protegido. La fricción
entre la mano con guante y la pieza de trabajo podrá causar un jaloneo en el avance, produciendo un
hueco entre el electrodo y la pieza de trabajo que sea demasiado grande para mantener el arco. O
también la conexión a tierra esta floja.
Si la fuente de poder disponible no ofrece el amperaje deseado, utilice el electrodo del siguiente
diámetro menor, o instale en paralelo dos o más fuentes de energía para soldadura.
Inspeccione las abrazaderas y los cables a tierra para garantizar una conexión correcta.
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
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En el ranurado, depósitos de carbón libre en intervalos diferentes del surco; En el lavado de placas,
depósitos de carbón libre en diversos puntos sobre la superficie lavada. Un corto circuito en el electrodo
utilizado en la pieza de trabajo durante la escopleadura manual. Esto es el resultado de una velocidad
excesiva de recorrido respecto al amperaje empleado y la profundidad del surco que se forme. En las
operaciones mecanizadas, es el resultado de una velocidad excesiva de recorrido o el uso de una fuente
de poder con curva plana y voltaje constante con un electrodo de diámetro bajo, de 5/16" (7,9 mm). En el
lavado de placas, esto es el resultado de sostener el electrodo en un ángulo de empuje insuficiente.
Use un ángulo de 15° a 70° entre el electrodo y el trabajo. Un ángulo menor aumenta el área para la
formación del arco, reduciendo la densidad de la corriente. Esta reducción en la densidad del arco-
corriente requiere una gran disminución de la longitud del arco, hasta llegar al punto de corto circuito.
Mantenga un hueco apropiado del arco.
Surco irregular. Demasiado profundo; luego demasiado poco profundo. El operador estaba en una
posición inestable. Se recomienda que el operador debe colocarse en una posición cómoda durante las
operaciones de ranurado.
Escoria adherida a los bordes del surco. Inadecuada eyección de escoria. Para resolver esta situación,
mantenga una adecuada presión de aire y relación de flujo (pies³/minuto.) Una presión del aire entre 80 y
100 psi (550-690 kPa) podría no eyectar eficazmente toda la escoria si el volumen es insuficiente.
Para proporcionar un volumen adecuado, la manguera de aire que alimenta el conjunto concéntrico del
cable necesita una manguera con diámetro interior mínimo de 3/8" (9.5 mm) para las antorchas manu-
ales. Para las antorchas automáticas, el mínimo diámetro interior de la manguera debe ser 1/2" (12.7
mm). Dirija el chorro de aire en paralelo al área de ranurado. El operador no debe de tenderse hacia un
lado u otro, al no ser que desee minimizar la adherencia de las escorias en un solo lado del corte.
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
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Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
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4.3 Efectos metalúrgicos
Influencia sobre el material base
A pesar de los 4000°C del arco eléctrico, apenas influye sobre el metal base por el poco calor que
aporta. Puede incluso tocarse después de una operación.
El proceso de corte y ranurado con arco eléctrico y aire con electrodo de carbón introduce carbono en
la superficie afectada, por lo que en el caso de aceros inoxidables se deben esmerilar los bordes cortados
para eliminar la capa carburada.
Para evitar dificultades con metal carburizado, el operador del proceso de corte por arco eléctrico y
aire con electrodo de carbono debe estar familiarizado de los eventos metalúrgicos que pueden ocurrir
durante el ranurado y corte.
Por lo tanto debemos saber que las partículas de carbono libre son rápidamente absorbidas por el
metal base fundido. Debido a que esta absorción no puede ser evitada, es importante que todo el metal
fundido carburizado sea removido del corte, preferentemente por el chorro de aire.
Cuando el operador del proceso de corte por arco eléctrico y aire con electrodo de carbono ejecuta el
proceso aplicando técnica de aplicación deficiente como amperaje mal seleccionado, alimentación
insuficiente del chorro de aire, una inclinación o velocidad del electrodo incorrecta, el metal fundido
queda sobre la superficie la cual pude distinguirse por ser de color ente gris y negro opaco, en contraste al
color azul brillante del ranura hecha adecuadamente.
Aunque el carbono es recogido por el metal fundido, la corriente de aire eliminará del metal base rico
en carbono de la ranura para dejar sólo la mínima contaminación de las paredes laterales. Una técnica con
baja presión o flujo de aire insuficiente resultará en una absorción de carbono, con el riesgo de problemas
metalúrgicos, por ejemplo, alta dureza e incluso grietas.
En estos casos debe limpiarse mecánicamente las paredes laterales de la ranura cuando se ha formado
una capa rica en carbono. Además, la aplicación de cincelado u otro método aprobado será necesario si se
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
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trabaja en materia de grietas sensibles tales como en aceros de alta resistencia, acero de baja aleación
etc…
Debido a la alta conductividad del cobre y sus aleaciones se recomienda aplicar un precalentamiento al
metal base antes del inicio del corte o ranurado.
Metalúrgicamente este proceso puede ser utilizado para todos los metales y aleaciones, tales como:
• Aceros al carbono.
• Aceros inoxidables.
• Niquel y sus aleaciones
• Aleaciones de Magnesio.
• Fundiciones de hierro.
• Cobre y sus aleaciones.
• Aluminio y sus aleaciones.
• Aceros Aleados, al cromo-molibdeno, manganeso, Etc…
El factor importante de este corte, es que al ser necesario establecer un arco voltaico, el material a
cortar ha de ser necesariamente conductor eléctrico, pero también nos da la gran ventaja por su
naturaleza del arco eléctrico y gracias a su barrido de aire que le convierten en un sistema ideal para
realizar limpiezas y levantar cordones de soldadura en una gran gama de los metales empleados en la
industria metalmecánica.
