t-1-6

ASOCIACIN ESPAOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGAS DE UNIN

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

TEMA 1.6

INTRODUCCIN AL SOLDEO POR ARCO PROTEGIDO CON GAS

AAccttuuaalliizzaaddoo ppoorr:: MMaannuueell AArraacciill CCaaddeennaass

Septiembre 2004


-CURSO DE FORMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -1-

NDICE

1.- INTRODUCCIN A LA SOLDADURA Y CORTE POR ARCO PROTEGIDO POR GAS

2.- PROPIEDADES DE LOS GASES Y MEZCLAS

3.- EL ARCO Y LA TRANSFERENCIA DEL METAL

4.- PROCESOS DE SOLDADURA Y SUS GASES DE PROTECCIN

5.- CONSUMIBLES

6.- GASES DE APOYO

7.- GASES DE PROTECCIN PARA CORTE PLASMA

8.- FORMAS DE SUMINISTRO DE GASES

9.- RECOMENDACIONES SOBRE SEGURIDAD

10.- RECOMENDACIONES SOBRE UTILIZACION DE GASES



1.- INTRODUCCIN A LA SOLDADURA Y CORTE POR ARCO PROTEGIDO POR GAS

El concepto de gas de proteccin se aplica normalmente a los gases o mezclas empleados en los procesos TIG (Gas Tungsten Arc Welding), PAW (Plama Arc Welding), MIG/MAG (Gas Metal Arc Welding), (FCAW (Flux Cored Arc Welding) y PAC (Plama Arc Cutting).

El desarrollo de los gases de proteccin, puede decirse que comenz el el siglo XIX cuando Charles Lewis Coffin sustituyo el aire de una caja que cubra una soldadura con una atmsfera no oxidante. Durante los siguientes 40 aos, el inters en la utilizacin de atmsferas inerte, no oxidantes fue espordico. En 1930 se presentaron dos patentes en U.S. donde puede considerarse que son las primeras descripciones del empleo de los gases inertes para soldadura. Estas fueron realizadas por H. M. Hobart, sobre el empleo del helio como proteccin entre electrodos de carbn o metlicos y por P.K. Devers, sobre el empleo del argn y sus mezclas para procesos con arco elctrico.

En 1940 la compaa Northrup Aircraft emplea por primera vez un proceso de soldadura con un electrodo de tungsteno no consumible. El proceso fue desarrollado principalmente para la soldadura de magnesio en aplicaciones aeronuticas, utilizando helio como gas de proteccin. Posteriormente, las compaas industriales viendo las posibilidades de esta aplicacin, lo perfeccionaron y lo dieron a conocer ampliamente. En 1946 se introduce ya comercialmente el proceso Heliarc que es conocido hoy da como Gas Tungsten Arc Welding o Tungsten Inert Gas (TIG).

En 1950 fue presentada una patente por Air Reduction Co. sobre un proceso de soldadura con arco spray (arco largo) de aluminio protegida con helio llamado SIGMA (Shielded Inert Gas Welding) que mas tarde se conocera como Gas Metal Arc Welding (GMAW) o Metal Inert Gas (MIG) o Metal Active Gas) MAG.

A partir de entonces para ampliar las aplicaciones de los dos procesos Heliarc y Sigma, se produjeron avances en el desarrollo de nuevas mezclas de gases, en las composiciones qumicas de los alambres y en los equipos.

Durante cualquier proceso de soldadura con arco elctrico, la funcin principal del gas de proteccin es desplazar el aire de la zona de soldadura para proteger al metal fundido, el bao de fusin y el electrodo, para evitar su contaminacin. Esta contaminacin es originada principalmente por el oxgeno, nitrgeno y agua presentes en la atmsfera que pueden reaccionar con el metal fundido, causando defectos que debiliten la soldadura.

Cuando la proteccin del gas no es la adecuada:

El oxgeno puede dar lugar a diferentes problemas dependiendo de su contenido:

Combinar con el carbono en el bao de fusin para formar monxido de carbono (CO), que puede producir porosidad, al escapar (longitudinalmente por el centro) del cordn de soldadura, cuando el metal soldado se enfra.

Formar xidos con otros elementos que pueden da lugar a un exceso de escorias, inclusiones en la soldadura, que tengan como consecuencia la prdida de propiedades mecnicas.



El nitrgeno, soluble en el bao a elevadas temperaturas, puede originar porosidad cuando escapa durante el enfriamiento del cordn de soldadura.

El agua al disociarse liberar hidrgeno que puede dar lugar a porosidad y fisuracin en fro.

Otras funciones del gas de proteccin son:

Influir en:

- El tipo de transferencia de metal.

- La estabilidad del arco.

- La cantidad y en la calidad de los humos.

- Las propiedades mecnicas.

- La penetracin y en el tipo y tamao de cordn.

- La velocidad de soldadura

- Los costos de soldadura.

- La cantidad de energa que pasa a travs del arco elctrico.

Formar parte del plasma que se genera al pasar la intensidad de soldadura a travs del espacio entre electrodo y el metal a soldar.

En algunas aplicaciones, es necesario utilizar adems del gas de proteccin propiamente dicho, otros gases como:

Gas de respaldo. Tambin llamado gas de backing, se utiliza para proteger la parte posterior de la soldadura. En la soldadura de tubera para proteger el cordn de raz.

Gas de arrastre. Para aplicaciones automticas, donde la velocidad de soldadura es elevada y el cordn de soldadura deja la zona de influencia del gas de proteccin cuando esta todava a una temperatura suficientemente alta como para ser afectado por el oxgeno y nitrgeno del aire. La distancia a la que se debe situar la boquilla y su forma depende de la aplicacin.

1.1.- Factores que afectan la eleccin del gas de proteccin adecuado.

En ocasiones, hay un factor que tiene una mayor importancia y por si slo determina el gas adecuado, en otras, es necesario hacer una evaluacin de varios factores. Los fundamentales son:

- Procedimiento de soldadura.

- Material a soldar.

- Espesor del material.

- Posicin de soldadura.


- Material de aportacin.

- Propiedades mecnicas requeridas.

- Penetracin.

- Velocidad de soldadura.

- Calidad exigida.

- Humos.

- Aspecto final.

- Costos.

2.- PROPIEDADES DE LOS GASES Y MEZCLAS

2.1.- Energa de ionizacin

Es la energa, expresada en electrones voltio (eV), necesarios para liberar un electrn de un tomo en estado gaseoso, convirtindolo en un ion, o en un tomo cargado elctricamente. Por ejemplo:

Ar Ar + + e-

Manteniendo el resto de las variables constantes, el potencial de ionizacin disminuye cuando el peso molecular del gas se incrementa. Pueden tomarse como ejemplos la estructura atmica del argn y helio.

El gas argn con nmero atmico 18 y con 8 electrones en su ltima capa, es mucho ms pesado que el helio, que solamente tiene 2 electrones (Figura 1). La energa necesitada para liberar un electrn de un tomo de argn es 15,759 eV mientras que en el helio es de 24,586 eV.

FIGURA 1

ESTRUCTURA ATMICA DE LOS GASES ARGN Y HELIO

La energa necesaria para la ionizacin es tomada del arco. Una vez ionizado el gas, se tendrn los electrones libres necesarios para soportar el flujo de corriente entre el espacio que separa el electrodo y el



metal base. Aunque pueden existir otros factores, para sostener el arco ser necesario mantener los niveles de energa correspondientes al gas empleado. Por lo tanto para una misma longitud del arco elctrico, el voltaje obtenido con helio es apreciablemente superior al obtenido con argn (Figura 2).

FIGURA 2

RELACIN ENTRE VOLTAJE E INTENSIDAD CON AR Y HE. (SOLDADURA CON CORRIENTE ALTERNA)

Como el calor generado por el arco elctrico esta fuertemente ligado al producto del voltaje por la intensidad, el uso del helio como gas de proteccin origina un calor superior al obtenido empleando argn. Esta es la razn por la que se dice que el helio es un gas "mas caliente" que el argn. (Figura 3)

Se puede decir lo anterior de otro modo, un arco elctrico protegido por gas tendr un voltaje y una energa mayor, cuanto mayor a la energa de ionizacin del gas.

COMPARACIN DEL CALOR GENER

-CURSO DE FORMACIN DE INGENseFIGURA 3

ADO (INPUT TRMICO) UTILIZANDO GAS ARGN Y MEZCLAS DE ARGNHELIO.

IEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -5-


-CU

El inicio del arco y su estabilidad son dependientes de la energa de ionizacin del gas de proteccin empleado. Los gases como el argn, con una energa de ionizacin relativamente baja, liberan electrones ms fcilmente, ayudando a iniciar el arco y mantenerlo de modo estable. Esto ltimo es importante durante el reencendido que hay efectuar con cada ciclo cuando se suelda con corriente alterna.

En la Tabla 1 pueden observarse los valores de energa de ionizacin para los gases puros ms empleados como componentes de los gases de proteccin.

2.2.- Conductividad trmica

La conductividad trmica de un gas mide la facilidad con la que conduce el calor. Influye en la prdida radial de calor desde el centro a la periferia de la columna del arco elctrico.

El argn que tiene una conductividad trmica baja, origina un arco elctrico con dos zonas: una interior, en el centro, ms caliente y otra exterior considerablemente ms fra. Entonces la penetracin tendr una forma ms estrecha en la raz y una ms ancha en la parte superior. Un gas con una conductividad trmica elevada, conduce ms el calor de la parte interior, en el centro del arco, hacia la parte exterior, dando como resultado una penetracin ms ancha y uniforme un arco ms caliente. Esto sucede cuando se emplea helio, o mezclas de argn-helio, argn-hidrgeno, argn-helio-hidrgeno, argn-dixido de carbono. (Figura 4 y 5)

FIGURA 4

COMPARACIN DE TIPOS DE ARCO Y PENETRACIN CON ARGN Y HELIO.

RSO DE FORMA

ARGON (%

HELIO (%)

E

CIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -6-

) 100 75 50 25 0

0 25 50 75 100

FIGURA 5

FECTO DE DIFERENTES CONTENIDOS DE HELIO SOBRE LA PENETRACIN Y FORMA DE CORDN.



