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SOLDADURA SEMIAUTOMÁTICA BAJO PROTECCIÓN GASEOSA (GMAW o MIG/MAG)
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Sus características (alto rendimiento de fusión, gran penetración, economía, fácil
manipuleo, etc.) ofrecen algunas ventajas sobre otros procesos de soldadura.
Este proceso de soldadura ofrece diferentes variantes, ya sea por el tipo de gas de
protección que se utilice (gases activos, con lo cual recibe el nombre de proceso
MAG, Metal Active Gas, o gases inertes con lo cual recibe el nombre de proceso MIG,
Metal Inert Gas), o por el tipo de electrodo que se utilice (alambres macizos o
alambres tubulares).
La nomenclatura norteamericana los divide en dos grupos, ya sea que se trate de
alambres macizos (proceso GMAW, Gas Metal Arc Welding) o alambres tubulares
(proceso FCAW, Flux Cored Arc Welding).
Nos referiremos en este caso a la soldadura con electrodos macizos y protección
activa e inerte (es decir proceso GMAW o proceso MIG - MAG).
Este proceso puede ser operado en forma semiautomática o en forma automática.
Se aplica a la soldadura de la mayoría de los metales de uso industrial como aceros
al carbono, aceros de baja aleación y alta resistencia, aceros inoxidables, aluminio,
cobre, titanio y níquel, en todas las posiciones, con una adecuada selección de gases
de protección, electrodos y parámetros de soldadura.
Introducción
04 - Procesos de soldadura: GMAW 3
- Es el único proceso con electrodo consumible que puede ser usado para la soldadura de
la mayoría de los metales de uso industrial.
- No posee restricción en cuanto a la longitud de electrodo como se encuentra en el proceso
de soldadura manual con electrodo revestido.
- La soldadura se puede realizar en todas las posiciones.
- Posee alta capacidad de deposición de metal de aporte. Alta velocidad de deposición
con alta eficiencia de deposición.
- Las velocidades de soldadura son elevadas. (e.g. ᴓ1.6mm, 200-250A ,15-30 cm/min)
- Debido al uso de alambres electrodos continuos no es necesario realizar frecuentes
detenciones. Puede adaptarse fácilmente a sistemas automatizados.
- Posee buena penetración.
- La limpieza post soldadura es mínima, debida a la casi total ausencia de escoria.
- Introduce bajo niveles de hidrógeno (<5ml/100gr)
Ventajas
04 - Procesos de soldadura: GMAW 4
- El equipo de soldadura es más complejo: mantenimiento del equipo y set-up;
- el equipo de soldadura es más costoso que para otros procesos;
- el equipo de soldadura es menos portátil.
- es dificultoso su uso en lugares de difícil acceso para realizar la soldadura;
- la protección gaseosa de la soldadura es muy susceptible a ser interrumpida por la
presencia de viento. < 8km/h (5.12.2 AWS D1.1:2008);
- posee un arco muy intenso y una muy alta radiación de calor, lo cual deriva en una
cierta resistencia por parte del operador a utilizar el proceso.
Limitaciones
En este proceso, la transferencia del material
de aporte, se realiza a través del arco al baño
líquido, desde un alambre alimentado en forma
continua en una atmósfera de un gas de
protección.
El gas de protección, cubre al arco eléctrico y el
metal fundido a fin de evitar el contacto
de éste con el aire.
Luego de establecer los parámetros iniciales de
soldadura por parte del operador, el equipo
provee una regulación automática de las
características del arco.
Esto significa que para operación
semiautomática, los únicos controles requeridos
para el soldador, serán velocidad de
desplazamiento, dirección y posición de la
torcha.
