Manual Técnicas de Soldadura Al Arco
Manual Técnicas de Soldadura Al Arco
Manual Técnicas de Soldadura Al Arco
SECCIÓN I
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10.- SISTEMA ARCO MANUAL 19
6 - Descripción del proceso.
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11.- POSICIONES EN SOLDADURAS 20
SECCIÓN II
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18.- PROCESO ARCO-AIRE (TORCHADO) 39
- Descripción del proceso.
- Aplicación.
- Ventajas.
- Diagrama esquemático.
- Electrodos.
- Proceso.
- Seguridad.
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1.- TEORÍA de la SOLDADURA al ARCO
Para ello recordemos que los metales están constituidos por cristales. Cada uno de estos es
a su vez, un arreglo periódico especial de átomos o grupos de átomos que dan origen a lo
que conocemos como retículo cristalino. El tamaño medio de estos cristales es variable
entre algunos micrones y varios centímetros según el caso y cada cristal esta separado por
sus vecinos por una zona de transición asimilable a una superficie, que se conoce como
borde de grano, que es el lugar en el cual la orientación de los ejes cristalinos cambia para
dar lugar a las que corresponden a los granos vecinos.
Para comprender los procesos de soldadura reales es necesario analizar las características
reales tal como ocurren en la naturaleza. Cualquier de estas examinadas en la escala
atómica es extremadamente irregular. La misma esta constituida por picos y valles
variables entre unos doscientos diámetros atómicos correspondientes a las superficies más
perfectas que el hombre puede preparar, hasta 10 elevado 4 diámetros atómicos para
superficies desbastadas.
Del análisis anterior surgen las dificultades que se presentan para lograr una unión
metálica adecuada al poner dos cuerpos reales en contacto. Sin embargo la ciencia de la
soldadura se ocupa de estudiar los medios prácticos para producir uniones átomo a átomo a
través de las superficies metálicas preexistente y en un número suficiente para otorgar
resistencia mecánica satisfactoria. Los recursos empleados para lograr este objetivo nos
permitirá hacer una clasificación de los procesos de soldadura.
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1.3.- Clasificación de los procesos
Una forma de lograr el contacto íntimo de dos superficies necesaria para la producción de
una soldadura es someter a las mismas a una presión reciproca. Si esta es de magnitud
adecuada será capaz de romper las capas de óxido y humedad y deformar la superficie de
manera de lograr el contacto necesario. Esto da origen a lo que se conoce como soldadura
por presión o más generalmente como soldadura en fase sólida. Este proceso puede o no
ser asistido por energía térmica, pero debe tenerse en cuenta que cuando así ocurre la
temperatura del proceso debe mantenerse por debajo del punto de fusión de los materiales
que intervienen. El principal efecto buscado con el empleo de energía térmica es en este
caso reducir la tensión de fluencia de los materiales que se suelen así como disociar óxidos
y volatilizar la humedad.
Otro camino para lograr una soldadura es emplear energía térmica para fundir localmente
las piezas que se desean unir y de esta manera lograr la eliminación de las capas
mencionadas y el íntimo contacto de las piezas por coalescencia de material en estado
líquido. Este conoce en general como soldadura por fusión.
Arco carbón
Por: Electrodo metálico recubierto
Mig -Mag
Arco Tig
Soldadura Arco Sumergido
Plasma
Autógena Oxí-acetilénica
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2.- PROCESO de SOLDADURA por ARCO ELÉCTRICO
La soldadura manual con arco eléctrico, es un sistema que utiliza una fuente de calor (arco
eléctrico) y un medio gaseoso generado por la combustión del revestimiento del electrodo,
mediante el cual es posible la fusión del metal de aportación y la pieza.
La fuente de energía para soldar proviene de una máquina de corriente continua (C.C.) o
corriente alterna (C.A.), la cual forma un circuito eléctrico, a través de los cables
conductores, del electrodo a la pieza.
Este sistema se caracteriza por su versatilidad y economía. Puede este proceso aplicarse
en la unión de diferentes metales, en trabajos pequeños, o de gran envergadura.
NOTA
El funcionamiento de este proceso deberá ajustarse a las indicaciones técnicas que exija el
metal a soldar y los electrodos a usar.
