PRESENTACIÓN SOLDADURA SMAW

1. Soldadura al arco eléctrico
manual

2. La soldadura eléctrica por arco
• Es un proceso ,donde la unión es producida por el calor generado
por un arco eléctrico, con o sin aplicación de presión y con o sin
metal de aporte.
La energía eléctrica se transforma en energía térmica, pudiendo
llegar esta energía hasta una temperatura de aprox. 4000°C. La
energía eléctrica es el flujo de electrones a través de un circuito
cerrado. Cuando ocurre una pequeña ruptura dentro de cualquier
parte, o apertura del circuito, los electrones se mueven a gran
velocidad y saltan a través del espacio libre entre los terminales,
produciendo una chispa eléctrica, con la suficiente presión o voltaje
para hacer fluir los electrones continuamente. A través de esta
apertura, se forma el arco eléctrico, fundiéndose el metal a medida
que se avanza.

3. Diagrama del circuito de soldadura por
arco eléctrico

4. Soldadura por arco eléctrico manual con
electrodo metálico revestido
• Idea del proceso
La soldadura por arco eléctrico manual con electrodo revestido o
simplemente “Soldadura Eléctrica” , como la conocemos en
nuestro medio, es un proceso de unión por fusión de piezas
metálicas.
Para lograr la unión, se concentra el calor de un arco eléctrico
establecido entre los bornes de las piezas a soldar y una varilla
metálica, llamada electrodo produciéndose una zona de fusión
que, al solidificarse, forma la unión permanente.

5. •El circuito se cierra momentáneamente, tocando
con la punta del electrodo a la pieza de trabajo, y
retirándola inmediatamente a una altura
preestablecida, formándose de esta manera un
arco. El calor funde un área restringida del
material base y la punta del electrodo, formando
pequeños glóbulos metálicos, cubiertos de
escoria liquida, los cuales son transferidos al
metal base por fuerza electromagnética, con el
resultado de la fusión de dos metales y su
solidificación a medida que el arco avanza.

6. Fusión del electrodo

7. • El arco electrico es muy brillante y emite rayos visibles e invisibles,
algunos de los cuales causan quemaduras, ligeras lesiones a la piel y
dolor temporales a los ojos, si es que no se les protege debidamente.

8. Función del arco eléctrico
• El arco es el principio físico de transformar la energía eléctrica
en calor. Normalmente cumple la ley de Ohm.
U = R x I
Donde R es la resistencia del arco, I es la intensidad de corriente
y U es la tensión o voltaje. La potencia del arco es P= UxI
expresada en Watt. Esta energía concentrada en una pequeña
área es la que se usa en todos los procesos por arco eléctrico,
para fundir tanto al metal base como a los materiales de aporte.

9. Nociones de electricidad con relación al
arco eléctrico
• Para comprender mejor la aplicación del arco eléctrico a la
soldadura, es necesario conocer ciertos principios
fundamentales relacionados con la electricidad.
a) El circuito eléctrico.- La corriente eléctrica es un flujo de
electrones que circula por un conductor en un circuito
cerrado, denominado circuito eléctrico.

10. Diagrama de un circuito eléctrico

11. B) El circuito de soldadura por arco eléctrico.- La corriente
fluye a partir del borne de la máquina de soldar, donde se fija el
cable del electrodo, y termina en el borne de la máquina, donde
se fija el cable de tierra o de trabajo.
Como puede observarse en la figura, a partir del punto 1 la
corriente fluye al porta electrodo y por este al electrodo; por el
extremo del electrodo salta la electricidad a la pieza formando el
arco eléctrico; sigue fluyendo la electricidad por el metal base al
cable de tierra 2 y vuelve a la máquina.
El circuito esta establecido solo cuando el arco se encuentra
encendido.

12. Flujo eléctrico

13. c) Voltaje y amperaje.- El agua circula a lo largo de un tubo, si existe
una presión que lo impulse; en la misma forma, la corriente eléctrica fluye o
circula a través de un circuito, si existe una “presión”, que impulse el flujo de
electrones dentro de un conductor (máquina en funcionamiento).Esta
“presión”, que induce una corriente eléctrica, se llama diferencia de
potencial, tensión o voltaje.
El voltaje se expresa en voltios y se mide con el voltímetro; algunas
máquinas de soldar poseen voltímetro y un regulador de voltaje.
La cantidad de agua, que pasa por un tubo, se mide por una magnitud en
una unidad de tiempo (metros cúbicos por segundo).En igual forma se
utiliza, para expresar la magnitud de corriente eléctrica, la cantidad por
segundo.
La unidad utilizada es el Columbio por Segundo, lo que se expresa en
Amperios y se mide con un instrumento llamado amperímetro.
Todas la máquinas de soldar cuentan con reguladores, que permiten variar
el amperaje o intensidad de corriente eléctrica necesaria para soldar.

