Procesos de Unin 79

INTRODUCCIN

Lasoldaduraes unproceso de fabricacinen donde se realiza la unin de dos materiales, (generalmentemetalesotermoplsticos), usualmente logrado a travs de lacoalescencia(fusin), en la cual las piezas son soldadasfundiendoambas y pudiendo agregar un material de relleno fundido, para conseguir un bao de material fundido (elbao de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unin fija. A veces la presin es usada conjuntamente con el calor, o por s misma, para producir la soldadura. Esto est en contraste con la soldadura blanda y lasoldadura fuerte(en inglsbrazing), que implican el derretimiento de un material de bajo punto de fusin entre piezas de trabajo para formar un enlace entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo.Muchasfuentes de energadiferentes pueden ser usadas para la soldadura, incluyendo una llama degas, unarco elctrico, unlser, un rayo de electrones, procesos defriccinoultrasonido. La energa necesaria para formar la unin entre dos piezas de metal generalmente proviene de unarco elctrico. La energa para soldaduras de fusin o termoplsticos generalmente proviene del contacto directo con una herramienta o un gas caliente.Mientras que con frecuencia es un proceso industrial, la soldadura puede ser hecha en muchos ambientes diferentes, incluyendo al aire libre, debajo del agua y en elespacio. Sin importar la localizacin, sin embargo, la soldadura sigue siendo peligrosa, y se deben tomar precauciones para evitar quemaduras,descarga elctrica, humos venenosos, y la sobreexposicin a laluz ultravioleta.Hasta el final del siglo XIX, el nico proceso de soldadura era lasoldadura de fragua, que los herreros han usado por siglos para juntar metales calentndolos y golpendolos. Lasoldadura por arcoy lasoldadura a gasestaban entre los primeros procesos en desarrollarse tardamente en el siglo, siguiendo poco despus lasoldadura por resistencia. La tecnologa de la soldadura avanz rpidamente durante el principio del siglo XX mientras que laPrimera Guerra Mundialy laSegunda Guerra Mundialcondujeron la demanda de mtodos de junta confiables y baratos. Despus de las guerras, fueron desarrolladas varias tcnicas modernas de soldadura, incluyendo mtodos manuales como laSoldadura manual de metal por arco, ahora uno de los ms populares mtodos de soldadura, as como procesos semiautomticos y automticos tales comoSoldadura GMAW,soldadura de arco sumergido,soldadura de arco con ncleo de fundenteysoldadura por electro-escoria. Los progresos continuaron con la invencin de lasoldadura por rayo lsery lasoldadura con rayo de electronesa mediados del siglo XX. Hoy en da, la ciencia contina avanzando. Lasoldadura robotizadaest llegando a ser ms corriente en las instalaciones industriales, y los investigadores continan desarrollando nuevos mtodos de soldadura y ganando mayor comprensin de la calidad y las propiedades de la soldadura.Se dice que es un sistema porque intervienen los elementos propios de este, es decir, las 5M: mano de obra, materiales, mquinas, medio ambiente y medios escritos (procedimientos). La unin satisfactoria implica que debe pasar las pruebas mecnicas (tensin y doblez). Las tcnicas son los diferentes procesos (SMAW, SAW, GTAW, etc.) utilizados para la situacin ms conveniente y favorable, lo que hace que sea lo ms econmico, sin dejar de lado la seguridad.Procesos de Soldadura.Soldadura por arco.Estos procesos usan una fuente de endurecida para crear y mantener un arco elctrico endurecido y duro. Pueden usar tanto corrientecontinua(DC) comoalterna(AC), y electrodos consumibles o no consumibles los cuales se encuentran cubiertos por un material llamado revestimiento. A veces, la regin de la soldadura es protegida por un cierto tipo degas inerteo semi-inerte, conocido comogas de proteccin, y el material de relleno a veces es usado tambin.Soldeo blando y fuerte.La soldadura blanda y fuerte son procesos en los cules no se produce la fusin de los metales base, sino nicamente del metal de aportacin. Siendo el primer proceso de soldeo utilizado por el hombre, ya en la antigua Sumeria. Lasoldadura blandase da a temperaturas inferiores a 450C. Lasoldadura fuertese da a temperaturas superiores a 450C. Elsoldeo fuerte a altas temperaturasse da a temperaturas superiores a 900C.Soldadura a gas.El proceso ms comn de soldadura a gas es lasoldadura oxiacetilnica, tambin conocida comosoldadura autgenaosoldadura oxi-combustible. Es uno de los ms viejos y ms verstiles procesos de soldadura, pero en aos recientes ha llegado a ser menos popular en aplicaciones industriales. Soldadura por resistencia.Lasoldadura por resistenciaimplica la generacin de calor pasando corriente a travs de la resistencia causada por el contacto entre dos o ms superficies de metal. Se forman pequeos charcos de metal fundido en el rea de soldadura a medida que la elevada corriente (1.000 a 100.000A) pasa a travs del metal. En general, los mtodos de la soldadura por resistencia son eficientes y causan poca contaminacin, pero sus aplicaciones son algo limitadas y el costo del equipo puede ser alto.Soldadura por rayo de energa.Los mtodos de soldadura por rayo de energa, llamadossoldadura por rayo lserysoldadura con rayo de electrones, son procesos relativamente nuevos que han llegado a ser absolutamente populares en aplicaciones de alta produccin. Los dos procesos son muy similares, diferencindose ms notablemente en su fuente de energa. La soldadura de rayo lser emplea un rayo lser altamente enfocado, mientras que la soldadura de rayo de electrones es hecha en un vaco y usa un haz de electrones. Soldadura de estado slido.Como el primer proceso de soldadura, la soldadura de fragua, algunos mtodos modernos de soldadura no implican derretimiento de los materiales que son juntados. Uno de los ms populares, lasoldadura ultrasnica, esusada para conectar hojas o alambres finos hechos de metal o termoplsticos, hacindolos vibrar en alta frecuencia y bajo alta presin. Fuentes de energa.Para proveer la energa elctrica necesaria para los procesos de la soldadura de arco, pueden ser usadas un nmero diferentes de fuentes de alimentacin. La clasificacin ms comn son las fuentes de alimentacin decorrienteconstante y las fuentes de alimentacin devoltajeconstante. En la soldadura de arco, la longitud del arco est directamente relacionada con el voltaje, y la cantidad de entrada de calor est relacionada con la corriente. Las fuentes de alimentacin de corriente constante son usadas con ms frecuencia para los procesos manuales de soldadura tales como la soldadura de arco de gas tungsteno y soldadura de arco metlico blindado, porque ellas mantienen una corriente constante incluso mientras el voltaje vara. Esto es importante en la soldadura manual, ya que puede ser difcil sostener el electrodo perfectamente estable, y como resultado, la longitud del arco y el voltaje tienden a fluctuar. Las fuentes de alimentacin de voltaje constante mantienen el voltaje constante y varan la corriente, y como resultado, son usadas ms a menudo para los procesos de soldadura automatizados tales como la soldadura de arco metlico con gas, soldadura por arco de ncleo fundente, y la soldadura de arco sumergido. En estos procesos, la longitud del arco es mantenida constante, puesto que cualquier fluctuacin en la distancia entre material base es rpidamente rectificado por un cambio grande en la corriente. Por ejemplo, si el alambre y el material base se acercan demasiado, la corriente aumentar rpidamente, lo que a su vez causa que aumente el calor y la extremidad del alambre se funda, volvindolo a su distancia de separacin original.

