NDICEIntroduccin a la tecnologa de soldeo Fundamentos de la Electricidad y el Magnetismo El arco elctrico Fuentes de energa para el soldeo por arco Uniones soldadas y tcnicas de soldeo Simbolizacin de las soldaduras Seguridad e Higiene Procesos de corte y resanado Soldeo oxigas Soldeo por arco con Electrodos revestidos Introduccin al soldeo por Arco protegido por gas Soldeo TIG Soldeo MIG/MAG Soldeo por Alambre tubular Soldeo por Arco sumergido Soldeo por Resistencia Soldeo Fuerte y Blando Obtencin de productos metlicos Ensayos y propiedades mecnicas Introduccin a la Soldabilidad Tensiones y deformaciones durante el soldeo Aceros al carbono Aceros de baja aleacin Aceros recubiertos y plaqueados Aceros inoxidables Aluminio y sus aleaciones Nquel y sus aleaciones Cobre y sus aleaciones Titanio y sus aleaciones Imperfecciones de las uniones soldadas Control de calidad de las construcciones soldadas Cualificacin de los soldadores Sistema Europeo armonizado para la enseanza y formacin en la tecnologa de soldeo Smbolos y siglas Unidades Bibliografa

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INDICE

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PRESENTACINCaptlclo 1: Captulo 2: Captulo 3: Cap(tulo.J: Captulo 5: Captulo 6: Capflllo 7: Capflllo 8: Captulo 9:

3 5 13 31 47 67 91 113 141 169 191 229 243 289 331 347

"IWllc'//lc' og rClc!ecido.

Introduccin a la Tecnologa del Soldeo Fundamentos de la Electricidad y del Magnetismo El Arco Elctrico Fuentes de Energa para el Soldeo por Arco Uniones Soldadas y Tcnicas de Soldeo Simbolizacin de las Soldaduras Seguridad e Higiene Procesos de Corte y Resanado Soldeo Oxigs

Captulo 10: Soldeo por Arco con Electrodos Revestidos Captulo 11 : Introduccin al Soldeo por Arco Protegido con Gas

Captulo 12: Soldeo TIG Captulo 13: Soldeo MIGIMAG Captulo 1.J: Soldeo con Alambre Tubular Captulo 15: Soldeo por Arco Sumergido~

II

1'~'.

Marcos

- 1-

ndiceClIpllllo /6: Soldeo por Resistencia ClIpllllv /7: Soldeo Fuerte y Blando ClIptlllv 18: Obtencin de los Productos Metlicos ClIptlllv 19: Ensayos y Propiedades Mecnicas Captlllo 20: Introduccin a la Soldabilidad Captlllo 21: Tensiones y Deformaciones Durante el Soldeo Captlllo 22: Aceros al Carbono Captlllo 23: Aceros de Baja Aleacin Captlllo 24: Aceros Recubiertos y Plaqueados Captulo 25: Aceros Inoxidables Captlllo 26: Aluminio y sus Aleaciones Captlllo 27: Nquel y sus Aleaciones Captulo 28: Cobre y sus Aleaciones Captulo 29: Titanio y sus Aleaciones Captulo 30: Imperfecciones de las Uniones Soldadas Captulo 31: Control de Calidad de las Construcciones Soldadas Captlllo 32: Cualificacin de Soldadores Captulo 33: Sistema Europeo Armonizado para la Enseanza y Formacin en la Tecnologa del Soldeo

.377 387 .405 .413 .421 .427 441 .453 .465 .473 .499 .519 533 543 555 573 581 Que nadie comete errores a propsito 607 619 625 629 es obvio que cuanto mejor est preparado un Soldador, mayor ser la calidad y rentabilidad de su trabajo y, por lo tanto. mayor tambin ser su estabilidad labpral. Por otro lado, la experiencia adquirida por CESOL en la formacir de Soldadores, nos ha demostrado que al Soldador le gusta conocer el por qu lle lo que hace y, adems. lo aprecia. . Todo lo anterior nos ha \levado a la realizacin de este MANUAL QEL SOLDADOR, el cual ha sido redactado con los siguientes objetivos: El que necesita cualquier Soldador que emplee procesos de soldeo por fusin o de soldeo fuerte o blando. De fcil comprensin, incidiendo en los conceptos fundamentales esencialmente de forma grfica. Si tenemos en cuenta: La repercusin directa del trabajo del Soldador en la calidad y producitividad de las fabricaciones soldadas, y Cuando iniciamos en CESOL las actividades de formacin de Soldadores, nos encontramos con la no existencia de una publicacin que recogiese los conocimientos tericos que dichos profesionales necesitan para la mejor comprensin del trabajo que realizan .

PRESENTACIN

ANEXO A: Smbolos y Siglas ANEXO B: Unidades BIBLIOGRAFA

- 2-

-3-

P r e s e II t a ci II

---------------------

Completo. en cuanto a los conocimientos que hoy en da se contemplan en Normas. y Planes Formativos. especialmente los de la Federacin Europea de Soldadura. Una gua para los Formadores. El Manual del Soldador est estructurado en los siguientes cinco grandes grupos de conocimientos: l . Generales de la Tecnologa del Soldeo, captulos I a 7. 1. Procesos de corte y de soldeo de mayor aplicacin. captulos 8 a 17. 3. Bsicos de los materiales metlicos, captulos 18 a 2 J. 4. Especficos de los materiales que ms se emplean en las construcciones soldadas, captulos 22 a 29. 5. Generales sobre calidad y reglamentaciones construcciones soldadas, captulos 30 a 33. aplicables a las

! Captulo 1

Introduccin a la Tecnologa del Soldeo6 8 10

Se completa con los Anexos A y B, que clarifican las abreviaturas y unidades utilizadas en el texto. y con la bibliografa consultada. Confiamos que cumpla los objetivos antes expuestos y que sirva para efevar el prestigio de la Sociedad Industrial Espaola.

INDICE1.1. Presentacin histrica 1.2. Tecnologas de unin1.3. Clasificacin de los procesos de soldeo

1.3.1 . Procesos de soldeo por fusin1.3.2. Procesos de soldeo en estado slido

10II

1.3.3. Procesos de soldeo fuerte y blando

11

-4-

-5-

Introduccin a la Tecnologa del Soldeo

- - - - Introduccin a la Tecnologa del Soldeocon buenas propiedades mecnicas. Estos primeros electrodos revestidos fueron aceptados lentamente por su elevado coste. A partir de 1.930 las aplicaciones del soldeo por arco crecieron rpidamente: En este ao se construye en Carr;lina del Sur un barco mercante totalmente soldado. que fue el precursor de los miles de barcos soldados construidos durante la Segunda Guerra Mundial. En la misma poca los alemanes construyen los acorazados de bolsillo utilizando el soldeo por arco, tres de los cuales fueron botados entre los aos 1.931 y 1.93..k Sobre 1.935 se introduce el empleo de la corriente alterna, que frente ~ las ventajas que ofreca presentaba el inconveniente de producir un arco inestble, problema que se solucion desarrollando revestimientos que se ionizan con mlyor facilidad. En 1.932 se empez a utilizar como proteccin un fundente granulado que se depositaba progresivamente por delante del electrodo. El calor del arco funda y descompona el fundente produciendo la escoria y atmsfera protectora necesarias. El empleo del fundente granular y alambre continuo como electrodo. dio lugar en 1.935 al nacimiento del proceso denominado "arco sumergido". cuyas principales aplicaciones fueron en construccin naval y en la fabricacin de tubera. El primer proceso con proteccin gaseosa emple un electrodo no consumible de volframio y helio como gas de proteccin, recibi la denominacin de TIG. El proceso todava se mejor cuando se introdujo el empleo de la corriente alterna. a la que se superpone una corriente de alta frecuencia y voltaje para mejorar la estabilidad del arco. El TIG, que resolvi el problema del soldeo de los metales muy reactivos. no se revel til a la hora de soldar secciones gruesas o aleaciones altamente conductoras del calor. Para salvar este inconveniente, en 1.948 el electrodo de volframio se sustituy por un alambre continuo consumible, dando lugar a un nuevo proceso de soldeo por arco que se denomin MIG. El elevado precio de los gases de proteccin, argn y helio. hizo que para el soldeo del acero stos se sustituyeran por una mezcla ms econmica formada por el gas inerte, oxgeno y anhdrido carbnico, el cual se descompone y reacciona durante el soldeo produciendo arcos ms estables y ms energticos. Este nllevo proceso recibi el nombre de MAG y, por su bajo coste, fue rpidamente adopr ado en la industria del automvil y en todas aquellas en las que las exigencias de calidad no fueran excesivamente crticas. El soldeo con electrodo revestido no pudo, en principio, ser mecanizado debido a que el electrodo no poda enrollarse en una bobina para ser alimentado continuamente, su recubrimiento se agrietaba y desprenda. El problema se resolvi

1.1. Presentacin HistricaAunque los metales han sido utilizados durante miles de aos, nadie est seguro de como se obtuvo el primer metal til. Pudo ser a partir de restos de meteoritos o, ms probablemente, al calentar inadvertidamente minerales que contenan cobre, obtenindose una masa de cobre impuro que fcilmente poda conformarse. Independientemente de su origen, la antigedad del empleo de los metales ha sido confirmada por los descubrimientos de rliferentes piezas de bronce. Hachas, puntas de ianza y ornamentos han sido extrados de antiguos emplazamientos humanos y los arquelogos han podido demostrar que fueron fabricados y utilizados durante el perodo que se conoce como Edad de Bronce. El empleo que pudieron dar al metal descubierto, estuvo limitado por el hecho de que la tecnologa entonces disponible no ofreca tcnicas capaces de producir grandes piezas totalmente de bronce. Esto no fue un gran problema para el caso de hachas o dardos, utensilios a los que pudieron acoplar como mango, por diferentes mtodos, un material de buena tenacidad como la madera, pero el problema de conseguir uniones aceptables metal a metal qued sin resolver. Independientemente del desarrollo de las tcnicas de soldeo, la incapacidad de unir pequeas piezas metlicas entre s para conseguir otras de mayor tamao, o ms complejas de forma, no fue solucionada definitivamente hasta el siglo pasado. Fue la revolucin industrial la que incentiv la introduccin a escala comercial de las tcnicas de remachado, soldeo fuerte y blando, soldeo por fusin, etc. El soldeo por llama se desarroll cuando fueron posibles el abastecimiento a escala industrial de oxgeno, hidrgeno y acetileno a precios accesibles, se inventaron los sopletes adecl1ados y se desarrollaron las tcnicas de almacenamiento de dichos gases. En el ao 1916 el soldeo oxiacetilnico era ya un proceso completamente desarrollado capaz de producir soldaduras por fusin de calidad en chapas finas de acero, aluminio y cobre desoxidado, existiendo slo ligeras diferencias con los procesos utilizados en la actualidad. El arco elctrico fue descubierto por Sir Humphrey Davy en 1.801, sin embargo el descubrimiento permaneci durante muchos aos como una mera curiosidad cientfica. Los primeros electrodos utilizados fueron alambres desnudos de hierro que producan soldaduras dbiles y frgiles. El arco, a menudo, sobrecalentaba el metal de aportacin y se fragilizaba el cordn de soldadura por reaccin con el aire. Para evitar estas dificultades se desarrollaron electrodos ligeramente recubiertos con diferentes materiales orgnicos e inorgnicos, no obstante,. stos estuvieron dirigidos ms a establecer y estabilizar el arco que a conseguir la proteccin y purificacin del cordn. No fue hasta 1.912 que Strohmenger patent en U.S.A. un electrodo fuertemente recubierto, capaz de producir a escala industrial soldaduras

- 6-

- 7-

Introduccin a la Tecnologa del Soldeoen 1.958 cuando se desarroll el "alambre tubular". Consiste este a[ambre/electrodo en una varilla metlica hueca en cuyo ncleo se aloja el fundente, que ofrece la ventaja de ser fcilmente enrollable en una bobina y empleada en equipos con alimentacin automtica. Este tipo de electrodo es utilizable con y sin gas deprotecci~n.

