Clase de SOLDADURA AL ARCO ELÉCTRICO SMAW

8/3/2019 Clase de SOLDADURA AL ARCO ELCTRICO SMAW

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Ing. Ciro Zenteno Cuba FIMM-UNCP Pgina 1

SOLDADURA AL ARCO ELCTRICO SMAW

Este tipo de soldadura es uno de los procesos de unin de metales msantiguos que existe, su inicio data de los aos 90 de siglo XVIII. En la que seutilizaba un electrodo de carbn para producir el arco elctrico, pero no es sino

hasta 1907, cuando el fundador de ESAB1.Oscar Kjellber2 desarrolla el mtodode soldadura con electrodo recubierto, tambin conocido como mtodo SMAW(Shielded Metal Arc Welding).

Fue el primer mtodo aplicado con grandes resultados, no solo de ordentcnico, sino tambin de orden econmico, ya que este proceso permiti eldesarrollo de procesos de fabricacin mucho ms eficaces, y que hasta hoy enda solamente han sido superados por modernas aplicaciones, pero que siguenbasndose en el concepto bsico de la soldadura al arco con electrodo autoprotegido.


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El Proceso

Consiste en la utilizacin de un electrodo con un determinadorecubrimiento, segn sea las caractersticas especficas, y que describiremosbrevemente enseguida. A travs del mismo se hace circular un determinadotipo de corriente elctrica, ya sea esta de tipo alterna o directa. Se establece uncorto circuito entre el electrodo y el material base que se desea soldar o unir,este arco elctrico puede alcanzar temperaturas del orden de los 5500 C,depositndose el ncleo del electrodo fundido al material que se est soldando,

de paso se genera mediante la combustin del recubrimiento, una atmosferaque permite la proteccin del proceso, esta proteccin se circunscribe a evitarla penetracin de humedad y posibles elementos contaminantes. Tambin seproduce una escoria que recubre el cordn de soldadura generado. Lo anteriorcomo podemos observar en la grafica de la parte superior.

En la grafica se observa un operario de soldadura realizando el proceso.Puede notarse que se equipo de trabajo especial, el cual describiremosadelante.


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CLASES DE CORRIENTE ELCTRICA

Corriente alterna (CA).- El flujo de corriente vara de una direccin a laopuesta. Este cambio de direccin se efecta 100 a 120 veces por segundo. Eltiempo comprendido entre los cambios de direccin positiva o negativa se

conoce con los nombres de ciclo o perodo (50 a 60 ciclos).En el Per utilizamos, por lo general, la corriente alterna de 220 voltios y 60ciclos. Esta corriente es transportada por redes elctricas monofsicas queutilizan 2 cables, o bien es conducida por redes elctricas trifsicas, que utilizan3 cables de transportacin.Las mquinas de soldar pueden utilizar tanto la corriente monofsica como latrifsica.

Corriente contnua (CC).- El flujo de corriente conserva siempre una mismadireccin: del polo negativo al positivo.

El Equipo

Podemos observar en la figura superior que el equipo es relativamente sencillo,y se compone bsicamente de una fuente de poder, porta electrodo, y cable defuerza.

Ventajas y Desventajas de las Mquinas de Soldar

Mquinas de Corriente Continua

Ventajas- Permite emplear una amplia seleccin de electrodos y gama de corriente.- Mxima estabilidad del arco en comparacin con CA- Ideal para soldar planchas delgadas y tubera, recubrimientos duros y para

soldar acero inoxidable.- La polaridad influye en la forma del material depositado en la soldadura, en lapenetracin alcanzada, en el metal base y en la fusin de los fundentes y7o delos elementos que se adicionan en los revestimientos de los electrodos. Con lapolaridad se obtiene menos penetracin y el cordn es algo plano. Mientras


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que con polaridad invertida se logra una mayor penetracin, una mejor aleacinentre el metal base y el metal aportado, y el cordn es grueso.

Cualidades para cada tipo de electrodo por ejemplo:

Faborable para los electrodos Es preferible paraBsicos y especiales electrodos rutlicos.Corriente continua Corriente ContinuaPolaridad invertida Polaridad Directa.Los generadores se usan mucho en construccin y reparacin naval,oleoductos, gaseoductos, puentes, etc. Lugares en que no existe corriente dealimentacin de red.

Desventajas- Producen mayor salpicadura.- Consumen ms corriente.- Requieren de mayor mantenimiento (alto costo)- Producen soplo magntico.

Qu es el soplo magntico?.- Es la desviacin del arco de soldadura haciaafuera de su direccin natural,debido a la formacin de un campo magntico.Cmo lo Controlo?.--Reduciendo el amperaje-Mantener el arco tan corto como sea posible para que la energa del arcocontrarreste el soplo.