14. Clases de corriente eléctrica
• Corriente alterna (CA).- El flujo de corriente varía de una
dirección opuesta. Este cambio de dirección se efectúa 100 a
120 veces por segundo. El tiempo comprendido entre los
cambios de dirección positiva o negativa se conoce con los
nombres de ciclo o periodos (50 a 60 ciclos).
En chile utilizamos, por lo general la corriente alterna de 220
voltios y 60 ciclos. Esta corriente es transportada por redes
eléctricas monofásicas que utilizan 2 cables, o bien es conducida
por redes eléctricas trifásicas, que utilizan 3 cables de
transportación. Las máquinas de soldar pueden utilizar tanto la
corriente monofásica como la trifásica.

15. Esquema de corriente alterna:

16. • Corriente continua (CC).- El flujo de corriente conserva
siempre una misma dirección: del polo negativo al positivo.

17. POLARIDAD
•En la corriente continua es importante saber la
dirección del flujo de corriente. La dirección del
flujo de corriente en el circuito de soldadura es
expresada en términos de POLARIDAD. Si el
cable del porta electrodo es conectado al polo
negativo (-) de la fuente de poder y el cable de
tierra al polo positivo (+), el circuito es
denominado POLARIDAD DIRECTA o NORMAL.

18. Esquema de polaridad directa o normal

19. • Cuando el cable del porta electrodo es conectado al polo
positivo (+) de la fuente de poder y el cable de tierra al polo
negativo, el circuito es denominado POLARIDAD INVERTIDA o
INDIRECTA.

20. •En algunas máquinas no es necesario cambiar
los cables en los bornes, porque poseen una
manija o llave de conmutación que permite
cambiar de polaridad con facilidad.
•En una máquina de corriente alterna no es
posible diferenciar los cables por sus conexiones
de grapa y porta electrodo por que la electricidad
fluye por ellos alternando su sentido o dirección.

21. • Un soldador debe estar familiarizado con los efectos de
la polaridad en el proceso de soldadura.
• Generalmente, electrodo conectado al polo positivo
(polaridad invertida) permite una mayor penetración y el
electrodo conectado al negativo (polaridad directa) de
una mayor velocidad de fusión. Sin embargo, los
componentes químicos del revestimiento del electrodo
pueden hacer variar los efectos de la polaridad y, por
ello, es conveniente seguir las instrucciones del
fabricante para conectar el electrodo correctamente, ya
sea al polo positivo o negativo.

22. • Cuando se suelda con un electrodo, debe usarse siempre la
polaridad correcta para obtener los resultados satisfactorios
que se esperan: buena penetración, aspectos uniformes del
cordón, excelente resistencia de la junta soldada.
Efecto de la Polaridad y del Tipo de Corriente

23. Fenómenos del arco eléctrico para soldar
• En los polos del arco, el voltaje varía según la longitud de este.
Al rozar el electrodo con la pieza, el voltaje es cero y va
aumentando a medida que la longitud del arco se hace mayor,
hasta que por alejarse demasiado el electrodo, el arco se
interrumpe y la máquina vuelve a su “voltaje en vacío”, que es
siempre más elevado que el voltaje de trabajo.
• La intensidad de corriente o amperaje necesario para fundir el
electrodo y, por lo tanto, la pieza a soldar debe elevarse a
medida que aumenta el diámetro del electrodo utilizado. La
regulación o aumento de amperaje la hace el soldador.

24. Máquina de soldar por arco eléctrico
• Son máquinas eléctricas, de las cuales se exige- además de la
suficiente potencia- las características favorables y necesarias
para el fácil encendido y mantenimiento del arco eléctrico,
características que son indispensables para una buena
soldadura.
Estas características son:
• Trasformar el voltaje de la red eléctrica a un voltaje en vacío,
que permita iniciar el arco (voltaje en vacío es el que suministra
la máquina antes de iniciar el arco; varía de 30 a 90 voltios)
• Una ves iniciado el arco, debe permitir una convención
automática e instantánea del voltaje en vacío a un voltaje de
trabajo, que permita mantener el arco ( voltaje de trabajo es el
que proporciona la máquina cuando el arco esta encendido;
varía de 17 a 45 voltios).

