t-1-12c

ASOCIACIN ESPAOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGAS DE UNIN

-CURSO DE FORMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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Septiembre 2004


-CURSO DE FORMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.12c -1-

NDICE

1.- DEFINICIN 1.1.- Equipo

2.- CONSUMIBLES

3.- APLICACIONES 3.1.- Ejemplo de aplicacin: Industria naval, unin de topes verticales de forros

4.- ASPECTOS METALRGICOS


1.- DEFINICIN

El soldeo por electro gas es un proceso de soldeo automtico por fusin, que utiliza un arco elctrico para fundir el material base y el materia de aporte suministrado en forma de alambre electrodo, la proteccin del bao de fusin se realiza a travs de una corriente de gas (inerte o activo). Conforme a esta definicin inicial, el electrogas, est dentro de la misma familia a la que pertenece los procesos de soldeo MIG/MAG y alambre tubular con proteccin gaseosa. La principal caracterstica que lo diferencia del resto de procesos de su misma familia, es que ste est pensado para ejecutar soldaduras en una sola pasada y siempre en posicin vertical ascendente.

-CUR

Sexisdel bo melabSO DE FORMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.12c -2-

FIGURA 1

ESQUEMA SOLDEO POR ELECTROGAS

e trata de un proceso muy similar al soldeo por electroescoria con la diferencia de qu en este caso te un arco elctrico activo durante todo el soldeo, y un dispositivo para garantizar la proteccin gaseosa ao (ver figura 1). El bao de fusin se mantiene confinado entre los bordes de las chapas a unir y dos s zapatas de cobre refrigeradas que acompaan, con movimiento ascendente, al cordn en su oracin.



FIGURA 2

PROGRESIN DEL SOLDEO POR ELECTROGAS

El proceso se introdujo tempranamente durante la dcada de los aos 60, con el fin de abordar el soldeo de chapas relativamente delgadas, en posicin vertical ascendente (PF).

Se trata de un proceso de alta productividad, que se caracteriza por altas tasas de deposicin, del orden de 34 kg/h, dependiendo del tipo de unin (separacin entre las chapas y espesor de las mismas).

El soldeo electrogas se caracteriza, a su vez, por un aporte trmico relativamente bajo, lo que conduce a un metal de soldadura con un grano ms fino, una ZAT ms estrecha y de grano menos recrecido, si se compara con el soldeo por electroescoria. Asimismo la reiniciacin del proceso, una vez que ha sido interrumpido, es menos complicada que en el caso del soldeo por electroescoria. Su principal desventaja frente al soldeo por electroescoria, reside en la capacidad limitada de proteccin del gas, lo que se hace evidente en el soldeo de grandes espesores con grandes separaciones entre chapas, donde el gas no es capaz de cubrir eficazmente todo el rea a soldar, apareciendo entonces defectos como la porosidad. En espesores altos el soldeo por electro escoria presenta mayores ventajas al proporcionar un metal de soldadura libre de poros e inclusiones.

1.1.- Equipo

El equipo de soldeo electro gas consta de los siguientes sistemas (figura 2):

Cabezal.

Fuente de alimentacin.

Sistemas auxiliares de posicionamiento.

El cabezal de soldadura consta a su vez de los siguientes elementos:

Sistema de alimentacin de alambre o varilla. Motor bobina.

Boquilla gua del alambre electrodo (regulable en inclinacin), conectada directamente al motoreductor.

Usillo para la regulacin cartesiana del cabezal.



Sistema de zapatas refrigeradas. Pueden ser fijas o mviles. Las zapatas han de quedar firmemente encaradas a las chapas a unir, mediante por ejemplo un sistema neumtico. Estas mismas suelen incorporar, en su parte superior una entrada de gas y difusores para el reparto de la cortina de gas por encima del bao de fusin.

Soporte y bobina de alambre.

Panel de control que incorpora: ampermetros, voltmetros, conmutadores, caudalmetro de gas, manmetro de presin de agua de refrigeracin, medidor de velocidad de alambre,...