----Introduccin a la Tecnologa del Soldeo

En la actualidad los desarrollos tecnolgicos se centran en la aplicacin de la microelectrnica y de [a informtica, para un mejor control del arco y de los par:.metros de so[deo. Ms que [a aparicin de nuevos procesos, se est consiguiendo la ampliacin del campo de aplicacin de los ya existentes a nuevos materiales no metlicos y a aleaciones metlicas hasta ahora difcilmente soldaples, sin olvidar la mecanizacin, automatizacin, robotizacin y control de los procesos mediante ensayos no destructivos y registro 'e -o 'ji e

VOI~~-4,._

18 V15 V Caracterstica del arco Punto de funcionamiento o de soldeo 102 A 105 A Intensidad (A)

~

~

Intensidad (A)FIGURA

4.17: AJUSTE DE LA TENSiN DE VAco

103 A 104 AFIGURA 4.15: LA VARIACIN DE LA LONGITUD DEL ARCO NO PRODUCE GRANDES CAMBIOS EN

4.8.2. Fuente de energa de tensin constanteUna mquina para el soldeo por arco de tensin constante es aqull~ ~ue nos sirve para ajustar la tensin en el arco y que tiene una curva caractenstlca que tiende a producir una tensin de salida relativamente constante. En la fioura 4.18 se muestra una caracterstica de una fuente de tensin C> " de arco ,a~c>o lo constante; tambin se muestra la caracterstica del arco (caractenstlca y caracterstica de arco corto) y se puede observar que aunque vare la caractenstlca del arco la tensin permanece constante.

LA INTENSIDAD DE SOLDEO CUANDO SE UTILIZA UNA FUENTE DEINTENSIDAD CONSTANTE

Las fuentes de intensidad constante tambin se pueden utilizar para el soldeo FeAW, MIG-MAG y SAW pero se prefieren las de tensin constante. Al variar la corriente de salida en una fuente de energa de intensidad constante se vara la curva caracterstica como se indica en la figura 4.16. '

~521 V.~ 20V

Caracterstica de la fuente

Caracterstica de arco largo Caracterstica de arco corto

~

Intensidad (A)FIGURA 4.16: VARIACIN DE INTENSIDAD CONSTANTE

~100 A 125 A Intensidad (A)FIGURA

LA CORRIENTE EN UNA FUENTE DE ENERGA-DE

- 60-

4.18: CARACTERSTICA DE UNA FUENTE DE TENSiN CONSTANTE

-61-

Fuentes de Energa para el Soldeo por Arco - En el soldeo MIG-MAG. FCAW y SAW el alambre es alimentado a una velocidad constante y. para conseguir unas condiciones estables de soldeo. es necesario mantener la longitud del arco tan constante como sea posible. Se puede demostrar que para obtener la mxima velocidad de recuperacin de cualquier pequea fluctuacin en la longitud del arco. es conveniente disponer de mquinas con caractersticas de tensin constante. En la prctica el voltaje de tales generadores no es constante. sino que cae ligeramente al aumentar la corriente. Con una mquina de tensin constante la variacin de la intensidad es grande al .variar la longitud del arco y, como consecuencia. se puede controlar la longitud de arco de forma automtica.

--Fuentes de Energa para el Soldeo por Arco

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al "O al "O

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Ul

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Tiempo de soldeoI I II

o c. E al F5 6 7

Tiempo de soldeo1 1

o c. E al F

Tiempo de soldeo

4.9. Factor de MarchaEl factor de marcha (o factor de operacin) es el porcentaje de tiempo. durante un perodo cualquiera, en el que una fuente de energa, o sus accesorios, pueden funcionar en las condiciones previstas sin sobrecalentarse.

1

I I I6

2

3 4

9 1P 11 12 13 14 15 16 17 16 19

I

-t

--f

I I I~o

o c. E III F

~ Tiempo (minu:os)

Duracin del p( rodo

Duracin del perodo

FIGURA

4.19

Factor de marcha (%)

----~~-------x

tiempo de soldeo

100

duracin del periodo de tiempo

duracion del periodo = tiempo de soldeo + tiempo de descanso

Quizs es el factor de marcha el parmetro que mejor determina el tipo de servicio para el cual se ha diseado una fuente de energa. As por ejemplo, las fuentes de energa diseadas para el soldeo manual tienen normalmente un factor de marcha del 60%. Los procesos automticos y semiautomticos suelen requerir que el factor de marcha sea del 100%.

El factor de marcha depender de los parmetros de soldeo. cuanto mayor sea la intensidad de soldeo menor ser el factor de marcha de la mquina.

4.10. Placa de Caractersticas de la Fuente de EnergaEn las siguientes figuras (4.20 Y 4.21) se representa la placa de caractersticas de una fuente de energa para soldeo, suele estar situada en la parte posterior de la mquina y, como su nombre indica, hace una descripcin de la mquina incluyendo el tipo de corriente de entrada. la de salida, clasificacin en cuanto al proceso de soldeo, el factor de marcha, etc.

Ejemplo:Si se utiliza una fuente de energa que tiene un factor de marcha del 60%, significa que no se puede utilizar ms de 6 minutos por cada 10 minutos de trabjo (ver figura 4. 19).

-62-

-63-

Fllelltes de Ellerga para el Soldeo por Arco __

-Fuentes de Energa para el Soldeo por Arco

~:fl~e~~ corriente de

lipo de fuente de corriente:

Marca de

AC Corriente alterna r;=raruiiOi;;mirl;:;;-;:;;::~:::::__+...!id~e~n:!!t!!!ifi~ca!!c~ioQ! nLJ CC Corriente I Transformador de soldeo -(l)-continua Rectificador de soldeo Convertidor de so/deo

~

--t>I-=@-

. Smbolo de la caracterstica de la mquina

~

Caracterstica descendente Caracterstica plana Caracterstica vertical

en

o

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a:

~rr====t=)============;-h::.)====:=;-,"" / Fabricante /AC Transformador de Soldeo - -CD- - Standards: VOE 0541 T~p : T 47 K 511 No.:SOLDADURA

tl.Smbolo del proceso

t:

b.

Cao A/23 V . .. 420 N37 VX35 % 420 A 37 V 121 A 71 A

1

- l1Po ~o;'e;tle de la red - corriente alterna "

de

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60 %350 A 34 V 91 A 53A

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1:::.

SMAW

SOLDADURA~ ~ i"\TIG

AGTransformador de soldeo -

Bobina de alambre, con el dispositivo para su colocacin. Gua del alambre

Q) Rodillo de arrastre Q) Rodillo de presin o empujador

(j)FIGURA

Boquilla de salida del alambre

13.6:

COMPONENTES DE LA FUENTE DE ENERGA

La unidad dispondr de un sistema para variar la velocidad de avance del alambre, as como de una vlvula magntica para el paso del gas.

-296 -

-?

Q

7-

So/deo MIG/MAG - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - S o / d e o MIG/MAG

CDCYQ) @(2)

Boquilla de alimentacin del alambre Rodillos de arrastre Rodillos de presin o empujadores Gua del alambre Boquilla de salida del alambre

Antes de disponer el alUmbre en la unidad de alimentacin es necesario asegurarse de que todo el equipo es el apropiado para el dimetro del alambre seleccionado. Para ajustar la presin de los rodillos se introduce el alambre hasta la tobera. se aumenta la presin hasta que los rodillos dejen de deslizar y transporten el alambre.FIGURA

13.8:

UNIDAD DE ALIMENTACiN DE ALAMBRE

El alimentador del alambre va unido al rectificador por un conjunto de cables y tubos. Alcrunos alimentadores de alambre poseen slo una pareja de rodillos (figura o . 13.8), mientras que otros poseen dos pares de rodillos que pueden tener el mismo motor o ser accionados por dos motores acoplados en serie. En la figura 13.9 se representa un alimentador de alambre de cuatro rodillos. Sus elementos son:

La mayora de los alimentadores son de velocidad constante, es decir. la velocidad es establecida antes de que comience el soldeo y permanece constante. La alimentacin comienza o finaliza accionando un interruptor situado en la pistola. El arrastre del alambre ha de ser constante y sin deslizamientos en los rodillos de arrastre. Por lo general es necesario un sistema de frenado para la bobina de la cual se devana el alambre, para evitar su giro incontrolado. Los sistemas se disean de forma que la presin sobre el alambre pueda ser aumentada o disminuida segn convenga. Los sistemas de alimentacin pueden ser de varios tipos: de empuje (push). de arrastre (pull). combinados de arrastre-empuje, o "push-pull". El tipo depende fundamentalmente del tamao y composicin del alambre utilizado y de la distancia entre el carrete de alambre y la pistola.

FIGURA

La mayora de los sistemas son de empuje (Figura 13.10 A Y B), en los que el alambre es alimentado desde un carrete por medio de unos rodillos y es empujado a travs de un conducto flexible al cual est unida la pistola. La longitud del conducto es generalmente de hasta de 3 m, pudiendo ser en algunas ocasiones de hasta 5 m. Cuando la distancia entre la fuente de energa y la pistola es muy grande puede ser difcil alimentar mediante el sistema de empuje, por lo que se recurre ai sistema de arrastre. En este sistema la pistola est equipada con unos rodillos que tiran. o arrastran, el alambre a travs de la funda (o tubo-gua), evitando los atascos que se pueden producir con el sistema de empuje, sin embargo este sistema es ms costoso. '"

13.9: ,A.LIMENTADOR

DE ALAMBRE DE CUATRO RODILLOS

- 298-

_ - - - - - - - - - - - - - S o l d e o MIG/MAG Soldeo MIG/MAG - - - - - - - - - - - - - Si se combinan ambos sistemas se tiene un sistema de alimentacin "de arrastre y de empuje". Este sistema se conoce tambin con el nombre ingls de "push-pull" en el que existen unos rodillos empujando a la salida de la bobina y otros tirando desde la pistola. (Figura 13.10 C). En la figura 13.10 se ha representado un equipo de soldeo. A. Con la unidad de alimentacin de alambre en la carcasa de la mquina. El alimentador de alambre es de empuje por lo que la separacin mxima de la pistola est limitada a 3 m 5 m en casos extremos. B. Con unidad de alimentacin de alambre independiente. El alimentador de alambre es tambin de empuje por lo que queda limitada la separacin con la pistola a 3 m 5 m; sin embargo. la unidad de alimentacin de alambre se podr separar de la fuente de energa 5, 10 20 m. C. Con alimentador de alambre de empllje en la carcasa de la mquina y de arrastre en la pistola. La separacin entre el alimentador y la pistola podr ser de hasta 10 m. D. Con bobina incorporada en la pistola. Se podr realizar el soldeo a gran distancia respecto a la fuente ck energa (10, 20 30 m).

