Curso de Inspector de Soldadura 03_gtaw_20120306

7/23/2019 Curso de Inspector de Soldadura 03_gtaw_20120306

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03 - Procesos de soldadura: GTAW 1

SOLDADURA CONELECTRODO DE TUNGSTENOY PROTECCIN GASEOSA(GTAW o TIG)


Introduccin

La palabra TIG, corresponde a las iniciales de las palabras inglesas Tungsten InertGas, que significa soldadura en una atmsfera de gas inerte con electrodo detungsteno.

Dicho procedimiento consiste en el cebado y mantenimiento de un arco elctricoentre el electrodo de tungsteno, tericamente no consumible y la pieza a soldar,pudindose realizar la soldadura con o sin aportacin de material.

Cuando se realiza con aporte, el material se aporta por separado, bien manualmenteo automticamente.

Este es un proceso de soldadura muy verstil, y puede ser usado para soldarmetales ferrosos y una gran variedad de no ferrosos, en toda posicin.

Es especialmente recomendado para la soldadura de espesores finos.

El proceso genera un arco elctrico y una pileta fundida que es claramente visiblepara el soldador. No se produce escoria que pueda quedar atrapada en la soldadura,y no hay metal que se transfiera a travs del arco por lo que no hay salpicaduras.


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Flotametro regulador

Metal deaporte

Direccin desoldadura

torcha

Cilindrodelgas

deproteccin

Pieza de trabajo

Fuentede poder

Electrodo de tungsteno

Pico o tubo de contacto

Tobera del gas deproteccin

Arco elctrico

Metalsoldado

Pileta de metallquido

metal base

Gota de

metal

Gas deproteccin

Gas deproteccin

Metal deaporte


Ventajas del proceso

Las principales ventajas de este proceso son:

- Produce la mejor calidad de soldadura, generalmente libre de defectos.- Se pueden soldar prcticamente todos los metales.- Prcticamente no se requiere limpieza post soldadura.- El arco y la pileta lquida son claramente visibles para el soldador.- No hay transferencia de metal a travs del arco.- Es posible soldar en todas las posiciones.

Desventajas del proceso

- La velocidad de deposicin de metal de aporte es baja.- Necesita ms destreza y coordinacin que otros procesos manuales.

- Es menos eficiente que otros procesos en grandes espesores.- Es difcil mantener la proteccin gaseosa en ambientes ventosos.


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Los potenciales problemas que pueden aparecer con este proceso son:

- Inclusiones de tungsteno;

- Contaminacin del metal de soldadura por inadecuada proteccin;

- Baja tolerancia a las contaminaciones del metal base y de aporte.

La soldadura TIG es usada principalmente para la soldadura de aceros inoxidables,metales no ferrosos como aluminio y sus aleaciones, magnesio, plata, cobre y susaleaciones, nquel y sus aleaciones etc.

Este proceso es tambin ampliamente utilizado para la realizacin de pasadas de razen tuberas de aceros al carbono y aceros aleados.

Se pueden soldar metales en un amplio rango de espesores, con las limitaciones detipo econmicas presentes en grandes espesores, situacin en la cual no es un

proceso muy eficiente.

Este proceso puede ejecutarse tanto en forma manual como automtica, siendo elprimero ms ampliamente usado.


Equipamiento

Torchas: Para soldar con este proceso, se utilizan torchas cuyos esquemas se presentan en lasfiguras.


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Existen varios tipos, tamaos y modelos de torchas. Se utilizan para conducir lacorriente de soldadura y el gas de proteccin al punto de soldeo.

Las torchas de uso manual, tienen una empuadura que forma un ngulo con el cuerpode la torcha que usualmente tiene 120.

Estas torchas pueden tener un peso de entre 85 y 450 gr, valores que estndirectamente relacionados con la mxima corriente que son capaces de soportar.

Se pueden utilizar con distinto tipo y dimetro de electrodos, existiendo dos tiposfundamentales de torchas: las refrigeradas por aire y las refrigeradas por agua.