Principio de operación
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flotametro regulador
Carrete del alambre
Alambre
electrodo
Mecanismo
de tracciónDirección de
soldadura pistola
Cilindro del
gas de protección
Pieza de
trabajo
Fuente
de poder
electrodo
Pico o tubo de contacto
Tobera del gas de protección
Arco eléctrico
Metal
soldado
Pileta de metal
líquidometal base
Gota de
metal
Gas de
protección
Gas de
protección
04 - Procesos de soldadura: GMAW 7
GMAW (MIG/MAG)
FCAW
SAW
SMAW
TIG
SAW
GMAW rara vez!
Características de
salida
SMAW TIGFuente de poder AC/DC
SMAW TIG
GMAW (MIG/MAG/CO2)
FCAW SAW
Fuentes de poder de corriente continua (D.C.)
SMAW (MMA)
GTAW (TIG)
SAW
Fuentes de poder de corriente alterna (A.C.)Corriente
V
I
V
I
Corriente
Constante
C.C.
Tensión
Constante
C.P.
Clasificación de las fuentes de poder
8
Fuentes de poder de tensión constante:Mecanismo de auto regulación
L0L1 L2
Ve
locid
ad
de
alim
en
tació
n
del ala
mb
re
co
nsta
nte
V
I
L2
L1 L0
i2i1 i0
L1 > L0 > L2
i1 < i0 < i2Vf1 < Vf0 < Vf2
“Recordar que la velocidad de fusión (Vf) en los procesos de soldadura por arco con electrodos consumibles es proporcional a la densidad de corriente”
“En esta clase de procesos la corriente de soldadura esta determinada por la velocidad de
alimentación del alambre”
“Cuando la tensión de arco es baja, la corriente aumenta junto con la velocidad de fusión del alambre. Como la velocidad de alimentación del alambre es constante entonces L
aumenta”
04 - Procesos de soldadura: GMAW 9
- fuente de energía eléctrica de C.C. de tensión constante;
- alimentador de alambre;
- torcha con manguerote flexible;
- tubo de gas con reductor de presión, precalentador y medidor de caudal
(flotametro).
La torcha de soldar en forma de pistola, conducida manualmente o por medios
mecánicos, recibe el alambre de aporte desde un carrete giratorio por dentro de
una manguera flexible de forma continua y automática.
En el extremo inferior de la torcha, existe un tubo de contacto, donde el alambre
recibe la corriente de soldadura proveniente de la fuente.
Luego de pasar por este tubo de contacto, el alambre avanza hacia la pileta
líquida.
Rodeando el tubo de contacto, se encuentra la tobera por donde sale el gas
protector, proveniente del tubo que lo contiene.
Equipamiento
10Terminología del proceso GMAW
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La torcha se halla provista de un contactor mediante el cual se gobierna la salida del
alambre y gas.
Las torchas de hasta 350 amperes es común que se refrigeren con el mismo pasaje del
gas de protección. Pero para corrientes superiores necesitan ser refrigeradas por agua.
La alimentación del alambre a la torcha se realiza a través de un mecanismo de tracción,
compuesto por uno o dos pares de rodillos comandados por un motor de C.A. y engranajes
recambiables o bien por un motor de C.C. y una caja reductora.
La torcha está conectada con el motor alimentador a través del manguerote, el cual
contiene el tubo guía del alambre, el conductor de la corriente de soldadura, el conducto
de gas, el cable de control y el conducto de agua de refrigeración.
El motor alimentador de alambre se halla conectado a la fuente de energía y a una
válvula solenoide que se encuentra sobre el conducto proveniente del tubo de gas.
Los conductos de refrigeración se conectan por lo general a un equipo recirculador –
enfriador de agua.
Para proteger la torcha, existe un interruptor de falta de agua del sistema, que deja
fuera de servicio la instalación en caso de carencia de refrigerante.
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Rodillos en U-, V- y estriados
04 - Procesos de soldadura: GMAW 13
El modo de transferir el metal fundido del electrodo a la pieza a soldar puede variar en
forma importante. Esta es una característica única de este proceso, que puede
presentar distintas variantes en cuanto a la manera que se transfiere el metal de aporte
a la soldadura.