4.4 Recomendaciones de Seguridad Industrial y Protección Personal.
Se puede causar lesiones graves o muerte si no se instalan y mantienen correctamente los equipos de
desbaste y corte. Puede ser peligroso el mal uso de estos equipos y otras prácticas inseguras. El operador,
el supervisor y el ayudante deben leer y comprender las siguientes advertencias e instrucciones de
seguridad antes de instalar o usar cualquier antorcha o equipo de aire con arco-carbón.
Se usa el proceso de ranurado/corte en muchos ambientes potencialmente peligrosos, tales como en
alturas, áreas con ventilación limitada, áreas encerradas, áreas cerca del agua, ambientes hostiles etc. El
operador debe estar consciente de los peligros de trabajar en estas condiciones y debe ser capacitado en
las prácticas seguras para su ambiente de trabajo y debe estar bajo supervisión competente.
Es indispensable que los operadores, supervisores y otros en el área de trabajo estén conscientes de los
peligros del proceso de arco eléctrico y aire con electrodo de carbón. Son importantes la capacitación y la
supervisión adecuada para mantener un lugar de trabajo seguro.
• Mantenga secos los electrodos de carbón. Si se humedecen, hornéelos a 300°F (178°C) durante 10
horas. Los electrodos mojados podrían estrellarse.
• No toque los componentes eléctricamente vivos.
• No toque al mismo tiempo los electrodos y conexiones a tierra con la piel directamente.
• Para la soldadura, siempre vista guantes secos en buen estado.
• Mantenga a los cilindros de oxígeno, cadenas, cables metálicos, grúas, malacates y elevadores
alejados de cualquier parte del circuito eléctrico.
• Revise periódicamente todas las conexiones a tierra para determinar si están mecánicamente
sólidas y eléctricamente adecuadas para la corriente necesaria.
• Si hace operaciones de ranurado/corte con corriente alterna bajo condiciones húmedas o cálidas,
en las cuales el sudor pueda ser un factor, utilice controles automáticos confiables para reducir el
voltaje de operación sin carga a fin de reducir el riesgo de choques eléctricos.
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
14
• Cuando el proceso de ranurado/ corte requiera valores mayores que 80 voltios en los circuitos
abiertos de máquinas de corriente alterna, y mayores que 100 voltios en las máquinas de corriente
directa, tome precauciones tales como el uso de aislamiento adecuado para que el operador no
haga contacto accidental con el alto voltaje.
• Si va a suspender el ranurado durante un período largo, como la hora de comida o por la noche,
saque todos los electrodos de la antorcha y coloque la antorcha en un lugar seguro para evitar el
contacto accidental. Desconecte la antorcha de la fuente de energía mientras no se use.
• Nunca sumerja en agua las antorchas de aire y arco-carbón ni los electrodos.
• No haga mantenimiento ni reparaciones si la energía está encendida.
• No opere el equipo si se han quitado los aislantes o cubiertos de protección.
• El mantenimiento o la reparación deben ser llevados a cabo únicamente por personal calificado
y/o capacitado.
• Evite humo, vapores y gases en el área de respiración. Los vapores producidos por el proceso de
ranurado son de diversos tipos y concentraciones, según el tipo de metal base que se trabaje. Para
garantizar su seguridad, no inhale estos vapores.
• La ventilación debe ser adecuada para extraer el humo, los vapores y gases durante la operación,
para protección de los operadores de ranurado y demás personal en el área.
• Los vapores de los solventes clorados pueden formar gas tóxico de fosgeno si están expuestos a la
irradiación ultravioleta de un arco eléctrico. Saque del área de operación todos los solventes,
agentes de desengrase y fuentes potenciales de estos vapores.
• Los vapores producidos por el corte en áreas muy encerradas pueden causar molestias y daño
físico si se inhalan a largo plazo. Instale una ventilación adecuada en el área de ranurado/corte. Si
la ventilación es insuficiente para eliminar todos los vapores y gases, use respiradores con fuente
de aire. Nunca use oxígeno para la ventilación ya que el oxígeno fomenta y acelera las flamas
vigorosamente.
• Utilice tapones auditivos para proteger los oídos contra las chispas.
• El ruido del proceso de corte con arco electrico y aire con electrodo de carbón puede dañar su
oído. Cuando los niveles sonoros excedan los establecidos en las normas de la OSHA, los
operadores y demás personal en el área deben usar aparatos adecuados de protección auditiva
para garantizar su protección personal contra el ruido
• El proceso de ranurado/corte produce calor extremo y localizado, e intensos rayos ultravioletas.
Nunca trate de ranurar/cortar sin usar la careta para soldador con lentes apropiado. Un lente con
filtro de sombre 12 a 14 ofrece la mejor protección contra la radiación de los arcos.
• Si se trabaja en un área encerrada, evite la introducción de los rayos reflejados del arco alrededor
de la careta. Procure proteger a otras personas contra los rayos de los arcos y las chispas. Use
cortinas de protección aprobada y goggles apropiados para proteger a las demás personas en el
área circundante y a los operadores de equipos cercanos.
• La piel también debe ser protegida contra rayos de los arcos, calor y metal fundido. La ropa de
protección aluminizada podrá formar parte del trayecto eléctrico. Por lo que se recomiendan las
prendas de algodón oscuro, guantes de carnaza y peto, mangas y polainas de cuero.
• Siempre vista guantes y ropa de protección que impida la exposición de la piel.
• Cierre todos los bolsillos y abotone los puños para cerrarlos.