25. • Permitir la regulación de la intensidad de corriente o amperaje
necesario para soldar; ese amperaje varía según, espesor de la
pieza, posición del trabajo, diámetro del electrodo, etc.
• Asegurar una alimentación constante de corriente, que permita
mantener el arco estable.
Además de las características señaladas, una fuente de poder
o máquina de soldar debe reunir las condiciones de resistencia y
solidez, que le permita trabajar aun estando sometidas a las
duras exigencias y según las condiciones en que se desenvuelve
la labor del soldador.

26. Clases de máquinas de soldar por arco
eléctrico
• Las maquinas de soldar son clasificadas con diferentes
criterios. Adoptaremos la siguiente clasificación:
A. Máquinas estáticas
• Transformadores.
• Rectificadores.
• Transformadores – rectificadores.

27. • Maquinas tipo transformador .- Proporcionar corriente alterna
para soldar.
• Maquinas tipo rectificador.- Son máquinas transformadoras
que, mediante rectificadores, transformar la corriente alterna a
corriente continua para soldar.
• Equipos transformadores.- Estas máquinas proporcionan
tanto corriente continua como corriente alterna para soldar. Su
construcción eléctrica especial permite cambiar de una
corriente a otra con solo mover una llave de conmutación.

29. A. Máquinas rotatorias ( convertidores)
•De motor eléctrico.
•De motor a combustión interna,
pudiendo ser:
1.Gasolina.
2.Petróleo (diésel).

30. Las máquinas rotatorias o convertidoras están compuestas
básicamente de un motor, que proporcionan una determinada
velocidad de rotación a un dinamo, el cual produce la corriente
eléctrica apropiada para soldar. El motor puede ser:
• Eléctrico, funcionando con la corriente eléctrica proveniente de
una red general de electricidad.
• De combustión, sea gasolina o petróleo.
Las motosoldadoras son máquinas utilizadas
preferentemente en los lugares que carecen de una red general
de electricidad.

32. Características estáticas y dinámica
•El objetivo primordial, que debe cumplir una
fuente de poder de soldadura, es entregar una
corriente controlable a la tensión que demande el
proceso.
•Dependiendo de las características voltaje
amperaje, las fuentes podrán ser:
a) Fuente de corriente constante.
b) Fuente de tensión constante.

33. • La norma NEMA(National Electrical Manufacturers Association) define
a la primera como : “Aquellas que poseen una característica voltaje-
amperaje descendente, entregando una corriente relativamente
constante para cambios moderados en la tensión de la carga”.
• Las fuentes de tensión constante son, en cambio, definidas como:
"Aquellas, en que la característica voltaje-amperaje es esencialmente
horizontal, produciendo una tensión relativamente constante para
cambios moderados de la corriente de carga”.

34. • Las curvas indicas representan las características “estática” de las
fuentes de soldadura. Las mismas tienen, como veremos, una gran
importancia en relación con el modo de operación del proceso de que
se trate. No obstante, un arco eléctrico es, por su misma naturaleza,
inestable. Por lo tanto, las características “dinámicas” de una fuente, es
decir la capacidad de respuesta de la máquina a rápidas variaciones de
la corriente o tensión en el circuito de carga, tienen una influencia
decisiva sobre la estabilidad del arco y, por lo tanto, del proceso de
soldadura.
• Para cebar y mantener el arco se necesitan determinadas tensiones e
intensidades. Sus magnitudes se comportan en el arco inversamente
como deberían hacerlo según la ley de Ohm. Lo que se ha dado en
llamar características del arco decrece según una pendiente muy rápida
y nos muestra la tensión que se necesita para hacer pasar una
determinada intensidad a través del arco. La característica de que cae
bruscamente significa, en la practica, que para cebar el arco se
necesita, forzosamente ,una tensión mayor V0 que para la soldadura
propiamente dicha.

36. • Como corresponde a la peculiaridad de soldadura, han de
considerar tres etapas distintas: Funcionamiento en vacío,
cebado y soldadura. En el primer caso, entre el bone del
dispositivo de soldar y la pieza existe una tensión de
funcionamiento en vacío (v0) aproximadamente igual a 75
voltios y una intensidad igual a cero.
• Al cebar (corto-circuito), desciende prácticamente la tensión
hasta cero (0) y la intensidad alcanza cierto máximo bien
determinado, que a menudo se encuentra por encima del valor
de la corriente de soldadura. Al ocurrir esto, aumenta la tensión
entre 15 a 45 voltios (tensión del arco) y la intensidad se
estabiliza en un valor que corresponde al de la soldadura.