Existen básicamente tres tipos de transferencia metálica:
- transferencia por cortocircuito
- transferencia globular
- transferencia spray o rocío
Los factores determinantes del modo de transferencia metálica son:
- tipo y magnitud de corriente de soldadura
- diámetro y tipo de electrodo
- tensión de soldadura
- tipo de gas de protección
Mecanismo de transferencia metálica
04 - Procesos de soldadura: GMAW 14
Este tipo de transferencia abarca los menores rangos de corriente de soldadura y
diámetros de electrodo asociados con este proceso.
Produce una pileta de soldadura pequeña, que enfría rápidamente, lo cual lo hace
adecuado para la soldadura de espesores finos, o para soldadura en toda posición.
El metal es transferido del electrodo a la pieza solo durante el período en que el
electrodo entra en contacto con la pileta líquida (es decir está en cortocircuito).
Esto significa que no hay transferencia metálica a través del arco.
El contacto entre el electrodo y la pieza se produce en el rango de las 20 a 200 veces
por segundo. La secuencia de eventos que se producen en este tipo de transferencia
se observa en las figuras.
Cuando el alambre toca la pileta líquida, se produce el cortocircuito con lo cual la
corriente se incrementa.
El metal fundido en el extremo del alambre se estrangula por efectos magnéticos, lo
cual hace desprender la gota de metal, comenzando de nuevo el ciclo.
Transferencia en cortocircuito
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Transferencia en cortocircuito
Fuerza de Lorentz
F = q.(v x B) ([N]=[C].[m/s].[T])
f = j x B ([N/m3]=[A/m2].[T])(fuerza por unidad de volumen)
f ∝ j2
En el caso de un cilindro el campo magnético B viene dado por:
2
.j.rµB o
=
Entonces la fuerza electromagnética queda
2
.r.jµf
2o
=
04 - Procesos de soldadura: GMAW 16
Transferencia en cortocircuito
El incremento de la corriente durante el cortocircuito debe ser lo suficientemente rápido
como para permitir fundir rápidamente al electrodo y promover la transferencia, pero debe
ser lo suficientemente lento como para impedir la separación violenta de la gota de metal
generando salpicaduras.
La velocidad de incremento de la corriente durante el cortocircuito es regulada mediante el
ajuste de una inductancia en la fuente de poder.
Debido a que la transferencia metálica ocurre solo durante los cortocircuitos, la
composición del gas de protección tiene un efecto muy importante sobre la tensión
superficial del metal fundido.
Cambios en la composición del gas afectará el tamaño de las gotas y la duración del
cortocircuito.
Además el tipo de gas afectará las características de operación y la penetración.
El dióxido de carbono utilizado como gas de protección produce un alto nivel de
salpicaduras comparado con los gases inertes, pero por otro lado produce una mayor
penetración.
Para obtener una solución de compromiso es frecuente el uso de mezclas de dióxido
de carbono y gases inertes.
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La transferencia globular toma lugar con niveles de corriente relativamente bajos,
independientemente del gas de protección. En el caso del dióxido de carbono y el
helio, ocurre a todo nivel de corriente.
Esta transferencia se caracteriza por el tamaño de gota metálica que se genera en la
punta del alambre, la cual es de mayor diámetro que el alambre que la generó.
Este tipo de transferencia se limita a ser utilizada normalmente en posición plana.
Con corrientes solo ligeramente superiores a las utilizadas para corto circuito, se
puede obtener una transferencia globular axial, pero con un gas predominantemente
inerte.
En este caso se debe utilizar un voltaje elevado para evitar el contacto del alambre
con la pileta líquida.
Esto, voltaje excesivo, lleva a que este tipo de soldadura provoque faltas de fusión,
penetración insuficiente y excesivas sobremontas.
Con dióxido de carbono como protección, la transferencia globular se logra con
voltajes y amperajes significativamente superiores a los utilizados en cortocircuito.