FIGURA 3

SOLDEO POR ELECTROGAS. EQUIPO

La fuente de alimentacin ser de corriente continua, con curva caracterstica vertical y alta capacidad ( 750 a 1000 A y de 30 a 40 V), con un factor de marcha del 100% a una corriente mnima de 500 A. Se conecta con polaridad inversa (electrodo al positivo).

Los parmetros de soldeo a fijar son velocidad de alambre, intensidad de corriente y tensin de referencia.

Dentro de los sistemas auxiliares se encuentran la unidad de refrigeracin, para el suministro continuo de agua a las zapatas, sistema de suministro de gas (botellas o bloques de botellas), mecanismo de elevacin del cabezal de soldadura, cables, mangueras, ...



2.- CONSUMIBLES

Es frecuente utilizar un fundente en combinacin con el gas de proteccin. Lo ms habitual, es que dicho fundente est incorporado en el alambre o pletina electrodo (alambres tubulares rellenos de fundente). En algunas aplicaciones incluso se utilizan alambres tubulares auto protegidos, por lo que no se precisa el uso adicional de un gas de proteccin. No obstante los alambres tubulares que conviene utilizar son aquellos que poseen pocos elementos formadores de escoria, ya que una cantidad excesiva de la misma puede ocasionar graves inestabilidades en el arco elctrico. Esto se ve agravado cuando los espesores a soldar son grandes, en cuyo caso ser preciso utilizar fundentes con los mnimos elementos formadores de escoria posibles.

Los alambres utilizados en el soldeo por electrogas estn clasificados segn la AWS en la especificacin A5.26. El proceso puede utilizar tanto alambre macizo (tabla 1), como alambre tubular (tabla 2). Como se ha mencionado, los alambres tubulares pueden ser rellenos de fundente o rellenos de metal. Estos a su vez pueden requerir un gas de proteccin o ser autoprotegidos. Los electrodos macizos utilizados son similares a los usados en el soldeo MIG/MAG, sin embargo, los electrodos tubulares utilizados en el electrogas, no son similares a los utilizados en el proceso de soldeo con alambre tubular, ya que estos tienen menor contenido en elementos formadores de escoria. A principal ventaja que ofrece el alambre tubular sobre el macizo en el soldeo por electro gas reside en su mayor tasa de deposicin (alrededor de un 20% mayor), lo que se traduce en una velocidad de soldeo mayor y un aporte trmico ms reducido.

Clasificacin (AWS)

C (%) Mn (%) P (%) S (%) Si (%) Ni (%)

Mo (%)

Cu (%)

Ti (%) Zr (%) Al (%)

EGXXS-1 0.07-0.19 0.9-1.40 0.025 0.035 0.3-0.5 ... ... 0.35 ... ... ...

EGXXS-D2 0.07-0.12 1.6-2.10 0.025 0.035 0.5-0.8 0.15 0.06 0.35 ... ... ...

EGXXS-2 0.06 0.9-1.4 0.025 0.035 0.4-0.7 ... ... 0.35 0.05-0.15 0.02-0.12 0.05-0.15

EGXXS-3 0.06-0.15 0.9-1.4 0.025 0.035 0.45-0.7 ... ... 0.35 ... ... ...

EGXXS-5 0.07-0.19 0.9-1.4 0.025 0.035 0.3-0.6 ... ... 0.35 ... ... 0.5-0.9

EGXXS-6 0.07-0.15 1.4-1.85 0.025 0.035 0.8-1.15 ... ... 0.35 ... ... ...

TABLA 1

COMPOSICIN QUMICA DE LOS ALAMBRES SLIDOS PARA SOLDEO POR ELECTROGAS



Clasificacin (AWS)

Gas de proteccin

C (%)

Mn (%) P (%)

S (%)