2.3.- Disociacin

La disociacin es el proceso por el cual una molcula formada por varios tomos, se rompe en los tomos que la forman. Los gases como CO2, O2 y H2 pueden romper o disociar su molcula por las elevadas temperaturas presentes en el arco elctrico. Por ejemplo el CO2 se disocia en un tomo de carbono y dos de oxgeno. Cuando el gas disociado llega a la superficie de metal base fro, los tomos se recombinan generando un calor adicional. Este proceso no sucede con gases como el argn. Por tanto, a la misma temperatura y manteniendo constante el resto de las variables, el calor generado en la superficie del metal puede ser considerablemente mas elevado con gases como CO2, O2 , H2 que con argn.

GAS ENERGIA DE DISOCIACION (eV)

H2 4,5

O2 5,1

CO2 4,3

N2 9,8

TABLA 1

ENERGA DE DISOCIACIN DE LOS COMPONENTES DE LOS GASES DE PROTECCIN

2.4.- Reactividad

Esta propiedad, cuando se refiere a los gases de proteccin, mide la capacidad (a la temperatura del arco) que tienen para reaccionar con los elementos qumicos en el bao de fusin.

El argn y helio son completamente inertes y por lo tanto no reaccionan qumicamente en el bao de fusin.

El nitrgeno se considera como inerte, sin embargo, a las elevada temperaturas alcanzadas en la soldadura, puede reaccionar y afectar al metal fundido.

El oxgeno y el CO2, son gases reactivos oxidantes. Estos gases reaccionaran con el metal fundido en el arco y en el bao de fusin. Esta propiedad influye en la formacin de humos de soldadura.

El hidrgeno es un gas reactivo y reductor. Reaccionar preferentemente con los agentes oxidantes, ayudando a prevenir la formacin de xidos en el metal fundido. Sin embargo, este gas puede producir efectos perjudiciales, como fisuracin bajo cordn, cuando se emplea como componente en el gas de proteccin en la soldadura de algunos aceros de elevada resistencia y baja aleacin.

2.5.- Tensin Superficial

En cualquier lquido, existen unas fuerzas de tensin superficial ejercidas por las molculas que estn debajo de la superficie sobre las que estn en la superficie. Esta fuerza tiende a contraer el lquido y evitar que fluya. La magnitud de estas fuerzas variara con la naturaleza qumica del lquido.



En soldadura, la fuerzas de tensin superficial, afectan al metal fundido teniendo una pronunciada influencia sobre el tipo de cordn. Si tienen un valor elevado, dar lugar a un cordn convexo e irregular. Si por el contrario es baja, se obtendr un cordn plano con baja tendencia a las mordeduras.

Cuando se emplea argn puro, como gas de proteccin en la soldadura GMAW (MIG) de aceros al carbono, se formaran cordones excesivamente coronados y con bordes irregulares. Esto es parcialmente atribuido a que las fuerzas de tensin superficial del acero fundido sern elevadas en una atmsfera inerte. Por esta razn, no se recomienda el empleo MIG con atmsfera inerte en la soldadura de aceros al carbono. Los xidos de hierro, tienen una tensin superficial inferior dando lugar a una mejor adherencia al metal base. Por lo tanto, la adicin al argn de pequeas cantidades de CO2 O2 en la soldadura GMAW (MIG) de los aceros al carbono, proporcionar un bao de fusin con una mayor fluidez.

2.6.- Pureza

Algunos metales como el acero al carbono, tienen una relativamente elevada tolerancia a la posible contaminacin del gas de proteccin. Otros metales como el aluminio y magnesio, son bastante sensibles a las impurezas. Finalmente, existen otros que tienen una extremadamente baja tolerancia a las impurezas en el gas.

Dependiendo, del metal soldado y del proceso de soldadura empleado, an pequeas cantidades de impurezas en el gas, puede tener un fuerte impacto perjudicial, sobre la velocidad de soldadura, apariencia del cordn y niveles de porosidad. Estas impurezas, pueden ser debidas a diferentes causas.

Puede hacerse una clasificacin de los metales en funcin de su tolerancia (de mayor a menor) a los posibles contaminantes que en ppm. pueden contener los gases de proteccin.

- Aceros al carbono y cobre.

- Acero inoxidable

- Aluminio y magnesio.

- Titanio .

La clasificacin anterior nicamente debe considerarse como orientativa, ya que esta tolerancia puede hacerse ms estricta dependiendo de las exigencias que se tengan en la unin soldada.

Cuando se utiliza la pureza del gas adecuada y existen defectos que pueden ser debidos al gas de proteccin, una vez comprobadas que las dems variables como el caudal y el ngulo del soplete son correctos para la aplicacin, debe tenerse en cuenta que el gas puede contaminarse entre la salida del gas en el punto de suministro y la salida por la boquilla. En este caso es necesario revisar todo el circuito de gas (regulador y su junta, elementos de la canalizacin, puesto de trabajo, manguera y conexiones con electrovlvula).

2.7.- Densidad

Es el peso del gas por unidad de volumen. La densidad es uno de los factores mas influyentes en la efectividad del gas de proteccin. Los gases mas pesados que el aire como el CO2, y argn necesitaran un caudal inferior que los gases mas ligeros.



Smbolo qumico Ar CO2 He H2 N2 O2

N Atmico 18 -- 2 1 7 8

Peso Molecular 39.95 44.01 4.00 2.016 28.01 32.00

Peso Especfico

(Aire=1)

1.38 1.53 0.1368 0.0695 0.967 1.105

Densidad

(0 C, 1 Atm.)

1.678 1.849 0.176 0.085 1.188 1,342

Energa de Ionizacin

(ev)

15.7 14.4 24.5 13.5 14.5 13.2

Conductividad Trmica

(10-3 x Btu/hr x ft x F)

9.69

(32 F)

8.62

(32 F)

85.78

(32 F)

97.22

(32 F)

13.93

(32 F)

14.05

(32 F)

TABLA 2

PROPIEDADES FSICAS QUMICAS DE LOS GASES DE PROTECCIN

2.8.- Consistencia de las mezclas

Cuando el gas de proteccin es una mezcla de gases comprimidos, puede que no tenga una composicin homognea durante su utilizacin. Si la composicin de la mezcla varia a medida que se vaca el envase, se puede obtener una variacin de los parmetros de soldadura. Esta variacin puede dar lugar a:

- No utilizar todo el gas contenido en la botella.

- Originar defectos de soldadura en procesos crticos y sobre todo en automatismos.

Este defecto se puede originar cuando los diferentes gases que componen las mezclas, tengan grandes diferencias en sus densidades. Las mezclas donde se pueden producir mas fcilmente esta estratificacin son las que contengan He, H2 y CO2. Hay que ponerse en contacto con el fabricante de la mezcla cuando se aprecie que se esta produciendo este defecto.

2.9.- Componentes de los gases y mezclas de proteccin

Los gases que se emplean como proteccin, para la soldadura al arco son:

- Argn. (Ar)

- Helio. (He)



- Dixido de Carbono. (CO2)

- Nitrgeno. (N2)

- Oxgeno. (O2)

- Hidrgeno. (H2)

En la Tabla 2 se pueden ver un resumen de las caractersticas fsico - qumicas de los de estos gases.

Argn

Se obtiene, a partir de la destilacin del aire donde esta en proporcin aproximada del 1 %.

No tiene olor, ni color, ni sabor y no es txico.

Es inerte y no reacciona durante la soldadura.

Por el conjunto de sus propiedades fsico - qumicas es el ms empleado como componente mayoritario en las mezclas de soldadura con arco elctrico.

Tambin se emplea slo o mezclado con He en soldadura lser y en el corte plasma dual, mezclado con hidrgeno en los aceros inoxidables.

Tiene una energa de ionizacin baja, que facilita el inicio del arco y su estabilidad. Esta es otra de sus caractersticas que hace que sea ampliamente utilizado.

Densidad elevada, 1,4 veces mas pesado que el aire, lo que le ayuda en su funcin de proteccin a desalojar el aire de la zona de soldadura.

Tiene una conductividad trmica baja.

Helio

Se obtiene de yacimientos en la tierra, donde esta mezclado con gas natural. Debido a la escasez de estos yacimientos y a su dificultad de extraccin y distribucin, hace que su precio sea elevado. Su utilizacin se limita a las aplicaciones donde las ventajas de su empleo sean claras.

Es inerte y como el argn no reacciona durante la soldadura.

Por tener una conductividad trmica y una energa de ionizacin elevados, se utilizar en aplicaciones donde sea necesario un input trmico elevado como en la soldadura de cobre y aluminio, donde permitir disminuir o eliminar el precalentamiento y en donde se quiera elevar la velocidad de soldadura. Esto tiene importancia en soldadura con robot y automatismos. Por la caracterstica anterior, el helio y sus mezclas no sern aconsejables en la soldadura de espesores delgados.

El tener un elevada energa de ionizacin, har que el inicio del arco y su estabilidad sean mas difciles que con argn.



Su baja densidad, solo 1/10 de la del argn, hace que sea necesario utilizar mayores caudales de gas para eliminar el aire de la zona de soldadura y tener mayores precauciones con las corrientes de aire, que pueden arrastrarle e impedir que haga su funcin de proteccin.

Tambin se utiliza como gas de proceso y de proteccin en la soldadura con lser de CO2

Anhdrido Carbnico

Puede obtenerse de diferentes formas, las mas habituales son como subproductos del craking del petrleo y en la produccin de alcoholes.

Es un gas activo y oxidante.

Tiene una conductividad trmica y un potencial de ionizacin moderados.

Por ser una molcula poliatmica, antes de producirse la ionizacin se produce la disociacin a temperaturas mas bajas, recombinndose posteriormente. La disociacin incrementa la transmisin de calor al metal base.

Puede utilizarse solo como gas de proteccin en la soldadura GMAW (MAG) con alambres macizos, pero como en muchas aplicaciones, no se logra una estabilidad del arco y una transferencia de metal ptimas, se utiliza formando mezclas con argn. De modo que el CO2 aporta a la mezcla un incremento de calor y por lo tanto de penetracin y el argn aporta a la mezcla una mejora en la estabilidad de arco y en la transferencia de metal.

Se emplea solo como gas de proteccin en la soldadura FCAW (Flux Cored Arc Welding) con alambres tubulares.

Es el gas ms pesado de los empleados como proteccin, es 1,5 veces mas pesado que el aire. Esta propiedad le permite eliminar ms fcilmente el aire de la zona de soldadura. Es el gas que mejor podra tolerar la soldadura en el exterior, siempre que el viento no le impida realizar su funcin de proteccin.