FIGURA 1: Proceso de Soldadura por Arco.

1.-SOLDADURA POR FUSION

Se entiende por soldadura en su sentido ms general, a un proceso de fabricacin mediante el cual se realiza la unin continua y homognea de dos materiales, que puede llevarse a cabo, aunque dependiendo del tipo de soldadura, mediante la aportacin directa de calor o sin ella, con aplicacin de material de aportacin o sin ella, o mediante la aplicacin o no de esfuerzo mecnico entre las piezas a unir.1.1.- Clasificacin de los procedimientos de soldaduraA continuacin se expone una clasificacin de los procedimientos para soldaduras de fusin ateniendo a factores como la fuente de energa (si elctrica o qumica), al calor aportado (por arco elctrico, por resistencia, por radiacin, mediante llama o por reaccin de productos slidos), al esfuerzo mecnico (si hay o no presin) y por el tipo de proteccin empleada (mediante gas, flujo):

1.2.- Soldadura por fusinEn la soldadura de los metales, se llamasoldadura por fusina la tcnica que consiste en calentar dos piezas de metal hasta que se derriten y se funden entre s. Los procesos de soldadura por fusin usan calor para fundir los metales base. En muchas operaciones de soldadura por fusin, se aade un metal de aporte a la combinacin fundida para facilitar el proceso y aportar volumen y resistencia a la unin soldada. Una operacin de soldadura por fusin en la cual no se aade un metal de aporte se denomina soldadura autgena. La categora por fusin comprende los procesos de soldadura de uso ms amplio e incluye los siguientes grupos generales: Soldadura con arco elctrico: La soldadura con arco elctrico hace referencia a un grupo de procesos de soldadura en los cuales el calentamiento de los metales se obtiene mediante un arco elctrico. Algunas de las operaciones de soldadura con arco elctrico tambin aplican presin durante el proceso, y la mayora utiliza un metal de aporte. Soldadura por resistencia: La soldadura por resistencia obtiene la fusin usando el calor de una resistencia elctrica para el flujo de una corriente que pasa entre las superficies de contacto de dos partes sostenidas juntas bajo presin. Soldadura con oxgeno y gas combustible: Estos procesos de unin usan un gas de oxgeno y combustible, tal como una mezcla de oxgeno y acetileno, con el propsito de producir una flama caliente para fundir la base metlica y el metal de aporte, en caso de que se utilice..En general la soldadura por fusin observamos los siguientes tipos: Soldadura TIG- MAG - MIG. Soldadura por arco. Soldadura por plasma. Soldadura por puntos. Soldadura con rayo de electrones. Soldadura por rayo lser. Soldadura aluminotrmica. Soldadura GMAW. Soldadura por electro-escoria.2.-DEFECTOS O DISCONTINUIDADES DE UNIONES SOLDADAS

Hablamos de una discontinuidad como la interrupcin de la estructura tpica (o esperada) de una junta soldada. En este sentido, se puede considerar a la discontinuidad como la falta de homogeneidad de la materia fsica, mecnica o metalrgica, de la soldadura. La existencia de discontinuidades en una junta soldada no significa necesariamente que sta sea defectuosa. Esta condicin depende del uso que se le dar a la junta, y dicha discontinuidad se caracteriza mediante la medida y comparacin de las propiedades observadas contra niveles de aceptacin establecidos en un cdigo de diseo o el contrato correspondiente. Por lo tanto, se considera una junta soldada defectuosa cundo contiene discontinuidades que no cumplen con los requisitos necesarios, por ejemplo, para un determinado cdigo. Las juntas defectuosas deben, en general, ser reparadas o reemplazadas, incluso. Podemos mencionar cuatro tipos discontinuidades: Discontinuidades Dimensionales. Discontinuidades Estructurales.Discontinuidades en relacin con las propiedades deseables de la regin de la soldadura.Discontinuidades en relacin con las propiedades del metal base.2.1.- DISCONTINUIDADES DIMENSIONALESPara la fabricacin de una estructura soldada, es necesario que tanto la estructura como su soldadura tengan formas y dimensiones cercanas (dentro de las tolerancias) a lo indicado en los planos de diseo. Si al realizar una medida se encuentra un valor por fuera de los requisitos aplicables esto debe ser considerado un defecto, lo que requiere su correccin antes de la aceptacin final de la estructura.Las principales discontinuidades estructurales son los siguientes:Deformacin:Es el cambio de forma de la pieza soldada debido al aporte trmico sobre el material durante la soldadura. Estos problemas son corregidos o controlados con medidas tales como:- Realizar seguimiento del trabajo de forma cuidadosa, atendiendo al diseo y planos.- Planificacin de la secuencia de deposicin de las soldaduras.- Preparacin adecuada de las juntas.- Si es requerido, la adopcin de tcnicas especiales para el depsito de soldadura.Los medios para eliminar o corregir los problemas de soldadura dependen del cdigo o especificacin considerado, el acuerdo entre el fabricante y el cliente, o incluso el equipamiento disponible.2.1.1.- La preparacin incorrecta de la Junta:Incluye la incapacidad para producir una junta con el tamao o la forma, por ejemplo, de acuerdo al diseo y adecuado para el espesor del material y el proceso de soldadura que ser utilizado. Un fallo de este tipo puede incrementar la tendencia a la formacin de discontinuidades estructurales en la soldadura, que requieren correccin antes comenzar a soldar.2.1.2.- Dimensiones incorrectas de la soldadura:Las dimensiones de una soldadura se especifican para satisfacer un determinado requisito, por ejemplo, un adecuado nivel de resistencia mecnica. Soldaduras con dimensiones por debajo de las especificadas son consideradas defectuosas y deben ser corregidas, dimensiones de soldadura por sobre el diseo implicarn un derroche de material aportado y pueden aumentar las posibilidades de deformaciones e incorporar problemas adicionales (adems de un incremento de costos). Las dimensiones de la soldadura deben ser verificadas por medio de galgas.Perfiles adecuados de las soldaduras de filete y sus dimensiones, pierna, garganta, cordn cncavo(a) o convexo (b).