La importancia del arco en soldadura reside en primer lugar en el hecho de que el mismo
provee el calor necesario para provocar la fusión. En segundo lugar porque es asiento de
reacciones químicas internas que se producen entre su atmósfera y el material metálico a
alta temperatura. Por último es responsable de la transferencia metálica desde el extremo
del electrodo hacia la pileta de fusión.
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3.- SEGURIDAD en la SOLDADURA al ARCO
Cuando se realiza una soldadura al arco durante la cual ciertas partes conductoras de energía
eléctrica están al descubierto, el operador tiene que observar con especial cuidado las reglas de
seguridad, a fin de contar con la máxima protección personal y también proteger a las otras
personas que trabajan a su alrededor.
En la mayor porte de los casos, la seguridad es una cuestión de sentido común. Los accidentes
pueden evitarse si se cumplen las siguientes reglas:
Siempre utilice todo el equipo de protección necesario para el tipo de soldadura a realizar.
El equipo consiste en:
Máscara de soldar, protege los ojos, la cara, el cuello y debe estar provista de filtros
inactínicos de acuerdo al proceso e intensidades de corriente empleadas.
Guantes de cuero, tipo mosquetero con costura interna, para proteger las manos y
muñecas.
Coleto o delantal de cuero, para protegerse de salpicaduras y exposición a rayos
ultravioletas del arco.
Polainas y casaca de cuero, cuando es necesario hacer soldadura en posiciones
verticales y sobre cabeza, deben usarse estos elementos, para evitar las severas
quemaduras que puedan ocasionar las salpicaduras del metal fundido
Zapatos de seguridad, que cubran los tobillos para evitar el atrape de salpicadura.
Gorro, protege el cabello y el cuero cabelludo, especialmente cuando se hace soldadura
en posiciones
NOTA.- Evite tener en los bolsillos todo material inflamable como fósforos,
encendedores o papel celofán. No use ropa de material sintético, use ropa de algodón.
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3.3.- Influencia de los rayos sobre el ojo humano
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4.- PRECAUCIONES de SEGURIDAD en la SOLDADURA
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4.1.- Precauciones y Seguridad en la Soldadura
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5.- CARACTRÍSTICAS de las FUENTES de PODER
5.1.- Transformador
Es una fuente de poder, a la cual se le suministra corriente alterna y en su interior ésta por
medio de una manivela o perilla ubicada en la carcaza, regula el amperaje a usar
(intensidad). Esto quiere decir que si a la máquina entra corriente alterna de ella sale
corriente alterna.
A este tipo de fuente de poder se proporciona corriente alterna, pero en su interior tiene un
rectificador que se encarga de rectificar la corriente, dejando en forma continua, en la cual
se podrá distribuir el calor de mejor manera.
Alterna:
Este tipo de corriente cambia alternativamente de dirección en un conductor. En la
frecuencia de 50 ciclos por segundo (50Hz), la dirección de la corriente se invierte cien
veces por segundo.
Continua
Este tipo de corriente fluye por un conductor solamente en una dirección y está
depende de las conexiones eléctricas que se efectúen ya sea en una batería o en otra
fuente de corriente directa.
Este caso se denomina así por la forma en que se transmite el flujo de electrones,
conectando el porta - electrodo al polo negativo y la pinza a tierra se conecta al polo
positivo de máquina. Esto quiere decir que el flujo de electrones fluye desde el polo
negativo de la máquina. Con esto el calor depositado se encuentra en un mayor porcentaje
en la plancha por la dirección de los electrones, estos golpean la plancha provocando más
calor en esta y la llaman polaridad directa porque uno dirige el flujo de electrones.
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5.6.- Características de las Fuentes de poder
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6.- CLASIFICACIÓN de los ELECTYRODOS AWS (AWSTM)
En primer lugar es indispensable conocer los diferentes tipos de electrodos que se han
desarrollado, para llenar los requisitos de diferentes aplicaciones.
