Capítulo 8.- Proceso de Soldadura Gmaw

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los MaterialesDepartamento de Metalurgia Física - Soldadura

SSSOOOLLLDDDAAADDDUUURRRAAA PPPOOORRR

YYY

• Proceso de soldadura por fusión. • Emplea un arco entre un electrodo metálico consumible continu o y el depósito fundido.• Protección gaseosa externa. • Sin aplicación de presión. • Metal de aporte proporcionado por el mismo electrodo.

• Fuente de energía • Pistola de soldadura • Cables

88..22..11.. FFUUEENNTTEE DDEE EENNEERRGGÍÍAA • Curva característica Voltaje Constante (CV).• Corriente Directa con Polaridad Reversa (DCRP).88..22..22.. SSIISSTTEEMMAA DDEE AALLIIMMEENNTTAACCIIÓÓNN

•• UUnniiddaadd ddee aalliimmeennttaacciióónn − Motor eléctrico → Tracciona el alambre desde la bobina hacia la junta a través de rodillos guía.− Velocidad de alimentación ↔ Intensidad de corriente.− Independiente o incorporada a la fuente.

•• BBoobbiinnaa ddeell aallaammbbrree//eelleeccttrrooddoo − Fuente de aporte → Bobina dentro/ cerca de la unidad.− Dimensiones: 0,7 a 27 Kg, 140 Kg (Aplicaciones industriales)

88..22..33.. PPIISSTTOOLLAA DDEE SSOOLLDDAADDUURRAA • Pistola (Cabezal, cuello, mango) y cable.• Transporta: corriente, gas de protección, alambre

(gatillo). • Diseñadas para transportar una corriente máxima.• Sistema de enfriamiento:

− Agua: Uso industrial (amperajes elevadospesadas y costosas).

− Aire: Uso doméstico (amperajes medios y bajos, más livianas y más económicas).

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Soldadura Resumen elaborado por: Profa. Ysis E. Plaza R.

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CCCAAAPPPÍÍÍTTTUUULLLOOO 888...

R AAARRRCCCOOO EEELLLÉÉÉCCCTTTRRRIIICCCOOO CCCOOONNN EEELLLEEECCCTTTRRROOODDDOOO CCCOOONNNTTTIIINNNUUU

PPPRRROOOTTTEEECCCCCCIIIÓÓÓNNN GGGAAASSSEEEOOOSSSAAA (((GGGMMMAAAWWW)))

888...111... DDDEEEFFFIIINNNIIICCCIIIÓÓÓNNN

arco entre un electrodo metálico consumible continu o y el depósito fundido.

Metal de aporte proporcionado por el mismo electrodo.

888...222... EEEQQQUUUIIIPPPOOO

• Sist. de alimentación del electrodo (alambre)• Sist. de protección gaseosa.

cterística Voltaje Constante (CV). Corriente Directa con Polaridad Reversa (DCRP).

NN DDEELL AALLAAMMBBRREE

Tracciona el alambre desde la bobina hacia la junta a través de rodillos guía.↔ Intensidad de corriente.

Independiente o incorporada a la fuente.

Bobina dentro/ cerca de la unidad. 140 Kg (Aplicaciones industriales), 0,45 a 0,9 Kg (Pistolas de soldadura)

Pistola (Cabezal, cuello, mango) y cable. Transporta: corriente, gas de protección, alambre

Diseñadas para transportar una corriente máxima.

Agua: Uso industrial (amperajes elevados, más

Aire: Uso doméstico (amperajes medios y bajos, más livianas y más económicas).

Resumen elaborado por: Profa. Ysis E. Plaza R.

UUUOOO

Sist. de alimentación del electrodo (alambre)

Tracciona el alambre desde la bobina hacia la junta a través de rodillos guía.

soldadura)


•• CCaabbllee ddee ssoollddaadduurraa

• Conductos independientes (corriente, gas, alambre y agua de refrigeración).

•• CCaabbeezzaall

− Pico o tubo de contacto. ◦ Transfiere la corriente al electrodo mediante conexión

eléctrica a la fuente.

− Tobera. ◦ Dirije el flujo de gas hacia el depósito fundido.◦ Aisladas de la corriente (aislamiento interno o separado).

− Difusor. ◦ Permite y controla el flujo de gas del

conducto del cable hacia la boquilla a través de orificios maquinados.

88..22..44.. SSIISSTTEEMMAA DDEE PPRROOTTEECCCCIIÓÓNN GGAA• Cilindros y mangueras. • Reguladores.