FIGURA 2.1: Dimensiones de la Soldadura

2.1.3.- Perfil incorrecto de la soldadura:El perfil de la soldadura (forma) es relevante, dado que bruscas variaciones de la geometra pueden actuar como concentradores de tensiones, lo que facilita la aparicin de fisuras. El perfil del cordn puede tambin ser considerado como inapropiados cuando (i) facilita que la escoria quede atrapada entre pasadas de cordones, (ii) puede llevar a la acumulacin de residuos y por lo tanto debilitar la resistencia a la corrosin de la estructura o (iii) provocar que, en algunos lugares, las dimensiones de la soldadura sean incorrectas. Este tipo de discontinuidad se asocia generalmente con problemas al ejecutar la operacin de soldadura (manejo incorrecto del electrodo, parmetros de soldadura desajustados, la inestabilidad del proceso, etc.)

GargantainsuficienteConvexidad excesivaMordeduraSolapadoPierna insuficienteFalta de penetracin

FIGURA 2.2: Perfiles Incorrectos.

2.1.4.- Formato incorrecto de la Junta:Una junta con dimensiones incorrectas ocasionar seguramente problemas a la hora de ejecutar la soldadura, pudiendo potenciar mltiples defectos. Tan importante como las dimensiones de la junta es el armado de la misma, presentacin y punteado de la pieza; un error puede conducir a problemas como la desalineacin en las juntas a tope (figura siguiente).

FIGURA 2.3: Desalineacin de una junta a tope.

2.2.- DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES EN SOLDADURAS POR FUSIN (DEFECTOS)2.2.1.- Porosidad:La porosidad est formada por la emanacin de gases en la parte posterior del bao de soldadura durante la solidificacin. Los poros suelen tener una forma esfrica, pueden formarse tambin poros alargados (porosidad de gusano), y por lo general estn asociados con exceso de hidrgeno o residuos que al ser quemados provocan gases. Las principales causas operativas de la formacin de poros estn relacionadas con la contaminacin con suciedad, xido y humedad en la superficie del metal base, el estado del material consumible (aporte de soldadura) o el estado del equipo de soldadura y su regulacin (por ejemplo, el sistema de refrigeracin y los rodillos tractores en procesos semi automticos o automticos) o por falla en la atmsfera de proteccin de la pileta lquida (debido a turbulencias en el gas de proteccin, un flujo muy alto de gas, problemas con el propio equipo o el efecto de las corrientes de aire).Parmetros de soldadura inadecuados como sobrecorriente y el arco demasiado largo, pueden tambin causar la formacin de porosidad, particularmente en la soldadura SMAW (electrodo revestido).

FIGURA 2.4: Distribucin en las Soladuras (a) uniformemente distribuida, (b) en grupos (asociado, en general, con retomas o la interrupcin del arco) y (c) alineada (Lo que suele ocurrir en la pasad de raz).

2.2.2.- Inclusiones de escoria:Este trmino se utiliza para describir las partculas de xido u otros slidos no metlicos atrapados entre pasadas de soldadura o entre el metal de soldadura y el metal base (figura siguiente). En general una escoria est formada por materiales poco solubles en el metal fundido y tienden a flotar en la superficie del bao de soldadura, debido a su baja densidad. Un mal manejo del electrodo durante la soldadura puede ocasionar que parte de la escoria no sea levantada y que quede atrapada dentro de la pileta lquida. Adems, en la soldadura con mltiples pasadas, parte de la escoria depositada por pasada, y que no fue removida adecuadamente, puede ser excesiva y no podr flotar en la pasada siguiente, quedando atrapada bajo el cordn de soldadura. Varios factores pueden dificultar la eliminacin de la escoria, incluyendo el depsito de un cordn irregular o el uso de una preparacin de junta muy estrecha o inadecuada. Este tipo de discontinuidad aparece, en general, con una forma alargada en las radiografas. Inclusiones de escoria pueden actuar como concentradores de tensiones y favorecer el inicio de fisuras.

FIGURA 2.5: Inclusiones de Escoria.

2.2.3.- Inclusiones de tungsteno:Este tipo de inclusin puede ocurrir en el proceso GTAW (TIG) cundo el electrodo de tungsteno toca la pieza de trabajo o la pileta de fusin, lo que produce la transferencia de partculas de tungsteno que quedarn atrapadas, y no diluidas, en el cordn solidificado.2.2.4.- Falta de fusin:Este trmino se refiere a la ausencia de unin en la soldadura entre las pasadas adyacentes o entre el cordn de soldadura y metal base (figura siguiente). La falta de fusin es causada por un aporte deficiente de calor sobre la junta a soldar como consecuencia, por ejemplo, de una mala tcnica de soldadura al manejar el electrodo, el uso de una soldadura de muy baja energa, la soldadura sobre biseles demasiado estrechos, o incluso la falta de limpieza de la junta a soldar. Esta discontinuidad es un concentrador de tensiones severo, que puede facilitar el inicio de fisuras, y reduce la seccin efectiva de la soldadura apta para resistir esfuerzos mecnicos.

FIGURA 2.6: Fusin Incompleta

2.2.5.- Falta de penetracin:El trmino se refiere a la presencia de una zona sin fusin al intentar fundir completamente la raz de la junta. La falta de penetracin es causada por varios factores, destacndose el manejo incorrecto del electrodo, un diseo inadecuado de la junta (apertura de raz muy pequea o ngulo de bisel muy cerrado que no permite llegar al fondo de la junta). Pueden influir, la eleccin de un electrodo demasiado grande para una junta dada (en muchos casos prcticos se hace difcil o imposible, dirigir el arco a la raz de la junta), o el uso de una baja energa de soldadura. La falta de penetracin provoca una reduccin en la seccin til de la soldadura, adems de ser un concentrador de tensiones.Cabe sealar que a menudo se especifican juntas que tienen una penetracin parcial. En tales casos, la falta de penetracin, siempre y cuando se mantenga dentro de lo especificado, no se considera un defecto en la soldadura.

FIGURA 2.7: Falta de Penetracin.

2.2.6. Mordedura o Socabadura:Este trmino se utiliza para describir cavidades agudas formadas por la accin de la fuente de calor de soldadura por arco, entre una pasada y el metal base o entre pasadas contiguas. Cuando se produce en la pasada de terminacin, la mordedura causa una reduccin en el espesor efectivo de la junta y puede actuar como un concentrador de tensiones (figura siguiente). Cuando se forman dentro de la soldadura, puede conducir a que se genere una falta de fusin o la inclusin de escoria. Las mordeduras son causadas por un manejo inadecuado de los electrodos, la retencin excesiva del arco sobre una cara de la junta, y por la corriente o alta velocidad de soldadura.

FIGURA 2.8: Mordedura y Socabadura

2.2.7.- Cavidad de Crter:Un crter representa una forma casi circular que se produce a la terminacin de cada cordn y se extiende de forma irregular en el metal de soldadura como puede verse en figura siguiente. Su causa es la contraccin durante la solidificacin del metal fundido como resultado de una brusca interrupcin del arco. Estos crteres pueden ser motivo de iniciacin de fisuras. A veces estn asociados a la falta de fusin, de sta forma este defecto puede ser muy perjudicial. Pueden ser evitados con una reduccin gradual de corriente que permita el acceso a la cavidad de la ltima porcin de lquido.

