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Tema 33 – Soldadura en atmósfera protegida. Tipos: MIG/MAG, TIG, por inmersión, ultrasonidos, arcatón, alta frecuencia y plasma. Aplicaciones. Procedimientos operativos. Imperfecciones. Protección y recuperación de las piezas y superficies por recargue, metalización y proyección térmica. Riesgos más frecuentes, y medidas que se deben adoptar.

INDICE.

1. INTRODUCCION

  1. SOLDADURA EN ATMOSFERA PROTEGIDA
  1. TIPOS:

3.1 Soldadura TIG

3.2 Soldadura MIG/MAG

3.3 Soldadura por inmersión

3.4 Soldadura por ultrasonidos

3.5 Soldadura Arcatón

3.6 Soldadura por chorro de Plasma

3.7 Soldadura por alta frecuencia

3.8 Soldadura LÁSER

  1. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS

4.1 Procedimientos en la soldadura TIG

4.2 Procedimientos en la soldadura MIG-MAG.

  1. IMPERFECCIONES
  1. PROTECCIÓN Y RECUPERACIÓN DE PIEZAS Y SUPERFICIES POR RECARGUE, METALIZACIÓN Y PROYECCIÓN TÉRMICA
  1. RIESGOS MÁS FRECUENTES Y MEDIDAS QUE SE DEBEN ADOPTAR

1. INTRODUCCIÓN

La técnica de la soldadura, en general ha sido fundamental para desarrollo y productividad de las industrias y actualmente sigue siendo uno de los principales medios de fabricación y reparación de productos metálicos así como construcciones industriales y civiles. La soldadura es una técnica de unión de metales eficaz, segura y económica.

Pero en el principio de su uso, la soldadura presentaba problemas de inclusiones del aire circundante a la zona de fusión que deterioraban la unión. Este sería el fundamento de la soldadura bajo atmósfera protegida.

En la actualidad la soldadura incorpora importantes avances tecnológicos donde participan otras ramas de la ciencia como la química, la electrónica o la robótica.

  1. SOLDADURA EN ATMOSFERA PROTEGIDA

Aunque la idea de utilizar un medio protector gaseoso es tan antigua como el electrodo revestido de fundentes, fue en 1919 cuando ROBERS y VAN NUYS investigaron el uso de gases inertes e hidrocarburos para evitar los problemas posteriores a la soldadura en atmósfera natural.

Sin embargo no fue hasta 1940 cuando se empleo He monoatómico evitando por primera vez de forma eficaz los defectos comentados de inclusiones de oxigeno y nitrógeno del aire, que producían oxidación, porosidad y grietas en las uniones soldadas.

El Helio monoatómico sigue siendo empleado en los países con yacimientos de petróleo, mientras en Europa fue sustituido por el Argón.

Estos gases inertes protegen el baño de fusión ya que crean una barrera contra el aire y además no reaccionan con otros elementos del baño ni con la propia atmósfera circundante. A pesar de estas ventajas los gases inertes presenta algunas limitaciones de penetración en el cordón de soldadura por lo que se suelen mezclar con gases activos para solventar este problema.

  1. TIPOS Y APLICACIONES

3.1 Tungsteng Inert Gas TIG

La soldadura TIG utiliza como fuente de energía el arco eléctrico generado entre un electrodo no consumible y la pieza a soldar. Durante el proceso se proyecta un gas inerte para proteger el baño de fusión. Este gas suele ser una mezcla de Ar y He, combinando la mayor penetración del primero con la estabilidad de arco que proporciona el He.

El material del electrodo ha de poseer una alta temperatura de fusión para poder soportar el calor de la operación, además de deber ser buen conductor de la electricidad. Por estas y otras razones se utiliza Tungsteno para esta función. El metal de aportación, cuando es necesario (e>3mm), es de composición muy similar al metal base, y se aplica a través de varillas de modo manual, por lo que exige gran habilidad por parte del operario.

El proceso TIG puede utilizarse tanto en CC (preferentemente con polaridad directa) como en CA, la elección de clase de corriente más adecuada se hará en función del material a soldar.