Maquinas de Corriente Alterna.-


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Ventajas:- Produce menor salpicadura- Consume menos corriente- Requiere de menor mantenimiento- Ideal para soldar hacia abajo con electrodos gruesos en placas gruesas.

- Ms baratos y livianos.

La nica ventaja tcnica de las mquinas de corrientealterna, en comparacincon las de corriente continua, es que al soldar no se produce el efecto del soplomagntico. Este se neutraliza por el cambio de polaridad debido a la frecuenciade la C.A. por lo dems, las mquinas de C.C. son mejores para mayor calidadde la soldadura.

Desventajas:- Limitado uso de electrodos.Menor estabilidad del arco.

- La corriente es ms peligrosa. Por ello sus limitaciones, no en todos los sitiosse puede emplear. (dobles fondos, tanques, calderos, recipientes, etc.) por queno cumple con todas las exigencias.

CICLO DE TRABAJO DE LAS MQUINAS DE SOLDAR.

Es la capacidad de operacin segura para soldar sin parar. Los datos deservicio permanente , servicio de soldadura manual nominal, y de Serviciode soldadura manual indicados en la placa o en el catlogo de una mquinade soldar, sugieren lo siguiente:

a) Servicio permanente.Es el nivel de lmite de intensidad de corriente para soldar sin darle unmomento de pausa a la mquina P.E. en 5 10 minutos no hay pausa.

b) Servicio de Soldadura Manual Nominal.Generalmente, es el valor nominal que indica la mquina de soldar; sinembargo es imprescindible soldar con esa intensidad nominal solamentea un 60% de carga. Esto quiere decir que debemos acumular una pausade 40% en un tiempo base de 5 minutos. Los tiempos de carga y depausa pueden ser en bloque o alternados, pero siempre en una base de

5 minutos, de modo se acumulan 3 minutos de carga y 2 minutos depausa para evitar un recalentamiento de la mquina.

c) Servicio de Soldadura Manual.-Es un valor de corriente mayor a la nominal dada en equipos, pero parasoldar al 35& de carga. Esto indica que con un alto amperaje se debersoldar solamente por 1(3/4) y se dar 3(1/4) minutos de pausa a lamquina 1(3/4) + 3(1/4) = 5 minutos. Es decir que cuando se sueldencon electrodos de dimetro gruesos (4 mm o ms) se deben usarmquinas de mayor amperaje o de lo contrario tendremos que trabajar al35% con una mquina pequea , lo que obliga a considerar un 65% de

pausa en el tiempo de soldar.


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CARGA

40%

(2 min.)

A

5 10 minutos

CARGA 60%, PAUSA 40%

5 10 minutos

CARGA 35 % PUSA 65%

LOS ELECTRODOS

El electrodo.- Es el material de aporte que se usan en la soldadura

por arco voltaico, se dice electrodo por que conducen la corrienteelctrica al producirse el arco voltaico.

Como ya hemos visto, para poder realizar este proceso de soldadura al arcocon electrodo recubierto, se dispone de una gran diversidad de tipos deelectrodos, cada uno de ellos se selecciona en base al material de que estconstituido su ncleo, as como por su tipo de recubrimiento y adems por eldimetro del electrodo. La AWS. (Amercian Welding Societi) ha normalizado sudiseo y utilizacin.

Clasificacin generalEn soldadura se usan varios tipos de electrodos para diferentes fines , enfuncin al material del cual estn constituidos se clasifican en tres tipos:

Electrodos de Carbn.Son barras cilndricas de carbn amorfo, grafito o electro grafito. Sonempleados para acanalar, achaflanar, o para rectificar cordones mal soldados.Electrodos de Tungsteno.Son de tungsteno sintetizado, con o sin torio, y se uzan en el proceso TIG y enplasma.Varillas electrodo.Constituyen el material de aporte necesario para soldadura por arco voltaico,pueden ser de dos tipos.:

CARGA

60%

(3 min.)


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A) Desnudos:

Los electrodos sin revestimiento se usaron en los inicios de la soldaduraelctrica, tienen la desventaja de que no se pueden soldar con corrientealterna, y de que el metal fundido en estado lquido no est protegido

contra las influencias negativas del aire. El oxgeno del aire oxida tantoal material aportado, como al material base . El nitrgeno del aire sedifunde fcilmente en el metal lquido y/o acero a temperaturas mayoresa 750C. La inclusin de nitrgeno y otros gases en el metal, produceporosidades, fragiliza in y envejecimiento del acero.

B) Revestidos.Son los de mayor significancia. Un electrodo revestido tiene un ncleometlico envuelto por un revestimiento de material aglutinado.