Las primeras, en realidad, se refrigeran por el flujo de gas y generalmente son mspequeas y ms baratas, pudiendo soportar una corriente de hasta 200 A.

Se las usa por lo general para soldar chapa fina y cuando se deban realizar varioscortes de arco a lo largo del trabajo (que faciliten su enfriamiento).

Para mayores intensidades de corriente se utilizan las torchas refrigeradas por agua.


Algunas de ellas estn diseadas para soportar hasta 500 A. Estas torchas reducenla temperatura del electrodo de tungsteno, disminuyendo la posibilidad de contaminar elmetal de soldadura por la fusin de este.

Otro elemento importante de las torchas es la tobera o buza que encauza y concentra elgas de proteccin.

Existen cuatro tipos de ellas: de cermica, metlicas, de cuarzo fundido y toberas dobles.

Las toberas cermicas, son las baratas y las ms utilizadas, a pesar de ser frgiles.

Las metlicas son aptas para ser usadas en torchas refrigeradas por agua.

Las de cuarzo fundido son transparentes, aumentando la visibilidad.

Por ltimo las toberas dobles permiten el uso de dos gases de proteccin; uno centralde gas inerte en contacto con el electrodo, y uno perifrico de menor costo, queimpide el contacto de la pileta lquida con los gases atmosfricos.

Este tipo de tobera es raramente usado.


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ElectrodosLos electrodos utilizados en este proceso son fabricados en tungsteno y aleaciones deeste.

La caracterstica saliente de este material es su alto punto de fusin (3.370 C) que loshacen prcticamente "no consumibles".

En este proceso el electrodo no entra en contacto con el metal de soldadura fundido.

Los electrodos que entran en contacto con el metal de soldadura se contaminan ydeben ser limpiados, o causaran arcos errticos.

La limpieza normalmente se lleva a cabo por medio de un pulido de la superficiecontaminada.

Los electrodos pueden ser de tungsteno puro, o de tungsteno con el agregado deelementos de aleacin como ser toria (ThO2), circonia (ZrO2), o lantania (La2O3).

Cuando se utiliza metal de aporte (en forma de varilla), el mismo debe ser compatiblecon el metal que se suelda.


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Los electrodos de tungsteno tienen entonces todas las caractersticas ptimas parasoldar:

- Alto punto de fusin.

- Baja resistencia elctrica.

- Alta conductividad trmica.

- Es emisor termoinico (emite electrones con el aumento de la temperatura).

Se presentan en longitudes que van de los 50 mm a los 610 mm y dimetros entre0,3 mm y 8 mm. Las figuras a continuacin muestran los distintos tipos de electrodosy su clasificacin.


Mayor resistencia a la contaminacinSoldadura por plasma

ACDC-ENDC-EP

~0,4%ZrO2marrnWZr 3marrnEWZr-1

~0,8%ZrO2blancoWZr 8blancoEWZr-8

rojo

amarillo

azul

dorado

negro

Gris

verde

color

WTh20

WTh10

WLa20

WLa15

WLa10

WCe20

WP

ISO6848

~2%ThO2rojoEWTh-2

Leve radioactividad-Cuidado en elafilado!Aumenta la emisividad de electronesMayor estabilidad del arcoMayor capacidad de corriente

DC-ENDC-EP~1%ThO2AmarilloEWTh-1

~2% La2O3azulEWLa-2

ACDC-EN

~1,5% La2O3doradoEWLa-1.5

Buen arranque y estabilidad del arcoMayor duracinNo radioactivo

ACDC-ENDC-EP

~1% La2O3negroEWLa-1

Buen arranque y estabilidad del arcoMayor duracinNo radioactivo

ACDC-ENDC-EP

~2% CeO2grisEWCe-2

Soldadura de Al y Mg buenmantenimiento de punta redonda paraAC. Bajo costo

AC--verdeEWP

colorAWSA5.12

Aplicaciones y propiedadesTipo decorriente

Composicinde los xidos

agregados

Designacin


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A continuacin se muestran los distintos dimetros y sus correspondientescapacidades de conducir la corriente.