− Presión y flujo constante de gas durante la soldadura.− Se fabrican para uno o varios gases específicos.

88..33..11.. GGAASSEESS DDEE PPRROOTTEECCCCIIÓÓNN • AWS A5.32 “Specification for Welding Shielding Gases”.•• FFuunncciióónn::

− Desplazan el aire evitando el contacto con el metal de soldadura fundido.•• TTiippoo yy fflluujjoo ddee ggaass iinnfflluuyyeenn eenn::

− Modo de transferencia − Penetración y perfil del cordón − Velocidad de soldadura − Tendencia a socavaduras − Acción limpiadora − Propiedades mecánicas del cordón

•• GGaasseess yy mmeezzccllaass eemmpplleeaaddooss eenn− Argón, Ar+ O2, Ar + CO2.

• Argón puro − Arco estable y penetración moderada.− Bajo costo − Soldadura de Al con transferencia por roci



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Conductos independientes (corriente, gas, alambre

la corriente al electrodo mediante conexión

Dirije el flujo de gas hacia el depósito fundido. Aisladas de la corriente (aislamiento interno o separado).

Permite y controla el flujo de gas del hacia la boquilla a

AASSEEOOSSAA

Presión y flujo constante de gas durante la soldadura. Se fabrican para uno o varios gases específicos.

888...333... MMMAAATTTEEERRRIIIAAALLLEEESSS

AWS A5.32 “Specification for Welding Shielding Gases”.

Desplazan el aire evitando el contacto con el metal de soldadura fundido.

Propiedades mecánicas del cordón nn GGMMAAWW::

Arco estable y penetración moderada.

Soldadura de Al con transferencia por rociado.


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• Mezclas Ar + O 2

− Transferencia por rociado. − Arco estable y elevado aporte de calor. − Mejora el aspecto del cordón. − Baño de fusión más fluido.

• Mezclas Ar + CO 2 − Transferencia por cortocircuito o globular. − Arco estable y bajo aporte de calor. − Produce salpicaduras. − Mejora la penetración. − Elevada velocidad de soldadura.

88..33..22.. MMAATTEERRIIAALL DDEE AAPPOORRTTEE • Alambre macizo o tubular continuo. • Diámetros: 0.5, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.6, 3.2 mm. • Composición similar a la del material base.

Material Base Especificación AWS

Aleaciones de cobre A5.7 Aceros inoxidables (Series 300, 400) A5.9 Aleaciones de aluminio A5.10 Aleaciones de níquel A5.14 Titanio A5.16 Aceros al carbono A5.18 Magnesio A5.19 Aceros de baja aleación A5.28

Electrodos o alambres de acero al carbono para sold adura por arco eléctrico con protección gaseosa (AW S A5.18)

CLASIFICACIÓN AWS

Composición Química (% en peso)

C Mn Si Ti Zr Al ER70S-2 0.07 0.90-1.40 0.40-0.70 0.05-0.15 0.02-0.12 0.05-0,15 ER70S-3 0.06-0.15 0.90-1.40 0.45-0.70 - - - ER70S-4 0.07-0.15 1.00-1.50 0.65-0.85 - - - ER70S-5 0.07-0.19 0.90-1.40 0.30-0.60 - - 0.50-0.85 ER70S-6 0.07-0.15 1.40-1.85 0.80-1.15 - - - ER70S-7 0.07-0.15 1.50-2.00 0.50-0.80 - - - ER70S-GS No se especifíca

Clasificación AWS Designación

Hidrógeno máx. (ml/100 g de metal

depositado) Todas H16 16,0 Todas H8 8,0 Todas H4 4,0



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888...444... PPPRRROOOCCCEEEDDDIIIMMMIIIEEENNNTTTOOO DDDEEE SSSOOOLLLDDDAAADDDUUURRRAAA

• Según AWS D1.3-98: Código de soldadura estructural – Láminas de acero: Variables esenciales SMAW GTAW GMAW

Tipo de electrodo X - X Tipo de electrodo de tungsteno - X - Diámetro del electrodo X X X Empleo de material de aporte - X - Intensidad de la corriente X X X Tipo de corriente, polaridad X X X Espesor del material X X X Apertura de raíz X X X Posición X X X Progresión X X X Tipo y flujo de gas de protección - X X Modo de transferencia - - X

88..44..11.. MMOODDOOSS DDEE TTRRAANNSSFFEERREENNCCIIAA MMEETTÁÁLLIICCAA • Se refiere a l forma en que el metal fundido se transfiere desde la punta del electrodo al depósito. • Influye en: Cantidad de calor aportado y velocidad de enfriamiento, Geometría y penetración del cordón, Generación de

salpicaduras, Posición de soldadura, Velocidad de fusión. • Parámetros que determinan el modo de transferencia: Diámetro y composición del alambre, Gas de protección,

Polaridad, Voltaje. 88..44..11..11.. TTrraannssffeerreenncciiaa ppoorr ccoorrttoocciirrccuuiittoo • Mecanismo:

− Fusión de la punta y formación de la gota que se alarga hasta tocar al metal base (cortocircuíto).