Nitrgeno


No tiene olor, ni color, ni sabor.

Es inerte excepto a las temperaturas del arco elctrico, donde reaccionar con algunos metales como aluminio, magnesio y titanio.

No se recomienda para su aplicacin en la soldadura GMAW, ni solo, ni como componente mayoritario. Forma parte de mezclas de proteccin para la soldadura de aceros inoxidables duplex y como componente mayoritario en las mezclas N2 + H2 como gas de respaldo o gas backing.

Se emplea en el corte plasma y en el corte con lser de CO2 como gas de proceso y de asistencia en el corte de los aceros inoxidables.

Oxgeno




Es un gas activo y oxidante, combina con con la mayora de los elementos excepto con los gases inertes.

Su conductividad trmica y energa de ionizacin son bajos.

Se utiliza mezclado en pequeas proporciones en la soldadura GMAW (MAG) de los aceros al carbono y de los aceros inoxidables. El oxgeno aadido al argn, ayuda a incrementar la estabilidad del arco y a bajar la tensin superficial del metal fundido, lo que permite obtener cordones mas planos.

Por bajar la tensin superficial del metal fundido y por su bajo potencial de ionizacin, la transferencia de metal se puede producir a intensidades ms bajas que la las utilizadas con mezclas de Ar-CO2.

Debido a sus propiedades se emplea para soldadura brazing para la combustin de fuel gases como acetileno.

En los procesos de corte se emplea en oxicortes, en el corte con plasma de aceros al carbono y con lser de CO2 como gas de asistencia para cortar aceros al carbono.

Hidrgeno

Se obtiene en la industria petroqumica como subproducto del craking del petrleo y por electrlisis del agua.

Es un gas activo y reductor. Es el gas mas ligero.

Tiene una conductividad trmica elevada y una baja energa de ionizacin.

Se utiliza como un componente minoritario en las mezclas de argn. Por ser una molcula poliatmica y tener una elevada conductividad trmica, eleva la energa del arco. Sus principales aplicaciones son para la soldadura TIG , GMAW y PAW de los aceros inoxidables austenticos, como proteccin de la raz, como gas de respaldo formando mezclas de N2 + H2 y Ar + H2 tambin en la soldadura de los aceros inoxidables austenticos. No deben emplearse mezclas conteniendo H2 para la soldadura de aceros al carbono ya que puede aportar el riesgo de fragilidad a la unin.

Tambin se emplea para corte plasma formando las mezclas Ar + H2 y N2 + H2 con contenidos entre 5 y 35 %.

Clasificacin de los gases de proteccin para el soldeo y corte por arco elctrico.

Las tablas que se muestran a continuacin son un resumen de la norma UNE EN 439 que facilita la clasificacin de los gases y mezclas y algunas de sus propiedades que son utilizadas en soldadura y corte. En caso de duda, debe consultarse la norma completa.



Tabla 1 EN 439

Propiedades de los gases puros

Valores a 0C y 1,013 bar(1,101 Mpa)

Tipo de gas Smbolo qumico Densidad

(aire=1,293 kg/m3)

Densidad relativa al

aire

Punto de ebullicin a

1,013 bar C

Comportamiento qumico durante la

soldadura

Argn Ar 1,784 1,380 -185,9 Inerte

Helio He 0,178 0,138 -268,9 Inerte

Anhdrido Carbnico

CO2 1,977 1,529 -78,51) Oxidante

Oxgeno O2 1,429 1,105 -183,0 Oxidante

Nitrgeno N2 1,251 0,968 -195,8 No reactivo2)

Hidrgeno H2 0,090 0,070 -252,8 Reductor

1) La temperatura de sublimacin.

2) El comportamiento del nitrgeno vara con los diferentes materiales. Los efectos pueden ser perjudiciales.


Tabla 2 EN 439 Clasificacin de los gases de proteccin para el soldeo y corte por arco elctrico

Designacin1) Constituyentes, % en volumen Oxidante Inerte Reductor No reactivoGru

po N de

identificacin CO2 O2 Ar He H2 N2Aplicaciones tpicas Notas

R 12

Resto2)Resto2)

> 0 a 15 > 15 a 30

Soldeo TIG, soldeo por arcoplasma, corte por

arcoplasma, proteccin por el reverso

Reductor

1 12 3

100

Resto

100

> 0 a 95

Soldeo MIG, TIG, soldeo por arcoplasma, proteccin por el

reverso Inerte

M1 12 3 4

> 0a 5 > 0 a 5

> 0 a 5

> 0 a 3 > 0 a 3

Resto2) Resto2) Resto2) Resto2)

> 0 a 5

M2 12 3 4

> 5 a 25

> 0 a 5 > 5 a 25

Resto2)Resto2) Resto2) Resto2)

M3 12 3

> 25 a 50

> 5 a 50

Resto2)Resto2) Resto2)

C 12

100 Resto

> 0 a 30

MAG

Ligeramente oxidante

Oxidacin ms pronunciada

No reactivo F 12 > 0 a 50

100 Resto

Corte por arcoplasma Proteccin por el reverso Reducto

1) Si a uno de los grupos de esta tabla se aaden componentes no indicados, la mezcla se designa como mezcla de gas especial y lleva el prefijo S. Los detalles de la designacin S se indican en el captulo 4.

2) El Argn puede reemplazarse por Helio hasta un 95%. El contenido de Helio se designa por un nmero adicional de identificacin, que se indica en la Tabla 3. Vase captulo 4 para los detalles de la designacin




Tabla 3 EN 439

Nmeros de identificacin para gases

que contienen helio en los grupos R y M

Nmero de identificacin Contenido de helio, % en volumen

(1)

(2)

(3)

>0 a 33

>33 a 66

> 66 a 95

Tabla 4

Purezas y puntos de roco de los gases y mezclas de gases

Grupo 1) Pureza mnima, % en volumen

Temperatura del punto de roco a 1,013

bar C mx.

Humedad mxima ppm

R 99,95 -50 40

I 99,99 -50 40

M1 99,70 -50 40

M2 99,70 -44 80

M3 99,70 -40 120

C 99,70 -35 200

F 99,50 -50 40

Oxgeno 99,50 -35 200

Hidrgeno 99,50 -50 40

1) En esta tabla se han incluido los datos para el oxgeno y el hidrgeno


3.- EL ARCO Y LA TRANSFERENCIA DEL METAL

El arco elctrico de combustin continua fue inventado hace ms de 150 aos. Se conectaban dos electrodos de carbono a los polos de una batera normal, y eran instantneamente corto-circuitados,de forma que pudiera pasar una corriente elctrica a travs del punto de contacto. A continuacin los electrodos eran separados entonces varios milmetros. La corriente entre los extremos de los electrodos continuaba a travs del aire, que era entonces calentado a una temperatura muy alta y empezaba a inflamarse intensamente (figura 6). Debido al flujo superior de aire caliente, el trayecto de la corriente entre los electrodos formaba un arco. Por esto, este tipo de descarga elctrica se llama arco.

Electrodos de

El arco pued(electrodo positpuntos superficconseguir este y una composicctodo es, por arco. El rea darco plasma a material en la estabilidad del intensidad y tien

-CURSO DE FORMFuente deenerga

carbn

FIGURA 6

ARCO ELCTRICO

e dividirse en tres partes distintas, el ctodo (electrodo negativo), el plasma y el nodo ivo) (Figura 7). En la superficie del ctodo estn situados los focos catdicos. Desde estos iales se liberan los electrones, que pasan a travs del plasma para llegar al nodo. Para proceso, se necesita que el electrodo tenga una temperatura muy alta en este foco catdico, in adecuada, para la emisin de electrones, como la tienen ciertos xidos. El rea del

tanto, una parte crtica del arco y su estado determinar en un alto grado la estabilidad del el nodo es la parte de la superficie del electrodo positivo donde los electrones pasan del la superficie del electrodo. Esto puede ocurrir independientemente de la temperatura y

superficie del electrodo. El rea del nodo no es tampoco una parte importante para la arco. El plasma es la parte del aire o del gas entre los electrodos, que es conductora de la e una temperatura muy alta.

ACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -16-


-CURSO DE FORMACIN DE INGENIEROS

Durante la soldadura TIG (Figuratungsteno, que alcanza una tempeencuentra en la superficie del bao iones metlicos del metal base y delectrodo de tungsteno por su elevad

Varilla de aportacinEUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -17-

FIGURA 7

DIFERENTES PARTES DEL ARCO ELCTRICO

8), los focos catdicos, se encuentran en el punta del electrodo de ratura muy elevada; alrededor de 3.000 K. El rea del nodo se de fusin. El plasma esta formado por iones del gas de proteccin e el metal de aportacin. El plasma no tendr iones procedentes del a temperatura de fusin.

Direccin de soldadura

Electrodo no consumibleGas de proteccin

FIGURA 8

SOLDADURA TIG


-CURSO

Durante la soldadura MIG (Figura 9), donde el metal de aportacin constituye polo positivo o nodo, el rea del nodo se encuentra en la parte inferior del hilo de fusin.

La superficie de la pieza a soldar ser el polo negativo o ctodo con uno o ms focos catdicos. El plasma aqu estar formado por iones metlicos procedentes del extremo final del hilo, por iones metlicos procedentes del metal base y por iones procedentes del gas.

Paral argformarestabili

Los metal principexceso

La ccompode los CO2 o

DE FORMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -18-

Gas de Protecin

Bao de Fusin

Alambre MIG

Boquilla Punta de contacto

Arco elctrico

Direccin de soldadura

FIGURA 9

SOLDADURA MIG

a la soldadura MIG de los aceros al carbono con argn como gas de proteccin, es necesario aadir n un gas oxidante. Este gas oxidante es necesario para estabilizar los focos catdicos que se n en la superficie del bao de soldadura y de este modo, dar estabilidad al arco. El arco sin esta

zacin fluctuar sobre la superficie de la pieza y el cordn de soldadura ser irregular. (Figura 10).

componentes oxidantes del gas de proteccin reaccionaran con los componentes metlicos del base, producindose una merma de algunos de los elementos. Para compensar esta merma, almente de manganeso y silicio, se utilizan electrodos que tengan los contenidos apropiados en de estos elementos.

omposicin del electrodo depender de la composicin del gas de proteccin, de la cantidad de nentes oxdantes que tenga el gas y de las propiedades mecnicas que se exija a la unin. A lo largo ltimos 20 aos, los gases de proteccin han ido evolucionando para pasar de CO2 a mezclas de ar-Ar-CO2-O2.