Conjunto fuente de energa-unidad de alimentacinLa unidad de alimentacin del alambre puede ser independiente (figura 13.10 B) o estar incluida en la carcasa de la fuente de energa (figura 13.10 A Y C), denominadas normalmente mquinas compactas. Otra opcin es emplear las pistolas con bobina incorporada [figura 13.10 (D)] .5,10620 m

3 m (5 m)

RodillosLos rodillos utilizados en MIGIMAG son normalmente como los de la figura 13.11, uno es plano y el otro es con bisel. El bisel es en forma de V para materiales duros como el acero al carbono o acero inoxidable, siendo en forma de U para materiales blandos como el aluminio. Tambin pueden tener los dos bisel o ser moleteados, no recomendndose estos ltimos para el aluminio. Tambin es imprescindible seleccionar el rodillo de acuerdo con el dimetro del alambre.

(A)

(8)

-

~-_ . -

(e)

(D)r

I

Al: INCLUIDA EN LA CARCASA DE LA FUENTE DE ENERGA. MQUINA COMPACTAB : INDEPENDIENTE C : UNIDAD DE ARRASTRE-EMPUJE (PUSH-PULL) CON BOBINA INCORPORADA EN LA PISTOLA

o:

FIGURA 13. 11: RODILLOS PARA EL SOLDEO MIG/MAG

FIGURA 13.10: UNIDAD DE ALIMENTACiN DE ALAMBRE

-3 01-

Soldeo MIG/MAG - - - - - - - - - - - - - -

1I

- - - - - - - - - - - - - S o l d e o MIG/MAG60) o rectas; las de cuello de cisne suelen ser ms flexibles y cmodas.

13.2.3. PistolaLas pistolas para el soldeo por arco con proteccin de gas son relativamente complejas. En primer lugar es necesario que el alambre se mueva a travs de la pistola a una velocidad predetenninada y, en segundo lugar, la pistola debe estar diseada para transmitir corriente al alambre y dirigir el gas de proteccin. El mtodo de refrigeracin (agua o aire) y la localizacin de los controles de alimentacin del alambre y gases de proteccin, aaden complejidad al diseo de las pistolas. Los principales componentes, que se pueden ver en la figura 13.12, son: Thbo de contacto, gua al electrodo a travs de la tobera y hace el contacto elctrico para suministrar corriente al alambre, est conectado a la fuente de energa a travs de los cables elctricos. La posicin del tubo de contacto respecto al final de la tobera puede variar en funcin del modo de transferencia, con transferencia en cortocircuito se situar a unos 2 mm de sta o incluso por fuera, mientras que en transferencia en "spray" se situar a unos 5 mm. (ver tigura apartado 13.9). El tubo de contacto se reemplazar si el taladro se ha ensanchado por desgaste o si se ha atascado por proyecciones. Nonnalmente es de cobre o alguna aleacin de cobre, el libro de instrucciones de la pistola indicar el tamao y tipo adecuado en funcin del dimetro y material del electrodo a utilizar. Tobera (nonnalmente de cobre), que tiene un dimetro interior que oscila entre 9,5 y 22,25 mm (3/8 a 7/8 de pulgada) dependiendo del tamao de la pistola. Thbo-gua o fnda del alambre/electrodo; a travs del cual el electrodo llega procedente, nonnalmente, de una bobina. Es muy importante el dimetro y material del tubo-gua del electrodo, se utilizarn de acero en fonna de espiral en el caso de materiales como el acero o el cobre y sern de tefln o nylon para el magnesio o el aluminio, tambin para el acero inoxidable con el fin de no contaminar el electrodo. Conducto de gas. Cables elctricos. Interruptor. La mayora de las pistolas de manipulacin manual tienen un gatillo que acta como interruptor para comenzar o detener la alimentacin del alambre. Conductos para el agua de refrigeracin. (Slo para las pistolas refrigeradas por agua). Estas pistolas pueden utilizarse con intensidades de hasta 600A. La pistola puede ser de cuello curvado (cuello de cisne con un ngulo de 40 a

o o @@911

del fundente (desoxidantes. formadores de gas. etc). En los alambres de pequeo dimetro la transferencia suele ser en forma de gotas tinas (spray) an cuando la forma del alambre tubular sea simple, sin olvidar que el tipo de transferencia tambin depende de los parmetros elctricos y de la proteccin gaseosa.

se

'14.4.2. Proteccin contra la humedadLa mayora de los alambres tubulares tienen tendencia a absorber la humedad ambiental. Un alambre hmedo favorecer la formacin de poros. Se recomienda guardar las bobinas en su paquete durante la noche y mientras no se utilicen. Los paquetes una vez abiertos deben mantenerse en lugares secos y clidos. Es importante no almacenar los paquetes en un suelo fro o cerca de paredes fras . El almacn deber mantener una temperatura de 15-30 C y una humedad inferior al 55%. El alambre no deber mantenerse sin proteccin durante ms de 24 h si la humedad es superior al 55%. En general los alambres que hayan absorbido humedad no pueden secarse. En algunos casos se puede realizar un secado a 150-315 C, esto requiere que el alambre tubular sea devando en algn dispositivo metlico.

14.6. Control del ProcesoLa regulacin de los parmetros para el soldeo con alambre tubular puede resultar difcil. como ocurre en MIGIMAG. por la gran relacin existente entre ellos. Se recomienda al lector que lea detenidamente el apartado 13.6. puesto que es aplicable en su totalidad a este proceso.

14.5. Gases de ProteccinLos gases utilizados en el soldeo '.on alambre tubular protegido por gas de cualquier material son:

ca,.Mezclas CO 2 + Argn (generalmente 25% CO 2). Argn + 2% Oxgeno.

14.6.1. Extensin libre del alambreLa mayora de los fabricantes recomiendan longitudes de 20 a 40 mm para la extensin libre del alambre en las aplicaciones con proteccin gaseosa y una extensin de 20 a 95 mm para el soldeo autoprotegido.

-340-

-341-

Soldeo con Alambre Tubular

Soldeo con Alambre TubularEn el soldeo protegido con gas se utilizan ngulos de 2 a 15 y no ms de 25, ya Etue si el ngulo de desplazamiento es muy grande se pierde la efectividad de la proteccin gaseosa. Cuando el soldeo en ngulo se realiza en posicin horizontal, el flujo de material tiende a desviarse en la direccin de soldeo y hacia un lado. Para corregir esta tendencia. el alambre debe apuntar a la chapa inferior cerca de la esquina del rincn de la unin entre las dos chapas. Adems del ngulo de desplazamiento. que ser como se ha indicado anteriormente, el ngulo de trabajo ser de 40 a 50 en relacin con la chapa vertical. La figura 14.7 (B) muestra la desviacin del electrodo con respecto al centro de la unin para aminorar el efecto explicado. Para el soldeo en vertical ascendente se puede utilizar un ngulo de trabajo ms pequeo.

14.6.2. ngulo de inclinacin de la pistolaSe deben seleccionar los ngulos con sumo cuidado. Para el soldeo autoprotegido el ngulo de desplazamiento (ver figura 14.7) debe ser el mismo que el utilizado en el soldeo con electrodos revestidos. Para las posiciones horizontal y plana el ngulo de trabajo ser de 20 a 45 [figura 14.7 (A)]. Se utilizan mayores ngulos para los espesores delgados. A medida que aumenta el espesor de la pieza el ngulo de desplazamiento debe disminuir (poner la pistola ms vertical) para aumentar la penetracin; para el soldeo en vertical ascendente el ngulo ser de 5 a 15; se puede utilizar en algunos casos el soldeo hacia adelante, sin embargo, en el soldeo vertical descendente se debe realizar la soldadura siempre con la tcnica de soldeo hacia atrs y un ngulo de desplazamiento de unos 15; de esta forma se mantendr el bao de fusin y el metal lquido no adelantar a la pistola.ngulo de trabajo 20-45 para autoprotegido 2-15 para protegido por gas

14.7. Defectos Tpicos en las SoldadurasSe recomienda revisar los defectos que se pueden encontrar en las soldaduras realizadas con MIGIMAG (captulo 13).

Direccin de soldeo Defecto: Porosidad Causa Remedio

(A)

Material base contaminado.

o

Extremar la limpieza del material base. Desengrasar. Evitar la suciedad en el taller. Secar los alambres. Cambiar el alambre.

- Alambres tubulares contaminados o sucios.

- Insuficiente cantidad de fundenteen el alambre.o

-

Tensin muy elevada. Extensin visible ("stickour) muy grande. Extensin visible ("stickour) muy pequea (para soldeo autoprotegido) Velocidad de soldeo elevada.

- Disminuir la tensin. - Acortar la extensin y determinar la tensin adecuada. - Alargar la extensin y determinar la tensin adecuada. - Ajustar la velocidad.

FIGURA 14.7: POSICIN DEL ALAMBRE

-

- 3 42-

-343-

Soldeo con Alambre Tubular Soldeo con Alambre TubularDefecto: Porosidad Defecto: Grietas

Causa- Caudal de gas bajo que produce una proteccin defectuosa. - Proyecciones en la tobera que reducen su seccin. - Caudal d03 gas alto. - Excesivas corrientes de viento. - Gas de proteccin contaminado.

Remedio- Aumentar el caudal de gas de proteccin. - Retirar las proyecciones de la boquilla. - Disminuir el caudal para eliminar la turbulencia. - Proteger la zona de soldeo del viento. - Controlar la alimentacin del gas. Purgar.

Causa

Remedio

-

Alambre inadecuado. Defecto en el llenado de electrodo.

.

Revisar la composicin del fundente o del alambre.

-

. Cambiar el electrodo.

Defecto: Mordeduras

Causa

Remediola tensin para que el - Disminuir calentamiento de la pieza sea menor.

- Tensin excesiva. Movimiento lateral muy rpido.

. Dar un movimiento lateral mslento y retener un poco a los lados del cordn.

Defecto: Falta de fusin o de penetracin

Causa- Parmetros de soldeo no adecuados.

Remedio- Aumentar la velocidad de alimentacin del alambre. - Reducir la velocidad de desplazamiento. - Disminuir el Ustickout". - Reducir la dimensin del alambre. - Aumentar la velocidad de soldeo (para el soldeo autoprotegido). - Mantener la inclinacin correcta. - Centrar la pistola y elegir el ngulo de inclinacin adecuado. - Reducir la desalineacin. - Aumentar la separacin en la rarz. - Reducir el taln .

- Velocidad de avance excesiva. - Pistola con inclinacin excesiva.Defecto: Inclusiones de escoria

.

Disminuir la velocidad de avance. Mantener la inclinacin adecuada de la pistola.

Causa

Remedio

.

Intensidad de corriente muy dbil. Cordones mal distribuidos.

-

Aumentar la intensidad para que la escoria se funda y flote en el bao. Distribuir los cordones de forma que no queden estrras muy profundas donde se quede encajada la escoria. Dar un movimiento de avance reguiar y disminuir la anchura del cordn.

- Manipulacin del alambre inadecuada. - Diseo inapropiado de la unin.

-

Movimiento de avance irregular Y demasiado ancho.

-

Defecto: Grietas

Defecto: Proyecciones

Causa- Embridamiento excesivo.

Remedio Causa- Reducir el ernbridamiento. - Precalentar. - Utilizar un metal de aporte ms dctil. - Realizar un martillado.

