tecnologia materiales

2. PROCEDIMIENTOS ESPECIALES DE SOLDADURA
SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO
¿Qué es la soldadura de arco sumergido?
La soldadura por arco sumergido es un procedimiento de
soldadura con arco eléctrico en el que no se ve el arco de
soldadura quemándose entre el electrodo sin fin y la pieza.
El arco eléctrico y el baño de fusión están cubiertos por un polvo
granulado.
La escoria formada por el polvo sirve para proteger la zona de
soldadura frente a la influencia de la atmósfera.

3. El proceso de Arco Sumergido permite depositar grandes
volúmenes de metal de soldadura de excelente calidad a bajo coste
para una amplia gama de aplicaciones.
El sistema es totalmente automático y permite obtener grandes
rendimientos en producción.
Se puede usar también como un proceso semiautomático,
mediante una pistola manual, similar a la que se usa en soldadura
MIG/MAG, pero con diámetros de hilo mayores (hasta 2,4 mm) y,
de forma parecida a como en el proceso MIG se aportaría gas de
protección, se aporta en este caso el flux que nos viene alimentado
de un tanque a presión.

4. El arco eléctrico se establece entre el electrodo metálico y la pieza a soldar.
Como electrodos, pueden utilizarse uno o varios alambres o hilos
simultáneamente o bien flejes o bandas.
La soldadura por arco sumergido pasa a ser económicamente rentable a
partir de un espesor de chapa de 6 mm.

6. Los variados casos de aplicación en los que se utiliza la soldadura por
arco sumergido van desde la construcción naval a la fabricación de
depósitos pasando por la construcción de puentes y acero.
El procedimiento se aplica tanto para la soldadura de uniones como
para el recargue de capas de protección antidesgaste y anticorrosiva.
Pueden soldarse aceros no aleados y aleados, así como aceros al
cromo níquel.
La técnica de soldadura por arco sumergido puede adaptarse a
pórticos, mástiles, sistemas de ejes motorizados o a carros.

8. SOLDADURA EN ATMOSFERA GASEOSA
SISTEMA TIG
Principios del proceso TIG.
Es un procedimiento de soldadura con electrodo refractario bajo
atmósfera gaseosa, que utiliza el intenso calor de un arco eléctrico
generado por un electrodo de tungsteno no consumible y la pieza a
soldar, donde puede o no usarse material de aporte y donde el gas de
protección desplaza el aire de las inmediaciones de la zona a soldar,
evitando la posibilidad de contaminación de la soldadura por el
oxígeno y nitrógeno presente en la atmósfera.

9. 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

10. 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

11. Como ya se ha dicho, el procedimiento TIG es de aplicación para
todo tipo de metales y en soldaduras con responsabilidad, debido a
la gran calidad de los cordones que se obtienen. No obstante,
requiere cierta pericia en la fase inicial de cebado del arco, debido a
la posibilidad que existe que durante esta fase se produzca que el
extremo del electrodo toque la pieza. Si esto ocurre puede originarse
la contaminación del baño con restos del electrodo que puedan
desprenderse.

12. 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.

13. En ocasiones la soldadura TIG se emplea en combinación con
otros procesos, siendo el ejecutado mediante TIG el primer
cordón de soldadura que se deposite.
Para espesores de piezas a soldar superiores a los 6-8 mm. este
procedimiento no resulta económico.

14. SOLDADURA EN ATMOSFERA GASEOSA
SISTEMAS MIG/MAG
La soldadura MIG/MAG también denominada GMAW ( o «soldadura a
gas y arco metálico») es un proceso de soldadura por arco bajo gas
protector con electrodo consumible. El arco se produce mediante un
electrodo formado por un hilo continuo y las piezas a unir, quedando
esté protegido de la atmósfera circundante por un gas inerte
(soldadura MIG) o por un gas activo (soldadura MAG).