FIGURA 2.9: Cavidad de Crter.

2.2.8.- Fisuras:Se consideran, en general, las discontinuidades ms graves ya que representan fuertes concentradores de tensiones. Resultan en general de la accin de esfuerzos de traccin (tensiones transitorias, residuales o externas) en un material que no es capaz de resistirlos. Pueden estar asociadas en general a un problema de fragilidad. Pueden aparecer durante o inmediatamente despus de la soldadura, en algunos materiales aparecen horas despus de terminada la soldadura o en procesos de fabricacin posteriores a la misma, o durante la condicin de trabajo de la junta soldada. La figura siguiente muestra una fisura formada en la solidificacin del cordn de soldadura.La siguiente figura se da en el centro de la junta formada por una lmina de acero de bajo carbono de 9 mm de espesor y un perno de acero SAE 1045. Ataque: 10% Nita.

FIGURA 2.10: Fisuras.

3.-FUNDAMENTOS DE LA METALURGIA

Lasvariablesde losprocesosinducendistintostipos deestructurasmetalrgicasdelosmateriales,y de allsederivanlaspropiedadesmecnicasdelasjuntas.Elconocimientode losprincipiosmetalrgicospermitealpersonaldesoldadurapreverlasconsecuencias deunadecisinrespectoalamultiplicidaddevariablesde losprocesos.3.1.- Principiosbsicosdemetalurgia

Losmetalesenestadoslido,estnformadosporunconjuntodecristalesdenominadosgranos,que tienendiferentesformasy tamaossegnlos elementosqumicosquelocomponen,laformade fabricacindelmaterial:Fundido,laminado,forjado,ylostratamientostrmicosdetemplado,revenidos, etc.aquefuesometido.Laspropiedadesdelosmetalesdependenjustamentede esostresfactores,composicin,mtodode fabricaciny tratamientostrmicos.

3.2.- MetalurgiaBsicadelosAceros:

Sedenominaaceroauna aleacindehierroycarbonohasta1.7%enpeso,quepuedeo notener agregadosdeotroselementosdealeacin,talcomoelmanganeso,silicioeimpurezascomoelazufrey fsforo.Paraentenderelcomportamientodelasunionessoldadasdeacerodurantesuejecucinysuvidaen servicionecesarioconocersumetalurgiabsica.Dos caractersticasfundamentalesdelosaceros provocanqueexistanunampliorangodepropiedadesy comportamientosposibles:a)Elhierroy lamayoradesusaleaciones,alsercalentadosoenfriadosadeterminadastemperaturas sufrentransformacionesalotrpicas(cambiosenla estructuracristalina).b)Cambiosenloscontenidosde loselementosdealeacinpresentesenlosaceros,causangrandes cambiosenlaspropiedades,fsicas,qumicasymecnicas.3.3.- Fasespresentesenlos acerosysustransformaciones:Lastransformacionesalotrpicasquepresentaelhierrodependende lastemperaturasalasquese encuentre,estas transformacionesestnrepresentadasenunacurvadeenfriamiento.Hastalatemperaturade768C,elhierropresentaunaredcristalinacbicacentradaenelcuerpollamadahierroalfa o ferritayesmagntico.De910a1400C,laestructuradelhierroescbicacentradaenlascaras.Estaestructurarecibeelnombre deaustenita o hierrogamma,y esnomagntica.Arribadelos1400C,yhasta1536C,temperaturadefusin,la estructuraesnuevamentecbicacentradaenelcuerpoy sellamahierrodelta.