Remedio

-

Humedad en el gas. Arco demasiado largo

. Emplear gas de proteccin bienseco.

-

El arco debe tener una longiutd de unos 3 mm

-345 -344-

'f"" .."'(

Soldeo con Alambre Tubular

.' i

.

Defecto: Proyecciones

Causa

Remedio

-

Intensidad o tensin demasiado elevada. Pistola al polo negativo. Longitud libre de varilla excesiva.

-

Disminuir la velocidad de alimentacin del alambre o la tensin.

Captulo 15

-

.Defecto: Agujeros

- Colocar la pistola al polo positivo. - Disminuyendo la longitud libre devarilla disminuyen las proyecciones.

Soldeo por Arco Sumergido

Causa

Remedio

-

Intensidad muy elevada.

. .

Disminuir la intensidad para evitar la perforacin de la chapa. penetracin.

- Tensin de arco muy baja. Movimiento de avance muy lento. Bordes de las chapas muy separados. Metal base muy caliente.

- Aumentar la tensin y disminuir laAumentar la velocidad de avance. Disminuir la separacin entre los bordes. Dejar enfriar antes de depositar un nuevo cordn.

INDICE15.1. Principios del proceso 15.1.1. Descripcin y designaciones . . Y l"ImitaCIOnes 15.1.2. Aplicaciones, ventajas 15.2. Equipo de soldeo ., 15.2.1. Fuente de al Imentaclon ; .. .... .. .. 349 349 .. 351 352 .. 352 .. 353 355 356 357 357 357 .. 357 360 .... .. 360

-

NOTA: El mantenimiento del equipo de soldeo debe ser idntico al que se le da al de soldeo MIGIMAG.

15.2.2. Sistema y panel de controL 15.2.3. Cabezal de soldeo 15.3. Metales de aportacin 15.4. Fundentes 15.4.1. Fabricacin del fundente 15.4.2. Proceso de secado de fundentes 15.5. Parmetros de soldeo 15.5.1. Relacin entre los parmetros 15.5.2. Tipo de corriente y polaridad

-346-

-347-

.! :.

Soldeo por Arco Sumergido - - - - - 15.5.3. Intensidad de soldeo 15.5.4. Tensin de soldeo 15.5.5. Velocidad de soldeo.... 15.5.6. Dimetro del alambre 15.5.7. Extensin del alambre ........ 15.5.8. Anchura y profundidad de la capa de fundente 15.6. Tcnicas operativas .. .. .. ..

_360 361 362 364 364 364 364 365 366 .366 367 368 369 370 374

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco Sumergido

15.1. Principios del Proceso15.1.1. Descripcin y designacionesEl proceso de soldeo por arco sumergido consiste en la fusin de un alambreelectrodo continuo y desnudo protegido por la escoria generada por un fundente. granulado o en polvo, suministrado a travs de una manguera desde el depsito de fundente. El proceso de soldeo por arco sumergido puede ser semiautomtico o automtico. En el proceso semiautomtico la pistola se lleva manualmente. suministrndose automticamente el electrodo. En el proceso automtico el soldeo se realiza sin necesidad de un operador durante todo el proceso. El sistema automtico permite obtener grandes rendimientos en produccin. El proceso semiautomtico prcticamente no se utiliza, ya que una de las mayores caractersticas del proceso de soldeo por arco sumergido es la facilidad con la que se puede incorporar a los procesos de soldeo totalmente mecanizados. obtenindose soldaduras de calidad con altas tasas de deposicin. El arco elctrico se establece entre el alambre metlico y la pieza a soldar. Pueden utilizarse uno o varios alambres simultneamente, o bien flejes o bandas. El fundente protege el arco y el bao de fusin de la atmsfera circundante. de tal manera que ambos permanecen invisibles durante el proceso. Parte del fundente se funde con una funcin similar a la del recubrimiento en los electrodos revestidos: protege el arco, lo estabiliza, genera una escoria de viscosidad y tensin superficial adecuadas e incluso permite aadir elementos de aleacin, o compensar la prdida de ellos. El resto de fundente. no fundido, puede recuperarse y reciclarse en el proceso. La figura 15.1 muestra los elementos del sistema de forma esquemtica. Como no existen prdidas de metal por proyecciones, casi la totalidad del metal de aportacin puesto en juego en el proceso pasa a formar la soldadura. El rendimiento trmico es muy elevado. ya que el fundente que recubre el metal de soldadura y el arco no permite prdidas trmicas. El rendimiento trmico puede llegar a ser del 80% que si se compara con el 70% del proceso manual con electrodo revestido resulta muy elevado. En la figura 15.2 la fuente de energa P est conectada entre la boquilla y la pieza. El arco se establece dentro de una cavidad rellena de gas protector y humos de soldadura procedentes del fundente . Las paredes de la cavidad estn formadas por el metal base no fundido por la parte delantera e inferior; por metal de

15.6.1. Empleo de respaldo 15.6.2. Empleo de apndices 15.6.3. Soldeo circunferencial 15.6.4. Posicin del alambre 15.6.5. Cebado del arco y terminacin de soldeo 15.6.6. Retirada de la escoria 15.7. Defectos tpicos en las soldaduras 15.8. Fallos en el equipo. Causas y consecuencias

-348-

-349-

Soldeo por Arco Sumergido - - - - - - - - - - soldadura solidificado en la zona posterior; la escoria fundida constituye la pared superior de la cavidad. La figura 15.2 tambin muestra la pequea capa de escoria slida que tiene que ser retirada despus de realizar la soldadura.

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco Sumergido

Escoria slida

Alimentacin automtica del alambre A la fuente de energa Al depsito de fundente Soldadura Contacto elctrico Cordn o metal de soldadura terminadoFIGURA

Fun1ente granular

15.2:

SOLDEO POR ARCO SUMERGIDO.

P = FUENTE

DE ENERGA. V.

=

VELOCIDAD DE ALIMENTACiN DEL ALAMBRE

15.1.2. Aplicaciones, ventajas y limitacionesEl soldeo por arco sumergido se utiliza en un gran rango de aplicaciones. Este proceso es muy utilizado en el soldeo de grandes conjuntos soldados por la alta tasa de deposicin, la alta calidad de las soldaduras, la gran penetracin obtenida y la capacidad para ser automatizado. Es muy utilizado en la fabricacin de depsitos a presin, en construccin naval, en edificacin, fabricacin de tubea, en fabricaciones ferroviarias, as como en cualquier aplicacin que requiera realizar soldaduras largas. Se pueden realizar soldaduras en materiales de espesores desde 1,5 mm. El soldeo por arco sumergido no es adecuado para todos los materiales; es muy utilizado para el acero al carbono, aceros de baja aleacin y aceros inoxidables. Tambin se puede utilizar en el soldeo de aceros de alta resistencia, de alto contenido en carbono y aleaciones de nquel, aunque se prefiere otros procesos con menores aportes trmicos. Las limitaciones del proceso son:FIGURA

Placa respaldo de soldadura

------

Avnce de la

s~

15.1:

REPRESENTACiN ESQUEMTICA DEL PROCESO DE SOLDEO POR ARCO SUMERGIDO

Es necesario un dispositivo para el almacenamiento, alimentacin y recogida del fundente.o

Suele ser necesario el empleo de respaldo. El fundente est sujeto a contaminaciones que pueden producir defectos en la soldadura. En general, es espesor.Uf'

El soldeo por arco sumergido se denomina tambin:o

SAW, Submerged-arc welding (ANSUJ\WS A3.0)o

proceso no adecuado para unir metales de pequeo

12, Soldeo por arco sumergido (EN 24063)

-350-

- 3 51-

Soldeo por Arco Sumergido Slo se puede utilizar a tope en posicin plana, PA, y en ngulo, PB .

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco Sumergidointensidad de soldeo y la fuente controla el voltaje de soldeo. Este tipo de mquina es del mismo estilo que las 'utilizadas para el soldeo MIG/MAG y FCAW. Fuentes de corriente continua con caracterstica de intensidad constante. Pueden ser transformadores-rectificadores o motores-generadores. Estas fuentes se deben emplear en combinacin con un alimentador de alambre de velocidad variable que pueda producir un aumento o disminucin de la velocidad del alambre cuando se produzca un cambio en la longitud del arco (y por tanto en la tensin) . Son mucho ms complicadas y ms caras que las anteriores por lo que son menos utilizadas. La nica ventaja frente a las anteriores es.quela misma fuente se puede utilizar para soldeo TIG y para el soldeo con electrodo revestido. Fuentes de corriente alterna constituidas por transformadores. Se pueden conseguir fuentes que trabajen a SOO-1500A con un "factor de operacin" del 100%. No son muy empleadas las fuentes de corriente alterna. siendo las aplicaciones ms comunes las que requieren intensidad de soldeo muy alta, soldeo con electrodos mltiples y aplicaciones donde el soplo magntico sea un problema. La fuente de energa recomendada para el soldeo ms elemental con corriente continua es una fuente de tellsin cOl/stante. Se recomienda repasar el captulo 4, donde se describen las fuentes de este tipo, y el captulo 13 donde se han explicado caractersticas como la pendiente de la curva y la autorregulacin del arco, aplicables tanto a MIG/MAG, FCAW y SAW. Se recuerda que la curva caractestica de una fuente de energa es la relacin que existe entre la tensin y la intensidad de la mquina, mientras que la curva caractestica del arco es la relacin entre la tensin y la intensidad del propio arco; la interseccin de ambas curvas determina el punto de funcionamiento.

15.2. Equipo de SoldeoEl equipo requerido para el soldeo por arco sumergido consiste en (ver figura 15.3): Fuente de energa. Sistema y panel de control. Cabezal - Sistema de alimentacin del alambre. - Pistola de soldeo con tubo de contacto. - Tolva de fundente y manguera para su conduccin. - Sistemas de montaje y posicionamiento del cabezal. Equipo accesorio - Sistema.de desplazamiento. - Sistema de recuperacin del fundente. - Posicionadores y accesorios de sujeccin. - Sistemas de seguimiento de la unin.

15.2.1. Fuente de alimentacinEs fundamental en este tipo de soldeo una fuente que sea capaz de suministrar altas intensidades con un factor de operacin cercano al 100% (ver captulo 4 como recordatorio de la definicin de factor de operacin). Las mquinas automticas estn sometidas. en la mayoa de los casos, a un trabajo prcticamente continuo. Es un error, a menudo cometido, el emplear mquinas semiautomticas trabajando casi al lmite de su intensidad y con un "factor de operacin" no superior al 60%; esto provoca continuas aveas. Para soldeo con arco sumergido se pueden utilizar: Fuentes de corriente continua con caracterstica de tensin constante. Pueden ser transformadores-rectificadores o motores-generagores. Estas fuentes se emplean en combinacin con un alimentador de alambre de velocidad constante. Es la ms utilizada en el soldeo por arco sumergido. La velocidad de alimentacin del alambre y su dimetro controlan la

15.2.2. Sistema y panel de controlLos paneles de control utilizados en el soldeo automtico pueden ser analgicos o digitales. Los paneles de control digitales normalmente slo se emplean en combinacin con las fuentes de tensin constante. Se puede realizar control sobre: velocidad de alimentacin del alambre ' (control de la intensidad), ajuste de la potencia suministrada (control de la tensin), marcha-paro del soldeo, en el caso de soldeo con alambre caliente controla la temperatura de ste. funciones de llenado de crter o de comienzo progresivo del soldeo y control del suministro del fundente . Los paneles analgicos se pueden emplear tanto en las fuentes de corriente constante como en las de tensin constante. El control bsico se realiza sobre los

- 3 53-

Soldeo por Arco Sumergido

siguientes parmetros: control de la velocidad alimentacin del alambre, (contr f de la intensidad en las fuentes de tensin constante y control de la tensin en 10 fuentes de intensidad constante), control de la potencia suministrada (tensin en ,: fuentes de tensin constante o intensidad en las de intensidad constante), marcha~ paro del soldeo y en el caso de soldeo con alambre caliente controla la temperatura de ste. Para el correcto entendimiento de la relacin entre las variables de soldeo en las fuentes de tensin constante se recomienda consultar el captulo 13.