Transferencia globular
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04 - Procesos de soldadura: GMAW 20
Con gas de protección argón o mezclas ricas de este gas, es posible obtener una
transferencia metálica muy estable, libre de salpicaduras y de tipo axial.
Transferencia spray
En este tipo de transferencia las
fuerzas de origen electromagnético
que actúan sobre el material de
transferencia son las que prevalecen
Por ello se da a altos valores de
corriente de soldadura o mejor dicho
a altos valor de densidad de
corriente.
04 - Procesos de soldadura: GMAW 21
Esta transferencia requiere del uso de corrientes de soldadura por encima de un valor
crítico llamado “corriente de transición”.
Por debajo de este valor de corriente, la transferencia ocurre de forma globular.
04 - Procesos de soldadura: GMAW 22
Por encima de esta corriente, la transferencia metálica se realiza en forma de gotas
muy pequeñas. Estas gotas son aceleradas a través del arco.
La corriente de transición depende de la tensión superficial del metal líquido y del
diámetro del electrodo.
Debido a que las gotas son muy pequeñas, no se producen cortocircuitos y las
salpicaduras son totalmente eliminadas.
Esta transferencia puede ser usada para soldar todo tipo de metales debido a la
condición de utilizar argón (inerte) como gas de protección.
Una característica de este proceso es que debido a las altas corrientes que se
generan y la gran deposición de metal se crean piletas líquidas demasiado grandes
como para ser soportadas por la tensión superficial en posiciones vertical y sobre
cabeza, razón por la cual esta transferencia en general se limita a la soldadura en
posición plana.
Transferencia spray
04 - Procesos de soldadura: GMAW 23
Tipo de alambrediámetro
de alambregas
de protección
corriente de
spray mínima[A]
0,8 150
0,9 165
1,2 220
1,6 275
0,9 1701,2 225
1,6 285
0,8 95
1,2 135
1,6 180
0,9 180
1,2 2101,6 310
0,9 165
1,2 2051,6 270
Corriente de transición globular-spray para diferentes electrodos
98%Ar-2%O2
Ar
Acero al carbono
Acero inoxidable
Aluminio
Cobre
Bronce
04 - Procesos de soldadura: GMAW 24
En la mayoría de los casos el alambre es seleccionado por su similitud con la
composición química del metal base. En algunos casos, se utilizan electrodos de
diferente composición química para obtener una mayor resistencia o mejor
soldabilidad.
Los electrodos utilizados para este proceso, son de un diámetro mucho menor que los
electrodos utilizados para otros procesos. Esto hace que la densidad de corriente sea
significativamente mayor
Son comunes los electrodos de entre 0,8 mm y 1,6 mm, sin embargo existen alambres
más pequeños y más grandes que lo indicado, aunque su utilización es reducida.
Debido a los pequeños diámetros utilizados y las altas corrientes de soldadura, las
velocidades de fusión de los electrodos son grandes.
La mayoría de los alambres vienen con un recubrimiento de cobre que impide la
corrosión atmosférica del producto.
Consumibles: electrodos
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Especificaciones de electrodos GMAW para diferentes materiales
04 - Procesos de soldadura: GMAW 26
Especificación AWS A5.18:2005
Especifica los requerimientos que deben cumplir los alambres que depositan aceros al carbono.
E(R)XXX - XYNHZ
E-indica que es un electrodo. R indica que además es varilla.
70- indica el mínimo valor de Rm en ksi del MAP
48- indica el mínimo valor de Rm en 10xMPa del MAP
S-indica que se trata de un alambre macizo. C- indica que se trata de un alambre tubular.
2, 3, 4, 6, 7, 8, G, GS- los números describen la composición
química del alambre en el caso de alambres macizos. O del MAP en el caso de alambres tubulares. GS indica que el alambre no es
apropiado para soldaduras multipasadas.
M-indica que el alambre se clasificó utilizando como gas de
protección una mezcla 75/80Ar + 25/20CO2 (SG AC-25/20). C-indica que se utilizó CO2. Sólo en el caso de alambres tubulares.