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7.- SELECCIÓN del ELECTRODO ADECUADO
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8.-PROPIEDADES de los ELECTRODOS
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8.2.- Propiedades mecánicas
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8.3.- Acción de los elementos de aleación en los aceros
DESGASTE Quitar o consumir poco a poco, por el uso o el roce, parte de una cosa
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9.- PRINCIPIOS de la SOLDADURA por ARCO con ELECTRODOS REVESTIDOS
.- Descripción
La soldadura al arco con electrodos revestidos conocida también como soldadura manual con
varillas o simplemente como soldadura al arco.
Esta soldadura se logra con el calor que aporta un arco eléctrico el cual es mantenido entre un
extremo de la varilla recubierta (electrodo) y la pieza de trabajo (metal base).
El calor producido por el arco funde los borde del metal base, la varilla y el revestimiento,
mientras el metal fundido del electrodo es transferido a través del arco hacia el metal fundido
en el metal base. Los gases producidos por la combustión del revestimiento protegen el arco y
el deposito de los gases atmosféricos. Además la escoria fundida flota en la superficie del
metal líquido depositado a través de la varilla y lo protege de la atmósfera durante su
solidificación y a la vez permite el enfriamiento más lento del cordón.
Otras funciones del revestimiento son las de dar estabilidad al arco y controlar la geometría
del deposito.
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10.- SISTEMA de ARCO MANUAL
El sistema de soldadura Arco Manual se define como el proceso en que se unen dos metales
mediante una fusión localizada, producida por un arco eléctrico entre un electrodo metálico y
el metal base que se desea unir.
La soldadura al arco se conoce desde fines del siglo pasado. En esa época se utilizaba una
varilla metálica descubierta que servía de metal de aporte.
El electrodo consiste en un núcleo o varilla metálica, rodeado por una capa de revestimiento,
donde el núcleo es transferido hacia el metal base a través de una zona eléctrica generada por
la corriente de soldadura.
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11.- POSICIONES EN SOLDADURA
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12.- ESQUEMAS BÁSICOS
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13.- TÉCNICAS GENERALES de SOLDADURA
13.1.- Asegúrese que la pieza a soldar esté exenta de aceite, grasa o materias extraña a la
pieza misma.
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14.- SOLDADURA en TANQUE
14.1.- Seguridad
Soldar recipientes que hayan tenido materiales combustibles o inflamables es una operación
sumamente riesgosa, por lo que a continuación se detallan ciertos procedimientos a seguir.
14.2.- Lavado
El método de limpieza dependerá de los elementos contenidos en el recipiente por lo que
dividiremos esta en tres formas :
Agua
Solución química caliente
Vapor
NOTA.- La limpieza de los recipientes debe ser efectuada por personal calificado y
bajo directa supervisión. Además no deberán usarse HIDROCARBUROS
CLORADOS como por ejemplo TRICLOROETILENO,
TETRACLORURO de CARBONO, ya que estos se descomponen con el
calor o radiación de la soldadura y forman FOSFÓGENOS, gas altamente
peligroso.
El proceso consiste en llenar cierto espacio del tanque con algunos de estos elementos de tal
forma que los gases inflamables sean desplazados desde el interior.
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15.- SISTEMA ARCO SUMERGIDO
Las corrientes utilizadas en este proceso varían en un rango de los 200 hasta los 2000
amperes y los espesores a soldar de los 4 a más de 40 mm.
15.2.- Aplicaciones
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15.3.- Diagrama esquemático
(Arco Sumergido)
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15.4.- MATERIALES
15.4.1.- Alambres
Generalmente contiene elementos desoxidantes, que junto a los que aporta el fundente
limpian las impurezas provenientes del metal base o de la atmósfera y aportan
elementos de aleación seleccionados según sean las características químicas y
mecánicas del cordón de soldadura que se desee.
15.4.2.- Clasificación
Según la AWS, los alambres se clasifican por 2 letras y 2 números, que indican la
composición química de éstos.
EX XX
letras dígitos
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16.- SISTEMA MIG
El sistema MIG (Metal Inerte Gas) fue introducido a fines del año 1940. El proceso es
definido por la AWS como una soldadura al arco, donde la fusión se produce por
calentamiento con un arco entre un electrodo de metal de aporte continuo y la pieza, en donde
la protección del arco se obtienen de un gas suministrado en forma externa, el cual protege el
metal líquido de la contaminación atmosférica y ayuda a estabilizar el arco.