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Configuracin de la punta del electrodo de tungsteno

Esta es una variable importante en el proceso TIG. Cuando se utiliza en corrientealterna con electrodos de tungsteno puro o con circonio, la punta del mismo debe seresfrica.Antes de ser usado en la soldadura, la punta del electrodo debe ser configurada aforma esfrica, mediante el encendido del arco sobre un bloque de cobre refrigerado.Se debe llevar el electrodo, mediante el incremento de la corriente (generalmenteconectado al polo positivo), hasta que tome un color blanco y su extremo comience afundir, formando una pequea esfera.Una vez sucedido esto, se corta la corriente, quedando la punta del electrodo conforma esfrica. Esta esfera no debe exceder 1 veces el dimetro del electrodo.Para corriente continua, utilizando electrodos con agregado de torio, cerio o lantano, lapunta del electrodo debe ser preparada con un determinado ngulo, a menudotruncado en su extremo.Como se observa en la figura, la geometra del extremo del electrodo afecta lascaractersticas del cordn. Este tipo de preparacin de los extremos del electrodo selogra mediante el pulido del electrodo o por ataque qumico.



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Fuentes de poder

Para la soldadura TIG, se utilizan fuentes de poder de tipo corriente constante, similar a lautilizada para la soldadura manual con electrodos revestidos.

En la soldadura TIG, no se puede utilizar fuentes de poder que posean una corriente decorto circuito muy elevada, debido a que se corre el riesgo de fundir el electrodo detungsteno si se toca con este la pieza a soldar.

Una respuesta satisfactoria se logra de fuentes de poder convencionales, de corrienteconstante, que permiten iniciar el arco cortocircuitando el electrodo con la pieza.

Encendido del arco

Existen dos formas de encender y estabilizar el arco elctrico generado por unelectrodo de tungsteno:

- Encendido por cortocircuito.

- Encendido por alta frecuencia.


1. Energizar latorcha

2. Hacer contactocon la pieza

3. Alejar la torchade la pieza

Encendido por cortocircuitoEncendido por alta frecuencia

O No hay contaminacin entre el electrodo y lapiezaO Ms fcil encendido del arco

O Buen control de la longitud de arco desde elcomienzoX Puede afectar a otros equipos debido a lageneracin de ondas electromagnticas de altafrecuenciaX Este mdulo agrega complejidad al equipo desoldadura

X Se requiere de cierta habilidad para encenderel arco (tiempo azaroso de encendido)X Erosin del electrodo

X Muy factible que se genere contaminacintanto del material al electrodo como de este a lapiezaX El comienzo del arco fuera de control (altacorriente y errtica longitud de arco)o menor complejidad del equipo

C

L CL.

1=

Frecuencia deresonancia

3-5 kV ~2MHz


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Tipos de corriente utilizada

En este proceso se utiliza tanto la corriente alterna como la continua, dependiendo de su

seleccin el tipo de material a soldar.

Los aceros al carbono, de baja aleacin e inoxidables, el cobre y sus aleaciones, el nquely sus aleaciones, se sueldan con corriente continua.

Al utilizar dicha corriente, el electrodo debe unirse al polo negativo, ya que el tungstenoes un buen emisor de electrones, es decir que en estas condiciones, es capaz de conducirelevadas intensidades de corriente. Es comn encontrarse con DC-EN.

Unido al polo positivo, se genera un efecto de limpieza catdica, y se recalientarpidamente, lo que obliga a disminuir considerablemente la corriente de trabajo.

Unido al polo positivo, un electrodo de tungsteno solo puede conducir el 10 % de lacorriente que conducira conectado al polo negativo.

Por este motivo esta conexin solo se limita a la soldadura de espesores finos.

Vase la figura.



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Corriente continua pulsada

Esto involucra la variacin repetitiva de la corriente de un valor de base a un valor de pico.

La corriente continua pulsada se aplica con el electrodo conectado al polo negativo.

Normalmente los pulsos son de una intensidad de entre 2 a 10 veces la corriente de base.