No mandatorios
16, 8, 4, Z-indica que el contenido máximo de H difusible es
Zml/100gr de metal depositado.
Consumible para aplicaciones nucleares � P=0,012% max;
Cu=0,08% max.
mandato
rio
04 - Procesos de soldadura: GMAW 27
depende de la orden de compra pero Ni, Mo, Cr o V no deben agregarse deliberadamenteG
-0,50-0,801,50-2,000,07-0,157
-0,80-1,151,40-1,850,06-0,156
-0,65-0,851,00-1,500,06-0,154
-0,45-0,750,90-1,400,06-0,153
0,05-0,15 Ti; 0,02-0,12 Zr; 0,05-0,15 Al0,40-0,700,90-1,40<0,072
%otro%Si%Mn%CERXXS-X
Composición química de los alambres: E & R
Para todos los casos donde no se especifica:
S <0,035%; P <0,025%; {Cr, Mo, Ni} < 0,15%; Cu< 0,50%; V< 0,03%
04 - Procesos de soldadura: GMAW 28
80/75Ar-CO2 o 100CO2
80/75Ar-CO2 o 100CO2
gas de protección
depende de la orden de compra pero el fabricante debería excluir su uso para
pasadas múltiples debido al alto contenido de aleantes que puede tenerGS
depende de la orden de compraG
<0,90<1,75<0,126
<0,90<1,75<0,123
%Si%Mn%CEXXC-XX
Composición química de los MAP depositados por alambres tubulares: E
Para todos los casos donde no se especifica:
S <0,03%; P <0,03%; Cr <0,20% , Mo <0,30%, Ni <0,50%; Cu <0,50%; V <0,03%
04 - Procesos de soldadura: GMAW 29
Especificación AWS A5.28:2005 U.S. customary
Especifica los requerimientos que deben cumplir los alambres que depositan aceros de bajo
aleación.
E(R)(X)XXX - XHZ
E-indica que es un electrodo. R indica que además es varilla.
70, 80, 90, 100, 110, 120- indica el mínimo valor de Rm en ksi del MAP. Cuidado! ER70X-XX � Rm>75.000 psi.
S-indica que se trata de un alambre macizo. C- indica que se trata de un alambre tubular.
AX, BX, NiX, DX, 1, G- las letras y los números X describen la composición química del alambre en el caso de alambres
macizos. O del MAP en el caso de alambres tubulares.
No mandatorios
H16, H8, H4, H2; Z-indica que el contenido máximo de H difusiblees Zml/100gr de metal depositado.
mandato
rio
04 - Procesos de soldadura: GMAW 30
Especificación AWS A5.28:2005 S.I.
Especifica los requerimientos que deben cumplir los alambres que depositan aceros de bajo
aleación.
E(R)(X)XXX - XHZ
E-indica que es un electrodo. R indica que además es varilla.
49, 55, 62, 69, 76, 83- indica el mínimo valor de Rm en 10xMPadel MAP. Cuidado! ER49X-XX � Rm>515 MPa. Para saber cuales son los requerimiento ver la especificación.
S-indica que se trata de un alambre macizo. C- indica que se trata de un alambre tubular.
AX, BX, NiX, DX, 1, G- las letras y los números X describen la
composición química del alambre en el caso de alambres
macizos. O del MAP en el caso de alambres tubulares.