• Use mandiles, camisas, mangas, polainas, etc., de piel para toda ranura/corte fuera de posición u
operaciones pesadas de remoción de metal que usen electrodos gruesos.
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
15
• Los zapatos de trabajo con enfranque alto ofrecen protección adecuada contra las quemaduras de
los pies.
• Use polainas cortas de piel para mayor protección.
• No use sustancias inflamables para el cabello al ranurar/cortar.
• Donde lo permita el trabajo, el operador de la planta de soldadura de arco debe estar encerrado
en una cabina de protección individual, pintada con acabado antirreflector, tal como el óxido de
cinc o el negro de humo. Esto es factor importante en la absorción de la irradiación ultravioleta.
• El operador también podrá estar encerrado dentro de mamparas no combustibles con acabado
similar.
• Advertencia: las chispas de soldadura pueden causar incendios y explosiones.
• Las causas de incendios incluyen los combustibles alcanzados por el arco, flamas, chispas
voladoras, escoria caliente o materiales calientes. Saque los combustibles del área de trabajo, y/o
mantenga una brigada contra incendio.
• No use ropa manchada con aceite o grasa, ya que una chispa podría encenderla. Mantenga un
extintor al alcance y conozca su uso.
• Esté alerto al peligro de la conducción o irradiación. Por ejemplo, si ranura/ corta en una pared,
cancelería, techo o plafón metálico, tome precauciones para evitar el incendio de los combustibles
al otro lado.
• No haga ranuras/cortes en envases que hayan contenido combustibles.
• Ventile todos los espacios huecos, cavidades y envases antes de hacer ranuras/cortes para liberar
al aire o los gases. Se recomienda la purga con un gas inerte.
Bibliografía
AWS Handbook 8ª Edición
1991-AWS.
Ingeniería de Fabricación y Tecnología
Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid.
“Caracterisiticas de fusión de los electrodos”
J.F Oliveira (1981)
Tecnologia de la Soldadura
PV Marques (1991-Brasil)
Manual de Corte con Arc-Air
Equipos Victor´s.
Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono
16
Modulo 1 de Procesoso de Soldadura, Capitulo 9,
“Corte por Arco Aire y electrodo de Carbono”,
Dr. José Francisco Oliveira Santos y
Dr. María Luisa Couthino

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  • 1. CURSO DE PROCESOS DE SOLDADURA Y CORTE TÉRMICO DE MATERIALES TEMA 4: Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 30 DE JUNIO DE 2016 CAPACITACIÓN TÉCNICA Elaborado Por: Gedalias Martínez Ortiz Técnico en Construcción Naval (Soldadura) Revisado Por: Bogar P. Cervantes Cortes Especialista Internacional en Soldadura /IIW
  • 2. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 1 INDICE TEMA 4: Proceso de corte por Arco eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 4.1 Introducción al proceso de corte por Arco Aire y Electrodos de Carbono▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪ 2 4.2 Equipo, Electrodos y Fuente de Poder▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪ 4 4.3 Efectos metalúrgicos▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪ 12 4.4 Recomendaciones de Seguridad Industrial y Protección Personal▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪ 13
  • 3. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 2 4.1 Introducción al proceso de corte por Arco eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono El proceso de corte por Arco eléctrico y Aire con Electrodos de carbono, es un proceso de corte usando un arco eléctrico establecido por un electrodo de grafito de carbono cubierto por una capa delgada de cobre el cual es consumible, y simultáneamente se aplica un chorro de aire con velocidad y volumen suficientes en el punto de fundición del metal para proyectar el metal fundido. El aire comprimido va dirigido paralelamente al electrodo, expulsa el material fundido que se ha originado por la acción del arco eléctrico. Esto puede ser peligroso ya que el material fundido puede salir despedido distancias considerables. El proceso también es muy ruidoso. El corte de los metales con arco aire y electrodo de carbón se inicia en los años 1940. Evolucionó del primer proceso de corte con arco de carbón empleado desde 1919. El corte con arco-carbón removía las soldaduras defectuosas y las cabezas de remaches en las posiciones superior y vertical El arco-carbón derretía el metal; luego el metal fundido era removido por gravedad. Myron Stepath, ingeniero de soldadura de la marina de los Estados Unidos, desarrollo el corte empleando un arco eléctrico y una ráfaga de aire comprimido con un electrodo de grafito de carbón para eliminar más de cien metros de soldaduras planas y agrietadas de acero inoxidable, mientras se encontraba en Bremerton, Washington. Myron Stepath dedujo que un chorro de aire podía impartir la fuerza necesaria para remover el metal en la posición plana. Así que, experimentó con un arco de carbón con corriente directa y electrodo negativo mientras que un segundo operador, con boquilla, dirigía un chorro de aire hacia el charco del metal fundido. A continuación Stepath funda en 1949 su propia compañía Arc-Air Co. Hoy ARCAIR es numero 1 a nivel mundial en productos de corte de soldadura. Hacia el final de la Segunda Guerra Mundial, Myron Stepath tenía el tiempo suficiente para trabajar en sus diseños, e innovar la antorcha para corte con ARC-AIR. Para 1969 ya no se necesitaban dos operadores. El aire comprimido ya pasaba por la antorcha y salía por debajo del electrodo. Esta nueva herramienta ahorraba tiempo en sanear la raíz de las soldaduras, eliminación de grietas y reparación de soldaduras defectuosas en aleaciones de carbón y acero inoxidable. Actualmente el proceso fundamental es el mismo, pero usando equipos mejorados en una más amplia gama de aplicaciones. La industria ha adoptado con entusiasmo el ranurado de arco eléctrico y aire con electrodo de carbón. Ha descubierto muchas aplicaciones en el proceso de fabricación de metal y acabado de fundiciones, en la tecnología química y petrolera, la construcción, astilleros, minería, reparaciones en general y en el sector de mantenimiento industrial. Aplicaciones El proceso de corte y ranurado con arco eléctrico y aire con electrodo de carbón es útil para cortar una variedad de materiales, eficiente y efectivo en costo en casi cualquier metal: acero de carbón, acero inoxidable y otras aleaciones ferrosas; hierro gris, maleable y dúctil; aluminio, níquel, aleaciones de cobre y otros metales no ferrosos.