-CURSO D

La influ

Revis

La entiene un

La encalor qutemperapuede s

La code calortrmica exterior,

Tambdel arcopara varno se p

Aunqula perdidqumica,del orde

E FORMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -19-

FIGURA 10

SOLDADURA MIG DE ACERO AL CARBONO CON ARGN

encia de los gases de proteccin en arco

ando las propiedades de los gases de proteccin se puede ver su influencia en el arco elctrico.

erga de ionizacin del gas tendr una influencia sobre el inicio y la estabilidad del arco. El argn potencial de ionizacin inferior al del helio y comenzar a ionizarse a temperaturas mas bajas.

erga de disociacin de los gases poliatmicos, como CO2, O2 y H2, permite valorar la cantidad de e puede trasmitirse al metal base como consecuencia de la disociacin y considerar que a la misma tura y manteniendo constante el resto de las variables, el calor generado en la superficie del metal er considerablemente mas elevado con gases como CO2, O2 y H2 que con argn.

nductividad trmica de un gas mide la facilidad con la que conduce el calor. Influye en el gradiente que hay entre el centro y la periferia de la columna del arco elctrico. Un gas con una conductividad elevada como el helio, conduce ms el calor de la parte interior, en el centro del arco, hacia la parte dando como resultado una penetracin ms ancha y uniforme.

in la conductividad trmica y su variacin con la temperatura, influir sobre la prdida de energa elctrico. En la Figura 11 se puede observar que las curvas Conductividad Trmica Temperatura ios gases a 1 atmsfera. Las curvas del H2 y N2 tienen unos mximos debidos a su disociacin que resentan en las curvas del argn y helio.

e no se ha hecho ningn comentario dentro del apartado de las Propiedades Fsicas de los gases, a de energa de un arco elctrico por radiacin depender de la masa atmica, la estructura

presin y temperatura del gas que envuelva el arco. La prdida de energa por radiacin puede ser n del 10-20 % .


-CURS

Todelctr

La tendreobtenpuedey helimante

La argnhidrg

O DE FORMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -20-

Temperatura, 103 k

Nitrgeno

Hidrgeno

Helio

Argn

Erg

x cm

-1x

seg-

1 x

K-1

FIGURA 11

CONDUCTIVIDAD TRMICA DE ALGUNOS GASES EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA

as las caractersticas mencionadas anteriormente se combinan para dar al arco sus caractersticas icas.

energa elctrica es igual al producto V (voltios) x Intensidad (Amperios). Para una misma intensidad, mos un voltaje diferente dependiendo del gas empleado. Podemos obtener un voltaje superior , al

ido con argn, empleando helio o mezclas de argn y helio, o argn e hidrgeno. En la Figura 12 se ver un ejemplo de las curvas Voltaje Intensidad para soldadura TIG de acero inoxidable con argn

o. Un incremento de voltaje dar lugar a un incremento de la energa elctrica del arco, ya que an niendo la intensidad constante, se incrementar el producto V (voltios) x Intensidad (Amperios).

Figura 13, nos muestra las curvas Voltaje Intensidad para soldadura TIG de acero inoxidable con -helio y argn-hidrgeno. A una intensidad constante, aumenta el voltaje cuando se le aade eno al argn.


CURVAS VO

-CURSO DE FORMACIN D

CURVAS VOLTAJE IN

Voltaje (V)

Intensidad (A)

FIGURA 12 LTAJE INTENSIDAD PARA SOLDADURA TIG DE ACERO INOXIDABLE CON ARGN Y HELIO

E INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -21-

FIGURA 13

TENSIDAD PARA SOLDADURA TIG DE ACERO INOXIDABLE CON ARGN-HELIO Y ARGN-HIDRGENO


4.- PROCESOS DE SOLDADURA Y SUS GASES DE PROTECCIN

Aunque cada proceso se estudia mas ampliamente en su tema, aqu solo se har una breve descripcin para entender la influencia de los gases de proteccin en estos procesos.

4.1.- Soldadura TIG (Tungsten Arc Welding) - GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) y los gases de proteccin empleados

Es un proceso de selctrico entre un elecfusin esta protegido p

Con este proceso consume y un gas de la pieza a soldar.

Puede emplearse c

No se producen pro

Puede utilizarse en

Permite un fcil con

Est especialmente

-CURSO DE FORMACIN FIGURA 14

SOLDADURA TIG

oldadura (Figura 14) donde el calor necesario para la unin es producido por un arco trodo (que puede considerarse que no se consume) y la pieza a soldar. El bao de or un gas de proteccin.

se obtienen soldaduras de gran calidad ya que al utilizar un electrodo que no se proteccin que es generalmente inerte, no se afecta prcticamente la composicin de

on y sin aportacin.

yecciones y se necesita poco trabajo de limpieza despus de soldar.

todas las posiciones.

trol del bao de fusin.

indicado para la soldadura de espesores delgados y de tubera.

DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -22-


-CURSO

Se puede automatizar fcilmente.

Caudal de gas

El caudal de gas, debe ser el necesario para proteger el bao de fusin de modo eficaz. La informacin que se facilita sobre el caudal en las diferentes tablas, debe entenderse como orientativa, ya que depende del la intensidad de soldadura, del gas de proteccin, la boquilla empleada, la posibilidad que haya viento o corrientes y de la accesibilidad de la unin.

En general con mayores intensidades se necesitan mayores caudales.

La densidad del gas tiene una fuerte influencia sobre el caudal mnimo necesario. El argn es 1.4 veces mas pesado que el aire y 10 veces mas que el helio. Para que el helio, proporcione una proteccin eficaz similar a la del argn en una soldadura en posicin horizontal, necesitar un caudal del orden de 2 a 2,5 veces superior al del argn. Para las mezclas de argn y helio debe tenerse en cuenta el contenido del helio, siendo necesario emplear ms caudal cuanto mayor sea el contenido de helio. En la soldadura a techo, pueden reducirse los caudales del helio y sus mezclas ya que su peso especfico es inferior al del aire.

DE FORMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -23-

FIGURA 15

RELACIN ENTRE VELOCIDAD DEL VIENTO Y CAUDAL DE GAS DE PROTECCIN MNIMO NECESARIO


En la Figura 15 puede observarse la relacin entre la velocidad del viento y el caudal mnimo necesario para dos boquillas diferentes.

El caudal de gas debe elegirse con cuidado, el utilizar un caudal excesivo, adems de afectar al costo de la soldadura, puede arrastrar aire dentro de la zona de soldadura y provocar porosidad.

Tambin es importante que el ngulo del soplete no exceda ms de 30 respecto a la vertical, para evitar que el gas de proteccin arrastre aire dentro de la zona de soldadura.

Adems de las boquillas estndar, existen en el mercado otros tipos como las denominadas Gas Lens (Figura 16) que producen un flujo laminar a la salida del gas de proteccin, que facilita que este pueda hacer su funcin a una mayor distancia . Se emplean estas boquillas en aplicaciones donde la unin tiene un difcil acceso.

Para las soformas difereproteccin. (F

-CURSO DE FORFlujo de gas de proteccin sin boquilla Gas Lens

Flujo de gas de proteccin con boquilla Gas Lens

FIGURA 16

FLUJO DE GAS DE PROTECCIN CON Y SIN BOQUILLAS GAS LENS

ldaduras automticas, donde se puede soldar a velocidades elevadas, las boquillas adoptan ntes a las estndar para alargar el tiempo que el cordn esta bajo la accin del gas de igura 17)

MACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -24-


ACCES

Preflujo y Posflujo

El preflujo de gas elimina emodo la soldadura comenzarcondensacin de la humedad ambiente, de la humedad del

El postflujo reduce la contarco, la soldadura comienza aelevada como para que sea cdebe seguir saliendo por algnecesario depende del tamageneral , de 1 segundo poratmsfera protectora.

Propiedades del arco

Una de las propiedades impvoltaje/intensidad. La diferencnecesita un voltaje alrededor acero inoxidable y algo mayosobre el voltaje en gran medidde 2 voltios. Con helio, es nedel arco. (Figura 20)

-CURSO DE FORMACIN DE INGENFIGURA 17

ORIO PARA MEJORAR LA PROTECCIN DEL CORDN DE SOLDADURA

l aire de la zona de soldadura antes de que se inicie el arco elctrico. De este de modo adecuado. El preflujo de gas tambin puede eliminar la posible del aire en el soplete. Esto no siempre se produce, depende de la temperatura aire y de la refrigeracin del soplete.

aminacin del bao de soldadura en diferente maneras. Cuando se cierra el enfriar . Por unos instantes, la soldadura est a una temperatura lo bastante ontaminada por el aire del alrededor. Para prevenir esto, el gas de proteccin n tiempo hasta despus de que el arco se haya extinguido . El tiempo

o, espesor y la temperatura de la pieza, pero puede tomarse como regla cada 100 amperios de intensidad. Con esto el bao se enfriar en una

ortantes del gas de proteccin, es el efecto que tiene en el arco en la relacin ia entre el helio y el argn, puede verse en las Figuras 17, 18 y 19. El helio de dos voltios mayor, para corrientes superiores a los 150 A. en soldadura de r en soldadura de aluminio y cobre. La adicin del hidrgeno al argn influye a. Un incremento de la mezcla del 10% aumenta el voltaje del arco alrededor cesario aadir un 70% para obtener un aumento correspondiente del voltaje




Intensidad (A)

Voltaje (V)Voltaje (V)

Intensidad (A)

Voltaje (V)

Intensidad (A)

FIGURA 17 FIGURA 18 FIGURA 19

CURVAS VOLTAJE INTENSIDAD PARA SOLDADURA TIG DE ACERO INOXIDABLE, ALUMINIO Y COBRE RESPECTIVAMENTE CON ARGN Y HELIO

Un arco elctrico dar una respuesta diferente en atmsfera de argn o helio con la variacin de la longitud del arco. En atmsfera de helio, la variacin del voltaje del arco estar fuertemente influenciada por la variacin de la longitud del arco. Esta variacin ser inferior en una atmsfera de argn.

Como el voltaje y la intensidad del arco estn relacionadas por la curva caracterstica del equipo, la intensidad de soldadura tambin estar influenciada por la variacin de la longitud del arco.