37. Características del arco
De esa circunstancia se
deduce que la fuente ha de
adaptarse, en lo posible sin
inercia, a las condiciones
rápidamente variable del
arco. Para todos los
cambios de carga que se
efectuaran lentamente, es
valida la característica
“estática”; en cambio, si
ocurren rápidamente, es
decisiva la “dinámica”.

38. Fenómenos de la Soldadura con Transformador

39. Ciclo de trabajo
Es indudable, que no todos los procesos de soldadura impondrán
la misma demanda a una fuente. Por ejemplo, en los procesos
automáticos el tiempo de arco (tiempo real de la soldadura) sera
mucho mayor que en los procesos normales, en los cuales la fatiga
del operador, la necesidad de cambio de electrodo, etc. hacen
necesario frecuentes interrupciones. Por este motivo, es usual definir
un "CICLO DE TRABAJO" como el porcentaje de tiempo, durante el
cual la máquina debe suministrar corriente nominal a la carga. Este
ciclo de trabajo se determina sobre 10 minutos, de modo tal que, por
ejemplo para una fuente con un ciclo de trabajo del 60%, la misma
debe ser capaz de entregar la corriente nominal durante 6 minutos de
cada 10. Para procesos automáticos, el ciclo de trabajo se especifica
normalmente en 100%.

40. • Si bien el ciclo de trabajo se determina normalmente sobre intervalos
de 1O minutos, en equipos de alta potencia (75O amp. o más) para
soldadura automática o semiautomática suele emplearse una hora
como base de tiempo.
En estos casos, la máquina se ensaya durante una hora a la
corriente nominal, para luego hacerlo durante tres horas al 75% de
dicho valor.
Al final de cada uno de estos ciclos, la temperatura de los
componentes de los equipos debe mantenerse dentro de los límites
aceptados.
Es importante destacar, que el ciclo de trabajo de una máquina para
soldar está basado fundamentalmente en la corriente nominal de
carga. Sin embargo, si dicha máquina se destina a ser empleada con
valores de corriente distintos de los nominales, es posible determinar
el nuevo factor de servicio para esas condiciones mediante la
expresión:

41. T = (ln/l)2 .To
donde:
T= es el nuevo ciclo de trabajo
In= corriente nominal para el ciclo (To)
To= ciclo de trabajo original en %
I=nueva corriente, con que será empleada la máquina.

42. • No obstante, dado que el ciclo de
trabajo de una fuente depende
fundamentalmente de la corriente
que la misma debe proveer al
circuito de carga, se han establecido
normas con fines comparativos, que
determinan bajo qué tensión debe
ser suministrada dicha corriente.

43. Tensión de vacío o de circuito abierto
• En general, en una fuente de poder para soldadura es
deseable disponer de una tensión de vacío elevada,
para facilitar el arranque del arco. Sin embargo, por
razones de seguridad, la misma se limita a valores que
reduzcan el riesgo de electrocución. Las Normas
NEMA, por ejemplo, limitan dicha tensión a 80 voltios
para equipos de soldadura manual, y a 100 voltios para
equipos de soldadura semiautomática.

44. Caída de tensión
• Si la máquina tiene un voltímetro, este indicará el
voltaje de salida total, suma del voltaje del arco más las
caídas en cables, electrodo, porta-electrodo, pieza y
conexión de masa, Puesto que la soldadura es siempre
una operación de alta corriente, las caídas de voltaje
son muy pronunciadas. Particularmente los cables
pueden ocasionar una considerable pérdida de voltaje,
debido a su resistencia y reactancia.

45. Como comprar una máquina de soldar
• Para comprar una máquina de soldar, debe indicarse la fuente
de corriente eléctrica que va a utilizarse, es decir a la cual va a
conectarse la máquina. Deben señalarse, pues, los datos
siguientes:
• Clase de corriente de la red general.
El voltaje de la línea
220 - 380 voltios.
• En caso de una línea de corriente alterna Línea monofásica o
trifásica

46. Capacidad nominal de la máquina de soldar, la cual
generalmente se expresa en términos de:
Corriente suministrada por la máquina al arco, a un
determinado voltaje con carga y para un ciclo de trabajo
determinado.
• Ejemplo: Máquina de 200 amperios a 30 voltios, 60% ciclo
de trabajo.
• Tipo de corriente de soldeo AC/DC:
Cuando no existe una red de corriente eléctrica general a la cual
conectar la máquina, debe comprarse una máquina que
produzca su propia corriente eléctrica mediante un dinamo, el
que es movido por un motor de combustión interna a gasolina o
petróleo (Motosoldadora).

47. Placa de información de una máquina de
soldadura al arco.