3.3.1EldiagramaHierro Carbono:Lafiguramuestraundiagramadeequilibriodehierrocarbonoenelqueestnindicadoslas transformacionesdeequilibriotermodinmico,o enfriamientolento,quesufrenlosaceros,deacuerdoa lastemperaturasy porcentajesdecarbono.Enestediagramatambinestnindicadosaspectostales comolasolubilidaddelcarbonoencadaformaalotrpica delhierro.Comovimos,elhierrofundido,alenfriarsecambiade lafaselquidaalaslida.Losmecanismosdeeste cambiosondos:lanucleacindepartculaspequeasde lafasenuevayelcrecimientoconelaumento deltamaodelosncleos.Loscristalesdehierrolohacenprimeramentecomohierrodeltayalproseguirelenfriamientose transformanenaustenita,cuyas transformacionessucesivasresultandegranimportanciaprctica.Siporelcontrarioelenfriamientohasta temperaturascercanasalambienteestanrpidoqueelcarbono nopuededifundir(comosucedeenlostratamientostrmicosdetemple)lafaseresultanteserla martensita,quetiene unaestructuratetragonalcentradaenelcuerpo.Esta estructuraesmeta establey muyduraymuyfrgil.3.3.2 CurvasT.T.T.Sisegraficaencoordenadastemperaturavs. LogaritmodetiemposeobtieneelllamadodiagramaTTT tiempo,temperatura,transformacin-o diagramaisotrmicoocurvasC,cuandolatemperaturasebaja rpidamente.Estosdiagramasmuestranlatemperaturayeltiempoenqueinicia(0%)y finalizael100%delatransformacindelaaustenitadelaceroen perlita,luegoenbainitayfinalmenteenmartensita. Complementan,dealgunamanera,eldiagramaFe-Cde equilibriotermodinmico,oenfriamientolento. Comoyasealramos,estosdiagramassealteransegnlacomposicindelos elementosdealeacindel acero.Losacerosnoaleadostienenunabaja capacidaddetemplabilidad,Eltemplesolopuede realizarseporun enfriamientomuyenrgico.A medidaqueagregamoselementosdealeacin,el templepuedeefectuarse porenfriamientomoderado,loquepermitedecirqueestosacerostienenelevadopoderdetemple.Afindeevitarlosproblemasdefragilidadsesometealosacerosaun tratamientoderevenido,quevaacompaadopor laprdidadedureza.Elrevenidoconsisteensometeralapieza auncalentamiento lento,manutencinduranteuntiempoalatemperaturaconlafinalidaddehomogeneizarlasestructuras interioresyenfriadocalmo.Lastemperaturasalascualesserealizanlosrevenidossonvariables,dandolugaradistintosgradosdeprdidasdedureza.3.3.3.Las CurvasTTTysuaplicacinenlasoldadura:Paraundadomaterialbase,podemospredeciralestructuraresultanteenbasealcalor aportado,el espesory latemperaturadeprecalentamiento,determinandolavelocidaddeenfriamientodeunajunta soldada.SisuperponemoslacurvadeenfriamientocontinuoaldiagramaTTTdelaceroautilizar, podemosdeterminaren primeraaproximacinculessernlasestructurasmetalogrficas.Enlasoldaduradelosacerosesimportantequelastransformacionesresultenenobtenerestructuras perlticasobainticascompletas,evitandolaformacindemartensita,que como hemosvisto,resulta duray frgil,propensaalafisuracin.3.4 .Influenciadelos elementosdealeacin:Loselementosdealeacinenlosaceros influyenensuspropiedadesyensucomportamientoenprocesos talescomolasoldaduray lostratamientostrmicos.Carbono:presente hastaun2%,puedeestar disueltoocombinadoformandocarburos.Aumentala resistenciamecnicaylarespuestaalostratamientostrmicos,facilitandolacapacidadde endurecimientoportempley disminuyelasoldabilidad.Azufre:generalmentepresentecomoimpureza,debidoaqueformacompuestosdebajopuntodefusin,sulfurodehierro.Esindeseableparalosprocesosdesoldadura.Encontenidosmayoresa0,05%causa fragilizacinencalienteyreducelasoldabilidad.Sepresentacomoelementosdealeacinprincipalen acerosdemaquinadorpido,resulfurados.Fsforo:Generalmentepresentecomoimpureza.Esindeseableparalosprocesosdesoldadura.Encontenidosmayoresa 0,04%causafragilizacinenfro.Sepresentacomoelementodealeacinprincipal enlosacerosdemaquinadorpido,refosforados.Silicio:Se empleacomodesoxidanteenacerosdebajocarbonopor laformacindedixidodesilicio.Se disuelveenelhierroy aumentalaresistenciamecnicaylatenacidad.Manganeso:Elementosolubleenhierro,mejoralaspropiedadesmecnicasdisminuyelosefectosdel azufredebidoalaformacinpreferencialdesuscompuestos(sulfurodemanganeso)encontenidos mayoresa1%reducelasoldabilidad,Cromo:Parcialmentesolubleenhierro,tiendearetenerlafaseferrita.Enacerosdemediaaleacin,hasta un9%,aumentalaresistenciaalaoxidacin,latemplabilidadylaresistenciamecnicaaaltas temperaturas,reducelasoldabilidad.Encontenidosmayoresa12%aumentalaresistenciaalaoxidacin ycorrosinen talgradoqueformalafamiliadelosacerosinoxidables.Molibdeno:Generalmentepresenteencontenidosnomayoresal1%.Aumentalatemplabilidadylaresistenciaalacorrosin,afinaelgranoeincrementalasoldabilidad.Nquel:Enlosacerosdebaja aleacinaumentalatenacidady disminuyelatemplabilidad.Enlosaceros inoxidables(contenidosmayoresal12%deCr)seadicionadeun8a35%y retienelafaseaustenita. Mejoralasoldabilidad.Aluminio:Esutilizadocomodesoxidante,afina elgranomejorandolatenacidad,mejoralasoldabilidad. Gasesdisueltos:Elhidrgeno,eloxgenoyelnitrgenosedisuelvenenelhierrofundidoy si noson eliminadosgeneralmentelofragilizan.Elefectototalde loselementosdealeacininfluyeenelcomportamientodelosacerosalsersoldados.Porejemplounacerodecontenidosbajosdecarbono(hastaun0,10%C)tiene resistenciamecnica relativamentebaja,para incrementarlaesnecesarioaumentarelcontenidode esteelementoperolos acerosconcontenidosmayoresde0,30%deCsonsoldablescondificultad.PequeasadicionesdeSi, Mn, Cr,y Moaumentanconsiderablementelaresistenciamecnicaenceros decontenidosdecarbono relativamentebajos(del0,10al0,25%deC).3.5.-Fenmenosqueocurrendurantelasoldadura:Enlasoperacionesdesoldaduraporfusincono sinmetal deaportesucedenlossiguientesfenmenos:Calentamientolocalrpidode losmetalesbasey deaporte,Formacindeunazonademetalfundidodondeporlomenosenunaparte provienedelmetalbase,Enfriamientorpidodelconjuntometalbase y soldadura,Gradientedelatemperaturade enfriamientode lazona fundidayadyacente.Lascaractersticasdelciclotrmicoylacantidaddemetal quesefundendependendenumerosos factoresgeomtricosytecnolgicose influyenenlaestructurametalrgica,enlaspropiedadesmecnicas yenlasanidadde launinsoldada.Latemperaturamximaalcanzada,laextensinde lazona delmetalcalentada(zonaafectada trmicamente ZAT),lavelocidaddesolidificacindelmetalfundidoylavelocidaddeenfriamiento dependenprincipalmentedelcaloraportadodurantelasoldadura,delatemperaturade precalentamientoinicialdelmetalbase,delespesory lageometradelajunta.Ladistribucinde lastemperaturasdesdeelejecentraldelasoldadura hacia elinteriordelmetalbase, muestraungradienteendisminucin,desdelatemperaturadefusin,enlazonafundida,hastavalores cercanosalatemperaturaambienteamedidaquenosalejamosdelcentrodelasoldadura.As,ensoldadura,distinguimostreszonasimportantes: Lazona demetalfundidode granoscolumnares.Lazona demetaltransformado,o zona trmicamenteafectada,adyacentealasoldadura,dere cristalizacindelmetal,congranosequiaxiales,Lazona demetalbasequenofue calentadasuficientementeparaproducircambiosestructuralesenella, que mantienelaestructuraproductodeladeformacinenfro,degranosalargados.Lazona fundidapresentaunaestructurade granofino,generalmentecolumnar,ysimilaralaestructuras tpicasdefundicin,queresultamenosdctil y msduray resistentequeelmetalbase.Lazona afectadatrmicamente,presentadistintassubzonas,fundamentalmenteuna zona degranos crecidosenellmitedelalneadefusiny unazonade granostransformados,equiaxialesamedidaque nos alejamosdela lnea defusin.Las caractersticasde staszonasvaradependiendodelacomposicin qumicadelmetalbase,y laspropiedadesseajustanenfuncindedichacomposicinqumicayla velocidadde enfriamientoocurvadetemple,dandolugar alaformacindefases quetiendenaser martensticas.3.6.-El Ciclo trmico y suefecto metalrgico:ELcaloraportadopuedesercalculadopor lasiguientefrmula:H(Joule/pulgada)= Tensin(voltios)xCorriente(amperios)x1000Velocidaddepasodelelectrodoenpulg./min.En trminosgenerales,alaumentarelcaloraportadoy latemperaturadeprecalentamientose incrementanlaextensindelaZAT,latemperaturaalcanzaday sedisminuyelavelocidadde solidificacinyelenfriamiento.Asimismo,alaumentarelespesordelmetalbase,lavelocidadde enfriamientoseincrementa.Lascaractersticasdelciclotrmico,principalmentelavelocidaddesolidificacindelmetaldeaportey la velocidadde enfriamientodelconjunto,influyenenlaestructurametalrgicadelconjunto,elcualaltera laspropiedadesmecnicas.Algunosdelosefectosdelciclotrmicodurantelasoldadurason: Lastensionesresidualesdelcalentamientolocalizadoquepuedenresultarendeformacionesy distorsiones. Unareduccindelaductilidado elendurecimientoenlazonaafectadatrmicamentepuedeprovocar agrietamientoofragilidaddelauninsoldada. Sereducelatenacidadde lajunta,principalmenteenlaZAT. Enmaterialestempladosyrevenidos,disminuyelaresistenciamecnicaenlaZAT.Estosefectospuedenserdemayor o menorintensidad,dependiendodelmaterialque sesuelda,y delas velocidadesdesolidificacinyenfriamientodelaunin.Eltiempodesolidificacinafectadirectamentelaestructuradelmetaldesoldadura.Amayortiempo,la estructuraesmsgruesa.Estoesimportante,yaqueenla mayorade losmetales,laresistencia mecnica,laductilidad,latenacidadyla respuestaaltratamientotrmicosevenafectadas desfavorablementeporunaestructuradendrticagruesa.Porotraparte,lavelocidaddeenfriamientoinfluyeenaspectostalescomoelcrecimientode granoyen lastransformacionesdefase,especialmentecuandosetratadeacerostratablestrmicamente.3.7.-Soldabilidad de los materiales:3.7.1.-Concepto genrico de Soldabilidad.Losmetalesengeneralnoexhibenigualfacilidadparaser soldados.Estapropiedad,hastael presenteno escuantificableysolopuedendefinirsetendenciaseinfluenciasdeciertosparmetrossobreloquese denominaSoldabilidad.EnformamsprecisapuededefinirsealaSoldabilidadcomola mayoromenorfacilidadconqueunmetalpermitequeseobtengasoldadurassanasy homogneas,querespondenlasnecesidadesparalas quefueronconcebidas,incluyendolos requisitosdefabricacin,norepresenteungradoexcesivode dificultado necesitarprocedimientosdesoldaduraelevadamentecostosos.3.7.2.-Concepto metalrgico.Loselementosdealeacindelacero,determinanlatemplabilidadyladurezadelmismo,condicionando desdeahsusoldabilidad.Fundamentalmenteelcarbono,luegoelmanganesoy elsilicio.Lafrmuladel Carbonoequivalenteparadeterminarlasoldabilidadsatisfaceestecriterio.Unade lastantasexpresiones delcarbonoequivalentees:CarbonoequivalenteC.eq.= C %+ Mn%+Si%quedebersermenora0,62.44EstauotradelastantasymscomplejasfrmulasparadeterminarelCarbonoEquivalente,son utilizadasafindedeterminarculeselcuidadoatomar encuentaparaelenfriamientodelasoldadura.Sirvenparadeterminarculeslatemperaturadeprecalentamientoquepermiteunacurvade enfriamientotalqueevite laformacindefases frgiles.3.7.3.-Concepto relacionado con el proceso:Elprocesodesoldadurapuedeseruna fuentededificultadesafindeobtenersoldaduraslibresdefallas, lamscomndelascualeseslafisuracin,siguindolelaocurrenciadeporosidad,faltadefusin,fallas deraz,etc.Lafisuracindelasoldadurapuedeserdebida,ademsde losproblemasdetemplabilidad,alos siguientesfactores: Diseodelcordndesoldadura:Una inapropiadarelacinentreanchoy profundidadpuededarlugara larotura. Unelectrodoconcontenidodehumedadenexceso,hacepropensalafisuracindebajodelcordn. Uninadecuadoprecalentamiento,quenoalcanzaaevitareltemple. Unauninconelevadarestriccinalmovimiento. Elusodeaporteconbajaductilidad. Unaceroconaltocontenidodeinclusionesnometlicas.Losporosestnasociadoahumedadenelaporte,enelmetalbaseaunainapropiadaproteccingaseosa, alaexposicinalviento.Lasfaltasdefusinylasfallasde razpuedendeberseaunabajacorriente,alatcnicadesoldadura.Lasdistintasvariablesoperativasdelosprocesodesoldadurainfluyendemaneracategricaenelaporte delosaleantesyestructurasfinalesque seobtienen.Laspropiedadesmecnicasdelasoldadura(zonaafectadatrmicamenteymetalfundido)estn condicionadaspor losaleantesylaobtencinde lasestructurasmetalrgicasadecuadas. Realizadounensayo,si laspropiedadesmecnicasy qumicasdelasoldaduranosatisfacenlos requerimientos,lasoldabilidadnoes laadecuada.3.8.- Seleccindemateriales.Enesta seccin,trataremosdeexponeraquellosconceptosquedebe tomar encuentaelproyectistapara seleccionarlosmaterialesala horadeldiseodelaestructura.Cuandoseseleccionaunaceropara lafabricacindeuna piezasetomaencuentaen primertrminosuresistenciamecnicaenformatalqueresulteaptoparasoportarlosesfuerzosaquequedarsometida.Si luegoenservicioseproducesurotura,lomssimpledepensaresquelosesfuerzosaquefuesometida hansuperadosuresistencia.Sinembargo,siseconsidera queelclculodedimensionamientoseefecta conconocimientosprecisosde losesfuerzosysobrecargasposiblesysi todavasetieneencuentaquese aplicancoeficientesdeseguridadelevados,es lgicodeducirquelaroturaenserviciotienequeresultar comoconsecuenciadecasosanormales.Aldimensionarunaestructura,separtededospremisas: Queelmaterialesisotrpico,(todassuspropiedadessonigualesen todaslasdirecciones). Quelastensionessedistribuyenregularmenteenlaseccinresistente.Puesbien,ambas premisassonsoloaproximaciones,puessabemosqueelacerocontieneimpurezasque sedistribuyenalazary luegodelaminadasseencuentranorientadaspreferentementeenunadireccin, dandolugarapropiedadesmecnicasdistintasenlastresdireccionesposibles.Porotraparte,lastensionesvarandeunpuntoaotropor cambiosdeforma,orificios,etc.,provocando puntosdeconcentracindetensiones.Auncuandosea posibledeterminarlos esfuerzosenlospuntosdeconcentracin,existenotrascausasdeirregularidadesenlastensionesprovocadasporefectosde entalla,debidoadefectossuperficialesde mecanizado,por ejemplogrietas,inclusiones,tensionesinternas,defectosdemontajey otros quepueden ocasionaresfuerzoslocalesqueponganen peligrolaseguridaddelapieza.Esasentoncesque,anfrenteauncuidadosodimensionamiento,siempreesposiblequeenciertospuntossecreentensionessuperioresalaresistenciadelmaterialy seproduzcalarotura.Talrotura,an localizada,no tardaren propagarsedebidoalefectode entallaenelextremodelaprimeragrieta presente.Elacero,sinembargo,poseeuna propiedadquelohaceextraordinariamenteseguroparasoportar esfuerzossuperioresasulmiteelstico,y elloessuplasticidad,quenoesotracosa quelaaptitudpara deformarsesinromperseyenvirtudde lacual,cuandosesobrepasaellmiteelstico,sufre una deformacinsinque seinicielarotura.Esnecesarioaclararqueduranteel procesodedeformacinplsticayantes dellegaralarotura,elacero sufresucesivosaumentosderesistenciaaladeformacin.Abajas temperaturasseelevaellmiteelsticoentraccinysereducelacapacidaddedeformacinoductilidad,conlocualdisminuyesuautodefensacontralarotura.3.9.-Ladeformacinplsticadelosacerosylafractura:Lafracturaes laseparacindeuncuerposlidoendosomspartesbajolaaccindeuna tensinyse puedeconsiderarcomoresultadode laaccindedosprocesos,lainiciacinylapropagacindegrietas. Sedefinendostipos defractura,lafracturadctil,que secaracterizaporuna apreciabledeformacin plsticaantes y durantelapropagacindegrietasy lafracturafrgilquesecaracterizaporunarpida propagacinsindeformacinaparente.Elcomportamientodctil ofrgildeunaceroysuvinculacinconlasoldaduranoestrelacionado solamenteporelviolentociclotrmicoqueimpone,lastransformacionesmetalogrficasqueprovocay lastensionesresidualesque crea,sinotambinporlapresenciao nodeentallas,seexplicapues,quelos diferentescdigosdeaceptacinnoadmitangrietasofalta depenetracinofusiny quesoloacepten, limitadamente,laporosidadylasinclusionesdeescorias,quesonentallasmenosseveras.3.10.-Laspropiedadesmecnicasdelos acerosestructurales.Enelcasodelosaceros,elcomportamientodelosacerosdestinadosalaconstruccinsoldadadepende denumerososfactores,siendolosmsimportantessucomposicinqumica,espesor,microestructura, tensionesresidualesytipodecarga,la limpiezainterioropureza.Porotraparte,suspropiedadesms sobresalientessonsuresistenciay ductilidad,suplasticidado tenacidadalafractura,suresistenciaalafatiga,suspropiedadesvinculadasconlatemperaturaysu resistenciaalacorrosin.Lacomposicinqumicay elespesorse especificanalseleccionarelaceroparaundadodiseo. Lamicroestructuraeselresultadodesuprocesodefabricacinenlaaceraydesuconformado posterior.Lastensionesresidualesy supurezatambindependendelprocesodefabricaciny eltipodecarga,latemperaturadeservicioy laresistenciaalacorrosinestnnormalmentedeterminadosporelservicioa quequedarsometidalapieza.Paraelespecialistaensoldadura,serla metalurgiaun importantefactor,pueslaspropiedadesmecnicasdelaceroestnrelacionadasconellatantoporlaformacomoporladistribucindesus constituyentesmetalogrficos.Porotraparte,lastensionesresidualesylapurezadelacerotienen,adems,fuerte influenciaenla fabricacindelaestructurasoldada.Losdatosbsicosrelativosalaresistenciay ductilidadsededucendelensayodetraccin,enelcualse someteaunacargaun-axialunapequeaprobetadelmaterial.Elresultadodelensayopermiteconstruir undiagramadetensiones-deformacionesparaobtenerlosvaloresdetensiny deformacin convencionalesquenosinteresanpara eldiseo.As,latensindefluenciaesconvencionalmentedeterminadaporlatensinalacuallaprobetahasufridounalargamientoplstico.(Permanente)del0,2%.