15. 1. Dirección de la soldadura
2. Tubo de contacto
3. Hilo
4. Atmósfera de gas protector
5. Baño de fusión
6. Cordón de soldadura
7. Metal de base.
La soldadura MIG/MAG es un proceso versátil, pudiendo depositar el
metal a una gran velocidad y en todas las posiciones. Este
procedimiento es muy utilizado en espesores pequeños y medios en
estructuras de acero y aleaciones de aluminio, especialmente donde
se requiere un gran trabajo manual.

16. La soldadura por gas inerte de metal (MIG) utiliza un electrodo de
metal que sirve como material de relleno para la soldadura y se
consume durante la soldadura.
El argón es también el gas primario utilizado en la soldadura MIG, a
menudo mezclado con dióxido de carbono.
La soldadura MIG fue desarrollada para metales no ferrosos, pero se
puede aplicar al acero.
El empleo del procedimiento MIG/MAG se hace cada vez más
frecuente en el sector industrial, debido a su alta productividad y
facilidad de automatización
Además, la protección por gas que posee el sistema MIG/MAG
garantiza un cordón de soldadura continuo y uniforme, libre de
impurezas y escorias.

17. Ventajas y desventajas
La soldadura mediante procedimiento MIG/MAG tiene ciertas
ventajas frente al método del electrodo revestido, entre ellas el no
tener que cambiar de electrodo, por lo cual se elimina la formación
de cráteres a lo largo del cordón, muy típicos en los puntos donde
se cambia de electrodos y hay que cebar de nuevo el arco.
Como inconveniente están los parámetros a regular, que son
mayores mediante el procedimiento MIG/MAG, entre otros, la
velocidad de alimentación del hilo, su diámetro, el voltaje y el
caudal de salida del gas, mientras que, para el uso de electrodos
revestidos, son la intensidad de corriente y el diámetro del
electrodo.

18. Método operativo
La pistola de soldadura debe mantenerse en una posición correcta
para que el gas proteja de forma conveniente el baño de fusión
La inclinación de la antorcha respecto a la vertical será
aproximadamente de unos 10°, no siendo recomendable su
utilización para inclinaciones superiores a los 20°.

19. En este procedimiento la ejecución de la soldadura puede realizarse
de derecha a izquierda o de izquierda a derecha. En el primer caso se
obtiene una gran velocidad de soldadura y poco espesor de cordón, a
la vez que un mejor aspecto de la obra ya ejecutada; en el segundo
caso, se obtiene una soldadura en general más abultada. Por este
motivo habitualmente se indica que la posición correcta es de derecha
a izquierda.
La longitud libre de hilo deberá estar comprendida entre 8 y 20 mm

20. Si la longitud libre de hilo es demasiado pequeña, será difícil
la observación del baño de fusión y la buza se llenará de
proyecciones. Con ello se conseguirá que el gas salga con
dificultad, acarreando las típicas consecuencias de formación
de porosidades.
Si, por el contrario, la longitud libre de hilo es excesiva, se
calentará en demasía, la protección del gas será deficiente y,
por ende, una vez más, se formarán porosidades.

21. CORTE Y SOLDADURA AL PLASMA.
CORTE AL PLASMA.
¿Qué es la tecnología de corte por plasma?
En términos más sencillos, el corte por plasma es un proceso que
utiliza un chorro de alta velocidad de gas ionizado que se envía
desde un orificio de constricción. La alta velocidad del gas ionizado,
que es el plasma, conduce la electricidad desde la antorcha de
plasma a la pieza de trabajo. El plasma calienta la pieza de trabajo,
fundiendo el material. El flujo de alta velocidad del gas ionizado
sopla mecánicamente el metal fundido, rompiendo el material.

22. ¿Para qué puedo usar el corte por plasma?
El corte por plasma es ideal para acero, y material no ferroso de menos
de 1 pulgada de espesor. El corte por oxigas requiere que el operario
controle con cuidado la velocidad de corte y así mantener el proceso
oxidante. El plasma es más tolerante en este aspecto.
El corte por plasma realmente brilla en algunas aplicaciones especiales,
tales como el corte de metal expandido, algo que es casi imposible con
oxigas. Y, en comparación con el medio mecánico de corte, el corte por
plasma suele ser mucho más rápido y pueden hacer cortes no lineales
fácilmente.