  • 4. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 3 Este proceso de corte difiere del proceso por Oxicorte, debido a que el metal es arrastrado por el chorro de aire, por lo que no necesita que se acelere en el metal el efecto exotérmico de ser oxidado para conseguir cortarlo. Las actividades de corte y ranurado más usuales a realizar con este proceso son: • Ranurado y corte de chapas. • Levantamiento de soldaduras (Rasurado /Peinado) • Limpieza de piezas fundidas. • Achaflanado. • Eliminación de cordones de raíz defectuosos, poros, sopladuras, (saneado de soldadura).etc. • Eliminación de defectos en piezas fabricadas por fundición. • Corte de materiales que no puedan ser trabajados con los procesos convencionales de corte. • Para el corte y biselado de aquellos metales que pudieran fundirse por acción del arco eléctrico. • Reparación de defectos superficiales e internos detectados por radiografía. • Desguace (desarmado de torres, buques, actividades de chatarreo). • Soldadura y corte bajo el agua.
  • 5. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 4 Ventajas del corte y ranurado por Arco eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono • Proceso Rápido. • Fácil de Controlar. • Bajo costo de los Equipos. • Económico. • Fácil de Operar. • Compacto. • Versátil. • Corta Limpiamente • No requiere gases comprimidos o de gran pureza específicos. • Se puede cortar hasta espesores de 12 mm de una sola vez y en cualquier posición. • Con electrodos de carbono de diámetros gruesos, con la técnica adecuada, la velocidad de avance e intensidad de corriente apropiada se puede remover en una sola pasada hasta 25 mm de espesor. Desventajas • Las chispas durante el corte o ranurado pueden alcanzar los 50 pies de distancia, lo cual requiere evitar cualquier material combustible cercano al área de corte y un vigía de contra-incendio (Fire Watch) para evitar un conato de incendio. 4.2 Equipo, Fuente de Poder, Electrodos y Técnica El equipamiento es el mismo que el necesario para la soldadura por arco, salvo que el porta-electrodos incluye unos orificios para la salida del aire a presión, y se necesita por tanto un caudal adicional de aire suministrado por una unidad de compresion. Las medidas de seguridad a mantener para el uso y mantenimiento de estos equipos de corte son las mismas que para los de soldadura eléctrica. Los electrodos a utilizar están compuestos en un 90% por grafito y el resto de carbono, todo esta mezcla de carbono es recubiertos por una fina capa de cobre cuya misión es facilitar el paso de la corriente eléctrica y evitar la corrosión de la pieza que pudiera ser provocada por el chorro de aire.
  • 6. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 5 Fuentes de potencia Casi todas las fuentes de potencia para soldadura estándar se pueden usar para el proceso de corte con arco de carbono y aire. Los voltajes de arco empleados en el corte y acanalado con arco de carbono y aire van desde 35 V hasta 75 V. Las Fuentes de energía y corriente y pueden ser: 1.-Generador . Tipo de tensión constante o intensidad constante (es más recomendable un generador de Intensidad constante). Rango Voltaje de vacío elevado (80 v). Pueden ser de corriente continua o alterna. 2.-Maquina Soldadora de Corriente alterna.- Se puede utilizar, pero requiere electrodos especiales que son más caros y de menor rendimiento. Se trabaja difícilmente (ruido) y utiliza intensidades y tensiones similares a la corriente continua. Maquina Soldadora de Corriente continua.- En principio, el proceso de corte y ranurado por Arco eléctrico y Aire con electrodo de carbono, utiliza preferentemente corriente continua polaridad inversa. La polaridad directa provoca serpenteo, por lo que no es aconsejable. La intensidad depende del diámetro del electrodo Por lo tanto se necesita principalmente de corriente continua con polaridad inversa para realizar normalmente el corte y ranurado por Arco eléctrico y Aire con electrodo de carbono. Equipo de aire comprimido. Se utilizará un compresor para suministrar el aire comprimido y que podrá utilizar, en caso de que no haya suministro de aire, nitrógeno o gas inerte, pero nunca oxígeno ya que destrozaría el electrodo. Este aire tiene que ser completamente seco y muy caudaloso, por lo que se precisa de potentes compresores que lo filtren y proporcionen un volumen de entre 700 y 1000 litros por minuto. Por lo que
  • 7. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 6 es necesario mantener una presión de trabajo de 6 Kg/cm2. En cuanto al caudal de salida va en función del tipo de porta-electrodos o pinza. Porta-electrodo. Es el Soplete o antorcha diseñada para preparar superficies. El aspecto exterior tiene parecido con el porta-electrodo usado en el proceso de soldadura al arco eléctrico con electrodo revestido y está constituido por: 1.-Cabezal: Contiene al electrodo y tiene unos agujeros para la salida del aire además de ser “giratoria”. 2.