- - - -ll

- - - - - - - - - - S o l d e o por Arco Sumergido15.2.3. Cabezal de soldeoBsicamente, un cabezal para soldeo SAW automtico consta de los siguientes componentes: Sistema de alimentacin de alambre, que se compone a su vez de motorreductor, rodillos de arrastre y de presin, enderezador y gua del alambre. Pistola de soldeo con tubo de contacto. Accesorios para el montaje y posicionamiento del cabezal (deslizaderas). Normalmente una deslizadera circular y dos deslizaderas lineales. Con estas deslizaderas cubrimos el movimiento ascendente-descendente del cabezal, movimiemo a izquierda y derecha e inclinacin de la pistola de soldeo. Las deslizaderas pueden ser de cuatro tipos, manuales, motorizadas, flotantes u operadas neumtica o hidrulicamente. Tolva de fundente y manguera de fundente, para suministrarle por delante del alambre y concntricamente con l. Sistemas de recuperacin de fundente, cuando existen estn conectados a la red de aire comprimido. El motor-reductor alimenta el alambre a velocidades comprendidas entre 8 y 240 mm/s. El sistema de alimentacin del alambre puede ser de 2 rodillos o de 4. [figura 15.4 (A) Y (B)]; pudiendo existir un slo rodillo de arrastre, dos o los cuatro, el ltimo caso proporcionar un movimiento ms suave y homogneo. La mayora de los alimentadores son de velocidad constante, es decir, la velocidad es establecida antes de que comience el soldeo y permanece constante. Por lo general, es necesario un sistema de frenado para la bobina de la cual se devana el alambre, para evitar su giro incontrolado. Los sistemas se disean de forma que la presin sobre el alambre pueda ser aumentada o disminuida segn convenga.

3

...",...

Conexin a la red Fuente de energa Suministro de corrieAte elctrica (conexin con el alambre) Suministro de corriente elctrica (conexin con la pieza) Bobina de alambre Sistema de alimentacin del alambre Tubo de contacto Conexin de masa Pieza Fundente en polvo Escoria lquida Escoria slida Sistema de recuperacin de fundente Alambre-Electrodo Arco

RodillosLos rodillos ms comunes son con bisel en V, se deber seleccionar el rodillo de acuerdo con la dimensin del alambre. Existen numerosos diseos de las pistolas para soldeo con arco sumergido, pero su propsito es siempre el mismo, guiar el alambre y transmitir la corriente de soldeo a travs del tubo de contacto. El diseo de la pistola y de los rodillos variar sustancialmente en los procesos de soldeo especiales, como soldeo con alambres mltiples o soldeo con banda. El

FIGURA

15.3: EQUIPO

PARA SOLDEO POR ARCO SUMERGIDO

-354-

-355 -

;.

Soldeo por Arco Sumergido - - - - - - - - - - sistema de alimentacin del alambre, en estos casos. est diseado para montarse en los cabezales de soldeo estndar sin necesidad de realizar modificaciones. o realizando modificaciones muy simples.

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco Sumergido

15.4. FundentesLos fundentes utilizados en el soldeo por arco sumergido protegen el bao de fusin de la atmsfera cubriendo el metal con escoria (fundente fundido) . Limpian el bao de fusin. modifican la composicin qumica e influyen en la forma de la soldadura y sus propiedades mecnicas. Son compuestos minerales mezclados de acuerdo con una formulacin determinada. Suelen ser xidos de diferentes sustancias entre los que se encuentran la slice. la almina. el xido de sodio. xido de potasio. xido de calcio. fluoruro clcico, rutilo, etc. Muchos fundentes tienen componentes para variar la composicin qumica del metal depositado, en este caso ser muy importante mantener una relacin detenninada entre el metal depositado y el fundente as como controlar las variables elctricas. En funcin de la composicin qumica los fundentes pueden ser o no adecuados para el soldeo multipasadas.

Alimentacin del alambre

Rodillo de arrastre

Rodillo de arrastre Boquilla de salida del alambre

15.4.1. Fabricacin del fundenteEn la tabla 15.1 se clasifican los fundentes en funcin de su forma de fabricacin, indicndose las caractersticas y limitaciones de cada uno de ellos.

-=;~~~= Boquilla de ~ salida del alambre(A)

15.4.2. Proceso de secado de fundentes(B)

FIGUnA

15.4:

(A) UNIDAD DE ALIMENTACiN DE ALAMBRE DE

2

RODILLOS.

(8) ALIMENTADOR DE ALAMBRE DE 4 RODIUOS

Los fundentes deben mantenerse secos. Los fundentes fundidos no absorben humed.ad aunque pueden retener algo de agua en la superficie: los fundidos aglomerados, sin embargo. s absorben humedad por lo que deben ser protegidos y secados de la misma forma que los electrodos revestidos bsicos. Siempre se deber seguir las recomendaciones del fabricante. En la figura 15.5 se representa la forma de almacenamiento y secado de los fundentes.

15.3. Metales de AportacinSon alambres macizos de composicin qumica generalmente similar a la del metal base. Se suministran en bobinas o bidones de peso comprendido entre 10 a 455 Kg. Aunque normalmente se utilizan alambres macizos tambin se pueden utilizar alambres tubulares (generalmente rellenos de polvos metlicos). Los alambres de acero al carbono suelen estar recubiertos de cobre. excepto para aplicaciones nucleares y otras aplicaciones especiales.

15.5. Parmetros de SoldeoEs muy importante elegir las condiciones de soldeo adecuadas en funcin del espesor del material y la preparacin seleccionada para conseguir soldaduras exentas de fallos.

-357-

Soldeo por Arco SumergidoMezclados mecnicamente El fabricante o el usuario mezcla dos o ms fundentes fundidos o aglomerados. Se pueden conseguir mezclas intermedias entre las existentes en el mercado.

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco SumergidoEl operador del equipo debe conocer el efecto de estas variables, para poder l'eleccionarlas o modificarlas consiguiendo los resultados adecuados en cada caso.

Fundidos Fabricacin Se mezcla la materia prima, se funde, se enfra, se machaca, se tamiza y se empaqueta.

Aglomerados Se pulveriza la materia prima, se mezcla y se aglomeran, se cuece (sin fundir), se muele, criba y envasa.

Sacos o bidones cerrados

Caractersticas Composicin qumica Es posible la adicin de desoxidantes y elementos homognea. de aleaciones para Normalmente no compensar prdidas de higroscpicos (no elementos, o para obtener absorben agua). aleaciones no disponibles en el mercado. Fcil reciclado sin variar su composiBaja densidad que cin. permite una capa gruesa de fundente. Limitaciones Dificultad para aadir Tendencia a absorber humedad de la misma desoxidantes y elemanera que el recubrimentos de aleacin miento de los electrodos para compensar las prdidas de elemen- revestidos. tos durante el soldeo, o alear el metal de soldadura.

/ilJJ

jf'JJJ

/

/1.1 .. /

Sacos o bidones abiertos

j140"C2 horas mln. 3 semanas mx

l

1'-----'

350"C 2 horas

Campios en su composicin qumica durante su envasado, almacenamiento o manipulacin.

4 horasII II II II II

Mquina de arco sumergido

TABLA

15.1:

CARACTERSTICAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE FUNDENTES

CLASIFICADOS EN FUNCiN DEL MTODO DE FABRICACiN

L.-- --+r-....--- I

Las variables del proceso que tienen que considerarse son: Polaridad del alambre. Intensidad de soldeo. Tensin de soldeo. Velocidad de soldeo. Dimetro del alambre. Extensin del alambre. Anchura y profundidad de la capa de fundente Estas son las variables que determinan el tamao, la forma, la penetracin del cordn de soldadura y la existencia de defectos como porosidad, mordeduras, falta de penetracin, sobreespesor excesivo, etc.FIGURA

~b~' tF---~15.5:

1-----.

__

--J

SECADO y RECICLADO DE FUNDENTE

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-359-

Soldeo por Arco Sumergido15.5.1. Relacin entre los parmetrosEn el aparto 13.6.1. se indica la relacin existente entre los parmetros al utilizar una fuente de energa de tensin constante, que se resume en la tabla 15.2.Equivalente a: Velocidad de alimentacin del alambre Velocidad de fusin Tensin Longitud del arco

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco SumergidoEl efecto de la intensidad se puede resumir (ver figura 15.6): Un aumento de la intensidad de soldeo produce un aumento de la tasa de deposicin y de la penetracin. Una intensidad excesiva produce mordeduras o un cordn estrecho con sobreespesor o exceso de penetracin. Si la intensidad de soldeo es demasiado baja el arco es inestable y se producir falta de penetracin.

Intensidad

400 A

600 A

850 A

TABLA

15.2: RELACiN ENTRE LAS VARIABLES EN EL SOLDEO SAW

15.5.2. Tipo de corriente y polaridadEl soldeo por arco sumergido puede utilizar corriente alterna o continua, aunque con sta ltima su comportamiento es ms favorable. La clase de corriente y la polaridad influyen en la composicin qumica del metal aportado y en la forma del cordn. Con la corriente alterna se obtienen unos resultados intermedios entre los obtenidos con corriente continua polaridad directa y polaridad inversa. La corriente alterna es particularmente til cuando puede haber problemas de soplo, por ejemplo al soldar aceros ferrticos ; a menudose utiliza en el soldeo en "tandem" en el que el primer alambre puede estar conectado con corriente continua electrodo positivo y el segundo con corriente alterna. Se obtiene mayor penetracin con corriente continua electrodo positivo (CCEP, polaridad inversa), con la que tambin se obtiene mejor aspecto y forma del cordn y menor porosidad. Con corriente continua electrodo negativo (CCEN, polaridad directa) ~e obtiene mayor tasa de deposicin, menor dilucin y menor penetracin, por lo que se utiliza para realizar recargues o cuando la soldabilidad del metal base es muy delicada y requiere que la dilucin sea muy baja. El consumo de fundente respecto al consumo respecto de alambre es menor que cuando se suelda con el electrodo en el positivo.

FIGURA

15.6: INFLUENCIA DE LA INTENSIDAD DE SOLDEO EN EL ASPECTO DELCORDN

15.5.4. Tensin de soldeoEl ajuste de la tensin de soldeo vara la longitud del arco. es decir la distancia ent,re el alambre y el bao de fusin. Si la tensin aumenta, la longitud del arco aumenta. La tensin no influye casi en la tasa de deposicin, que est determinada por la intensidad. La tensin principalmente determina la forma del cordn de soldadura. La figura 15.7 (A) muestra su efecto. al aumentar la tensin aumenta la dilucin pero no la penetracin. Si la unin tiene una preparacin como la mostrada en la figura 15.7 (B). con una preparacin en V de ngulo pequeo, al aumentar la tensin puede disminuir la penetracin, aumentando la anchura del cordn y disminuyendo el sobreespesor. El efecto de la tensin se puede resumir en: Un incremento de la tensin produce un cordn ms ancho y plano (con menos sobreespesor). Un aumento de la tensin fa\'orece un aumento del consumo del fundente. Si se suelda con tensin elevada se pueden realizar soldaduras entre piezas con gran separacin en la raz. as como cuando la disposicin no es la ms adecuada.