Puesto que el proceso posee las virtudes necesarias para conseguir soldaduras de alta calidad, con elevada pureza metalúrgica, exentas de defectos y buen acabado superficial, es ideal para soldaduras de responsabilidad. Encuentra gran aplicación en la industria petroquímica, alimentación, generación de energía…etc. siendo aceros inoxidables, aceros Cr-Mo, aleaciones de Al…los metales más comúnmente soldados por este procedimiento.

Su principal limitación es su baja tasa de deposición, por lo que no resulta económico para soldar metales con espesores mayores de 6-8 mm.

3.2 MIG/MAG

El proceso MIG (del las siglas inglesas Metal Inert Gas) es similar al TIG, si bien el electrodo de Tungsteno ha sido sustituido por un rollo de varilla metálica, que avanza continuamente para conseguir compensar la fusión en sus extremos producido por el arco y mantener la longitud de este constante. Además, por supuesto, el electrodo es el propio metal de aportación, que aquí siempre se adicionará.

También se usa aquí un gas protector inerte que es proyectado por la tobera de la pistola, concéntricamente con el alambre/electrodo. Dicho gas será Argón o He aunque en ocasiones se utiliza una mezcla de Ar con O2 para mejorar la penetración y disminuir la tendencia a producir mordeduras (defecto que explicaremos en el epígrafe 6)

En la soldadura MAG (Metal Active Gas) se emplea como gas protector un gas activo, es decir, que interviene en el arco de forma más o menos decisiva. El gas utilizado es el CO2, cuya ventaja principal radica en su gran poder de penetración y que además resulta mucho más barato que el Ar. El mayor inconveniente es que genera un arco eléctrico poco estable que conduce a cordones imperfectos y proyecciones.

En ambos tipos de soldadura el electrodo lo forma un hilo macizo de Ø entre 0.8 y 1.6mm de material similar al metal base y recubierto de cobre para favorecer el contacto eléctrico con la boquilla y disminuir rozamientos y oxidación.

El uso de la soldadura MIG MAG es cada vez más frecuente, siendo en la actualidad el método más corriente. Esto se debe entre otras razones, a que presenta las siguientes ventajas:

  1. La alimentación automática del hilo aumenta las velocidades de soldeo y el coste de las operaciones, pues el hilo consumible evita pérdidas de material.
  2. No requiere una especial pericia del operario.
  3. Se consigue un alto rendimiento de soldeo con buena calidad.
  4. Permite la posibilidad de automatización del proceso.
  5. Menores problemas de seguridad e higiene, pues los arcos funcionan con bajas tensiones y no producen emisiones de humos tan toxicas como los revestimientos.

La soldadura MIG/MAG es una técnica muy flexible y versátil pues permite soldar aceros de baja aleación, aceros inoxidables, aluminio y cobre, en espesores a partir de los 0,5 mm y en todas las posiciones. Su principal limitación será el peso y voluminosidad del equipo que dificulta su uso en trabajos en altura o espacios confinados.

A continuación vamos esbozar otras técnicas de soldadura, que si bien son mucho menos utilizadas son muy importantes para ciertas aplicaciones.

3.3 Soldadura por inmersión

Este es un proceso de soldadura en serie, en el cual las piezas plaqueadas con metal de aportación en las juntas, son sumergidas dentro de un baño de fundente a alta temperatura. El fundente realizará dos funciones: por una parte su calor provoca la fusión del metal de aportación, mientras que por otra el fundente crea un efecto barrera contra las inclusiones de aire además de desoxidar la unión de los óxidos propios del metal base.

3.4 Soldadura por ultrasonidos

En este procedimiento no existe fusión, es decir, no existe una fase líquida como en los casos anteriores.

Para su materialización se aplica, en el punto de unión, una energía mecánica en forma de vibración de muy alta frecuencia, lo que provoca fuerzas de atracción interatómicas que producen la soldadura. Esta operación es llevada a cabo por un sonotrodo, el cual a su vez ejerce una ligera presión simultáneamente.