Observando la Figura 20, en la soldadura TIG con helio, es ms difcil controlar la penetracin que con una atmsfera de argn. Si se produce un incremento en la longitud de arco de 2 a 4 mm, esto dar lugar en los cortes con la curva caracterstica a un incremento en el voltaje (V) y a un incremento en la intensidad (I). El I ser menor en atmsferas de argn que de helio y por tanto el control de la penetracin ser mejor en atmsferas de argn que de helio.

El problema del control de la penetracin se acentuar, utilizando helio, para unas intensidades comprendidas entre 50 y 150 A y en menor medida, utilizando argn, con intensidades inferiores a 40 A.

En equipos con curva caracterstica de pendiente elevada, el problema es menor que en los de caracterstica plana, ya que a un incremento dado de voltaje le corresponder un incremento menor de la intensidad y por tanto una menor variacin del calor del arco y como consecuencia de la penetracin.


-CURSO DE FO

Gases de

Argn

Es el gas

Su baja co

Buen con

Debido a

Las carac

Para la slimpieza, est

Aunque eargn/hidrgsoldadura. Lapropiados mezclas de RMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -27-

Intensidad (A)

Voltaje (V)

FIGURA 20

VARIACIONES DEL VOLTAJE E INTENSIDAD CON LA LONGITUD DE ARCO

Proteccin para Soldadura TIG

mas usualmente empleado en soldadura TIG.

nductividad trmica produce una columna de arco estrecha.

trol de la penetracin.

su bajo potencial de ionizacin, el inicio del arco es fcil.

tersticas anteriores le hacen que sea la primera opcin para la soldadura manual.

oldadura con corriente alterna, el argn con elevada pureza, ofrece una superior accin de abilidad del arco y apariencia de soldadura.

l argn puede emplearse para aplicaciones mecanizadas, las mezclas de argn/helio, eno o argn/helio/hidrgeno, son empleadas frecuentemente para incrementar la velocidad de as caractersticas de estas mezclas de producir un arco ms caliente, tambin las hacen

para la soldadura de metales con elevada conductividad trmica como cobre y aluminio. Las argn/hidrgeno solo deben emplearse en la soldadura de aceros inoxidables austenticos.



Helio

Por su elevada conductividad trmica y su elevado potencial de ionizacin, necesita un voltaje ms elevado que el argn para una misma intensidad y longitud de arco. Esto produce un arco mas caliente y ms ancho que mejora la penetracin y la anchura del cordn.

El empleo del helio tiene ventaja sobre el argn a las intensidades elevadas que se emplean en espesores gruesos y especialmente, de metales con elevada conductividad trmica. Tambin presenta ventaja el helio en soldadura automatizada para incrementar la velocidad de soldadura. La adicin del argn al helio mejorara el inicio del arco y la accin de limpieza.

Aunque en la soldadura del aluminio es el argn es el gas ms empleado, el helio se emplea en la soldadura automatizada con CCPD. El helio produce una mayor penetracin y velocidad de soldadura, pero para lograr esto es necesario limpiar previamente la superficie de xidos.

Las propiedades fsicas le dan ventaja en algunas aplicaciones frente al argn, sin embargo, su elevada energa de ionizacin, producir un arco mas inestable y unas peores caractersticas de inicio.

Otro factor a considerar es el costo, debe tenerse en cuenta el mayor precio y los mayores caudales del helio frente al argn.

Para aprovechar las ventajas del helio y del argn a un costo ms razonable, se utilizan mezclas de ambos y en algunos automatismos se favorece el inicio del arco con una mezcla de argn / helio y se continua el resto de soldadura con helio.

Mezclas de argn /helio

Las mezclas ms empleadas son :

Mezcla 70%-75%Ar-25%-30% He.

Con esta mezcla puede mejorarse la velocidad y la calidad de soldadura con CC y CA de aluminio, cobre y acero inoxidable. Se emplea en soldadura manual y automtica.

Mezcla 50 % Ar-50% He.

Empleda para soldadura automtizada a elevadas velocidades de soldadura de metales no frricos en espesores inferiores a 6 mm.

Mezcla 25%-30%Ar-70-75 %He.

Empleada con CC cuando se desea incrementar el input trmico manteniendo un buen inicio del arco. Su principal aplicacin es para soldadura MIG de aluminio en espesores superiores a 12 mm.

Mezclas de argn/hidrgeno.

El hidrgeno se mezcla con el argn por dos motivos fundamentalmente, para incrementar el input trmico y para aprovechar el carcter reductor para mejorar la fluidez del bao y producir una superficie de cordn ms limpia. Estas mezclas se emplean para la soldadura de aceros inoxidables austenticos.



El incremento del voltaje debido al hidrgeno, incrementa la dificultad de inicio del arco. Por esta razn, se emplean bajos contenidos de hidrgeno. Hasta el 5 % en soldadura manual y hasta el 15 % en soldadura automatizada.

Las mezclas de argn / hidrgeno se emplean principalmente para la soldadura de aceros inoxidables austenticos, nquel y sus aleaciones.

Por el contenido en hidrgeno, estas mezclas no deben emplearse, para la soldadura de aceros al carbono, de baja aleacin, cobre, aluminio o titanio ya que puede originar fisuracin o porosidad.

Mezcla de 98 %Ar-2% H2; 95%Ar-5%H2

Se emplean para la soldadura TIG manual de aceros inoxidables austenticos, el 95%-5%H2 debe emplearse para espesores superiores a 1,6 mm.

Estas mezclas tambin se pueden emplear como gas de respaldo para la soldadura de tubera.

Mezcla de 90 %Ar-10% H2

Se utiliza para aplicaciones mecanizadas con elevada velocidad de soldadura de aceros inoxidables austenticos.

Mezcla de 85 %Ar-15% H2

Se emplea para soldadura de aceros inoxidables austeniticos a velocidades comparables a las del helio aproximadamente un 30 - 50 % ms elevadas que con argn. Una aplicacin tpica es la soldadura de tubo de acero inoxidable.


Tabla 3.- Guia de seleccin de gases para soldadura TIG Metal

Tipo de Soldadura

Gas de Proteccin Caractersticas

Acero suave Por puntos Ar (99,990%) Se prefiere generalmente para una mayor duracin del electrodo, y facilidad de inicio de arco. Manual Ar (99,996%) Buen control del bao, especialmente para soldaduras en posicin.

Automtica Ar/He Velocidades de soldadura ms elevadas. Aluminio y Manual Ar (99,998%) Mejor inicio del arco, accin de limpieza y calidad de soldadura. Consumo de gas menor que con helio. Magnesio Ar/He Facilita una elevada velocidad de soldadura, debido al mayor input trmico. Mayor penetracin que con argn. Automtica Ar/He Mayor velocidad de soldadura. He Con corriente continua polaridad directa. Mayor penetracin y velocidad de soldadura que con argn. Acero Manual Ar (99,996%) Excelente control del bao y de la penetracin. Inoxidable Automtica Ar (99,996%) Excelente control de la penetracin sobre materiales en espesores delgados. Ar/He Input trmico ms elevado, permite velocidades de soldadura ms elevadas sobre espesores gruesos.

Ar/H2 Evita las mordeduras, produce un adecuado contorno de la soldadura a bajos niveles de intensidades. Se emplea en la fabricacin de recipientes y tubos. Se puede emplear como gas de respaldo en la soldadura de aceros inoxidables austenticos.

Cobre, niquel Ar (99,996%) Fcil control del bao de fusin, penetracin y contorno del cordn sobre metales con espesores delgados. y aleaciones Ar/He El input trmico ms elevado de las mezclas de helio compensan la elevada conductividad trmica de espesores

ms gruesos. Mayores velocidades de soldadura. He Permite obtener el mayor input trmico para mejorar la velocidad de soldadura sobre espesores gruesos

Titanio Ar (99,9990%)

Es necesario mantener muy bajo el nivel de impurezas para soldar este metal. Emplear caudalmetros apropiados.

Ar/He Mejor penetracin para soldadura manual de secciones gruesas. Bronces Ar (99,996%) Permite un buen control de la penetracin.



-CURSO DE FORMACIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONAL

4.2.- Soldadura Plasma y los gases de proteccin empleados

La soldadura plasma es una evolucin de la soldadura TIG. En el proceso pasma el electrodo de tungsteno esta retrado dentro de la boquilla. El diseo especial de la boquilla hace que al pasar el arco a travs de su orificio, se constria, logrndose un arco ms d

ELECTRODOGAS PLASMA (DE ORIFICIO)

GAS DE PROTECCION BOQUILLA

BOQUILLA DE GASEXTERIOR

DISTANCIA DELSOPLETE AL METAL

DIAMETRO DEORIFICIODE BOQUILLAMETAL

LONGITUDDE GARGANTA

DISTANCIA DEAJUSTE DEELECTRODO

FIGURA 21

SOLDADURA PLASMA

Al pasar el arco a travs del pequeo orificio de la boqionizacin del gas, formndose el plasma y elevndose lvelocidades de soldadura.

FIGURA 23

DOS TIPOS DE ARCO PLASMA TRANSFERI

Dependiendo de los electrodos entre los que salte el arco,definirse como Plasma de Arco Transferido cuando el arcelgado y largo que con el proceso TIG.

FIGURA 22

COMPARACIN DE SOLDADURA TIG Y PLASMA

uilla, se eleva el voltaje producindose la a temperatura. Esto dar lugar a mayores ES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -31-

DO Y NO TRANSFERIDO

la soldadura plasma (PAW), puede entonces o constreido salte entre el electrodo no


consumible y el bao de fusin y Plasma de Arco No Transferido cuando el arco salte entre el electrodo y la boquilla que constrie el arco.

El Plasma de arco No Transferido se utiliza para aplicaciones de soldadura donde no se desea que la pieza a soldar forme parte del circuito elctrico. Tambin se emplea para fusin de materiales no metlicos como los cermicos.

El Plasma de arco Transferido, se emplea con dos mtodos diferentes, estndar (Melt in) y por agujero (Keyhole).