Esto logra combinar las caractersticas de arco enrgico de la alta corriente con el bajocalor aportado de la baja corriente.

El pulso suministra buena penetracin y fusin, mientras que la corriente de basemantiene el arco y permite a la zona enfriar.

Por este motivo se utiliza para la soldadura de metales de muy diferentes espesores ometales finos.

Vase la figura.



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Corriente alterna

Con corriente alterna se sueldan los metales livianos, el aluminio, el magnesio y susaleaciones.

Esto se debe a la presencia, en la superficie de dichos metales, de una capa de xidoaltamente refractaria, que solo puede romperse por efecto del bombardeo de laspartculas que inciden sobre ella en polaridad positiva.

Para evitar entonces el recalentamiento del electrodo, se recurre entonces a lacorriente alterna.

El uso de esta corriente trae aparejado varios problemas. Cuando la corriente pasapor cero ocurren diferentes efectos dependiendo de la polaridad.

Cuando el electrodo esta negativo inmediatamente emite electrones para reiniciar elarco.

Sin embargo cuando la pieza se vuelve negativa, no puede emitir electrones si elvoltaje no es lo suficientemente alto. Si no existe este voltaje el arco se tornainestable.


Estabilidad del arco para corriente A.C.

- Utilizar fuentes de muy alta tensin de circuito abierto;

- Adicin de capacitores de descarga (ms efectivo);

- Fuente de alta frecuencia en paralelo con el arco;

- Fuentes de poder con onda cuadrada.

C

L CL.

1=

Frecuencia deresonancia

3-5 kV ~2MHz


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Gases de proteccin

Argn, helio o mezclas de ambos son los gases de proteccin ms utilizados en lasoldadura TIG.

Las caractersticas mas deseadas de dichos gases, es que son inertesqumicamente, y que tienen facilidad para formar un arco suave y estable, con altasdensidades de corriente.

El gas inerte se usa entonces para proteger tanto el electrodo de tungsteno como elmetal base fundido.

A veces se utilizan gases mezcla de argn con hidrgeno o nitrgeno puro.

La pureza del gas utilizado, tiene mucho efecto sobre la soldadura.

El acero al carbono, los inoxidables, el cobre y el aluminio, generalmente toleranmuy poca cantidad de impurezas.

Para un buen resultado, la pureza debe ser del 99,99 %.


Argn

Gas pesado, obtenido a partir de la licuacin del aire. Puede ser suministrado enforma de gas comprimido o de lquido. 1,4 veces ms denso que el aire.Tiene las siguientes ventajas frente al Helio:

- Arco ms suave y silencioso.- Arco ms fcil de iniciar.- Tensin de arco ms baja para igualdad de corriente y longitud de arco. til parachapa fina.- Buena accin limpiadora. til para soldar aluminio y magnesio.- Se requiere menor caudal de gas para soldar en plano, por ser mas pesado queel aire.- Menor costo- Mayor disponibilidad

- Mejor resistencia a las corrientes de aire.- Mejor para soldar metales dismiles.- Mejor control de la pileta lquida en posicin vertical y sobre cabeza.


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Las figuras a continuacin, muestran algunas caractersticas de la tcnica de soldadura

para TIG manual.


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Tcnicamanual de

soldaduraTIG


Soldadoraorbital TIG conalimentacinde alambre


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Soldadoramecanizada TIGsobrecabeza conalimentador dealambreincorporado


Documentos de referencia

Welding Handbook; Volume 2; Welding processes Part 1; Chapter 3; 2004 ASM Handbook; Welding, Brazing, and Soldering; Vol. 6, 1993, p. 569-581 AWS A5.18; Specification for carbon steel electrodes and rods for gasmetal arc welding; 2005 AWS A5.28; Specification for low alloy steel electrodes and rods for gasmetal arc welding; 2005 AWS A5.12; Specification for tungsten and oxide dispersed tungstenelectrodes for arc welding and cutting; 2009 AWS A5.32; Specification for welding shielding gases; 2007 AWS C5.5; Recommended practices for gas tungsten arc welding; 2003

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