15.5.3. Intensidad de soldeoSi aumenta la velocidad de alimentacin del alambre aumenta la inteI'lsidad de soldeo. por tanto la tasa de deposicin aumenta a medida que aumenta la intensidad . de soldeo.

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-361-

So/deo por Arco Sumergido Al aumentar la tensin aumenta el nmero de elementos que pasan a fonnar parte de bao de fusin procedentes del fundente. Una tensin de soldeo excesiva produce: Cordones excesivamente anchos con tendencia a fonnar grietas. Dificulta la retirada de la escoria. Produce soldaduras cncavas (con falta de material) con tendencia a agrietarse. Aumentan las mordeduras. Si la tensin es excesivamente baja se producen cordones abultados y se dificulta la retirada de la escoria de los bordes del cordn de soldadura.

- - - - - - - - - - - S o / d e o por Arco SumergidoSi se suelda a gran velocidad se reduce la penetracin, la anchura del cordn, - aumentando la porosidad, la cantidad de mordeduras y el cordn tiende a ser ms rugoso. Si la velocidad de soldeo es demasiado baja: El cordn de soldadura tendr un sobreespesor excesivo que favorece la fonnacin de grietas (figura 15.8). Se fonnarn baos de fusin de grandes dimensiones y la inclusin de escoria ser ms fcil. En la figura 15.9 se representa la influencia de la velocidad de soldeo sobre el aspecto del cordn.

FIGURA

15.8:

FORMACiN DE GRIETAS EN EL CORDN DE SOLDADURA DEBIDO A LA BAJA VELOCIDAD DE SOLDEO y LA ALTA TENSiN

FIGURA

15.7:

EFECTO DE LA TENSiN EN EL ASPECTO DEL CORDN.

(A)

CORDONES DEPOSITADOS SOBRE CHAPA; EN LOS TRES CASOS LA PENETRACiN ES LA MISMA; (B) UNIONES CON PREPARACiN

5 mm/s

10 mm/s

20 mm/s

15.5.5. Velocidad de soldeoSi la velocidad de soldeo aumenta: El calor aportado por unidad de longitud del cordn de soldadura disminuye. Se aplica menos cantidad de metal de aportacin.

FIGURA

15.9:

EFECTO DE LA VELOCIDAD DE SOLDEO SOBRE EL ASPECTO DEL CORDN

-362-

-363-

Soldeo por Arco Sumergido

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco Sumergido

15.5.6. Dimetro del alambrePara una misma intensidad, cuanto menor es el dimetro del alambre mayor es la tasa de deposicin, sin embargo cuanto mayor es el dimetro del alambre mayor es la intensidad que soporta, por tanto tambin podr aumentarse la tasa de deposicin aumentando el dimetro del alambre. Si l'. tasa de deposicin deseada es mayor que la que el motor de alimentacin del alambre puede suministrar, cambiando el dimetro del alambre a uno mayor puede conseguirse la tasa deseada.

15.6.1. Empleo de respaldo. En el soldeo por arco sumergido se produce una gran cantidad de metal fundido . Este metal lquido debe soportarse de alguna forma hasta que solidifique. ya que por s solo muchas veces no es capaz y puede perderse su control. En la tabla 15.3 se explican, brevemente, los diferentes mtodos para soportar el metal lquido cuando se requiere penetracin completa.

15.5.7. Extensin del alambreCuanto mayor es la extensin del alambre mayor es la tasa de deposicin y ~eno~ la penetracin, por tanto para aumentar la tasa de deposicin con una IntensIdad determinada, puede aumentarse la extensin del alambre. Se recuerda que se debe mantener el tubo de contacto en perfecto estado reemplazndolo cada cierto tiempo para asegurar las condiciones de soldeo. Se recomiendan las siguientes extensiones mximas del alambre: Para dimetros de 2; 2,4 y 3,25 mm la extensin mxima ser de 75 mm y un poco menos para acero inoxidable. Para dimetros de 4; 4,8 Y5,6 mm la extensin mxima ser de 125 mm, disminuyndola tambin en el caso de aceros inoxidables.Mtodo de respaldoPlacas de respaldoEn este caso la soldadura se apoya en una placa metlica o cermica, si es metlica la placa puede fundir con el cordn de soldadura y puede llegar a ser una parte integrante de la pieza de forma permanente. Las placas de respaldo, en cualquier caso, deben ser compatibles con el metal a ser soldado. Las placas de respaldo cermicas suelen ser en forma de barras y en forma de placas, con ranura CUNa o plana muchas veces ensambladas en cinta de aluminio. Nota: El respaldo puede pertenecer a la unin. Disposiciones tpicas de las placas de respaldo

Grfico

15.5.8. Anchura y profundidad de la capa de fundenteSi la capa de fundente es muy alta y estrecha puede provocar la formacin de cordones con aspecto irregular y distorsionado pudiendo contener poros. radIaCIones provocando una apariencia pobre y porosidad.

Cordones de soldadura de respaldoEn algunas ocasiones se realiza la soldadura de la raz con otros procesos como FCAW, GMAW, SMAW, estas soldaduras seNirn de respaldo a las siguientes realizadas con SAW. La pasada de raz de respaldo puede permanecer como parte de la unin o ser retirada. Nota: El respaldo puede pertenecer a la unin.

~j .Ia capa de fundente es muy fina se pueden producir proyecciones y

Segunda

pasada

Para determinar la cantidad adecuada de fundente se puede incrementar poco a poco la cantidad a utilizar hasta que el arco quede completamente sumergido.

f ~_IPasada derespaldo

~

15.6. Tcnicas OperativasSe tendrn en cuenta las recomendaciones generales sobre punteado indicadas en los captulos 10 y 21.

TABLA

15.3:

MTODOS PARA SOPORTAR EL METAL LQUIDO DURANTE EL SOLDEO. RESPALDOS

-364-

-365 -

'~ T ," !

So/deo por Arco Sumergido

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco Sumergidobaja o ms alta del tubo, dependiendo de si la soldadura es exterior o interior. La forma del cordn de sold:.tdura depende de la posicin del alambre. Un desplazamiento respecto a la vertical muy pequeo para el soldeo exterior, o muy grande en el caso del soldeo por el interior, producir una soldadura muy estrecha, con penetracin muy grande y con exceso de sobreespesor [ver figura 15.10 (8)] . Cuando el desplazamiento respecto a la vertical es muy grande en el soldeo por el exterior, o muy pequeo para el soldeo interior, produce una soldadura muy ancha y cncava [ver figura 15.10 (C)}.

Mtodo de respaldoPlacas de respaldo de cobre

Grfico

Algunas veces se utilizan placas de respaldO de cobre que no debern fundir con el metal ?e sOlda?ura. Por eso se usan de cobre, por su gran conductividad trmica que Impedir la fuslon de la placa; a veces las placas van refrigeradas por agua dificu~t~ndo an ms su fusin; de todas formas la masa de la placa de respaldo ser la suficiente para evacuar el calor necesario que evite la fusin de la misma. Nota: El respaldo se retira. Respaldo de fundente A veces se emplea como respaldo para el soldeo por arco sumergido fundente sometido a una cierta presin. El fundente se dispone en una envoltura de material flexible y por debajo se sita una manguera inflada que suministra una presin moderada por la raz de la soldadura. Nota: El respaldo se retira.

Envoltura de material flexible Manguera Innada Canal

Mtodo para situar el respaldo de fundente en el soldeo por arco sumergidoFIGURA

TABLA

15.3 (CONTINUACiN):

MTODOS PARA SOPORTAR EL METAL LaUIDO

15.10:

EFECTO DE LAS POSICIONES DEL ELECTRODO SOBRE LA FORMA DEL

CORDN DE SOLDADURA DURANTE EL SOLDEO CIRCUNFERENCIAL

DURANTE EL SOLDEO. RESPALDOS

15.6.2. Empleo de apndicesSe p~eden utilizar apndices de soldadura para iniciar y finalizar la unin y para proporcIOnar un medio de soportar el bao de fusin, el fundente y la escoria (figura 15.1); el material de los apndices debe ser compatible con el material base y debern tener la misma preparacin, adems debern tener la anchura suficiente para soportar el fundente.

Si la tubera posee un dimetro muy pequeo, el fundente resbalar y no proteger suficientemente la unin. Un mtodo de solucionar el problema es utilizar una boquilla dispuesta concntricamente con el alambre, tambin se puede emplear un cepillo de alambre de acero compatible con el material base tlexible y que resista el calor, que se dispondr por delante del punto de soldeo sujetando el fundente. Tambin se deber tener en cuenta los parmetros de soldeo, evitando intensidades excesivas que produciran baos de fusin muy grandes con tendencia a resbalar.

15.6.3. Soldeo circunferencialEl soldeo circunferencial difiere del realizado sobre chapa en posicin plana por la tendencia que tiene el bao de fusin y el fundente a resbalar por efecto de la gravedad, separndose del arco. Para prevenir desprendimientos o distorsiones del cordn de soldadura, ste deber solidificar antes de que pase por la posicin ms

15.6.4. Posicin del alambrePara 'determinar la posicin adecuada del alambre se deben considerar tres factores:

-366-

-367 -

,Soldeo por Arco Sumergido Su alineacin en relacin a la un! jn. El ngulo de inclinacin en direccin lateral; el ngulo de trabajo. El ngulo de desplazamiento, que determina si el soldeo se realiza hacia atrs o hacia adelante.

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco SumergidoCebado median/ti electrodo retrctil

Para utilizar este mtodo el equipo de soldeo debe estar diseado a tal efecto. Es un mtodo adecuado cuando la disposicin del cebado del arco tiene cierta importancia. La prctica normal es descender el alambre hasta que ste contacta con la pieza. entonces se cubre con el fundente y se aplica la intensidad de soldeo, la baja tensin existente manda una seal al alimentador de alambre que separa el electrodo de la pieza, a medida que la tensin aumenta el motor de alimentacin cambia el sentido para alimentar el alambre hacia la superficie de la pieza. La velocidad de alimentacin del alambre se estabiliza.Cebado por altafrecuencia

15.6.5. Cebado del arco y terminacin del soldeoExisten varios mtodos para cebar el electrodo; la eleccin del mtodo depender del tiempo asignado a las labores de iniciacin de la soldadura respecto al tiempo total del soldeo, el nmero total de piezas a ser soldadas, el tipo de fuente de energa disponible y la importancia de la disposicin de los puntos de soldadura en un determinado lugar de la unin.Cebado con bola de lana de acero

Este mtodo requiere una fuente de alta frecuencia, sin embargo no necesita la manipulacin de ningn operario y es muy til cuando la operacin de soldeo es intermitente. Cuando el alambre est muy cerca de la pieza, aproximadamente a l 2 mm de sta, el generador de alta frecuencia produce impulsos de alta tensin y alla frecuencia y se consigue el cebado del arco.Terminacin del soldeo

Se puede disponer una bola de lana de acero compacta que en el caso del soldeo de acero inoxidable deber ser tambin de acero inoxidable, suele ser de unos 10 mm de dimetro y se dispone en la parte inferior del electrodo. Se hace descender el alambre hasta que la bola se comprime hasta la mitad de su altura inicial, se aplica el fundente y se inicia el soldeo. La bola de acero se funde con rapidez cebando el arco.Cebado con alambre afilado

El alambre se corta para configurar en su extremo un punta afilafla. Se le hace descender con esta forma hasta que la punta contacta con la pieza, se aplica el fundente y comienza el soldeo, la punta del alambre funde con gran facilidad y se consigue el cebado del arco.Cebado por raspado

En algunas mquinas de soldeo, la mquina detiene tanto el suministro elctrico como el movimiento de la mquina. cortando de forma brusca la soldadura. En otras, sin embargo, la mquina deja de moverse en la direccin de la soldadura pero sigue el suministro de alambre durante un tiempo predeterminado. Otro tipo de sistema invierte la direccin de soldeo durante una determinada longitud mientras el soldeo continua. En los dos ltimos casos se produce ell\enado del crter.