No mandatorios
H16, H8, H4, H2; Z-indica que el contenido máximo de H difusible
es Zml/100gr de metal depositado.
mandato
rio
04 - Procesos de soldadura: GMAW 31
<0,12C<1,253,00-3,75--Ni3
0,07-0,12C1,60-2,10<0,15-0,40-0,60D2
Ti; Zr; Al; V; 0,08C; S y P<0,0101,25-1,801,40-2,10<0,300,25-0,55(100) 1
Ti; Zr; Al; V; 0,09C; S y P<0,0101,40-1,801,90-2,60<0,500,25-0,55(110) 1
Ti; Zr; Al; V; 0,10C; S y P<0,0101,40-1,802,00-2,80<0,600,30-0,65(120) 1
<0,12C<1,252,00-2,75--Ni2
<0,12C; V<1,250,80-1,10<0,15<0,35Ni1
V, Al1,20<0,808,00-10,50,85-1,20B9
<0,10C0,40-0,70<0,508,00-10,50,80-1,20B8
<0,10C0,40-0,70<0,604,00-6,000,45-0,65B6
0,07-0,12C0,40-0,70<0,202,30-2,700,90-1,20B3
0,07-0,12C0,40-0,70<0,201,20-1,500,40-0,65B2
<0,12C<1,30<0,20-0,40-0,65A1
%otro%Mn%Ni%Cr%MoEXXXS-X
Composición química de los alambres: E & R
Para todos los casos donde no se especifica:
S <0,025%; P <0,025%; Si�ver especificación; C�ver especificación;
En el caso de los depósitos de Cr-Mo el contenido de C puede indicarse detrás de la denominación de la
siguiente forma: L-> C<0,05%; Por ejemplo: EXXS-B3L.
04 - Procesos de soldadura: GMAW 32
<0,08C; 0,30V<1,251,75-2,75--(70)Ni2
<0,12C; 0,03V<1,502,75-3,75--Ni3
<0,12C; 0,03V1,00-1,90--0,40-0,60D2
<0,15C; 0,03V0,75-2,250,50-2,50<0,150,25-0,65K3
<0,15C; 0,03V0,75-2,250,50-2,500,15-0,650,25-0,65K4
<0,12C; 0,03V; 0,30-0,75Cu0,50-1,300,40-0,800,45-0,70-W2
<0,12C; 0,03V<1,502,00-2,75--(70)Ni2
<0,12C; 0,03V<1,500,80-1,10-<0,30Ni1
0,08-0,13C; 0,04Al; 0,15-0,30V1,20<0,808,00-10,50,85-1,20B9
<0,10C; 0,03V0,40-1,00<0,208,00-10,50,80-1,20B8
<0,10C; 0,03V0,40-1,00<0,604,50-6,000,45-0,65B6
0,05-0,12C; 0,03V0,40-1,00<0,202,00-2,500,90-1,20B3
0,05-0,12C; 0,03V0,40-1,00<0,201,00-1,500,40-0,65B2
%otro%Mn%Ni%Cr%MoEXXXC-X
Composición química de los MAP depositados por los alambres tubulares: E
Para todos los casos donde no se especifica:
S <0,030%; P <0,025%; Si�ver especificación; C�ver especificación;
En el caso de los depósitos de Cr-Mo el contenido de C puede indicarse detrás de la denominación de la
siguiente forma: L-> C<0,05%; Por ejemplo: EXXC-B2L.
04 - Procesos de soldadura: GMAW 33
Electrodos recomendados para GMAW
04 - Procesos de soldadura: GMAW 34
Electrodos recomendados para GMAW
04 - Procesos de soldadura: GMAW 35
La función primaria de los gases de protección es excluir los gases atmosféricos del
contacto con el metal fundido.
Además el gas de protección tiene marcada influencia sobre los siguientes factores:
- Características del arco.
- Modo de transferencia metálica.
- Penetración y perfil de la soldadura.
- Velocidad de soldadura.
- Tendencia al socavado.
- Acción de limpieza.
- Propiedades mecánicas del metal depositado.
Consumibles: gases de protección
04 - Procesos de soldadura: GMAW 36
Entre los gases de uso más extendido para este proceso encontramos:
- Ar (Inerte);
- He (Inerte);
- CO2;
- Mezclas : Ar - He; Ar – O2; Ar – CO2;
- Mezclas triples: Ar – CO2 – O2, etc;
La figura muestra los distintos contornos de soldadura que se obtiene con distintos gases.
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