-Mango: Contiene el botón pulsador y a él llega la manguera que contiene al cable de corriente y el tubo de aire. Tipos de Porta-electrodos Dependiendo del diámetro y trabajo a efectuar, son varios los tipos. Usando la nomenclatura de ARCAIR los más utilizados son: • Porta-Electrodo de uso ligero, recomendados para pequeños talleres y operaciones de mantenimiento con un suministro de aire limitado. La corriente máxima es aproximadamente 450 amperes. • Porta-electrodo para usos múltiples, talleres, caldererías, astilleros, etc. Tienen cabeza giratoria con dos orificios para salida del aire. Se usa para electrodos de 4, 5, 6, 8 y 10 mm de diámetro. La corriente máxima es aproximadamente 1000 amperes. • Porta -electrodos de uso robusto, mango más largo y mayor diámetro de electrodos. Diámetros de 8, 10, 13 y 16 mm. La corriente máxima es aproximadamente 1600 amperes. • Porta-electrodo Extra-robusto o de ciclo pesado, con cables enfriados por agua, para trabajos de alto rendimiento en astilleros y talleres de fabricación. La corriente máxima es aproximadamente 2000 amperes. Para que no se queme el porta-electrodos. El electrodo tiene que tener una longitud mínima de 100 mm, 60 saliendo del porta-electrodos y 40 mm mordidos. Electrodos. Los electrodos redondos son los más empleados. También hay electrodos de forma plana y la mitad redondos parta producir ranuras rectangulares. Pueden ser de carbono o de una mezcla de carbono y grafito. La estructura laminar del grafito permite una mejor conducción de la electricidad que el carbono puro que tiene su estructura granulada. Además, la mezcla de carbono y grafito, permite una longitud de arco mayor evitando así la formación de cortocircuitos y alargando la vida de las fuentes de corriente. El carbono es el producto del coque calcinado y pulverizado mezclado con un aglomerante, extruído y secado durante varios días a 1800º F (982º C). Están recubiertos de una fina capa de cobre que facilita el paso de la corriente. Pero que tiene como misión principal el evitar la erosión producida por el chorro de aire La longitud del electrodo no influye grandemente, pero se considera ideal la longitud de 150 mm. Factores con respecto a los electrodos. • Van dimensionados en función de la intensidad. • Están formados por carbono y carbono en forma de grafito recubierto de cobre. • Deben de tener muy buena conductividad térmica y eléctrica. • Deben resistir los choques térmicos y desgastarse lo mínimo. • Existen cuatro tipos generales: normales, acoplables, planos y de corte bajo el agua.
  • 8. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 7 Los tipos de electrodos usados en el proceso de corte y ranurado con arco eléctrico y aire con electrodo de carbón: 1.-Electrodos recubiertos de cobre para Corriente Continua. Es el diseño de electrodos más utilizados en este proceso de corte y ranurado debido a su vida prolongada, características estables del arco y uniformidad en la ranura. Son fabricados con una mezcla especial de carbono y grafito con un adecuado aglutinante, finalmente son recubiertos con una cubierta fina de cobre. Se comercializan en diámetros de 3.2 mm hasta 19.1 mm. 2.-Electrodos simples para Corriente Continua. Este diseño de electrodos es de uso limitado, ya que no tienen la cubierta fina de cobre por lo que se les clasifica también como electrodos puros para CC. Durante el corte son consumidos muy rápidamente en comparación con los electrodos recubiertos. Los electrodos simples se comercializan en diámetros de 3.2 mm hasta 25.4 mm. 3.-Electrodos cubiertos para CA. Este diseño de electrodos se elaboran de una mezcla de carbono y grafito con materiales de tierras raras agregadas para suministrar una estabilidad del arco para cortar con una corriente alterna. Esos electrodos recubiertos con una cubierta fina de cobre se comercializan en diámetros de 4.8 mm hasta 12.7 mm. Técnica del proceso • Ajuste la corriente de la soldadura (corriente constante) o el voltaje (voltaje constante), dependiendo del tipo de fuente de energía que se utilice, de acuerdo con el rango de corrientes recomendados para el diámetro del carbono que se utilice. (Consulte la Tabla 4.2C Parámetros Eléctricos para proceso ARC-AIR). • Abra el chorro aire antes de formar el arco, abriendo la válvula localizada en el portaelectrodo. • Sujete la antorcha en un ángulo de trabajo entre 35° y 70° para que el electrodo se incline hacia atrás de la dirección del recorrido. El electrodo debe ser utilizado con una ligera inclinación (35° - 70°) y dirigido el arco hacia adelante de la cara inferior del corte para que el chorro de aire expulse el metal fundido. • Toque la pieza de trabajo ligeramente con el electrodo para formar el arco. No retire el electrodo después de encendido el arco. Si se está manteniendo el voltaje correcto del arco, será alto el sonido del arco y del aire comprimido. Si el sonido esté amortiguado, el voltaje del arco está más
  • 9. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 8 abajo de las condiciones de operación recomendada. El voltaje normal del arco con una antorcha de ranurado manual se mide entre 35 y 50 voltios. • A diferencia del proceso de soldadura al arco eléctrico con electrodo revestido, la punta del electrodo de carbono no se retira para establecer la longitud del arco. • Para la eliminación de metal eficaz, es importante que la corriente de aire se dirige en el arco de detrás del electrodo y barridos debajo de la punta del electrodo. • El metal fundido directamente debajo de la punta del electrodo (arco) se sopla de inmediato por la corriente de aire. • La anchura de la ranura se determina por el diámetro del electrodo, pero la profundidad es dictado por el ángulo del electrodo a la pieza de trabajo y la velocidad de la marcha. • Se podrán formar ranuras de hasta 1" (25 mm.) de profundidad. Sin embargo, mientras más profunda la ranura, más experimentado tiene que ser el operador. • Las bajas velocidades de recorrido producen surcos profundos, mientras que las altas velocidades de recorrido producen surcos poco profundos. El ancho del surco está determinado por el diámetro del electrodo que se use, y típicamente es 1/8" (3.2 mm.) más ancho que el diámetro del electrodo. Se podrán formar surcos más anchos con electrodos pequeños, oscilándolos en un movimiento circular o de vaivén. • Relativamente altas velocidades de viaje son posibles cuando se utiliza un electrodo de ángulo bajo. Esto produce un surco poco profundo: un ángulo pronunciado resulta en un surco profundo y requiere velocidad de desplazamiento más lento. Tenga en cuenta, un electrodo abruptamente en ángulo puede dar lugar a la contaminación de carbono. • Oscilar el electrodo en un movimiento circular de la armadura o restringido durante la especulación puede aumentar en gran medida el ancho ranurado. Esto es útil para la eliminación de una imperfección de soldadura o de la placa que es más ancha que el propio electrodo. Es importante, sin embargo, que la anchura de la ranura no debe exceder de cuatro veces el diámetro del electrodo. La superficie de la ranura debe estar relativamente libre de metales oxidados y puede ser considerado como listo para soldar sin más preparación. Tabla 4.2C Parámetros Eléctricos para proceso ARC-AIR Diámetro de Electrodo Amperajes Profundidad Ancho Min Max. 4 mm 80 180 3-5 mm 4-7 mm 5mm 110 200 4-6 mm 5-8 mm 6.4 mm 200 300 6-7 mm 7-9.6 mm 8.0 mm 300 400 7-8 mm 10-11 mm 9.25 mm 400 550 9-10 mm 11-12.5 mm 13.00 mm 600 800 12-13 mm 14-16 mm 16.00 mm 750 1000 14-16 mm 16-19 mm 19 mm 900 1400 18-20 mm 19-22 mm 25.4 mm 1600 2200 21-25.4 mm 24-28.6 mm 12.5 mm 600 1000 Para Porta-Electrodos enfriados por agua16 mm 800 1200 19 mm 1200 1600
  • 10. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 9 4.2.1 Fallas comunes del proceso Un gran depósito de carbón libre al principio del surco. Se debe posiblemente al olvido del operador de abrir la válvula para dar paso al chorro de aire antes de formar el arco, o la antorcha estaba incorrectamente colocada dentro del conjunto de la cabeza. Por lo tanto proceda a abrir el aire antes de formar el arco. El aire debe fluir entre el electrodo y la pieza de trabajo. También verifique que la varilla de carbón esté asentada dentro de la ranura de la cabeza de la antorcha. Arco inestable, obligando al operador recorrer a velocidad lenta incluso en las ranuras poco profundas. Amperaje insuficiente para el diámetro del electrodo utilizado (ver la Tabla 4.2B) Aunque sea suficiente el amperaje más bajo que se recomiende, requiere mayor habilidad de parte del operador. Un amperaje a medio rango funciona mejor. Si la fuente de poder disponible no ofrece el amperaje deseado, utilice el electrodo del siguiente diámetro menor, o instale en paralelo dos o más fuentes de energía para soldadura. Ranura errática. El arco se desplaza en vaivén y el electrodo se calienta rápidamente. El proceso de corte aplicado se usa con CDEN (electrodo negativo). Cuando sea posible, el proceso de escopleadura debe hacerse con CDEP (electrodo positivo). Los electrodos de corriente directa deben usarse con CDEP (electrodo positivo) en todos los metales salvo algunas aleaciones de cobre tales como Superston y Nialite. Arco con acción intermitente Produce un surco con superficie irregular. La velocidad de recorrido estaba demasiado baja en el ranurado manual. Es posible que el operador haya puesto la mano sobre otro trabajo para equilibrarse. Esta es una tendencia en la soldadura con arco metálico protegido. La fricción entre la mano con guante y la pieza de trabajo podrá causar un jaloneo en el avance, produciendo un hueco entre el electrodo y la pieza de trabajo que sea demasiado grande para mantener el arco. O también la conexión a tierra esta floja. Si la fuente de poder disponible no ofrece el amperaje deseado, utilice el electrodo del siguiente diámetro menor, o instale en paralelo dos o más fuentes de energía para soldadura. Inspeccione las abrazaderas y los cables a tierra para garantizar una conexión correcta.
  • 11. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 10 En el ranurado, depósitos de carbón libre en intervalos diferentes del surco; En el lavado de placas, depósitos de carbón libre en diversos puntos sobre la superficie lavada. Un corto circuito en el electrodo utilizado en la pieza de trabajo durante la escopleadura manual. Esto es el resultado de una velocidad excesiva de recorrido respecto al amperaje empleado y la profundidad del surco que se forme. En las operaciones mecanizadas, es el resultado de una velocidad excesiva de recorrido o el uso de una fuente de poder con curva plana y voltaje constante con un electrodo de diámetro bajo, de 5/16" (7,9 mm). En el lavado de placas, esto es el resultado de sostener el electrodo en un ángulo de empuje insuficiente. Use un ángulo de 15° a 70° entre el electrodo y el trabajo. Un ángulo menor aumenta el área para la formación del arco, reduciendo la densidad de la corriente. Esta reducción en la densidad del arco- corriente requiere una gran disminución de la longitud del arco, hasta llegar al punto de corto circuito. Mantenga un hueco apropiado del arco. Surco irregular. Demasiado profundo; luego demasiado poco profundo. El operador estaba en una posición inestable. Se recomienda que el operador debe colocarse en una posición cómoda durante las operaciones de ranurado. Escoria adherida a los bordes del surco. Inadecuada eyección de escoria. Para resolver esta situación, mantenga una adecuada presión de aire y relación de flujo (pies³/minuto.) Una presión del aire entre 80 y 100 psi (550-690 kPa) podría no eyectar eficazmente toda la escoria si el volumen es insuficiente. Para proporcionar un volumen adecuado, la manguera de aire que alimenta el conjunto concéntrico del cable necesita una manguera con diámetro interior mínimo de 3/8" (9.5 mm) para las antorchas manu- ales. Para las antorchas automáticas, el mínimo diámetro interior de la manguera debe ser 1/2" (12.7 mm). Dirija el chorro de aire en paralelo al área de ranurado. El operador no debe de tenderse hacia un lado u otro, al no ser que desee minimizar la adherencia de las escorias en un solo lado del corte.