La mayoría de los metales y sus aleaciones pueden ser soldados por este procedimiento; únicamente aquellos que requieren una gran potencia como los refractarios presentan dificultades. A parte de los metales, esta técnica encuentra gran aplicación en los procesos de unión de plásticos. En ninguno de los casos existe material de aportación.

3.5 Soldadura Arcatón

La soldadura con hidrógeno atómico denominada Arcatón, utiliza el calor desprendido al crearse un arco eléctrico entre dos electrodos de Wolframio en una atmósfera de H. Por tanto el H también desempeñará aquí, una doble misión:

Sirve de medio de transmisión del calor a la zona de soldadura y además forma una atmósfera protectora que impide su oxidación.

Consecuentemente la pieza a soldar no tiene ningún contacto eléctrico ya que el arco se forma entre dos eléctrodos completamente independientes de ella.

La soldadura con H atómico puede aplicarse prácticamente a todos los metales y aleaciones sin necesidad de usar desoxidantes.

3.6 Soldadura por chorro plasmático.

En la soldadura por plasma la energía necesaria para conseguir la ionización la proporciona el arco eléctrico que se establece entre un electrodo de tungsteno y el metal base a soldar. Como soporte del arco se emplea un gas, generalmente Ar puro o en ciertos casos He con pequeñas proporciones de hidrógeno, que pasa a estado plasmático al ser estrangulado en el orificio de una boquilla, dirigiéndose al metal base un chorro concentrado que puede alcanzar los 28.000 ºC. El flujo de gas de plasma no suele ser suficiente para proteger de la atmósfera al baño de fusión ni al material expuesto al calentamiento. Por ello a través de la envoltura de la pistola se aporta un segundo gas de protección, que envuelve al conjunto.

La mayor ventaja del proceso plasmático es que la Z.A.C es dos o tres veces inferior en comparación a la soldadura TIG, por lo que se convierte en una técnica óptima para soldar metal de espesores pequeños y soldaduras de responsabilidad. Por ello la soldadura por plasma es utilizada entre otras en la industria aeroespacial, nuclear, electrónica y de la construcción debido a que es relativamente económico, ofreciendo además alta calidad y fiabilidad.

3.7 Soldadura por alta frecuencia

El fundamento es muy similar a la soldadura por ultrasonidos; el calentamiento de las superficies se consigue en este caso con corrientes eléctricas de muy alta frecuencia a la vez que se aplica cierta presión. Tampoco existe fase líquida.

3.8 Soldadura LASER

La energía aportada por un haz láser para fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la correspondiente unión entre los elementos involucrados sin que exista metal de aportación. El haz de luz altamente amplificado y concentrado en la soldadura láser genera temperaturas muy elevadas que funden el material en un punto focal de alrededor de Ø0,5 a Ø1 mm.

De ésta manera se consigue un cordón homogéneo y dirigido a una pequeña área de la pieza a soldar, con lo que se reduce el calor aplicado a la soldadura reduciendo así las posibilidades de alterar propiedades químicas o físicas de los materiales soldados. Sus aplicaciones son similares a la soldadura por plasma.

  1. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS

Debido su mayor utilización, en este punto sólo veremos los procedimientos operativos de la soldadura TIG y MIG/MAG.

4.1 Procedimientos en soldadura TIG

Seleccionada el tipo de corriente para el material y el Ø del electrodo más adecuado para la operación, se ajustan los parámetros de voltaje e intensidad. En caso de usar CA hemos de regular también la frecuencia.

Además hemos de asegurarnos que existe buen contacto eléctrico entre la pieza y el equipo (masa).

De forma general, para el cebado del arco, situaremos el portaelectrodos en posición horizontal a una distancia de unos 5 cm. sobre la pieza, girando lentamente hasta casi tocar la pieza (caso de CA) o tocándola (caso de CC).

Una vez establecido el arco, se calienta la zona de la pieza hasta que se consigue el baño de fusión apropiado; seguidamente se inicia el avance constante con el portaelectrodos a lo largo de la junta a soldar con ángulo de 85º con respecto al avance y añadiendo metal de aportación si es necesario.

