miniaturadeimagen|275px|Soldadura por arco eléctrico. La soldadura por arco se produce al acercar el electrodo al metal que se va a soldar para formar un arco voltaico. Se utilizan dos métodos: rayado y golpeado. El método de rayado es similar a encender un fósforo gigantesco. El método de golpeado es, como su nombre lo indica, un método de golpes suaves en sentido vertical. En ambos casos la corriente para soldar forma un arco tan pronto el electrodo toca el metal que se va a soldar. Si se dejase el electrodo en esa posición se quedaría pegado con el metal. Para evitarlo, hay que elevar el electrodo tan pronto como haga contacto con el metal y este se transfiera en forma de glóbulos. Pero el arco se extinguirá si se levanta demasiado el electrodo y hay que repetir todo el procedimiento.
Cuatro años más tarde fue patentado un proceso de soldadura con varilla metálica. Sin embargo, este procedimiento no tomó importancia en el ámbito industrial hasta que el sueco Oscar Kjellberg inventó, en 1904, el electrodo recubierto. Su uso masivo comenzó alrededor de los años 1950.
Elementos miniaturadeimagen|350px|Esquema.
Plasma: permite el paso de corriente entre los dos conductores para así formar el arco eléctrico. Está formado por electrones que transportan la corriente y que van del polo negativo al positivo, de iones metálicos que van del polo positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van ionizando y estabilizándose conforme pierden o ganan electrones, y de productos de la fusión tales como vapores que ayudarán a la formación de una atmósfera protectora. Esta misma alcanza la mayor temperatura del proceso.
Llama: es la zona que envuelve el plasma y presenta menor temperatura que este, formada por átomos que se disocian y recombinan desprendiendo calor por la combustión del revestimiento del electrodo. Otorga al arco eléctrico su forma cónica.
Baño de fusión: la acción calorífica del arco provoca la fusión del material, donde parte de este se mezcla con el material de aportación del electrodo, provocando la soldadura de las piezas una vez solidificado.
Cráter: surco producido por el calentamiento del metal. Su forma y profundidad vendrán dadas por el poder de penetración del electrodo y los valores eléctricos empleados.
Cordón de soldadura: está constituido por el metal base y el material de aportación del electrodo, y se pueden diferenciar dos partes: la escoria, compuesta por impurezas que son segregadas durante la solidificación y que posteriormente son eliminadas, y sobre el espesor, formado por la parte útil del material de aportación y parte del metal base, la soldadura en sí.
Electrodos: son varillas metálicas preparadas para servir como polo del circuito; en su extremo se genera el arco eléctrico. En algunos casos, sirven también como material fundente. La varilla metálica va recubierta por una combinación de materiales que varían de un electrodo a otro. El recubrimiento en los electrodos tiene diversas funciones, que pueden resumirse en las siguientes: Función eléctrica del recubrimiento del sol. Función física de la escoria. Función metalúrgica del recubrimiento.
Gases protectores: Se utilizan sólo en algunos tipos de soldadura, como las del tipo MIG, MAG o TIG. Pueden ser inertes, (como el argón o el helio), o activos, (como el dióxido de carbono o el oxígeno). El propósito de su uso es el de conseguir una unión metálica lo más parecida al metal base y con las mejores características, ya que es necesario que durante toda la operación de soldeo el baño de fusión esté lo más aislado posible de la atmósfera circundante. De no ser así, los gases atmosféricos podrían ser absorbidos por el metal en estado de fusión, o reaccionar con él, dejando una soldadura porosa y frágil.
Funciones de los recubrimientos Función eléctrica del recubrimiento La estabilidad del arco para la soldadura depende de una amplia serie de factores, como es la ionización del aire para que fluya adecuadamente la electricidad. Para lograr una buena ionización se añaden al revestimiento del electrodo productos químicos consistentes en sales de sodio, potasio y bario, los cuales tienen una tensión de ionización baja y un poder termoiónico elevado.
Función física del recubrimiento Forman humos más densos que el aire, para proteger a la pileta de contaminación de los gases atmosféricos circundantes del medio ambiente. Y sirven de sustentación del metal fundido en soldaduras verticales o sobre cabeza.
Función metalúrgica de los recubrimientos miniaturadeimagen|Diferentes tipos de eléctrodos. Además de las funciones de estabilizar y facilitar el funcionamiento eléctrico del arco y de contribuir físicamente a la mejor formación del cordón, el recubrimiento tiene una importancia decisiva en la calidad de la soldadura. También evita la oxidación de la varilla
Tipos de soldadura Se distinguen los siguientes procesos de soldadura basados en el principio del arco eléctrico:
Soldadura por arco con electrodo de metal revestido (SMAW)
miniaturadeimagen|Aplicaciones de la Soldadura Industrial. izquierda|miniaturadeimagen|Electrodos revestidos. se distingue la soldadura por ser SMAW (de Shielded Metal Arc Welding), o MMA (de Manual Metal Arc welding). La característica más importante de la soldadura con electrodos revestidos, es que el arco eléctrico se produce entre la pieza y un electrodo metálico recubierto. El recubrimiento protege el interior del electrodo hasta el momento de la fusión. Con el calor del arco, el extremo del electrodo se funde y se quema el recubrimiento, de modo que se obtiene la atmósfera adecuada para que se produzca la transferencia de metal fundido desde el núcleo del electrodo hasta el baño de fusión en el material base..
Estas gotas de metal fundido caen recubiertas de escoria fundida procedente de la fusión del recubrimiento del arco. La escoria flota en la superficie y forma, por encima del cordón de soldadura, una capa protectora del metal fundido.
Como son los propios electrodos los que aportan el flujo de metal fundido, será necesario reponerlos cuando se desgasten. Los electrodos están compuestos de dos piezas: el alma y el revestimiento.
