Procesos de Soldadura por Arco Eléctrico: Fundamentos y Aplicaciones Industriales

Introducción a la Soldadura

La soldadura constituye una unión fija entre dos o más piezas metálicas o materiales similares, generalmente del mismo material, las cuales, mediante la aplicación de calor y, en la mayoría de los casos, un material de aporte adicional, se funden y se combinan, resultando una unión permanente.

Procedimientos de Soldeo por Arco

Existen diversos procedimientos de soldeo por arco, cada uno con sus características y aplicaciones específicas:

• Soldadura por Arco con Electrodo Revestido (SMAW)
• Soldadura por Arco con Electrodo No Consumible y Protección de Gas Inerte (TIG/GTAW)
• Soldadura por Arco con Electrodo Consumible y Protección por Gas Inerte (MIG/GMAW) o por Gas Activo (MAG/GMAW)
• Soldadura por Arco Sumergido (SAW)

Soldadura por Arco con Electrodo Revestido (SMAW)

También conocida como soldadura manual por arco metálico, es uno de los procesos más versátiles y ampliamente utilizados.

• Fundamento de Fusión: Se logra mediante la fusión de los bordes de las piezas a unir.
• Fuente de Energía: Un arco eléctrico generado entre la pieza y el electrodo consumible revestido.
• Naturaleza del Proceso: Es un proceso predominantemente manual.
• Protección: La zona de soldadura se protege mediante la escoria y los gases procedentes de la combustión y descomposición del revestimiento del electrodo.

Clasificación de Electrodos Revestidos (AWS)

Los electrodos revestidos se clasifican según la norma AWS (American Welding Society) con un código alfanumérico del tipo E XXXX, donde:

• La letra E indica que es un electrodo para soldadura eléctrica.
• Los dos primeros dígitos (XX) indican la resistencia mínima a la tracción del metal depositado en miles de psi (por ejemplo, E60XX = 60.000 psi, E70XX = 70.000 psi). Estos dígitos suelen ser 60 o 70 para aceros al carbono.
• El tercer dígito (X) indica las posiciones de soldeo en las que el electrodo puede ser utilizado:
  • 1: Todas las posiciones (plana, horizontal, vertical, sobrecabeza).
  • 2: Solo posición plana y horizontal.
  • 4: Especialmente para vertical descendente.
• El cuarto dígito (X) indica el tipo de revestimiento y la corriente a utilizar (CA o CC).

Campo de Aplicación

Es aplicable a casi todo tipo de aceros: al carbono, inoxidables, débilmente aleados, e incluso fundiciones de hierro, aunque en este último caso el rendimiento no suele ser óptimo.

Ventajas e Inconvenientes

• Ventajas:
  • Utilizable en todas las posiciones.
  • Equipo económico y versátil.
  • Gran variedad de electrodos disponibles para diferentes aplicaciones.
• Inconvenientes:
  • Difícilmente automatizable.
  • Costo total elevado (debido a la baja productividad y la necesidad de limpieza de escoria).
  • Requiere abundante mano de obra (por su naturaleza manual).

Consideraciones Adicionales

Es crucial considerar la selección del procedimiento adecuado, el tipo de corriente a utilizar, la elección del electrodo, la limpieza de la escoria entre pasadas, y la aplicación de tratamientos térmicos cuando sean necesarios.

Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Gas Inerte (TIG/GTAW)

Conocida por su alta calidad y precisión, la soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) o GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) es un proceso fundamental en la industria.

• Fundamento del Proceso: Se basa en la fusión de los materiales.
• Fuente de Energía: Un arco eléctrico estable.
• Electrodo: Utiliza un electrodo no consumible de tungsteno.
• Protección: La zona de soldadura se protege con un gas inerte.

Características del Electrodo de Tungsteno

• No se funde durante el proceso de soldadura.
• Su función principal es mantener el arco eléctrico.
• El acabado del extremo del electrodo es crucial para la estabilidad del arco y la forma del cordón.
• El material es generalmente tungsteno puro o aleado (por ejemplo, con torio, lantano o cerio).

Material de Aporte

• La soldadura TIG puede realizarse con o sin material de aporte.
• El aporte puede ser manual o automático.
• La composición química del material de aporte debe ser similar al metal base para asegurar la compatibilidad y propiedades mecánicas.

La adición de un 2% de torio (o lantano/cerio) a los electrodos de tungsteno mejora significativamente la capacidad de corriente, la iniciación y la estabilidad del arco.

Diámetros y Longitudes Estándar

Los diámetros más utilizados son 1.6 mm, 2.4 mm y 3.2 mm. Las longitudes estándar suelen ser de 3 pulgadas (76.2 mm) y 7 pulgadas (177.8 mm).

Gases de Protección

• Tipo de Protección: Se utiliza un gas puro o una mezcla de gases inertes para proteger el baño de fusión y el electrodo de la contaminación atmosférica.
• Composición en función del material y la penetración:
  • Argón (Ar): Es el gas más común. Proporciona un arco estable, buena limpieza y una mayor penetración en la mayoría de los materiales.
  • Helio (He): Genera un arco más caliente, lo que es útil para materiales de alta conductividad térmica. Puede resultar en menor penetración si no se ajustan los parámetros, pero permite mayores velocidades de soldadura.
  • Mezclas (ej. 75% He + 25% Ar): Ofrecen un equilibrio entre las propiedades del argón y el helio, optimizando la estabilidad del arco y la transferencia de calor.

Campo de Aplicación

La soldadura TIG es versátil y se aplica a todas las aleaciones, siendo preferible para metales difíciles de soldar o cuando se requiere una alta calidad. Es ampliamente utilizada en la industria aeroespacial, petrolera, nuclear, y en la fabricación de equipos de precisión.

Tipos de Corriente y Aplicaciones Específicas

• Corriente Continua (CC): Ideal para la mayoría de los metales, incluyendo aceros inoxidables, aleaciones de níquel, cobre, titanio, etc.
• Corriente Alterna (CA): Esencial para la soldadura de aluminio (Al) y magnesio (Mg) y sus aleaciones, debido a su acción de limpieza del óxido.

Ventajas e Inconvenientes

• Ventajas:
  • Muy buena calidad de soldadura y acabado estético.
  • Control preciso del aporte de calor y del material de aporte.
  • Ausencia de proyecciones y escoria, lo que reduce la necesidad de limpieza posterior.
• Inconvenientes:
  • Proceso lento y de baja productividad en comparación con otros métodos.
  • Equipo más caro en comparación con SMAW.
  • Requiere mano de obra altamente especializada debido a la complejidad del control del arco y el material de aporte.