Si (%) Ni (%) Cr (%) Mo (%) Cu (%) V %)

otros

EGXXT-1 NO 1.7 0.03 0.0 0.5 0.3 0.2 0.35 0.35 0.08 0.50

EGXXT-2 CO2 2 0.03 0.03 0.9 0.3 0.2 0.35 0.35 0.08 0.50

EGXXT-Ni1 CO2 0.10 1-1.8 0.03 0.03 0.5 0.7-1.1 0.30 0.35 0.50

EGXXT-NM1

Argon+ CO2, CO2

0.12 1.0-2.0 0.03 0.03 0.15-0.5 1.5-2.0 0.2 0.40-0.65 0.35 0.05 0.50

EGXXT-NM2

CO2 0.12 1.10-2.10 0.03 0.03 0.2-0.6 1.1-2.0 0.2 0.10-0.35 0.35 0.05 0.50

EGXXT-W CO2 0.12 0.5-1.3 0.03 0.03 0.3-0.8 0.4-0.8 0.45-0.70 0.3-0.75 0.50

TABLA 2

COMPOSICIN QUMICA DE ALAMBRES TUBULARES PARA SOLDEO ELECTROGAS

Dentro de los gases utilizados como atmsfera protectora, para el soldeo del acero al carbono, el ms habitual es el dixido de carbono, aunque se ha podido demostrar que las mezclas de argn y dixido de carbono, en una proporcin de 80% argn, 20 % dixido de carbono, fomenta la estabilidad del arco elctrico, mejorando las caractersticas del metal de soldadura. El caudal de gas de proteccin depender de la configuracin geomtrica de la unin, estando ste comprendido entre 14 a 19 l/min.

Para el soldeo por electrogas de grandes espesores de aluminio, se ha demostrado que las mezclas de argn y helio en porcentajes variables (70/30, 50/50, 30/70) segn el espesor, proporcionan los mejores resultados. En este caso el caudal de gas ser superior al utilizado en el soldeo del acero al carbono (el helio es diez veces menos denso que el argn), oscilando entre los 28 a 38 l/min.

3.- APLICACIONES

Se utiliza en el soldeo de costuras de gran longitud (ej: 25 m), soldadas a tope en posicin vertical y con espesores que oscilan de los 10 a los 75 mm. Se admiten inclinaciones con la vertical de hasta 20.

En cuanto a la preparacin de bordes, estos se configurarn en bordes rectos o con chafln en V, con un ngulo de chafln de hasta 45 (ver figura 4). No obstante la preparacin de bordes deber ajustarse al tipo de trabajo a realizar. Los bordes debern estar limpios y libres de cualquier sustancia como grasas, aceites, fluidos de corte, rebabas de oxicorte,... El proceso normalmente utilizado para la preparacin de los bordes es el oxicorte.


El proceso es amla construccin (pu

3.1.- Ejemplo de

Se trata de soldpulgada de espeso

El soldeo de esta continuacin:

Limpiezacaso de

-CURSO DE FORMACIFIGURA 4

PREPARACIN DE BORDES

pliamente utilizado en la industria naval y la calderera. Otros campos de aplicacin son entes), construccin de maquinaria pesada y otras aplicaciones estructurales.

aplicacin: Industria naval, unin de topes verticales de forros

ar en vertical ascendente dos chapas de acero al carbono. de aproximadamente una r (figura 5)

e tipo de u

y prepa producirs

N DE INGFIGURA 5

SOLDEO ELECTROGAS EN LA INDUSTRIA NAVAL

niones requiere el ajuste de los parmetros de soldeo y equipo como se indica

racin de bordes segn se recoge en los prrafos anteriores (ver figura 4). En e excoriaciones o entallas profundas durante el preparado de los bordes por

ENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.12c -7-



oxicorte, estos deben ser resanados (amoladora y cepillo). Proyecciones gruesas impide el correcto ajuste de las zapatas, entallas agudas en el borde altera el correcto ascenso de la gua a travs de la unin. Los bordes a unir deben guardar el correcto paralelismo. Eliminar asimismo la pintura o imprimacin 50 mm a cada lado de la unin a tope para evitar la contaminacin del bao.

Alineacin. No se debe producir un desalineamiento superior a 1 mm entre los bordes a unir. Con objeto de mantener la posicin relativa de los bordes a unir se pueden utilizar elementos como puentes.