15.6.6. Retirada de la escoriaSe deber realizar al final de la soldadura y entre pasadas en las uniones multipasada. Se evitarn los cordones de soldadura excesivamente convexos y abultados que dificultan, tambin entre pasadas, la retirada de la escoria.

Se hace descender el alambre hasta que entra en contacto con la pieza y se aplica el fundente. Se le hace mover en la direccin de soldeo y se aplica la intensidad de soldeo.Cebado por fundente fundido

Siempre que exista un bao de fundente el arco puede ser cebado introduciendo simplemente el alambre dentro del bao de fundido, este mtodo se suele emplear cuando se suelda con alambres mltiples, en este caso basta con cebar 1Ino de los alambres. los otros establecern el arco simplemente introducindose en el bao fundido.

- 3 68-

-369-

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Soldeo por Arco Sumergido

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco SumergidoDefecto: Falta de fusin o de penetracin NOTA: El bao de fusin no aporta. por s solo, la cantidad de calor suficiente para fundir el material base. Solamente el calor aportado por el arco es capaz de hacerlo. Si el arco no llega a las caras o a la raz de la unin se producir la falta de fusin.

15.7. Defectos Tpicos en las Soldaduras

Defecto: Porosidad

Causas Remedios- Extremar la limpieza del material base. - Desengrasar - Evitar la suciedad en el taller. - Ajustar la velocidad de desplazamiento. - Utilizar la cantidad de fundente adecuada. - Recuperacin del fundente controlada. - Realizar una limpieza adecuada. - Alambre no centrado con respecto a la unin.IncorrectoEje dal alambre dalO..:t.;

Causas- Material base contaminado. - Alambres contaminados o sucios. - Velocidad de soldeo elevada. - Insuficiente cantidad de fundente. - Contaminantes en el fundente. - Fundente atrapado en la zona inferior de la unin tras la(s) primera(s) pasada(s). - Residuos de escoria en las pasadas de raz realizados con electrodo revestido.

Remedios

-

Centrar el alambre.

-d.l':"i

Eje de la UnlII

Incompllla

Penltr.c1cl~7 '" 1- ~IIloldeo

~OCausas

.

brl de

Defecto: Mordeduras

Remedios

-

Intensidad excesiva.

-

Disminuir la intensidad para que el calentamiento de la pieza sea menor. Disminuir la velocidad de avance.

- Realizar una limpieza adecuada.

-

Velocidad de avance excesiva.

Defecto: Grietas situadas normalmente en el centro del cordn

Defecto: Falta de fusin o de penetracin NOTA: El bao de fusin no aporta, por s solo, la cantidad de calor suficiente para fundir el material base. Solamente el calor aportado por el arco es capaz de hacerlo. Si el arco no llega a las caras o a la raz de la unin se producir la falta de fusin.

Causas- Cordones excesivamente profundos o altos.a

Remedios

-

Causas- Parmetros de soldeo no adecuados. -

RemediosAumentar la intensidad. Reducir la velocidad de soldeo. Disminuir la extensin. Reducir el dimetro del alambre. Elegir polaridad directa. Cordn de_ ...... soldadura

Mantener la anchura de cada cordn (a) mayor que su altura (p) . Corregir la geometra de la unin o las variables de soldeo (reducir la intensidad y la velocidad)

......

J

p

-

Embridamiento excesivo.

- Diseo inapropiado de la unin.

- Aumentar la separacin de la raz. - Reducir el taln.

- Reducir el embridamiento. - Precalentar. - Utilizar un metal de aporte ms dctil. - Realizar un martillado.

-370-

-371-

Soldeo por Arco Sumergido

- - - - - - - - - - - S o l d e o por Arco SumergidoDefecto: Falta de materal o relleno insuficiente del chafln

Defecto: Grietas situadas normalmente en el centro del cordnCausas Remedos

Causas

Remedos

- Inclusin de hidrgeno.

-

-

Secar el fundente siguiendo las recomendaciones del fabricante. Limpiar los restos de grasa o suciedad del alambre. - Aumentar la temperatura de la pieza para permitir la salida del hidrgeno, precalentando o realizando un postcalentamiento a baja temperatura.

- Disposicin inadecuada del alambre en las soldaduras circunferenciales.

- Escoger la posicin adecuada del alambre.

WZli21l7ll1~~. -1

)i ~\~7~"'>-..Rotacin

Desplazamiento excesivo

.

I

Defecto: Inclusiones de escoriaCausas Remedios

~ ~es:aso~ \

DeSplazami8nto~_

1

-

Mala limpieza entre cordones. Intensidad de corriente muy baja. Cordones mal distribuidos.

-

Extremar la limpieza de las soldaduras. Aumentar la intensidad para que la escoria se funda y flote en el bao. Distribuir los cordones de forma que no queden estras muy profundas donde pueda quedarse atrapada la escoria. Soldar con la tensin adecuada.

'I~ '~

IJ

La escoria se mueve hacia adelante

- Velocidad excesiva. Defecto: Exceso de metal aportadoCausas

Disminuir la velocidad de avance.

-

Remedios

- Baja tensin de soldeo que pro-

duce cordones muy abultados donde puede quedar escoria atrapada en los bordes.

- Dimetro de alambre demasiado grueso. - Velocidad de avance muy lenta. Defecto: Cordn Irregular

- Utilizar alambre de menor dimetro. - Aumentar la velocidad de avance.

Defecto: PerforacionesCausas Remedios Causas Remedios

-

Intensidad muy elevada.

-

Disminuir la intensidad para evitar la perforacin de la chapa.

- Intensidad excesiva. - Tensin muy baja. - Avance irregular del alambre.

- Disminuir la intensidad. - Aumentar la tensin. - Dar ms presin a las ruletas de arrastre del alambre. Cambiar las guas si estn desgastadas. Cambiar el tubo de contacto si est desgastado, o si tiene irregularidades en su interior.

- Movimiento de avance muy lento. - Aumentar la velocidad de avance. - Bordes de las chapas muy separa- - Disminuir la separacin entre losdos. bordes.

-

Metal base muy caliente.

-

Dejar enfriar antes de depositar un nuevo cordn.

Nota: En cuanto a los fallos de la fuente de energa son los mismos que los explicados en el capitulo 13.

-373 -

Soldeo por Arco Sumergido - - - - - - - - - - -

Soldeo por Arco SumergidoComponente Gua del alambre Causa del fallo Distancia desde el rodillo alimentador muy grande o aveliando del taladro muy grande.

15.8. Fallos en el Equipo. Causas y ConsecuenciasComponente Rodillos de la unidad de alimentacin Causa del fallo Tamao del perfil del rodillo demasiado grande o que ha dado de s por el uso. Rodillo muy pequeo.

Presin del rodillo de alimentador de alambre.

Presin de contacto demasiado ligera. Presin de contacto demasiado fuerte que produce excesivo rozamiento o deforma al alambre.

Tubo de contacto

Tubo de contacto con taladro demasiado grande o desgastado por rozamiento./--

\

\ punto de contacto...../

Taladro demasiado pequeo. Tubo de contacto deteriorado por la excesiva tensin de soldeo.

Bobina de alambre

Freno demasiado dbil Freno demasiado fuerte.

-374- - - _ . - _._--_.

-375 -

__._-_.

Captulo 16

Soldeo por Resistencia

INDICE16.1. Principios del proceso 16.2. Ciclo de soldeo 16.3. Variables del proceso de soldeo 16.4. Procesos de soldeo por resistencia 16.4.1. Soldeo por puntos 16.4.2. Soldeo por protuberancias 16.4.3. Soldeo por roldanas 16.5. Equipo de soldeo por resistencia 16.6. Electrodos y mordazas 378 379 379 380 380 382 384 386 386

-377-

Soldeo por Resistencia

- - - - - - - - - - - - - S o l d e o por Resistencia

16.1. Principios del ProcesoEn los procesos de soldeo por resistencia el calor se genera por medio de una corriente elctrica de elevada intensidad que se hace circular con ayuda de dos electrodos durante un corto espacio de tiempo, a travs de la unin que se desea soldar. Los metales que constituyen la unin ofrecern una resistencia al paso de esta corriente y, por tanto, se generar un calor, que ser mximo en la intercara de las piezas (zona ele unin) ya que la resistencia al paso de la corriente tambin es mxima en dicha zona. (Ver Ley de Joule captulo 2). En este proceso de soldeo, a parte de requerirse el paso de una corriente elctrica, es necesario aplicar una presin durante y despus del paso de la corriente para conseguir la unin de los metales. El calor generado va a ser funcin de la capacidad de la mquina, del material a soldar y de su espesor, de la presin aplicada y del reglaje de los parmetros (clase de corriente elctrica, intensidad de la corriente de soldeo, tiempo de soldeo). Los principales procesos de soldeo por resistencia que existen son los siguientes: Por puntos. Por proyeccin, resaltes o protuberancias. Por roldanas. A tope. Por chisporroteo. En la tabla 16.1 se indican fas denominaciones segn EN 24063 YAWS A3.0 de los diferentes procesos de soldeo.EN 240632, Soldeo por resistencia 21, Soldeo por puntos por resistenciaiI

16.2. Ciclo de SoldeoEl ciclo de soldeo viene determinado por la secuencia de operaciones hasta conseguir la unin de los metales. Las fases son: Posicionamiento. Fase de soldeo. Fase de mantenimiento. Fase de cadencia o de relajacin. Durante la fase de posicionamiento, se ejerce sobre los electrodos una presin tal que obligue a las superficies, que van a soldarse posteriormente, a permanecer unidas. En la fase de soldeo, se hace pasar una corriente elctrica aplicando una diferencia de potencial a los electrodos mientras se mantiene la presin entre ellos. La presin durante esta fase suele ser ligeramente inferior a la ejercida en la fase de posicionamiento. Cuando se ha alcanzado la temperatura requerida para soldar (en el caso del acero y dependiendo del tipo de ste es de 1500C a '1700C), se corta el pa:;o de corriente y se incrementa la presin que se estaba ejerciendo sobre los electrodos, inicindose entonces la fase de mantenimiento. Por ltimo, viene la fase de cadencia durante la cual se reduce la presin hasta liberar las piezas ya soldadas. Algunas veces se utiliza el calor para realizar tratamientos trmicos, como precalentamientos previos a la fase de soldeo o tratamientos postsoldeo.