Laductilidadsepuedemedircomoporcentajedealargamientoy comoporcentajedeestriccin.Elporcentajedealargamientoes larelacinentreelincrementode longitudentrelospuntosdemedicin inicialmentemarcadosenlaprobetay ladistanciainicialentreellos.Elporcentajedeestriccin,o reduccinderea,eslarelacinentreladiferenciadereasinicial y final(despusdelarotura)yelrea inicial.Laspropiedadesmecnicasdealgunosdelosacerosestructuralespermitenclasificarlosencuatrogrupos segnelrangoaproximadodelamnimatensindefluencia:1. Acerosalcarbono:de21a28 Kg/mm2.2. Acerosdebaja aleacindemediaresistencia:28 a49kg/mm2.3. Acerosalcarbonoyacerosdebajaaleacindealtaresistencia,tratadostrmicamente:32a70 kg/mm2.4. Acerosdeconstruccinconaleacin,tratadostrmicamente:63a70kg/mm2.Lascaractersticasparticularesdecadaunodelos gruposdeaceros indicadospermitenalproyectistade laestructurasuseleccin.Lasoldabilidadde losacerosquedadeterminadaporlacomposicinqumica, paralocualdebemosutilizarelcriteriodelcarbonoequivalentey determinarlascondicionesde velocidadde enfriamientonecesariaspara evitarlaaparicindefisuras.Lavelocidaddeenfriamientoesdependientedelosespesoresdelosmaterialesasoldar,delcalor aportadoo larelacinentrelacorriente,latensiny lavelocidaddepasada,yelprecalentamiento.LasestructurasmetalrgicasfinalesdelaZona AfectadaTrmicamentedelasoldaduray laspropiedades mecnicasobteniblessernproductodelacombinacindecadaunode loselementos ovariables anteriormentevistas.Laadecuadaseleccinde losvaloresdeestasvariablespodrdaralfinalel resultadodeseado.