Consumibles. Alambre tubular de 2 mm de dimetro. Se mantiene protegido el alambre tubular de la contaminacin por humedad. Antes de comenzar a soldar se elimina 1 m de alambre tubular, para evitar la posible contaminacin por humedad de este primer extremo. Paradas superiores a 1 hora supone el desmontaje de la bobina y su almacenamiento en condiciones controladas de temperatura y humedad. El gas de proteccin es una mezcla de 80% argn y 20 % CO2, el suministro puede realizarse en botellas de cada gas y ajustar la composicin de la mezcla en un mdulo mezclador, o directamente partir de botellas o bloques con la mezcla ya establecida. La presin de las botellas de argn es de 200 bar, y su volumen fsico es de 50 l, las botellas de CO2, se sirven a una presin de 57 bar, con un volumen fsico de 50l. La presin de entrada en mquina se ajusta a 7 bar, mientras que la presin de trabajo es de 2.1 bar.

Parmetros de soldeo. Los parmetros de soldeo estn de acuerdo con la siguiente tabla:

Espesor e (mm)

Velocidad de alambre

(m/min)

Tensin margen (V)

Intensidad (A)

Presin de aire (Bar)

Tensin de trabajo (V)

Presin de gas de

proteccin (Bar)

24-25.5 6,9-7,2 35-40 440-500 2,1 36-39 2,1

TABLA 3

PARMETROS DE SOLDEO PARA EL SOLDEO ELECTROGAS DE CHAPA DE 25 MM

La penetracin conseguida en cada borde ser de 2 mm. Los parmetros bsicos de control son tensin de referencia, intensidad de soldeo y velocidad de alambre.

Valores altos de corriente tienen el mismo efecto que valores bajos de tensin de referencia, el bao tiende a elevarse.

Una vez iniciado el proceso el nico parmetro de regulacin que debe manipularse es la intensidad de corriente, y solo para amortiguar las posibles variaciones de tensin en la red de alimentacin externa.

Centrado del electrodo con respecto a la ranura y al espesor de las chapas. Esta operacin debe realizarse teniendo en cuenta la curvatura natural del alambre. El operario puede controlar el centrado del alambre observando en cada para da la ubicacin del crter de final de soldadura.


Oscilacin. Para chapas con espesor inferior a 25 mm no se considera necesario la oscilacin. Para espesores superiores el dispositivo de oscilacin nos permite determinar la amplitud de oscilacin y el tiempo de retardo al final del recorrido. La velocidad de oscilacin suele ser de 13 a 16 mm/s.

Posicionado de las zapatas. Las zapatas deben mantenerse en perfecto contacto con las superficies de las chapas a unir. Durante la progresin de la soldadura, el bao de fusin no debe superar la mitad del alto de las mismas.

Arranque. El arranque se efectuar sobre una pieza testigo del mismo espesor del material base, asimismo se proceder al chaflanado del material base como se indica en la figura 6, para asegurar una correcta fusin en el arranque.

Reence15 segen fro,como e

-CURSO DE FORMACFIGURA 6

ARRANQUE DEL SOLDEO POR ELECTROGAS

ndidos. El reencendido del proceso puede ser en caliente, la interrupcin no es superior a undos, en cuyo caso no es necesario ningn tipo de resanado del final de la soldadura, o cuando la parada supera los 15 segundos, en cuyo caso es preciso practicar un resanado l indicado en la figura 7.

IN DE

FIGURA 7

RESANADO PARA EL REENCENDIDO

INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.12c -9-



Se han de comprobar entre otros dispositivos los difusores de gas, con objeto de comprobar que nos se encuentran obstruidos, y que no se ha producido acumulacin de humedad en los mismos.

Longitud de alambre libre. La longitud que va desde el extremo de la boquilla del equipo al extremo del alambre se fija a 40 mm.

4.- ASPECTOS METALRGICOS

El dilatado ciclo trmico de este proceso, si lo comparamos con otros procesos dentro de su misma familia (ej: MIG/MAG), conduce a un metal de soldadura de grano recrecido y una zona afectada trmicamente de mayor ancho. Dichas consecuencias afectan negativamente a la tenacidad de ambas zonas. Se hace preciso un exhaustivo control del aporte trmico con objeto de limitar dicho problema.

Cuando se requiere cierta tenacidad a baja temperatura, se utilizan, preferentemente alambres con baja aleacin.