  • 12. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 11
  • 13. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 12 4.3 Efectos metalúrgicos Influencia sobre el material base A pesar de los 4000°C del arco eléctrico, apenas influye sobre el metal base por el poco calor que aporta. Puede incluso tocarse después de una operación. El proceso de corte y ranurado con arco eléctrico y aire con electrodo de carbón introduce carbono en la superficie afectada, por lo que en el caso de aceros inoxidables se deben esmerilar los bordes cortados para eliminar la capa carburada. Para evitar dificultades con metal carburizado, el operador del proceso de corte por arco eléctrico y aire con electrodo de carbono debe estar familiarizado de los eventos metalúrgicos que pueden ocurrir durante el ranurado y corte. Por lo tanto debemos saber que las partículas de carbono libre son rápidamente absorbidas por el metal base fundido. Debido a que esta absorción no puede ser evitada, es importante que todo el metal fundido carburizado sea removido del corte, preferentemente por el chorro de aire. Cuando el operador del proceso de corte por arco eléctrico y aire con electrodo de carbono ejecuta el proceso aplicando técnica de aplicación deficiente como amperaje mal seleccionado, alimentación insuficiente del chorro de aire, una inclinación o velocidad del electrodo incorrecta, el metal fundido queda sobre la superficie la cual pude distinguirse por ser de color ente gris y negro opaco, en contraste al color azul brillante del ranura hecha adecuadamente. Aunque el carbono es recogido por el metal fundido, la corriente de aire eliminará del metal base rico en carbono de la ranura para dejar sólo la mínima contaminación de las paredes laterales. Una técnica con baja presión o flujo de aire insuficiente resultará en una absorción de carbono, con el riesgo de problemas metalúrgicos, por ejemplo, alta dureza e incluso grietas. En estos casos debe limpiarse mecánicamente las paredes laterales de la ranura cuando se ha formado una capa rica en carbono. Además, la aplicación de cincelado u otro método aprobado será necesario si se
  • 14. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 13 trabaja en materia de grietas sensibles tales como en aceros de alta resistencia, acero de baja aleación etc… Debido a la alta conductividad del cobre y sus aleaciones se recomienda aplicar un precalentamiento al metal base antes del inicio del corte o ranurado. Metalúrgicamente este proceso puede ser utilizado para todos los metales y aleaciones, tales como: • Aceros al carbono. • Aceros inoxidables. • Niquel y sus aleaciones • Aleaciones de Magnesio. • Fundiciones de hierro. • Cobre y sus aleaciones. • Aluminio y sus aleaciones. • Aceros Aleados, al cromo-molibdeno, manganeso, Etc… El factor importante de este corte, es que al ser necesario establecer un arco voltaico, el material a cortar ha de ser necesariamente conductor eléctrico, pero también nos da la gran ventaja por su naturaleza del arco eléctrico y gracias a su barrido de aire que le convierten en un sistema ideal para realizar limpiezas y levantar cordones de soldadura en una gran gama de los metales empleados en la industria metalmecánica. 4.4 Recomendaciones de Seguridad Industrial y Protección Personal. Se puede causar lesiones graves o muerte si no se instalan y mantienen correctamente los equipos de desbaste y corte. Puede ser peligroso el mal uso de estos equipos y otras prácticas inseguras. El operador, el supervisor y el ayudante deben leer y comprender las siguientes advertencias e instrucciones de seguridad antes de instalar o usar cualquier antorcha o equipo de aire con arco-carbón. Se usa el proceso de ranurado/corte en muchos ambientes potencialmente peligrosos, tales como en alturas, áreas con ventilación limitada, áreas encerradas, áreas cerca del agua, ambientes hostiles etc. El operador debe estar consciente de los peligros de trabajar en estas condiciones y debe ser capacitado en las prácticas seguras para su ambiente de trabajo y debe estar bajo supervisión competente. Es indispensable que los operadores, supervisores y otros en el área de trabajo estén conscientes de los peligros del proceso de arco eléctrico y aire con electrodo de carbón. Son importantes la capacitación y la supervisión adecuada para mantener un lugar de trabajo seguro. • Mantenga secos los electrodos de carbón. Si se humedecen, hornéelos a 300°F (178°C) durante 10 horas. Los electrodos mojados podrían estrellarse. • No toque los componentes eléctricamente vivos. • No toque al mismo tiempo los electrodos y conexiones a tierra con la piel directamente. • Para la soldadura, siempre vista guantes secos en buen estado. • Mantenga a los cilindros de oxígeno, cadenas, cables metálicos, grúas, malacates y elevadores alejados de cualquier parte del circuito eléctrico. • Revise periódicamente todas las conexiones a tierra para determinar si están mecánicamente sólidas y eléctricamente adecuadas para la corriente necesaria. • Si hace operaciones de ranurado/corte con corriente alterna bajo condiciones húmedas o cálidas, en las cuales el sudor pueda ser un factor, utilice controles automáticos confiables para reducir el voltaje de operación sin carga a fin de reducir el riesgo de choques eléctricos.