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16.3.- Descripción del proceso
(Sistema MIG)
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16.5.- Transferencia metálica
En soldadura MIG, las gotas de metal fundido son transferidas a través del arco, desde un
alambre-electrodo alimentado continuamente, a la zona de soldadura.
Para un diámetro dado de electrodo (d), con una protección gaseosa, la cantidad de
corriente determina el tamaño de las gotas (D) y el número de ellas que son separadas
desde el electrodo por unidad de tiempo:
Zona A : A valores bajos de amperaje, las gotas crecen a un diámetro que es varias veces
el diámetro del electrodo antes que éstas se separen. La velocidad de transferencia a bajos
amperajes es sólo de varias gotas por segundo.
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16.5.1.- Transferencia metálica
(Sistema MIG)
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16.6.- Electrodos y protección gaseosa
El propósito principal del gas de protección es desplazar el aire en la zona de soldadura y así
evitar su contaminación por nitrógeno, oxigeno y vapor de agua. Estas impurezas afectan las
propiedades del metal de soldadura.
Gases protectores:
Gases inertes y activos se emplean el sistema MIG. Cuando se desea soldar metales no
ferrosos, se emplea gases inertes debido a que ellos no reaccionan con los metales. Los
gases inertes usados en sistema MIG son: Argón, Helio y mezclas de Argón-Helio.
Sin embargo, en la soldadura de metales ferrosos se puede emplear gases inertes o
activos. Gases activos como: Dióxido de Carbono, Mezclas de Dióxido de Carbono, o
gases protectores que contienen algún porcentaje de Oxígeno. Estos gases no son
químicamente inertes y pueden formar compuestos con los metales.
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16.7.- Tabla de regulación Sistema MIG
Tabla de regulación para uniones a tope con alambre sólido en aceros de mediana y baja
aleación
La AWS clasifica los alambres sólidos, usando una serie de números y letras. Para los aceros
al carbono, la clasificación está basada en las propiedades mecánicas del deposito de soldadura
y su composición química.
Por ejemplo una típica clasificación de electrodos MIG para efectuar soldaduras en acero es:
ER-70S-6
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16.9.- Electrodos Sistema MIG
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17.- SISTEMA TIG
Cuando se establece el arco, los electrones fluyen desde el cátodo (polo negativo) al ánodo
(polo positivo).
Los electrones son evaporados del cátodo (-) por efecto termo- electrónico, y acelerados
por el campo eléctrico hacia la masa del gas, donde ceden parte de su energía por colisión,
manteniendo así la temperatura del gas y la ionización del mismo.
Los iones positivos, así producidos en el seno del gas, son acelerados hacia el cátodo (-)
(electrodo de tungsteno), donde ceden su energía por colisión, elevando la temperatura de
éste y manteniendo la emisión termo-electrónica.
No obstante, los electrones pueden alcanzar velocidades mucho más alta que los iones
positivos, así el bombardeo electrónico sobre el ánodo (+) (metal base ) genera
considerablemente más calor que los iones que alcanzan el cátodo (-) (electrodo
tungsteno).
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17.1.1.- Sistema TIG
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17.2.- Polaridad
El sistema puede funcionar con corriente continua (CC/DC) o alterna (CA/AC), además de
polaridades directa (Electrodo negativo / cátodo) o invertida (Electrodo positivo/ánodo).
** Polaridad invertida (electrodo positivo). Los electrones circulan desde el metal base al
electrodo. El electrodo absorbe gran cantidad de calor, lo cual tiende a fundir su
extremo de allí, que se debe emplear un electrodo de mayor diámetro. Esta conexión
produce soldaduras anchas y de baja penetración.
Además en CCPI existe otro fenómeno eléctrico muy importante, que es el llamado
“efecto limpiador” o “decapado” que tiende a desprender o romper las capas de óxidos
en la superficie de los metales bases.
17.3.- Voltaje
El voltaje que se produce en un arco protegido por helio es más alto que uno con argón
de la misma longitud y corriente, lo que se debe al mayor potencial de ionización del
helio, este tiene 24,5V y el argón 15,7V.
El potencial de ionización es un voltaje necesario para quitar un electrón del átomo del
gas haciéndolo un ion a un átomo cargado.