La soldadura estndar (Melt in), tiene ventajas sobre el proceso TIG por tener un arco ms largo y delgado. Esto incluye la mayor estabilidad del arco a bajas intensidades. Menos distorsin del metal , posibilidad de mayores velocidades de soldadura y mayores tolerancias a variaciones de la distancia entre el soplete y el metal base. Como puede observarse en la Figura 24 el cambio en el rea de la seccin del arco, con la variacin de la distancia entre el soplete y el metal base es mayor en la soldadura TIG que en el PLASMA. Esto tiene un marcado efecto sobre el calentamiento del metal base y por tanto sobre la penetracin y el tipo de soldadura.

VARIACIN DEL CAL

En soldadura agujero que se mfluye unindose o

-CURSO DE FORMAFIGURA 24

ENTAMIENTO CON EL PROCESO TIG Y PLASMA ESTANDAR (MELT IN) CON LA VARIACIN DE LA DISTANCIA ENTRE EL SOPLETE Y EL METAL BASE

por agujero (Keyhole), el arco penetra en metal base en todo el espesor formndose un ueve con el arco en la direccin de soldadura. Detrs del arco plasma, el metal fundido tra vez (por la fuerza de tensin superficial), solidifica y forma la soldadura.

CIN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -32-


Gases de Proteccin par

Se emplean dos gases, esale del soplete a travs del Tambin afecta a la transferperiferia del arco, protege la

Soldadura con baja inten

Se prefiere el argn comoinicio del arco. Las mezclas dun elevado input trmico.

La eleccin del gas de paluminio, acero al carbono contenido de helio deber aualeacin, aceros inoxidables de argn /hidrgeno.

-CURSO DE FORMACIN DE INGEFIGURA 25

SOLDADURA POR AGUJERO (KEYHOLE)

a Soldadura Plasma

l gas de orificio o gas plasma y gas de proteccin. El gas de orificio o plasma orificio central y controla las caractersticas del arco y proteccin del electrodo. encia de calor al metal base. El gas de proteccin, introducido a travs de la soldadura.

sidad (< 100 amperios)

gas de orificio o gas plasma por su bajo potencial de ionizacin que facilita el e argn/ helio y argn/hidrgeno, se utilizan para aplicaciones donde necesitan

roteccin, depende del tipo y espesor del metal base. Para la soldadura de y cobre, los gases empleados son argn, helio, mezclas de argn/helio. El mentarse con el incremento del espesor. Para la soldadura de aceros de baja y nquel, adems de los gases mencionados anterirmente, se utilizan mezclas

NIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -33-



TABLA 4.- Seleccin de gases para soldadura plasma con baja intensidad

Metal Espesor Procedimiento Agujero Keyhole

Procedimiento Estndar

Inferior a 1.5 No recomendado Ar, He Aluminio Superior a 1.5 He He

Inferior a 1.5 No recomendado Ar, He, Ar/He Acero al carbono Superior a 1.5 Ar, Ar/He Ar, Ar/He

Inferior a 1.5 No recomendado Ar, He, Ar/H2Acero de baja Aleacin Superior a 1.5 Ar, Ar/He Ar, He

Inferior a 1.5 No recomendado Ar, He, Ar/H2Acero inoxidable Superior a 1.5 Ar, He, Ar/H2 Ar, He, Ar/H2Inferior a 1.5 No recomendado He,Ar/He Cobre Superior a 1.5 He, Ar/He He

Inferior a 1.5 No recomendado Ar, He, Ar/H2Aleaciones de Niquel Superior a 1.5 Ar, Ar/He Ar, He, Ar/H2

Inferior a 1.5 No recomendado Ar Titanio Superior a 1.5 Ar,He, Ar/He Ar/He

La seleccin del gas se refiere nicamente al gas de proteccin. El gas 'plasma' en todos los casos argn.

Soldadura con elevada intensidad (> 100 amperios)

La eleccin del gas empleado en la soldadura con elevada intensidad, tambin depende de la composicin y del espesor del metal base. En la mayora de los casos, se utiliza el mismo gas para orificio o plasma y de proteccin.

Argn

El argn es apropiado como gas de orificio o plasma y de proteccin para la soldadura de todos los metales, pero no necesariamente es el gas que produce el resultado ptimo para todas las aplicaciones.

En la soldadura estndar, las adiciones del hidrgeno al argn producen un gas mas caliente y una mas eficiente transferencia de calor al metal base. Los lmites en el contenido de hidrgeno, estn relacionados con su potencial para la formacin de fisuras y porosidad.

Sin embargo, utilizando la soldadura por agujero (Keyhole), para un espesor dado puede soldarse con un contenido ms elevado de hidrgeno. Esto puede ser debido al modo de soldadura por agujero o Keyhole y el diferente modo de solidificacin que ello produce.

El argn, se emplea para la soldadura de aceros al carbono, aceros de elevada resistencia y en metales como las aleaciones de titanio y circonio, donde an pequeas cantidades de hidrgeno en el gas utilizado, puede dar origen a porosidad, fisuracin o disminucin de las propiedades mecnicas.



Mezclas de argn/helio

Las adiciones de helio al argn produce un arco ms caliente para una intensidad dada. Las mezclas de argn/helio con contenidos entre 50 a 75 % de helio son utilizadas para la soldadura por agujero o keyhole en espesores gruesos cuando es necesario el calor adicional y una forma de penetracin ms amplia.

Mezclas de argn /hidrgeno

Las mezclas de argn/hidrgeno se emplean como gas de orificio o plasma y de gas de proteccin para hacer soldaduras de acero inoxidable, Inconel, nquel y aleaciones de cobre-nquel. Las cantidades de hidrgeno varan entre 5 al 15 %.

TABLA 4.- Seleccin de gases para soldadura plasma con intensidad elevada

Metal Espesor Procedimiento Agujero Keyhole

Procedimiento Estndar

Inferior a 6 Ar Ar, Ar/He Aluminio Superior a 6 He He, Ar/He

Inferior a 3 Ar Ar Acero al carbono Superior a 3 Ar Ar/He

Inferior a 3 Ar Ar Acero de baja Aleacin Superior a 3 Ar Ar/He

Inferior a 3 Ar, Ar/H2 Ar Acero inoxidable Superior a 3 Ar, Ar/H2 Ar/ He

Inferior a 2 Ar He,Ar/He Cobre Superior a 2 No recomendado He

Inferior a 3 Ar/H2 Ar Aleaciones de Niquel Superior a 3 Ar/H2 Ar/ He

Inferior a 1.5 Ar Ar Titanio Superior a 1.5 Ar, Ar/He Ar/He

La seleccin del gas se refiere nicamente al gas de proteccin. El gas 'plasma' en todos los casos argn.


4.3.- Soldadura MIG (Metal Inert Gas)- GMAW (Gas Metal Arc Welding) y los gases de proteccin empleados

Es un proceso de soldadura elctrico entre un electrodo cobao de fusin se obtiene med

Este proceso se utiliza paraacero inoxidable.

Normalmente se utiliza corripolaridad invertida (CCPI).

El consumible se alimenta cuando se funde con el arco el

El proceso MIG (GMAW) tie

- Arco corto o corto

- Globular

- Arco largo o arco

- Arco Pulsado

- Con Elevada Dens

-CURSO DE FORMACIN DE INGENFIGURA 26

SOLDADURA MIG (GAS METAL ARC WELDING)

(Figura 26) donde el calor necesario para la unin es producido por un arco ntinuo consumible y la pieza a soldar. La proteccin del arco elctrico y del iante un gas o mezcla de gases.

soldar los principales metales como el acero al carbono, aluminio, cobre y

ente continua con el electrodo conectado al polo positivo. (Corriente continua

automticamente de modo continuo, es protegido por el gas de proteccin ctrico.

ne cinco diferentes tipos de transferencia:

circuito

spray

idad de Corriente - Arco rotacional



El modo de transferencia est determinado por muchos factores:

- Nivel de intensidad

- Dimetro de alambre

- Longitud de arco o voltaje

- Caractersticas del equipo

- Gas de proteccin

Transferencia por arco corto (Short-Circuit Gas Metal Arc Welding GMAW-S)

Es una variacin del proceso en la que el electrodo se deposita durante los sucesivos cortocircuitos.

La transferencia de metal tiene lugar cuando el electrodo toca el bao de fusin. En este tipo de transferencia la relacin entre la velocidad de fusin del electrodo y su velocidad de alimentacin dentro de la zona de soldadura, hace que se alterne de modo intermitente el arco elctrico y el cortocircuito entre en electrodo y el metal base. Esta secuencia se repite del orden de 50 a 250 veces por segundo.

Debido a las caractersticas de bajo input trmico, este tipo de transferencia, produce un bao de fusin pequeo, que solidifica rpidamente, que lo hace ideal para la soldadura en todas las posiciones.

Este tipo de transferencia es tambin particularmente apropiada para la soldadura de espesores delgados con una distorsin mnima y para puentear preparaciones con huelgos excesivos.

Resumen de carac

- Bajos vo

- Dimetro

-CURSO DE FORMACIN

FIGURA 27

TRANSFERENCIA POR ARCO CORTO

tersticas:

ltajes e intensidades.

s de alambre pequeos.

DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -37-


- Input trmico pequeo.

- Pequeo bao de fusin.

- Soldadura de espesores delgados y con preparaciones con separaciones amplias.

- Soldadura en todas las posiciones.

- Soldadura de preparaciones con separaciones amplias.

- Pequeos valores de deposicin de alambre.

- Poca distorsin.

Transferencia Globular

El metal se transfiere, en forma de grandes gotas a travs del arco. (Figura 28)

Este modo de transferencia tiene lugar cuando el ajuste de voltaje y de intensidad esta comprendido entre los valores de arco corto y arco largo. Esto sucede con todos los gases de proteccin. Cuando se emplea el CO2 como gas de proteccin se produce este tipo de transferencia con cualquier valor de intensidad por encima de los valores de arco corto. La transferencia globular se caracteriza por dar lugar a un gran tamao de gota del orden de 2 a 4 veces el ms grande que el dimetro del alambre.

-CURSO DE FORMACI

Con el CO2 la trantamao, caen por gr

Transferencia po

El metal fundido existe "contacto" com

Con una gas de pel tipo de transferenN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -38-

FIGURA 28

TRANSFERENCIA GLOBULAR

sferencia de las gotas no se dirigen axialmente a travs del arco y debido a su gran avedad debido a su peso o hacen cortocircuito a travs del arco con el metal a soldar.

r Arco Largo

se transfiere axialmente a travs del arco al bao de fusin en pequeas gotas. No o suceda en la transferencia por arco corto entre el electrodo y el metal base.

roteccin con menos de 15 - 18 % de CO2 y unas adecuados parmetros de soldadura, cia cambia de globular a arco largo. Esto sucede siempre que se supere unos valores


de intensidad y voltaje mnimos que dependen del gas y del dimetro de alambre. A esta intensidad mnima se la denomina Intensidad de Transicin de arco globular a arco largo. Ver Tabla 5

La transferencia por arco largo, provoca la constriccin del arco y una forma de afilado en el extremo del electrodo. (Figura 29).