23. El plasma es un conductor eléctrico gaseoso de alta densidad de
energía, constituido por una mezcla de electrones libres, iones
positivos, átomos disociados y moléculas de un gas, que se produce
cuando un chorro de dicho gas inicialmente frío se calienta con un
arco eléctrico y se hace pasar por un orificio estrecho para reducir su
sección.
No solamente ciertas operaciones de corte utilizan plasma, sino
también la soldadura, mediante el conocido proceso de soldadura por
plasma.

24. El corte por plasma convencional (denominado plasma seco) usa
un arco transferido, es decir, un arco que se establece entre el
electrodo y la pieza de trabajo.
Al comienzo del proceso, cuando el gas aún no está ionizado, no
es posible establecer el arco, por lo que se emplea un generador
de alta frecuencia que produce un arco piloto entre el electrodo
y la tobera.
El arco piloto calienta el gas plasmágeno y lo ioniza. En este
momento el arco piloto se apaga automáticamente y se
estabiliza el arco plasma.

25. Como en todas las
operaciones de mecanizado,
la disponibilidad de máquinas
para corte por plasma es
sumamente amplia, desde las
máquinas portátiles hasta las
sofisticadas máquinas
industriales con control CNC.

26. 1 – Cilindro de gas plasmágeno: toda
operación de corte por plasma implica el
uso de gases (denominados gases
primarios) para crear el plasma. El circuito
de gas está equipado con manómetro y
regulador. Los gases más usados son aire,
nitrógeno, argón con hidrógeno o una
mezcla de estos. También es común el uso
de los llamados gases secundarios, o agua,
alrededor del chorro de plasma, que
ayudan a confinar el arco y limpiar el canal
de metal fundido para evitar la
acumulación de escoria.

27. 2 – Fuente de energía: generalmente
es un transformador eléctrico de
alimentación monofásica o trifásica,
equipado con refrigeración, elevada
tensión de vacío (100-400 V) e
intensidad constante.

28. 3 – Pieza de trabajo: el corte con plasma
se emplea para cortar casi cualquier
metal eléctricamente conductor. A
menudo, los metales cortados mediante
PAC incluyen aceros al carbono simple,
acero inoxidable y aluminio, pero
últimamente también se corta hierro,
cobre, latón, bronce y titanio.

29. 4 – Antorcha: es la pieza que
realiza el corte y está equipada
con mangueras para aire
comprimido y electricidad y con
una serie de elementos que
veremos en detalle más abajo.

30. SOLDADURA POR PLASMA o PAW
La soldadura por plasma es considerada
como un método más avanzado que
la soldadura TIG, ya que proporciona un
aumento de productividad. Conocida
técnicamente como PAW (Plasma Arc
Welding), la soldadura por plasma alcanza
una densidad energética y temperaturas
superiores a la TIG. El arco eléctrico es
formado entre el electrodo y la pieza a
soldar.

31. La energía para conseguir la ionización la logra el arco eléctrico
que se forma entre el electrodo y el metal a soldar.
En la soldadura por plasma se emplea un gas, generalmente
argón puro, que pasa a estado plasmático por medio de un
orificio de reducción que estrangula el paso del gas logrando
aumentar la velocidad del mismo, dirigiendo al metal que se
desea soldar, un chorro concentrado que puede alcanzar una
temperatura entre 20.000 y los 28.000°C.
El flujo de gas de plasma no protege al arco, el baño de fusión y el
material expuesto al calentamiento de la atmósfera, por lo que se
utiliza un segundo gas que protege al conjunto envolviéndolo. Los
electrodos utilizados para la soldadura por plasma mayormente
son fabricados con tungsteno sinterizado.