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17.5.- Encendido del arco
La iniciación del arco en sistema TIG no es tan simple como parece. El método más
sencillo para establecer el arco eléctrico, es tocar con el electrodo el metal base y
generar con ello una pequeña chispa entre estos elementos. Luego, el electrodo se
levanta levemente desde la pieza.
17.5.1.1.- Ventajas
.- Uso simple
.- No mecánico.
17.5.1.2.- Desventajas
Un método de encendido de arco, que evita muchas desventajas del método anterior, es
el encendido por Alta Frecuencia. En este método, un voltaje alto (varios miles de
volts) con una frecuencia (superior a miles de ciclos por segundo) se conecta a través
de arco. Los altos voltajes provocan que la separación del arco llegue a estar ionizada.
El tamaño de la separación que puede ser alcanzada depende cuanto voltaje se emplee
a través de esta separación, tipo de gas, material y forma de electrodo.
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17.7.- Electrodos para sistema TIG
Los electrodos para sistema TIG, están fabricados con tungsteno o aleaciones de
tungsteno, lo que lo hace prácticamente no consumibles, ya que su punto de fusión es
sobre los 3.800 °C.
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18.- PROCESO ARCO – AIRE (TORCHADO)
18.1.- Aplicaciones
Este proceso de cortado por aire se usa para diferentes tipos de trabajos como : cortar metales,
extraer metales defectuosos, eliminar soldaduras inferiores, acanalados, biselados, eliminación
de exceso en fundiciones y para preparar incisiones para soldaduras.
El área de corte es pequeña y el metal que se funde se elimina rápidamente, lo cual reduce la
tendencia a la distorsión y rotura.
18.2.- Ventajas
Este proceso puede usarse en forma manual y en todas las posiciones referentes a la soldadura.
No es recomendable en ciertas preparaciones para ciertos metales como : aceros inoxidables,
titanio, cromo vanadio, circonio y otros similares sin una limpieza profunda, ya que
generalmente la limpieza que se hace es por esmerilado, para lo cual debe quitarse toda la
superficie del material carbonizado alrededor del corte.
El equipo necesario para el corte carbón/aire debe contar con : Una fuente de poder (CC/CA),
cable de conexión dual, conductor eléctrico y neumático y a veces conductor de agua, porta
electrodo especial que se compone de una boquilla giratoria donde se sujeta el electrodo
además de contar con orificios y una válvula de control de aire. Compresor de aire o cilindro
de nitrógeno, manómetros, reguladores, válvulas check y electrodos de carbón (grafito). La
presión de aire oscila entre los 40 a 80 PSI. Y el volumen del flujo desde los 5 a 30 pies
cúbicos por minuto.
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18.4.- Electrodos
El electrodo esta compuesto de una mezcla de carbono y grafito revestidos con laminas de
cobre (existen también sin revestimiento). La calidad del electrodo tiene una influencia
importante en los resultados obtenidos con el proceso.
Los revestidos con cobre proporcionan una mejor conductividad eléctrica y además mantiene
el diámetro original durante la operación.
Estos electrodos se dividen en dos tipos : corriente continua (CC) y corriente alterna (CA), la
composición del carbón y del grafito es ligeramente distinta para estos dos tipos.
18.5.- Proceso
Para hacer un corte o una operación de acanalado el soldador enciende el arco y casi
inmediatamente comienza el flujo de aire/nitrógeno, el electrodo se dirige en la dirección del
desplazamiento con un ángulo de impulsión de aproximadamente 45° respecto al eje de la
canal.
18.5.- Seguridad
Las precauciones normales de seguridad son similares a las de la soldadura, pero se deben
observar otras como: La ráfaga de aire causará que el metal fundido se desplace a una
distancia muy larga, por lo que se deben poner placas deflectoras de metal, también se debe
considerar que la masa de metal fundido extraída es bastante grande y se corre el riesgo de
incendio, si ésta no se deposita adecuadamente. El alto nivel de ruido, por causa del alto
amperaje y de la presión del aire produce un zumbido intenso por lo que el soldador debe usar
protección para los oídos.
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18.6.- Descripción del proceso
(Torchado)
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