El metal fuy dirigidas ax

Debido a lacornisa.

Resumen d

- I

- G

- S

- S

- M

- M

- E

- Ea

-CURSO DE FORFIGURA 29

TRANSFERENCIA POR ARCO LARGO

ndido se transfiere a travs del arco en pequeas gotas de menor dimetro que el del alambre ialmente al metal base. El nmero de estas gotas es muy elevado, de cientos por segundo.

fluidez del bao, este tipo de transferencia se emplea nicamente en posicin horizontal o en

e caractersticas:

nput trmico elevado.

randes baos de fusin.

oldadura de espesores gruesos.

oldadura en horizontal (excepto cuando se emplee arco largo con arco pulsado).

ayor distorsin.

enos salpicaduras.

levados valores de deposicin de alambre.

n la tabla a continuacin puede observarse la diferencia que existe en la transferencia por rco spray entre diferentes gases.



-CURSO DE FORMACIN

Transferencia por Arco Pulsado (GMAW-P)

En esta variacin, el equipo produce una salida con dos niveles de intensidad, el inferior llamado base que es demasiado bajo para producir cualquier tipo de transferencia, pero si es capaz de mantener el arco; y el nivel superior llamado pico, que es el que funde las gotas del consumible que se transfieren a travs del arco (Figura 30). Este pico sucede en intervalos regulares y controlados. La intensidad puede tener una frecuencia baja o elevada de varios cientos de ciclos por segundo. El resultado neto es producir un arco largo con un nivel de intensidad medio mucho ms bajo que el nivel de intensidad necesitado para un dimetro y tipo de electrodo particular.

FIGURA 30 TRANSFERENCIA CON ARCO PULSADO

El tipo de corriente empleado que se obtiene puede observarse en la Figura 31. Intensidad

Transferencia con

Este tipo de transfealambre, una longitudDE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -40-

Tiempo FIGURA 31

TRANSFERENCIA POR ARCO PULSADO

Elevada Densidad de Corriente

rencia exige el empleo conjunto de una determinada combinacin de alimentacin de de alambre (stick out) y un gas de proteccin.


Las velocidades de deposicin que se encuentran con este tipo de transferencia son del orden de 5 a 12 Kg por hora, mientras que con arco largo esta entre 3 y 5 kg por hora. Las caractersticas de la transferencia de elevada densidad de corriente, esta dividida entre transferencia por arco largo rotacional y no rotacional.

Utilizando la combinacin de un alambre macizo, un alimentador que permita elevada velocidad de alimentacin de hasta 30 m/min, una gran longitud de alambre y una mezcla de gases adecuados, puede obtenerse una transferencia con arco largo rotacional. La elevada longitud de alambre crea una resistencia elevada que produce el calentamiento del alambre que llega a fundir su extremo final. El paso de la intensidad a travs del alambre genera un campo magntico y unas fuerzas que hacen que el extremo del alambre fundido comience a rotar de forma helicoidal. (Figura 32)

TRANSF

Soldadura con alam

Se considera una vara uno macizo, generalmorden el 95 % y superio

Un alambre metal copolvo, estabilizadores velocidad de deposicinpueden emplearse dond

Estn diseados paraproteccin mezclas de a

Tienen un mayor coexcelente control del balambres flux cored co

-CURSO DE FORMACIN DEFIGURA 32

ERENCIA CON ELEVADA DENSIDAD DE CORRIENTE. ROTACIONAL POR ARCO LARGO

bres Metal Cored

iacin del MIG (GMAW). Con un alambre metal cored se trabaja de modo similar ente produce menos humos, no deja escoria y tiene una eficiencia de deposicin del r.

red esta formado por un tubo metlico lleno con elementos aleantes en forma de del arco y elementos desoxidantes. Puede conseguirse con ellos un elevada con una elevada eficiencia y puede utilizarse en todas las posiciones. Tambin e las preparaciones no son las ms ptimas.

poder soldar sobre superficies con alguna suciedad y xido utilizando como gas de rgn.

ntenido de desoxidantes con el que se obtienen cordones de calidad con un ao. Este tipo de alambres combinan la elevada velocidad de deposicin de los n una eficiencia de deposicin y nivel de humos de los alambres slidos. Las

INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -41-



propiedades mecnicas son comparables a las de los alambres macizos del acero al carbono y tambin como estos tienen un bajo contenido de escorias.

Los gases de proteccin mas empleados con estos alambres son Ar/ 8-20 % de CO2 para acero al carbono y Ar/1-2 % O2 o Ar/2-10 % CO2 para los aceros inoxidables

Las ventajas de los alambres metal cored son:

- Elevada velocidad de deposicin

- Elevada eficiencia de deposicin (95 % o superior)

- Soldadura de calidad sobre ligera suciedad y xido.

- Bajo nivel de salpicaduras.

- Poca escoria.

- Buena soldabilidad.

- Soldadura en todas las posiciones

- Bajo nivel de humos.

- Facilita la soldadura en preparaciones que no son las mas ptimas.

Gases de Proteccin para soldadura MIG (GMAW)

Argn

Se emplea para la soldadura de los metales no frreos como las aleaciones de aluminio, nquel, cobre, magnesio y de titanio y circonio. El argn facilita sobre estos metales, una excelente estabilidad del arco, penetracin y una buena forma del cordn. Cuando se sueldan metales frreos, se utiliza el argn mezclado con otros gases como CO2, O2, o He.

La baja energa de ionizacin y la buena conductividad elctrica del argn facilita la estabilidad del arco. El argn produce una columna de arco estrecha que concentra una elevada densidad de energa sobre una superficie pequea. El resultado es una forma de penetracin caracterstica. (Figura 33)


Dixido de

Al disociarsdel arco paraAunque el COsi se seleccio

El CO2 se utener en cuensoldado. Debdeposicin depropiedades m

El CO2 no las mayores globular. (Fig

-CURSO DE FORFIGURA 33

FORMAS DEL CORDN CON DIFERENTES GASES DE PROTECCIN

Carbono

e libera CO y O2 en el arco. El O2 se combina con los elementos que se transfieren a travs formar xidos y escoria y tambin es el causante de la formacin de gran cantidad de humos.

2 es un gas activo y produce la oxidacin del material soldado, se obtienen soldaduras sanas na el consumible adecuado.

tiliza a menudo en la soldadura de aceros al carbono por su bajo costo. Sin embargo hay que ta que el costo unitario ms bajo del gas no se corresponde con el costo mas bajo por metro en considerarse otros factores que pueden afectar al costo como una baja eficiencia de bido a salpicaduras, un elevado nivel de humos, un bajo tiempo de arco y unas reducidas ecnicas.

permite la transferencia por arco largo. El metal se transfiere por arco corto y globular. Una de desventajas del CO2 es la gran cantidad de proyecciones que se obtienen en la transferencia ura 34)



Empleando COdebe seleccionarsprdida de elemen

Las soldadurastener en cuenta a

Las principales

Helio

Se emplea en la

El helio no facpenetracin y la vproduce una colum

Al necesitar unproduce un bao msoldadura de alum

-CURSO DE FORMAC(CCPI)

FIGURA 34

COMPARACIN DE SALPICADURAS CON CO2 Y CON MEZCLAS DE AR-CO2-O2

2 se obtiene una superficie menos lmpia que empleando mezclas de argn y tambin e un consumible con un mayor contenido de elementos desoxidantes para compensar la tos en la transferencia a travs del arco.

con CO2 normalmente requieren una operacin de limpieza antes de pintar que hay que la hora del clculo del gas.

ventajas del CO2 son la buena penetracin y anchura de la fusin.

s aplicaciones donde sea necesario un mayor input trmico.

ilita la estabilidad del arco como lo hace el argn pero puede mejorar la fluidez, la elocidad de soldadura. El helio tiene una mayor conductividad trmica que el argn y na de arco mas ancha.

mayor voltaje para un arco estable, genera un input trmico mayor que con argn, as grande, con una mayor fluidez y mejor mojadura. Esto es una ventaja importante en la

inio, magnesio y aleaciones de cobre.

IN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -44-



Mezclas de argn/oxgeno

La adicin de pequeas cantidades del oxgeno al argn crea una gran estabilidad del arco, incrementa la velocidad de transferencia de gotas, baja la intensidad de transicin a arco largo y mejora el tipo de cordn.

Mezcla de 99 % Ar- 1% O2

Principalmente empleadas para la soldadura por arco largo del acero inoxidable. El 1% de oxgeno es suficiente para estabilizar el arco, mejorar la velocidad de transferencia de las gotas y el aspecto del cordn.

Mezclas de 98 % Ar- 2% O2

Se emplean en la soldadura con arco largo de aceros al carbono, de baja aleacin y aceros inoxidables. Se logra una mayor fluidez que con el 1 % de O2. Las propiedades mecnicas y la resistencia a la corrosin de las soldaduras hechas con 1% y 2% son similares. Sin embargo, la apariencia del cordn de acero inoxidable ser mas oscura y ms oxidada para el 2%.

Mezclas de 95 % Ar- 5% O2

Esta mezcla produce un bao de fusin ms fluido. Es la mezcla de Ar-O2 mas empleada para la soldadura de aceros al carbono. Con ella se pueden conseguir las mayores velocidades de soldadura.

Mezclas de argn/ CO2

Se emplean en la soldadura de aceros al carbono, de baja aleacin y de algunos aceros inoxidables. A medida que se incrementa el contenido de CO2 en la mezcla y se emplea para la soldadura a intensidades elevadas, se incrementa la cantidad de salpicaduras.

Con contenidos superiores al 20 % de CO2, la transferencia por arco largo es inestable y solo sucede la transferencia por arco corto o globular.