4.-SOLDADURA SMAW (Shielded Metal Arc Welding)4.1.- La Soldadura Elctrica Por Arco.Es un proceso de soldadura, donde la unin es producida por el calor generado por un arco elctrico, con o sin aplicacin de presin y con o sin metal de aporte.

La energa elctrica se transforma en energa trmica, pudiendo llegar esta energa hasta una temperatura de aprox. 4 000C. La energa elctrica es el flujo de electrones a travs de un circuito cerrado. Cuando ocurre una pequea ruptura dentro de cualquier parte, o apertura del circuito, los electrones se mueven a gran velocidad y saltan a travs del espacio libre entre los dos terminales, produciendo una chispa elctrica, con la suficiente presin o voltaje para hacer fluir los electrones continuamente. A travs de esta apertura, se forma el arco elctrico, fundindose el metal a medida que se avanza.El arco elctrico es, por lo tanto, un flujo continuo de electrones a travs de un medio gaseoso, que genera luz y calor.4.2.- Soldadura Por Arco Elctrico Manual Con Electrodo Metlico Revestido.Este tipo de soldadura es uno de los procesos de unin de metales ms antiguos que existe. En la que se utilizaba un electrodo de carbn para producir el arco elctrico, pero no es sino hasta 1907, desarrolla el mtodo de soldadura con electrodo recubierto, tambin conocido como mtodo SMAW (Shielded Metal Arc Welding). Fue el primer mtodo aplicado con grandes resultados, no solo de orden tcnico, sino tambin de orden econmico, ya que este proceso permiti el desarrollo de procesos de fabricacin mucho ms eficaces, y que hasta hoy en da solamente han sido superados por modernas aplicaciones.