4.2 Procedimientos en soldadura MIG

Ajustados los parámetros de corriente y caudal de gas a los valores requeridos por el tipo de soldadura a realizar, hemos de ajustar la longitud libre de varilla y la velocidad de salida.

Por aproximación a la pieza, se cebará el arco, desplazando entonces la pistola formando el cordón deseado. El hilo ha de ser dirigido hacia la parte delantera del baño de fusión, manteniendo la aportación en el centro del chorro de gas para conseguir una buena protección.

  1. IMPERFECCIONES

Los defectos que se pueden producir son similares en la soldadura TIG y MIG:

1. Grietas y Fisuras, aparecen en la Z.A.C por las tensiones internas creadas durante el enfriamiento/calentamiento; para evitarlas será necesario realizar un precalentamiento de la zona. Son especialmente peligrosas aquellas perpendiculares a la dirección de máxima solicitación.

2. Cavidades y porosidades, causadas por un metal base con excesivo contenido en C, O, ó S. También son causadas, por una mala técnica operatoria de soldeo.

3. Inclusiones sólidas (escoria, óxidos metálicos, partículas extrañas). La importancia de este defecto depende del tamaño de la inclusión, siendo esta provocada por la falta de limpieza o por una intensidad eléctrica muy débil.

4. Falta de fusión y/o penetración, por insuficiente energía, lo cual produce una notable reducción en la resistencia a fatiga.

5. Mordeduras, producidas por elevada intensidad o por electrodo demasiado grueso. Es un defecto grave en juntas sometidas a esfuerzos cortantes pues supone una entalla física y puede ser origen de roturas.

  1. PROTECCIÓN Y RECUPERACIÓN DE PIEZAS Y SUPERFICIES POR RECARGUE, METALIZACIÓN Y PROYECCIÓN TÉRMICA.

El recargue de material se emplea para proteger las superficies de los metales de las acciones mecánicas de desgaste y de abrasión así como de agentes corrosivos.

El recargue es realizable con cualquier técnica de soldadura que permita adicionar metal de aportación. Las ventajas del recargue se pueden resumir en:

· Aportación de resistencia a la abrasión y alta dureza en el sitio exacto donde esta es necesaria.

· Posibilidad de fácil aplicación a pie de obra.

· Empleo económico de aleaciones caras.

La proyección térmica es un procedimiento mediante el cual se proyecta un metal fundido en forma atomizada sobre una base debidamente preparada con el fin de obtener una capa depositada con las características superficiales deseadas.

La fusión y proyección del metal de recubrimiento se realiza en pistolas alimentadas bien con alambre (metalización) o bien en polvos (proyección térmica propiamente dicho).

Ambas tecnologías ofrecen soluciones para la protección de productos industriales contra la acción destructiva de la corrosión, erosión, desgaste por fricción… etc. y así prolongando su vida en servicio.

  1. RIESGOS MÁS FRECUENTES Y MEDIDAS QUE SE DEBEN ADOPTAR

La seguridad juega un papel muy importante en la elaboración de los trabajos de soldadura, ya que las fuentes de energía, gases y electricidad, por sus propias características entrañan riesgos de explosión, incendio, descargas eléctricas…etc.

Para evitar estos riesgos hemos de:

1. Mantener las botellas alejadas de la zona de trabajo, de altas temperaturas o de cualquier fuente de ignición como cigarrillos y siempre en lugar ventilado.

2. Los gases y humos producidos deben ser extraídos del ambiente de trabajo en caso de no existir una buena ventilación.

3. El arco eléctrico puede causar además de descargas eléctricas, quemaduras y daños en los ojos. Por lo tanto se han de usar guantes y ropa adecuada, así como careta y protección visual.

4. Se debe evitar la soldadura por arco en lugares húmedos manteniendo bien secos los guantes y la ropa puesto que la humedad sobre el cuerpo puede originar descargas eléctricas.

5. Debido a las altas temperaturas de los procesos, los locales en los que se realicen los trabajos deben contar con instalaciones contra incendios como bocas e hidrantes de incendio, extintores móviles de polvo polivalente (para tensión de hasta 1000v) y de polvo convencional.

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