Mezclas de 95 % Ar- 2% CO2

Se utiliza en la soldadura de aceros inoxidables con todos los tipos de transferencia. La apariencia del cordon es mas lmpia que en la soldadura con Ar-CO2


Empleada para la soldadura con arco pulsado de diferentes espesores de aceros al carbono y de baja aleacin y en todas las posiciones.

Produce una buena estabilidad del arco cuando se suelda sobre una superficie con ligero xido y un bao de fusin mas controlable que las mezclas de Ar/ O2


Estas mezclas se comportan de modo similar a 95 % Ar- 5% CO2 pero incrementan el input trmico dando lugar a un bao de fusin mas grande y fluido en arco corto, arco largo y arco pulsado.




Estas mezclas se utilizan en un gran nmero de aplicaciones en la soldadura de aceros al carbono y de baja aleacin. Se puede conseguir la mxima productividad en espesores delgados en la transferencia con arco corto. En comparacin con el CO2, en la soldadura de espesores delgados, se consigue disminuir la excesiva penetracin del CO2 que puede llegar a perforar, mientras se incrementan la velocidad de deposicin y la velocidad de soldadura. En comparacin con mezclas con mayor contenido en CO2 como Ar-20 % CO2 se puede incrementar la eficiencia de la deposicin debido a la disminucin de salpicaduras.

Con esta mezcla se puede conseguir la transferencia con arco largo, aunque este cerca del lmite mximo considerado del 20 % de CO2 para poder tener esta transferencia.


Esta mezcla se utiliza para soldadura de aceros al carbono por arco corto y por el contenido de CO2 esta en el lmite para poder soldar con arco largo. De hecho con muchos equipos de soldadura no es posible llegar a obtener un arco largo. Se utiliza para la soldadura con alambres flux cored de aceros al carbono y de aceros inoxidables (ver recomendaciones del fabricante del alambre).


Es la mezcla tpica para soldar aceros al carbono con arco corto con alambres de 1,0 y 1,2 mm de dimetro. No se puede obtener con ella un arco largo. Se utiliza para la soldadura con alambres flux cored de aceros al carbono y de aceros inoxidables (ver recomendaciones del fabricante del alambre).

Mezclas de argn/helio

El helio se mezcla con el argn para obtener las ventajas de ambos gases. El argn aporta una buena estabilidad y accin de limpieza y el helio aporta un mayor input trmico, una mayor fluidez y mas amplia anchura de fusin.

Las mezclas Ar/He se utilizan principalmente para la soldadura de metales no frreos como aleaciones de aluminio, cobre, niquel, magnesio, titanio y circonio.

Generalmente se puede emplear la regla de mayores contenidos de helio para mayores espesores. Contenidos del 15 al 20% son suficientes para afectar al arco. Cuando el contenido de helio se aumenta, se necesita un mayor voltaje y se produce un incremento de las salpicaduras y de la relacin anchura / profundidad de la penetracin y una disminucin de la porosidad.

El contenido de argn debe ser al menos del 20%-30% para poder obtener transferencia por arco largo.

Mezclas de 70-75 % Ar- 25-30% He

Se utiliza para la soldadura de metales no frreos, donde se necesita un incremento del input trmico y cuando un buen aspecto del cordn es importante. Es una de las mezclas ms utilizadas en la soldadura del aluminio.

Mezclas de 50 % Ar- 50% He

Para aplicaciones atomatizadas o con robot de metales no frreos en espesores inferiores a 15 mm.



Mezclas de 25-30% Ar- 70-75% He

Para aplicaciones atomatizadas o con robot de aluminio en espesores superiores a 15 mm. en posicin horizontal. Incrementa el input trmico y reduce la porosidad de las soldaduras de aleaciones de cobre.

Mezclas de argn/Oxgeno/CO2

Estas mezclas de tres componentes se utilizan para la soldadura de aceros al carbono y de baja aleacin. Ofrecen la versatilidad necesaria para poder soldar con todos los tipos de transferencia, arco corto, arco largo, arco pulsado y alta densidad de energa.

Las composiciones mas usuales son:

80 % Ar-15% O2-5% CO2

90 % Ar-8% O2-2% CO2

90 % Ar-5% O2-5% CO2

93 % Ar-5% O2-2% CO2

96 % Ar-3% O2-1% CO2

La mezcla mas adecuada depender del tipo de transferencia y la posicin de soldadura.

En la soldadura de espesores delgados, el contenido en oxgeno ayudar a la estabilidad del arco a bajas intensidades (30-60 A) con un arco corto de fcil control, con bajo input para tener baja tendencia a traspasar y con pocas deformaciones.

A intensidades elevadas en transferencia por arco largo, se obtienen velocidades de deposicin y de soldadura ms elevadas que con mezclas de Ar-CO2

Mezclas de argn/Helio/CO2

Las adiciones del helio y CO2 al argn incrementan el input trmico y la fluidez y mojabilidad del bao.

Pueden emplearse en la soldadura de aceros al carbono, baja aleacin, aceros inoxidables y aleaciones de nquel, pero debido al elevado costo del helio, tienen sus principales aplicaciones en la soldadura de acero inoxidable y de aleaciones de niquel.

Las composiciones mas usuales para la soldadura de acero al carbono y baja aleacin son:

72% Ar-20% He-8 %CO2

66% Ar-26% He-8 %CO2

Se utilizan para la soldadura con arco largo y con arco pulsado. Pueden emplearse para todos los espesores y en todas las posiciones. Aunque la limpieza es necesaria, estas mezclas permiten la soldadura sobre superficies con contenidos superiores de xidos que las mezclas convencionales de dos componentes. Se puede controlar el bao con facilidad y se obtienen buenas propiedades mecnicas.


Las composiciones mas usuales para la soldadura de aceros inoxidables son:

78% Ar-20% He-2 %CO2

83% Ar-15% He-2 %CO2

81% Ar-18% He-1 %CO2

66% Ar-33% He-1 %CO2

Se utilizan para transferencia con arco corto, largo y pulsado. En comparacin con las mezclas de dos componentes se obtienen mayores velocidades de soldadura, cordones mas anchos y planos, con buen color, baja porosidad y buena resistencia a la corrosin por la baja prdida de elementos.

Mezclas de argn/CO2/H2 y argn/Helio/CO2/Hidrgeno

Estas mezclas con adiciones de hidrogeno del 1 %, se utilizan en la soldadura de acero inoxidable austentico donde la presencia de hidrogeno no presenta problemas de fisuracin y s aade un efecto reductor que ayuda a obtener cordones con una superficie con muy buen aspecto.

Factores que tienen influencia sobre el gas de proteccin

Como una de las principales funciones del gas de proteccin, es la de proteger el metal fundido, el bao de fusin y el electrodo, del oxgeno y nitrgeno del aire. Si estos gases se mezclan con el aire, pueden, entre otras cosas, producir porosidad en el material soldado.

Esto puede suceder si alrededor del lugar de soldadura hay puertas, ventanas abiertas o ventiladores que originen corrientes de aire que puedan arrastrar el gas de proteccin o si el caudal es muy bajo o muy alto. Con un caudal de gas muy bajo, la cantidad de gas de proteccin es insuficiente y con un caudal de gas muy elevado, se pueden crear turbulencias y arrastrar aire dentro del flujo de gas de proteccin. (Figura 35).

-CURSO DE FORMACI

Arco Corto

El ngulo del sopun arrastre de aire,N DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -48-

FIGURA 35

20 l/min. 12 l/min 5 l/min

Arco Largo

30 l/min. 16 l/min 8 l/min

UTILIZACIN UN CAUDAL DE GAS ADECUADO

lete no debe exceder de 10 20 de la vertical (Figura 36) para evitar que se produzca que se mezcle con el gas de proteccin y produzca porosidad.


El extremosoldadura co

Cuando lamuy elevada

La punta delctrico que

Deben qucreen un rgdebe estar p

-CURSO DE FO

FIGURA 36

UTILIZACIN DE UNA INCLINACIN ADECUADA EN EL SOPLETE

de la punta de contacto debe estar metida 2 mm aproximadamente dentro de la boquilla en la n arco largo y a nivel o fuera 2mm hacia fuera en la soldadura con arco corto.

longitud de alambre (distancia entre el extremo de la punta de contacto y el del alambre) es , puede que la proteccin del gas no sea la adecuada.

e contacto debe estar situada concentricamente con la boquilla del gas para evitar que el arco de situado fuera de la proteccin del gas. (Figura 37)

itarse regularmente las proyecciones de la boquilla y de la punta de contacto, para evitar que imen turbulento en la salida del gas de proteccin que introduzca aire dentro de la zona que rotegid .

RMACIa

FIGURA 37 SITUACIN CORRECTA DE LA PUNTA DE CONTACTO

N DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA- Tema 1.6 -49-



Aceros no aleados y con baja aleacin de carbono

En los aceros al carbono, no se puede usar argn puro para soldadura MIG, esto se debe a que el argn puro hace que el arco sea muy inestable, y se producir una soldadura muy irregular con porosidad.. Otra de las razones por la que el argn puro no debe usarse, es la mala adherencia del bao de fusin con el material base.

Para estabilizar el arco e incrementar la adherencia, el gas de proteccin debe tener propiedades oxidantes, y esto se consigue mezclando oxgeno o CO2. con argn o usando CO2.puro, entonces a la vez que conseguimos un arco estable, tambin obtendremos un gas con componentes oxidantes. Estos componentes oxidantes, reaccionaran con los componentes del metal base y del metal de aportacin en el bao de fusin formando los xidos de silicio, manganeso, carbono, aluminio y otros, y obteniendo con ello una merma de estos en el bao de fusin.

Esta prdida de elementos se compensa mediante la aleacin del material de aportacin con los elementos que mas se oxidan como el managaneso y el silicio.

Los gases de proteccin que podemos seleccionar son:

- Mezclas de argn con 5 - 25 % de CO2.

- Mezclas de argn con 5 - 15% de CO2 y 2 - 5% de O2

- Mezclas de argn con 2 - 8 % de O2

- CO2

Penetracin

La penetracin con arco corto con CO2 como gas de proteccin, es mayor que con una mezcla de argn - CO2, con la misma velocidad de alimentacin del hilo. La razn de esto es que cuando se usa una mezcla de argn, el bao de fusin es ms fro debido a que la frecuencia de arco corto es mayor que con CO2 puro.

La mezcla de argn- CO2 debido a la estabilidad del arco, tiene una tolerancia mucho mayor que con el CO2 a variaciones de parme

t-1-6

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