Las calidades de acero utilizadas ms comnmente en el soldeo por electro gas son: AISI 1010, AISI 1018, AISI 1020, como aceros al carbono, y el ASTM A36, ASTM A131, ASTM A242, ASTM A283, ASTM A441, ASTM A572, ASTM A573, ASTM A588, como aceros estructurales y los ASTM A285, ASTM A515, ASTM A516, ASTM A537 como aceros de recipiente a presin.

El soldeo por electrogas de aceros de temple y revenido produce un importante deterioro de la resistencia mecnica y la tenacidad en la zona afectada trmicamente. En este caso es indispensable un tratamiento que regenere la estructura tras el soldeo. Algunos cdigos como el americano AWS D1.1 prohbe el soldeo por electrogas de los aceros de temple y revenido. Por otro lado el alto aporte trmico, y en consecuencia la baja velocidad de enfriamiento que caracteriza este proceso, impide la formacin de estructuras frgiles en la ZAT,y facilita al difusin del hidrgeno al exterior, siendo difcil el agrietamiento en fro con este proceso. Adems el proceso de soldeo por electrogas se caracteriza por ser un proceso con bajo hidrgeno. En consecuencia normalmente el precalentamiento no es necesario.

En cuanto a la dilucin del metal base, sta puede alcanzar el valor del 35%. El efecto de los parmetros de soldeo sobre el grado de dilucin es variable. Podemos comprobar que valores altos de tensin combinados con valores bajos de intensidad de corriente, conducen a una mayor penetracin lateral.

En la tabla 4 se resumen las propiedades mecnicas de la soldadura por electrogas en bruto de soldadura.



Material (ASTM)

Aplicacin Espesor (mm)

Tipo electrodo

(AWS A5.26)

Gas de protecci

n

Lim elstico (Mpa)

Lim Rotura (Mpa)

Alargamiento (%)

Temperatura ensayo (C)

Resiliencia (Charpy V) (J) metal soldadura

Resiliencia (Charpy V)

(J) ZAT

AISI 1020

Estructural 12 EG72T1 ... 496 552 28 -29 58 ...

AISI 1020

Estructural 25 EG72T1 ... 441 545 27 -29 45 ...

A36 Estructural 25 EG72T1 ... 448 545 27 -29 56 ... A36 Estructural 25 EG72T4 CO2 483 634 26 -30 47 ... A36 Estructural 75 EG72T4 CO2 462 614 26 -30 42 ... A36 Estructural 75 EG72T4 80%Ar-

20%CO2 600 23 -18 72

A131-C Naval 38 EG72T3 CO2 ... 490 30 -34 61 41 A441 Estructural 19 EG72T1 ... 510 565 23 -29 56 ... A441 Estructural 25 EG72T1 ... 455 558 23 -29 49 ... A441 Estructural 50 EG72T1 ... 448 558 24 -29 41 ... A441 Estructural 50 EG72T4 CO2 468 634 24 -18 41 ... A572 Estructural 25 EG72T4 80%Ar-

20%CO2 -10 83 46

A572-50 Estructural 38 EG72T1 ... 393 531 23 -18 19 ... A588 Estructural 76 EG72T4 CO2 655 23 -18 76 A203 Recipientes

a presin 41 EG72T4 80%Ar-

20%CO2365 496 32 -40 31

A516 Recipientes a presin

25 EG72T1 ... 400 510 26 -29 38 ...


38 EG72T4 80%Ar-20%CO2

538 621 29 -29 56 87

A 537-1 Recipientes a presin

19 EG72T1 ... 483 593 24 -20 58 ...

A 537-1 Recipientes a

presin510

25 EG72T4 CO2 427 572 29 -29 46 53

A 537-1 Recipientes a presin

28 EG72T4 80%Ar-20%CO2

510 689 26 -30 62


25 EG72T1 ... 510 614 25 -18 84 ...

TABLA 4

PROPIEDADES MECNICAS EN BRUTO DE SOLDADURA PARA UNIONES POR ELECTROGAS UTILIZANDO ELECTRODOS TUBULARES

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