32. Características de la Soldadura por Plasma
La soldadura por plasma se utiliza principalmente en uniones de
alta calidad tales como las requeridas en construcción
aeroespacial, plantas de procesos químicos e industrias
petroleras. Este tipo de soldadura no contamina el metal base, no
produce escoria y se puede utilizar para soldar los mismos
materiales que se sueldan con TIG y otras aleaciones y materiales
muy delgados.

33. Podemos clasificarla de mejor manera dentro de
tres modalidades:
Soldadura microplasma, con corrientes de
soldadura desde 0.1 Amp. hasta 20 Amp.
Soldadura medioplasma, con corrientes de
soldadura desde 20 Amp. hasta 100 Amp.
Soldadura Keyhole, por encima de los 100 Amp.,
en la cual el arco plasma penetra todo el espesor
del material a soldar.

34. Partes de la soldadura por plasma
La soldadura por plasma se compone básicamente de un proceso que
comprende muchos elementos (arriba mencionados), que ayudan a su
eficiente desempeño. Podemos encontrar dentro de ellos:
Gases, los cuales fluyen envolviendo el electrodo de tungsteno. Generalmente
argón o helio.
El electrodo de tungsteno, que es el principal ayudante durante el proceso de
soldadura.
Metal base, que puede ser cualquier metal comercial o diversas aleaciones.
Depósito de gas, que puede ser de cerámica, de metal de alta resistencia de
impacto o enfriado por agua.
La fuente de poder, CAAF, CDPD o CDPI.
Metal de aporte, pero sólo si se cuenta con él, porque no es indispensable para
la soldadura.

35. SOLDADURA BAJO ESCORIA ELECTRO CONDUCTORA
Soldadura por electroescoria
La soldadura por electroescoria es un proceso de soldadura por
fusión, con protección de escoria. Esta técnica se utiliza para una
soldadura por colada continua. Utiliza un equipo parecido al
de soldadura por arco.
Se caracteriza por la utilización de electrodos, y de un
mecanismo con zapatas. El metal líquido que se forma en este
proceso es retenido por las zapatas de cobre que se refrigeran
por agua. Estas zapatas están colocadas una en la parte
delantera; y la otra en la parte trasera de la zona de soldadura.

36. En este proceso de soldadura no
existe arco, y el alambre se va
fundiendo a medida que es
sumergido en la escoria fundida.
Es entonces cuando se funde el
metal base y se solidifica el metal
que está fundido y retenido por las
zapatas.
El carro, los electrodos y las zapatas
se mueven verticalmente
provocando de este modo la
soldadura.

37. La soldadura por electroescoria utiliza una orientación vertical
del dispositivo, el cabezal de soldadura utiliza un movimiento
de avance , donde unas zapatas de cobre enfriadas con agua,
hacen de contenedor de la escoria fundida, que funde ya que
se genera un arco eléctrico entre la pieza que va a ser soldada
y un electrodo consumible.
Se utilizarán uno o más electrodos dependiendo del grosor de
la chapa.
La escoria hace de protector del proceso de soldadura.

38. Cuando hay la suficiente escoria líquida, se eleva la intensidad de
corriente y se disminuye la tensión.
El proceso cambia a soldadura total de escoria eléctrica.
El calor generado en la escoria líquida para formar la soldadura, es
producido al disiparse la energía en la capa de escoria. La
temperatura del baño de escoria es elevada y se encuentra entre
los 1750 y los 2000 °C.
La solidificación de la soldadura es progresiva desde la parte inferior
hasta la superior, existiendo siempre metal fundido sobre el metal a
soldar.
La escoria permanece en la parte superior debido a que su
densidad es menor que la del metal fundido.