El alma o varilla es un alambre (de diámetro original 5,5 mm). Tras obtener el material, el fabricante lo decapa mecánicamente (a fin de eliminar el óxido y aumentar la pureza) y posteriormente lo trefila para reducir su diámetro.
El revestimiento se produce mediante la combinación de una gran variedad de elementos (minerales varios, celulosa, mármol, aleaciones, etc.) convenientemente seleccionados y probados por los fabricantes, que mantienen el proceso, cantidades y dosificaciones en riguroso secreto.
La composición y clasificación de cada tipo de electrodo está regulada por AWS (American Welding Society), organismo de referencia mundial en el ámbito de la soldadura.
Este tipo de soldadura puede ser efectuada bajo corriente tanto continua como alterna. En corriente continua el arco es más estable y fácil de encender, y las salpicaduras son poco frecuentes; en cambio, el método es poco eficaz con soldaduras de piezas gruesas. La corriente alterna posibilita el uso de electrodos de mayor diámetro, con lo que el rendimiento a mayor escala también aumenta. En cualquier caso, las intensidades de corriente oscilan entre 10 y 500 amperios.
El factor principal que hace de este proceso de soldadura un método tan útil es su simplicidad y, por tanto, su bajo precio. A pesar de la gran variedad de procesos de soldadura disponibles, la soldadura con electrodo revestido no ha sido desplazada del mercado. La sencillez hace de ella un procedimiento práctico; todo lo que necesita un soldador para trabajar es una fuente de alimentación, cables, un portaelectrodo y electrodos. El soldador no tiene que estar junto a la fuente y no hay necesidad de utilizar gases comprimidos como protección. El procedimiento es excelente para trabajos de reparación, fabricación y construcción. Además, la soldadura SMAW es muy versátil. Su campo de aplicaciones es enorme: casi todos los trabajos de pequeña y mediana soldadura de taller se efectúan con electrodo revestido; se puede soldar metal de casi cualquier espesor y se pueden hacer uniones de cualquier tipo.
Sin embargo, el procedimiento de soldadura con electrodo revestido no se presta para su automatización o semiautomatización; su aplicación es esencialmente manual. La longitud de los electrodos es relativamente corta: de 230 a 700 mm. Por tanto, es un proceso principalmente para soldadura a pequeña escala. El soldador tiene que interrumpir el trabajo a intervalos regulares para cambiar el electrodo y debe limpiar el punto de inicio antes de empezar a usar un electrodo nuevo. Sin embargo, aun con todo este tiempo muerto y de preparación, un soldador eficiente puede ser muy productivo.
Ventajas: Las máquinas del proceso de soldadura SMAW tiene un bajo costo respecto a las máquinas de los otros procesos con arco eléctrico. Se puede aplicar a la gran mayoría de los metales,. Bajo costo en el valor de los insumos ya que no necesita gases o electrodos especiales. Desventajas: Menor calidad de las juntas soldadas respecto a los otros procesos de soldadura con arco eléctrico. Baja productividad por cambio de electrodos. Se necesita mayor destreza de los operarios que en los procesos MIG-MAG y TIG. Características de los electrodos
Los electrodos se clasifican por un sistema combinado de números que lo identifican, y permite seleccionar el tipo de electrodo más adecuado, para un trabajo determinado.
E XX XX
La combinación de números permite identificar:
a. El tipo de corriente que se debe usar (corriente continua “cc”/ corriente alterna “ca”)
b. La Posición de soldadura que se puede realizar (Sobre cabeza, Vertical, Horizontal).
c. Resistencia a la tracción de la soldadura.
El prefijo “E” significa “electrodo para soldadura eléctrica por arco”.
Los dos primeros dígitos, de un total de cuatro, indican la resistencia a la tracción, en miles de libras por pulgada cuadrada.
El tercer dígito indica
1. Todas posiciones.
2. Juntas en ángulo interior, en posición horizontal o plana.
3. Posición plana únicamente.
Los dos últimos dígitos en conjunto indican la clase de corriente a usar y la clase de revestimiento.
10 - C C (+) revestimiento celulósico.
11 - C C (+) revestimiento celulósico.
12 - CC o CA (-) revestimiento con rutilo.
13 - C A o C C (±), revestimiento con rutilo y hierro en polvo (30 % aproximadamente).
16 - C C (+) bajo tenor, de hidrógeno.
18 - CC o CA (±) revestimiento con bajo contenido de hidrógeno y con hierro en polvo.
20 - CC o CA (±) revestimiento con bajo contenido de hidrógeno y con hierro en polvo (25 % aproximadamente).
24 - CA o CC (±) con rutilo y hierro en polvo (aproximadamente 50 % de este último elemento).
Ejemplo
E – 6013
Electrodo, con una resistencia de 60000 Lb por pulgada cuadrada, para todas las posiciones, para CC o CA y tiene un recubrimiento de rutilo con Fe en polvo. thumb|Inscripción de Soldadura de Arco.
Soldadura por electrodo no consumible protegido (TIG)
La soldadura por electrodo no consumible, también llamada soldadura TIG (siglas de Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente que normalmente, como indica el nombre, es de wolframio (tungsteno). En este tipo de soldadura se utiliza como medio de protección un chorro de gas que impide la contaminación de la junta. Tanto este como el siguiente proceso de soldeo tienen en común la protección del electrodo por medio de dicho gas. La producción de este tipo de electrodos es muy costosa. En la actualidad existen materiales que lo reemplazan. Además de reducir los costos, poseen características térmicas que mejoran el proceso.
Este método de soldadura se patentó en 1920 pero no se empezó a utilizar de manera generalizada hasta 1940, dado su coste y complejidad técnica. miniaturadeimagen|Cordones de Soldadura de arco.