Ncleo metlico Es una varilla metlica cuya aleacin tiene unacomposicin qumica similar al del metal base. Como material de aporte,bajo el efecto del arco voltaico este ncleo se funde y es lanzado enforma de gotas hacia el metal base.Revestimiento. Es el material que envuelve al ncleo, y tiene unacomposicin qumica definida para cada tipo de electrodo.Composicin bsica del revestimiento. Los electrodos revestidos tienen10 o mas componentes qumicos, que c/u de ellos tiene un efectoprefijado, en el momento de soldar y en los resultados finales.Para este efecto los laboratorios metalrgicos, estn en constanteestudio, en competencia con las mejores marcas del mundo, pero losingredientes que se emplean en mayor o menor cantidad de acuerdo alfabricante han dividido a estas materias en cinco grandes grupos queson:1) Materias ionizantes

Las composiciones de metales alcalinos y tierras alcalinas como son:potasio, sodio, litio, calcio para dirigir y mantener el arco.

2) Materias productoras de gasEl ferro manganeso, como desnitrogenantes el xido de titanio (rutilo)y el ferro titnico.

3) Materias productoras de escoriaLos carbonatos clcicos, calcio, boratos, fluoruros, silicato de hierro,

magnesio, piedra caliza, etc. Para proteger el metal ya depositadohasta su solidificacin.4) Materias de aleacin

Para reducir los xidos de hierro ya existentes, y para evitar laformacin de burbujas de gas (estabilizacin del bao de fusin)

5) Materias aglutinantes.Para aglutinar las mezclas entre si y sobre el alambre como laca,silicato de sodio y potasio.


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FUNCIONES DEL REVESTIMIENTO

Cumple funciones indispensables y decisivas en la ejecucin y calidad de lasoldadura. Estas funciones podemosclasificarlas en:

A) Funciones elctricas Permitir el empleo de la corriente alterna. Como es sabido, la corriente alternacambia de polaridad 120 veces por segundo, creando en consecuencia unagran inestabilidad en el arco. Este problema ha sido solucionado, agregando alrevestimiento algunos elementos qumicos que, al quemarse en el arco,producen gases especiales ionizados que mantienen la continuidad del arco.Cualquier electrodo para corriente alterna puede ser empleado tambin concorriente continua, pero no todos los electrodos fabricados para corrientecontinua pueden ser utilizadas con corriente alterna. Facilitar el encendido del arco y mantenerlo con facilidad durante la ejecucin

de la soldadura.

B) Funciones metalrgicas Protegerel metal fundido de los gases dainos del aire. Algunos elementosdel revestimiento forman, al quemarse, una capa de gases que rodea al arco,protegiendo a las finsimas gotas de metal que son proyectadas por el arcocontra el contacto con el aire, as como al metal fundido del charco de fusin.El aire contiene oxgeno y nitrgeno en grandes cantidades, las que alcombinarse con el metal fundido forman xidos y nitruros debilitndolo,hacindolo poroso, frgil y menos resistente a la traccin y al impacto. Formar la escoria protectora del metal caliente. Ciertas materias delrevestimiento se funden y se mezclan con el metal de soldadura y vanrecogiendo las impurezas del metal, hacindolas flotar en la superficiedel metal fundido. As se forma la escoria que protege al cordn caliente,retardando su enfriamiento, para que no llegue a templarse por el contactoviolento con el aire fro, permitiendo que los gases escapen del metal.

Compensar la prdida de los elementos que, por accin de la alta temperaturadel arco elctrico, tienden a desaparecer durante el proceso de fusin. Loselementos de compensacin mejoran muchas veces el metal depositado y ledan caractersticas mecnicas superiores al metal base. Aportarelementos de aleacin para obtener propiedades y caractersticas

determinadas en el metal depositado.

C) Funciones mecnicas El revestimiento tiende a fundirse inmediatamente despus que el ncleometlico, formando una concavidad; de forma tal que el revestimiento permitadirigir la fuerza del arco y las gotas del metal fundido en la direccin deseada.Esta funcin que cumple el revestimiento es de gran utilidad, sobre todo enposiciones forzadas. Permitir el depsito de cordones, arrastrando el electrodo. En muchos casos,el revestimiento establece contacto con la pieza, cuando se est soldando. Enrealidad, el revestimiento, que sobresale del ncleo, establece la separacinentre la pieza y el extremo del ncleo metlico y entonces el arco arde dentrode la concavidad formada por el revestimiento.


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Para efectos de identificacin se utiliza las siguientes siglas. Como podemosver en la figura 5. Esta identificacin aparece en la parte superior de cadaelectrodo. Como una aclaracin: diremos que la sigla de posiciones, se refiere

a la posicin en la que se coloca el electro a la hora de estar ejecutando elcordn de soldadura.


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