− En ese momento se desprende la gota y se reanuda el arco.

• Condiciones: − Voltaje: 15-22 V − DCRP − Ar + CO2

• Características: − Bajo aporte de calor. − Depósito fundido reducido, de rápida solidificación.

• Aplicaciones:

− Todas las posiciones, − Secciones delgadas (< 5 mm)

88..44..11..22.. TTrraannssffeerreenncciiaa gglloobbuullaarr • Mecanismo:

− Gotas de gran diámetro en la punta del electrodo que desestabilizan el arco y oscilan hasta desprenderse por efecto de la fuerza de gravedad.

• Condiciones: − Voltaje: 22-24 V − DCDP

• Características: − Arco inestable. − Poca penetración. − Numerosas salpicaduras.

• Aplicaciones:

− Poco recomendado. − Aplicación de recubrimientos.

88..44..11..33.. TTrraannssffeerreenncciiaa ppoorr rroocciiaaddoo ((SSpprraayy)) • Mecanismo:

− Desprendimiento de numerosas gotas con diámetro inferior al del alambre dirigidas ininterrumpidamente hacia el depósito.

• Condiciones: − Voltaje: 24-30 V. − DCRP − Argón ó Ar+O2.

• Aplicaciones: − Espesores > 3,25 mm. − Posiciones plana y horizontal.

• Características:

− Arco muy estable y suave, − Depósito grande y fluido por elevado aporte de calor. − Buena penetración y pocas salpicaduras. − Elevadas tasas de deposición y rentabilidad.


88..44..11..44.. TTrraannssffeerreenncciiaa ppuullssaaddaa

• Mecanismo: − La corriente directa se alterna interrumpidamente:

o Corriente de base (baja intensidad) o Corriente de pico o de pulso (elevada

gota (diámetro del electrodo) hacia el metal fundido.• Condiciones:

− DCRP − Se debe establecer una correlación entre las variables del pulso (Ip, Tp, Ib, Tb) para equilibrar las velocidades de

alimentación y de fusión del alambre, generando una o más gotas por pulso y garantizando la estabilidad en el arco.

• Características: − Aporte de calor intermedio. − Arco suave y estable. − Sin salpicaduras

• Aplicaciones: − Cualquier posición. − Espesores 0,9 mm hasta 38,1 mm.

88..44..22.. VVAARRIIAABBLLEESS DDEELL PPRROOCCEESSOO

Velocidad de alimentación

− Velocidad a la que el alambre se alimenta al depósito fundido (IPM, m/min).− Va controla la intensidad de la corriente.− Sólo DC.

Polaridad − Sólo se emplea DCRP penetración.

Voltaje − Se selecciona en equipos de tipo CV− Voltaje ≈ Longitud del arco.

Diámetro del electrodo

− A mayor diámetro, mayor A − Soldadura fuera de posición

Tipo y flujo de gas

− Tipo: Determina el tipo de transferencia.− Flujo: Depende de las propiedades del gas utilizado (CFH o l/min).

Extensión del electrodo

− Distancia entre el extremo del tubo de contacto y la punta del electrodo.− Transferencia por cortocircuíto: 6 a 13 mm.− Otros tipos de transferencia: 13 a 25 mm.

Posición − Plana, horizontal → Rociado, pulsada.− Vertical, sobrecabeza →

Velocidad de soldadura

− Velocidad lineal a la cual el arco se desplaza a lo largo de la junta.



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La corriente directa se alterna interrumpidamente: Corriente de base (baja intensidad) → Mantiene el arco encendido. Corriente de pico o de pulso (elevada intensidad) → Energía necesaria para la fusión y proyección de la gota (diámetro del electrodo) hacia el metal fundido.