  • 15. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 14 • Cuando el proceso de ranurado/ corte requiera valores mayores que 80 voltios en los circuitos abiertos de máquinas de corriente alterna, y mayores que 100 voltios en las máquinas de corriente directa, tome precauciones tales como el uso de aislamiento adecuado para que el operador no haga contacto accidental con el alto voltaje. • Si va a suspender el ranurado durante un período largo, como la hora de comida o por la noche, saque todos los electrodos de la antorcha y coloque la antorcha en un lugar seguro para evitar el contacto accidental. Desconecte la antorcha de la fuente de energía mientras no se use. • Nunca sumerja en agua las antorchas de aire y arco-carbón ni los electrodos. • No haga mantenimiento ni reparaciones si la energía está encendida. • No opere el equipo si se han quitado los aislantes o cubiertos de protección. • El mantenimiento o la reparación deben ser llevados a cabo únicamente por personal calificado y/o capacitado. • Evite humo, vapores y gases en el área de respiración. Los vapores producidos por el proceso de ranurado son de diversos tipos y concentraciones, según el tipo de metal base que se trabaje. Para garantizar su seguridad, no inhale estos vapores. • La ventilación debe ser adecuada para extraer el humo, los vapores y gases durante la operación, para protección de los operadores de ranurado y demás personal en el área. • Los vapores de los solventes clorados pueden formar gas tóxico de fosgeno si están expuestos a la irradiación ultravioleta de un arco eléctrico. Saque del área de operación todos los solventes, agentes de desengrase y fuentes potenciales de estos vapores. • Los vapores producidos por el corte en áreas muy encerradas pueden causar molestias y daño físico si se inhalan a largo plazo. Instale una ventilación adecuada en el área de ranurado/corte. Si la ventilación es insuficiente para eliminar todos los vapores y gases, use respiradores con fuente de aire. Nunca use oxígeno para la ventilación ya que el oxígeno fomenta y acelera las flamas vigorosamente. • Utilice tapones auditivos para proteger los oídos contra las chispas. • El ruido del proceso de corte con arco electrico y aire con electrodo de carbón puede dañar su oído. Cuando los niveles sonoros excedan los establecidos en las normas de la OSHA, los operadores y demás personal en el área deben usar aparatos adecuados de protección auditiva para garantizar su protección personal contra el ruido • El proceso de ranurado/corte produce calor extremo y localizado, e intensos rayos ultravioletas. Nunca trate de ranurar/cortar sin usar la careta para soldador con lentes apropiado. Un lente con filtro de sombre 12 a 14 ofrece la mejor protección contra la radiación de los arcos. • Si se trabaja en un área encerrada, evite la introducción de los rayos reflejados del arco alrededor de la careta. Procure proteger a otras personas contra los rayos de los arcos y las chispas. Use cortinas de protección aprobada y goggles apropiados para proteger a las demás personas en el área circundante y a los operadores de equipos cercanos. • La piel también debe ser protegida contra rayos de los arcos, calor y metal fundido. La ropa de protección aluminizada podrá formar parte del trayecto eléctrico. Por lo que se recomiendan las prendas de algodón oscuro, guantes de carnaza y peto, mangas y polainas de cuero. • Siempre vista guantes y ropa de protección que impida la exposición de la piel. • Cierre todos los bolsillos y abotone los puños para cerrarlos. • Use mandiles, camisas, mangas, polainas, etc., de piel para toda ranura/corte fuera de posición u operaciones pesadas de remoción de metal que usen electrodos gruesos.
  • 16. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 15 • Los zapatos de trabajo con enfranque alto ofrecen protección adecuada contra las quemaduras de los pies. • Use polainas cortas de piel para mayor protección. • No use sustancias inflamables para el cabello al ranurar/cortar. • Donde lo permita el trabajo, el operador de la planta de soldadura de arco debe estar encerrado en una cabina de protección individual, pintada con acabado antirreflector, tal como el óxido de cinc o el negro de humo. Esto es factor importante en la absorción de la irradiación ultravioleta. • El operador también podrá estar encerrado dentro de mamparas no combustibles con acabado similar. • Advertencia: las chispas de soldadura pueden causar incendios y explosiones. • Las causas de incendios incluyen los combustibles alcanzados por el arco, flamas, chispas voladoras, escoria caliente o materiales calientes. Saque los combustibles del área de trabajo, y/o mantenga una brigada contra incendio. • No use ropa manchada con aceite o grasa, ya que una chispa podría encenderla. Mantenga un extintor al alcance y conozca su uso. • Esté alerto al peligro de la conducción o irradiación. Por ejemplo, si ranura/ corta en una pared, cancelería, techo o plafón metálico, tome precauciones para evitar el incendio de los combustibles al otro lado. • No haga ranuras/cortes en envases que hayan contenido combustibles. • Ventile todos los espacios huecos, cavidades y envases antes de hacer ranuras/cortes para liberar al aire o los gases. Se recomienda la purga con un gas inerte. Bibliografía AWS Handbook 8ª Edición 1991-AWS. Ingeniería de Fabricación y Tecnología Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid. “Caracterisiticas de fusión de los electrodos” J.F Oliveira (1981) Tecnologia de la Soldadura PV Marques (1991-Brasil) Manual de Corte con Arc-Air Equipos Victor´s.
  • 17. Proceso de corte por Arco Eléctrico y Aire con Electrodos de Carbono 16 Modulo 1 de Procesoso de Soldadura, Capitulo 9, “Corte por Arco Aire y electrodo de Carbono”, Dr. José Francisco Oliveira Santos y Dr. María Luisa Couthino