!.I !

AW5A3.0RW. Resistance Welding RSW, Resistance Spot Welding

16.3. Variables del Proceso de SoldeoLas principales variables del soldeo por resistencia son: Clase de corriente elctrica.

22, Soldeo de costuras por resistencia RSEW, Resistance Seam Welding 23, Soldeo por proyeccin o por protu- PW, Projection Welding

berancias24, Soldeo por chispa o por chispo-

FW, Flash Welding

rroteo25, Soldeo a tope por resistencia, sol- UW, Upset Welding deo por recalcado TABLA 16.1: DENOMINACiN DE LOS DIFERENTES PROCESOS DE SOLDEO POR RESISTENCIA

Intensidad de la corriente de soldeo. Tiempo de soldeo. Resistencia elctrica de la unin. Presin aplicada.

-378-----------

-379-

Soldeo por ResistenciaLa corriente elctrica ms utilizada es la alterna, tanto monofsica como trifsica. La corriente alterna, de gran intensidad y baja tensin, se genera en el secundario de un transformador y se aplica a las piezas a soldar por medio de sendos electrodos de contacto, refrigerados por aire o agua. Los parmetros que definen una corriente elctrica de soldeo por resistencia estn comprendidos en los intervalos siguientes: Tensin: entre l y 30 voltios. Intensidad: entre 1000 y 100000 amperios. Frecuencia: estndar (SO Hz en Europa y 60 Hz en USA) excepto para el procedimiento de alta frecuencia en la que oscila entre 10000 Y 500000 Hz. Observando la expresin de la ley de Joule (Q =12 R . T) se observa que la intensidad de soldeo es el factor de mayor influencia en la generacin de calor, por tanto es el que ms cuidadosamente hay que controlar. Ser necesario alcanzar un valor mnimo para que los metales a unir se fundan, sin superar un valor mximo que llevara a un exceso de fusin y salpicaduras debidas a la presin de los electrodos. El tiempo de soldeo es el tiempo durante el cual est circulando la corriente de soldeo. Valores tpicos estn comprendidos entre O, l y varios segundos. La presin aplicada durante la fase de forja puede ser aplicada directamente por los electrodos o a travs de otros elementos. La influencia de la presin se manifiesta en la resistencia elctrica, que disminuye al aumentar la presin, y en el efecto de forja .sobre el ncleo solidificado procedente del metal fundido, que le confiere una estructura de grano fino y otras cualidades propias de los metales forjados. La fuerza que se aplica a los electrodos vara'entre los 100 YSOO kg, pudiendo sobrepasar este valor en algunos casos. La fuerza se desarrolla por la accin de un sistema neumtico o hidrulico.

- - - - - - - - - - - - - S o l d e o por Resistellciala presin y la corriente correspondientes al ciclo, producindose un punto de soldadura de forma lenticular. El punto de soldadura se localiza bajo los electrodos y en la superficie de contacto de los dos materiales, por ser la zona de mayor resistencia elctrica y por tanto la zona donde se genera mayor calor.

~ Agua de refrigeracinElectrodo mvil

Pieza Punto de soldadura

Resistencia elctrica

Temperatura

t

Agua de refrigeracin

FIGURA 16.1: SOLDEO POR PUNTOS

El soldeo por puntos se realiza con mquinas como la que se muestra de forma esquemtica en la figura 16.2. El soldeo por puntos, al igual que el resto de los procedimientos de soldeo por resistencia elctrica, se realiza con un alto grado de automatizacin, particularmente en lo que se refiere a la aplicacin secuencial de la presin y de la ' corriente. Tiene sus principales aplicaciones en la fabricacin de carrocelas de automviles, electrodomsticos y muebles metlicos. El procedimento es adecuado para soldar componentes de acero al carbono, acero inoxidable, aluminio y cobre, de espesores comprendidos entre O, l Y 20 mm; aunque el espesor mximo de las aplicaciones ms frecuentes es de 8 mm.

16.4. Procesos de Soldeo por Resistencia16.4.1. Soldeo por puntosLa figura 16.l representa, de forma esquemtica, la realizacin de un punto de soldadura por resistencia elctrica. Para ello, los materiales de base se disponen solapados entre sendos electrodos. que tienen la misin de aplicar secuencialmente

-381-

'l'r , iSoldeo por Resistenciai

- - - - - - - - - - - - - S o l d e o por Resistenciaobjeto de tales resaltes es una mejor distribucin de la corriente y concentrar el rea - de aplicacin de la fuerza ejercida por medio de los electrodos (ver figura 16.3).

1 __- - ~ 5

Electrodo Protuberancia Presin-~J--

Metales base

Resalte

t16.3:

-+-- Electrodo

FIGURA

SOLDEO POR PROTUBERANCIAS

G)

Fuente de energa4 Brazo superior Brazo inferior Cilindro hidrulico o neumtico para aplicacin de presin Electrodo de cobre (mvil) 5

Conexin a la red

Electrodo de cobre (fijo) Interruptor de pedal ~ Piezas@Punto de soldadura Agua de refrigeracin

~

En el soldeo por proyecciones, el paso de la corriente dentro del material no viene determinada por las dir,1ensiones de los electrodos como es el caso del soldeo por puntos, sino por las dimensiones de las protuberancias. En este proceso, habitualmente los electrodos son de mayor dimetro que en el soldeo por puntos, cubriendo a la vez varios resaltes. Se aplica a una amplia variedad de componentes, normalmente de formas complicadas cuyos espesores oscilan entre 0,5 y 6 mm. Los resaltes suelen hacerse por embuticin, hasta 2,5 mm, y por mecanizado para espesores mayores de 2.5 mm. A veces se aprovechan las protuberancias naturales que algunas piezas por su geometra presentan.

@

FIGURA

16.2:

EQUIPO DE SOLDEO POR PUNTOS

16.4.2. Soldeo por protuberanciasEl soldeo por protuberancias es una forma de unin que se deriva del clsico procedimiento de soldeo por puntos. . Consiste en practicar previamente resaltes en uno de los materiales de base, y a veces en ambos, en los lugares donde se desea que exista un punto de soldadura. El

La fuerza o presin (esfuerzo de compresin) debe ser aplicado firmemente sobre la protuberancia, con el fin que sta tenga un buen contacto con la chapa que va a ser soldada. El esfuerzo de compresin aplicado debe asegurar un aplastamiento completo de la protuberancia una vez haya sido soldada. Algunas aplicaciones del soldeo por protuberancia son: soldeo de placas. chapas y piezas embutidas sobre tubos, soldeo de tuercas y vstagos roscados, soldeo de tubos o de alambres en cruz y de alambres sobre tubos y soldeo de artculos de cocina.

- 382-

-383 -

Soldeo por Resistencia16.4.3. Soldeo por roldanasEn el soldeo elctrico por roldanas, igual que en los casos anteriores, es el efecto del paso de una corriente elctrica y la aplicacin de una presin las causantes de la unin metalrgica de los materiales a soldar. El soldeo por roldanas es una variante del soldeo por puntos en la que se obtienen una serie de puntos solapados [ver figura 16.4 (A)] o aislados [ver figura 16.4 (B)] .

_ - - - - - - - - - - - - S o l d e o por Resistencia(A)

(A) Soldadura por roldanas obtenida como solapamiento de puntos de soldadura Conexin a la red Fuente de energa Brazo superior Brazo inferior (B) Soldadura por roldanas en forma de puntos aislados. Se obtiene con corriente Intermitente (conexin y desconexin de la corriente elctrica) Cilindro hidrulico o neumtico para aplicacin de presin 1

4

Suministro de corriente elctrica Roldana superior Roldana inferior Interruptor de pedal Piezas

@ Soldadura por roldanas

(B)Roldana superiorFIGURA

16.4: SOLDADURAS POR ROLDANASRueda de transmisin

En este procedimiento los electrodos son roldanas que, adems de aplicar la fuerza y corriente elctrica, arrastran en su giro a los materiales ' base (ver figura 16.5). El objetivo de este proceso mediante el solapamiento de los puntos. es el de producir soldaduras lineales que permiten una gran estanqueidad. como es el caso de la fabricacin de depsitos y bidones (en general de 0.05 a 3 mm de espesor) de cualquier material en posicin plana.

Pieza

Roldana inferiorFIGURA

16.5: (A) MQUINA DE SOLDEO POR ROLDANAS. (B) DETALLE DE LASROLDANAS

- .1 R 4-

-385 -

Soldeo por Resistencia - - - - - - - - - - - - -

16.5. Equipo de Soldeo por ResistenciaEl equipo necesario para el soldeo por resistencia consta principalmente de tres elementos: Un circuito elctrico, que consiste en un transfonnador, y un circuito secundario, que consiste en los electrodos que penniten la conduccin de la corriente elctrica. Un sistema mecnico que permita, bien a travs de un sistema hidrulico o neumtico, ejercer sobre los materiales a soldar la presin necesaria para favorecer la unin. Un sistema de control que pennita regular el tiempo de paso de la corriente elctrica, la secuencia de tiempos y la magnitud de la corriente elctrica aplicada.

Captulo 17

Soldeo Fuerte y Blando

16.6. Electrodos y MordazasLas herramientas que son ms empleadas, y por ello tienen un mayor desgaste, son los electrodos, los cuales pueden tener diferentes fonnas y tamaos, dependiendo del tipo de soldeo. Un electrodo de soldeo puede prestar laS siguientes funciones: Conducir la corriente elctrica hacia todas las partes del sistema. Transmitir la presin de soldeo. Fijar y soportar los materiales a soldar alineados. Retirar el calor que se produce en la zona soldada a zonas adyacentes. Por tanto, los materiales adecuados para fabricar electrodos deben conducir muy bien la electricidad y el calor, .debiendo tener una resistencia mecnica adecuada para soportar la presin aplicada. Todos los electrodos soportan una gran densidad de corriente (de 8 a 120 Al mm 2), al igual que elevadas presiones y el impacto en el momento del ajuste. El material utilizado para los electrodos suele ser cobre o alguna aleacin de base cobre; a veces se utilizan aleaciones refractarias (de cobre-volframio o de cobre-molibdeno) o materiales refractarios puros (molibdeno, volframio) cuando los materiales a soldar son de gran resistencia. Los electrodos suelen ir refrigerados por agua y en algunos casos por aire.

INDICE17.1. Principios de los procesos 17.1.1. Descripcin 17.1.2. Aplicaciones, ventajas y limitaciones 17.2. Metal de aportacin 17.2.1. Mtodo de ar:icacin del mt;tal de aportacin 17.3. Fundentes 17.4. Atmsferas controladas 17.5. Diseo de la unin 388 388 388 390 393 394 396 396 398 398 398 399 399 401 402

17.6. Preparacin de las piezas antes de su soldeo 17.6.1. Limpieza 17.6.2. Recubrimiento de superticies 17.7. Procesos de soldeo fuerte y soldeo blando 17.7.1. Soldeo fuerte y soldeo blando con soplete 17.8. Cobresoldeo 17.9. Defectos tpicos en las soldaduras

-386-

-387-

Soldeo Fuerte y Blando - - - - - - - - - - - - -

,

_ - - - - - - - - - - - - S o l d e o Fuerte y Blandofabricacin de juguetes hasta motores de aviones y vehcul?s espaci~les. En lTen