Se debe establecer una correlación entre las variables del pulso (Ip, Tp, Ib, Tb) para equilibrar las velocidades de limentación y de fusión del alambre, generando una o más gotas por pulso y garantizando la estabilidad en el

38,1 mm.

Velocidad a la que el alambre se alimenta al depósito fundido (IPM, m/min). Va controla la intensidad de la corriente.

Sólo se emplea DCRP → Arco estable, transferencia metálica suave, pocas salpicaduras, buena

Se selecciona en equipos de tipo CV Longitud del arco.

A mayor diámetro, mayor A → Depósitos fundidos grandes y fluídos con elevada penetración.Soldadura fuera de posición → Electrodos de pequeño diámetro.

Tipo: Determina el tipo de transferencia. Flujo: Depende de las propiedades del gas utilizado (CFH o l/min).

stancia entre el extremo del tubo de contacto y la punta del electrodo. Transferencia por cortocircuíto: 6 a 13 mm. Otros tipos de transferencia: 13 a 25 mm.

→ Rociado, pulsada.

→ Cortocircuito, pulsada. Velocidad lineal a la cual el arco se desplaza a lo largo de la junta.


Energía necesaria para la fusión y proyección de la

Se debe establecer una correlación entre las variables del pulso (Ip, Tp, Ib, Tb) para equilibrar las velocidades de limentación y de fusión del alambre, generando una o más gotas por pulso y garantizando la estabilidad en el

Arco estable, transferencia metálica suave, pocas salpicaduras, buena

s y fluídos con elevada penetración.


Orientación del electrodo

− Influye en la forma del cordón y su penetración.

Condiciones típicas para soldadura GMAW de aceros a l carbonoy de baja aleación e

Espesor (mm) Junta

DiámetroAlambre

(mm) 1,6

A tope

0,9 3,2 0,9 4,7 0,9 6,4 0,9 6,4 1,1

Condiciones típicas para soldadura GMAW de aluminio

Espesor (mm) Junta

DiámetroAlambre

(mm) 1,6

A tope

0,8 3,2 0,8 4,8 1,1 6,4 1,1 9,5 1,6

888.

• Porosidad

• Penetración incompleta.



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Influye en la forma del cordón y su penetración.

Condiciones típicas para soldadura GMAW de aceros a l carbono y de baja aleación e n posición plana

Diámetro Alambre

Corriente (A)

Voltaje (V)

Velocidad de Alimentación

(mm/s)

Gas deprotección

95 18 64

Ar 75%25% CO

140 20 106 150 20 112 150 21 112 200 22 106

Condiciones típicas para soldadura GMAW de aluminio en posición plana

Diámetro Alambre

Corriente (A)

Voltaje (V)

Velocidad de alimentación

(mm/s)

Gas deprotección

90 18 155

Argón125 20 186 160 23 116 205 24 142 240 26 91

88...555... CCCAAALLLIIIDDDAAADDD DDDEEE LLLAAA SSSOOOLLLDDDAAADDDUUURRRAAA


Gas de protección

Flujo (l/min)

Ar 75% - 25% CO2

12

Gas de protección

Flujo (l/min)

Argón

14 14 16 16 19



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888...666... VVVEEENNNTTTAAAJJJAAASSS YYY LLLIIIMMMIIITTTAAACCCIIIOOONNNEEESSS

88..66..11.. VVEENNTTAAJJAASS • Único proceso (electrodo consumible) que permite soldar todos los metales y aleaciones comerciales con espesores ≥

0,6 mm. • Elevada productividad (con respecto a SMAW):

− Suministro continuo de electrodo, − No hay pausas para empalme entre cordones, − No se requiere limpiar escoria, − Puede ser completamente automatizado.

• Mayor penetración con respecto al proceso SMAW (transferencia por rociado). • Bajo nivel de emisión de humos, polvo y salpicaduras.

88..66..22.. LLIIMMIITTAACCIIOONNEESS • Riesgo de faltas de fusión por bajo aporte de calor (transferencia por cortocircuito). • Equipo más complejo, costoso y menos portátil que el utilizado en el proceso SMAW → No es adecuado en espacios

restringidos o lugares alejados de la fuente. • Uso limitado en campo → El arco debe protegerse de corrientes de aire para evitar la dispersión de la protección. • Debido a los niveles relativamente elevados de radiación de calor e intensidad luminosa del arco algunos soldadores no

son afectos a este proceso. • Uso limitado en áreas difíciles de alcanzar debido al tamaño de la antorcha. Debe estar cerca de la junta (10 a 19 mm)

para asegurar la protección adecuada.

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