39. Crecimiento de grano
Hay que tener especial cuidado con el tamaño de grano ya que es el
factor más importante en este proceso de soldadura. Si se reduce
provoca al mismo tiempo el aumento de la tensión de fluencia y
también de la resistencia al impacto.
Los elementos más utilizados para el afinamiento de grano son los
siguientes: niobio, vanadio, aluminio y titanio. Se utilizan en pequeñas
cantidades y por eso se les denomina microaleaciones.
Las reacciones de la escoria se producen en el electrodo por la
relación entre el área y el volumen, además de las corrientes
producidas por la escoria. Se usan fuentes de alimentación de
corriente continua para realizar la soldadura por este proceso.

40. Tipos de soldadura por electroescoria
La soldadura por electroescoria tiene dos
variantes:
Soldadura con aportación de hilo continuo:
El hilo de aportación es alimentado por la
corriente.
Soldadura con aportación de hilo continuo y
tobera consumible: Utiliza una tobera
consumible.
Los consumibles que se pueden utilizar son:
Alambre.
Flux.

41. Existen dos modos de implementar el proceso de soldadura por
electroescoria.
El primer sistema es mediante el empleo de un dispositivo
automático acoplado en una columna vertical permitiendo elevar
las zapatas y el cabezal de soldadura a medida que la soldadura
va progresando desde la zona inferior hasta la superior.
Los problemas de esta primera opción son el alto coste que
supone y el gran peso del dispositivo. Además, la superficie
lateral debería ser tan lisa como se pudiera para que el
desplazamiento de las zapatas fuera más fácil.

42. En el segundo sistema se emplea una guía consumible para llevar el
alambre hacia la zona de fusión del material. Este guía debe estar
aislada eléctricamente para evitar que se produzcan arcos erráticos.
Además, esta guía se va consumiendo a medida que la soldadura va
progresando con lo que contribuye al volumen de metal depositado.
Las ventajas de este método son que no necesita de un dispositivo
de elevación para el cabezal ya que no existen partes móviles. Si la
guía tiene la sección transversal suficientemente grande la velocidad
de adición de aporte puede ser aumentada considerablemente. Si se
desean agregar elementos de aleación, se puede variar la
composición de la guía consumible. Como este método es auto-
regulable se puede aumentar la velocidad de soldadura reduciendo
el espacio entre las chapas a soldar.

43. Tipos de escoria
Los tipos de escoria empleados pueden ser de tipo ácido con
base de óxido de silicio o de tipo básico con alto contenido de
óxido de calcio-fluoruro de calcio.
La presencia de oxígeno empeora las propiedades a impacto
de la soldadura.
Las escorias de tipo básico presentan la ventaja de reducir el
contenido de oxígeno disuelto en el metal fundido y además
refinan el metal de impurezas como puede ser el azufre. Por
tanto las escorias de este tipo mejoran las propiedades
mecánicas de la soldadura.

44. Ventajas y desventajas
Ventajas
• Gran velocidad de soldadura que se puede alcanzar.
• El proceso se puede auto-regular.
• Soldadura de buena calidad.
• Gran rendimiento en el aporte de material. Se pueden conseguir
grandes tasas de aporte de material (entre 15 y 20 kg/h)
• Productividad elevada.

45. • Bajos costes de preparación de los equipos. Las máquinas
utilizadas para la soldadura por electroescoria se pueden
preparar con una cepilladora o una máquina de oxicorte, siendo
esta preparación más económica que la de otros procesos de
soldadura.
• La posibilidad de realizar el proceso en una sola pasada permite
un ahorro de tiempo considerable comparado con soldaduras de
múltiples pasadas.
• Capacidad elevada para soldar metales gruesos.
• Se produce una mínima tensión transversal.

46. Desventajas
• Tiene un coste alto.
• La gran cantidad de energía que se utiliza. Además, la energía
producida provoca un enfriamiento lento causando un
crecimiento de grano en la zona afectada térmicamente.
• Necesidad de una zona lisa para el fácil desplazamiento de las
zapatas.
• Hay casos de fractura frágil en la zona soldada. Se debe a que
la resistencia al impacto no es lo suficiente elevada en la zona
afectada térmicamente y no puede soportar el agrietamiento
a temperatura baja.