FIGURA 4.1: Diagrama Esquemtico del Proceso de Soldadura

4.2.1.- Idea Del ProcesoLa soldadura por arco elctrico manual con electrodo revestido o simplemente Soldadura Elctrica, como la conocemos en nuestro medio, es un proceso de unin por fusin de piezas metlicas.Para lograr la unin, se concentra el calor de un arco elctrico establecido entre los bordes de las piezas a soldar y una varilla metlica, llamada electrodo, producindose una zona de fusin que, al solidificarse, forma la unin permanente.4.2.2.- Principio De Funcionamiento De La Soldadura Por Arco ElctricoEl equipo consta de:

1.- Generador de corriente (Fuente de poder).2.- Cables de conexin.3.- Porta-Electrodo.4.- Masa o tierra.5.- Electrodo.6.- Pieza de trabajo.

FIGURA 4.2: Partes del Circuito de Soldadura por Arco Elctrico.

El circuito se cierra momentneamente, tocando con la punta del electrodo a la pieza de trabajo, y retirndola inmediatamente a una altura preestablecida, formndose de esta manera un arco. El calor funde un rea restringida del material base y la punta del electrodo, formando pequeos glbulos metlicos, cubiertos de escoria lquida, los cuales son transferidos al metal base por fuerzas electromagnticas, con el resultado de la fusin de dos metales y su solidificacin a medida que el arco avanza, segn puede verse en la Figura.

FIGURA 4.3: Fusin del Electrodo.

4.2.3.-Nociones De Electricidad Con Relacin Al Arco ElctricoPara comprender mejor la aplicacin del arco elctrico a la soldadura, es necesario conocer ciertos principios fundamentales relacionados con la electricidad.4.2.3.1.- El circuito elctrico.- La corriente elctrica es un flujo de electrones que circula por un conductor en un circuito cerrado, denominado circuito elctrico.4.2.3.2.- El circuito de soldadura por arco elctrico.- La corriente fluye a partir del borne de la mquina de soldar, donde se fija el cable del electrodo (1), y termina en el borne de la mquina, donde se fija el cable de tierra o de trabajo (2). Como puede observarse en la figura a partir del punto (1) la corriente fluye al porta-electrodo y por ste al electrodo; por el extremo del electrodo salta la electricidad a la pieza formando el arco elctrico; sigue fluyendo la electricidad por el metal base al cable de tierra (2) y vuelve a la mquina.El circuito est establecido slo cuando el arco se encuentra encendido.

FIGURA 4.4: Esquema bsico.

4.2.3.3.- Voltaje y amperaje.- El agua circula a lo largo de un tubo, si existe una presin que lo impulse; en la misma forma, la corriente elctrica fluye o circula a travs de un circuito, si existe una presin, que impulse el flujo de electrones dentro de un conductor (mquina en funcionamiento). Esta presin, que induce una corriente elctrica, se llama diferencia de potencial, tensin o voltaje. El voltaje se expresa en voltios y se mide con el voltmetro; algunas mquinas de soldar poseen voltmetro y un regulador de voltaje.La cantidad de agua, que pasa por un tubo, se mide por una magnitud en una unidad de tiempo (metros cbicos por segundo). En igual forma se utiliza, para expresar la magnitud de corriente elctrica, la cantidad de electricidad por segundo. La unidad utilizada es el Coulomb por Segundo, lo que se expresa en Amperios, y se mide con un instrumento llamado ampermetro. Todas las mquinas de soldar cuentan con reguladores, que permiten variar el amperaje o intensidad de corriente elctrica necesaria para soldar.4.2.3.4.- Clases de corriente elctrica.-Corriente alterna (CA).- El flujo de corriente vara de una direccin a la opuesta. Este cambio de direccin se efecta 100 a 120 veces por segundo. El tiempo 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 60 ciclos. Esta corriente es transportada por redes elctricas monofsicas que utilizan 2 cables, o bien es conducida por redes elctricas trifsicas, que utilizan 3 cables de transportacin. Las mquinas de soldar pueden utilizar tanto la corriente monofsica como la trifsica.Corriente Continua (CC).- El flujo de corriente conserva siempre una misma direccin: del polo negativo al positivo.Polaridad.- En la corriente continua es importante saber la direccin del flujo de corriente. La direccin del flujo de corriente en el circuito de soldadura es expresada en trmino de POLARIDAD. Si el cable del porta-electrodo es conectado al polo negativo (-) de la fuente de poder y el cable de tierra al polo positivo (+), el circuito es denominado POLARIDAD DIRECTA o NORMAL. Cuando el cable del porta-electrodo es conectado al polo positivo (+) de la fuente de poder y el cable de tierra al polo negativo, el circuito es denominado POLARIDAD INVERTIDA o INDIRECTA.

FIGURA 4.5: Polaridad.

Un soldador debe estar familiarizado con los efectos de la polaridad en el proceso de soldadura. Generalmente, el electrodo conectado al polo positivo (polaridad invertida) permite una mayor penetracin y el electrodo conectado al negativo (polaridad directa) da una mayor velocidad de fusin. Sin embargo, los componentes qumicos del revestimiento del electrodo pueden hacer variar los efectos de la polaridad y, por ello, es conveniente seguir las instrucciones del fabricante para conectar el electrodo correctamente, ya sea al polo positivo o negativo. Cuando se suelda con un electrodo, debe usarse siempre la polaridad correcta para obtener los resultados satisfactorios que se esperan: buena penetracin, aspecto uniforme del cordn, excelente resistencia de la junta soldada.

FIGURA 4.6: Efectos de la Polaridad.

4.2.4.- Fenmenos del arco elctrico para soldar.En los polos del arco, el voltaje vara segn la longitud de ste. Al rozar el electrodo con la pieza, el voltaje es cero y va aumentando a medida que la longitud del arco se hace mayor, hasta que -por alejarse demasiado el electrodo- el arco se interrumpe y la mquina vuelve a su voltaje en vaco, que es siempre ms elevado que el voltaje de trabajo.La intensidad de corriente o amperaje necesario para fundir el electrodo y, por lo tanto, la pieza a soldar debe elevarse a medida que aumenta el dimetro del electrodo utilizado. La regulacin o aumento del amperaje la hace el soldador.4.2.5.- Mquinas De Soldar Por Arco Elctrico.Son mquinas elctricas, de las cuales se exige adems de la suficiente potencia- las caractersticas favorables y necesarias para el fcil encendido y mantenimiento del arco elctrico, caractersticas que son indispensables para una buena soldadura. Estas caractersticas son: Transformar el voltaje de la red elctrica a un voltaje en vaco, que permita iniciar el arco (voltaje en vaco es el que suministra la mquina antes de iniciar el arco; vara de 30 a 90 voltios). Una vez iniciado el arco, debe permitir una conversin automtica e instantnea del voltaje en vaco a un voltaje de trabajo, que permita mantener el arco (voltaje de trabajo es el que proporciona la mquina cuando el arco est encendido; vara de 17 a 45 voltios). Permitir la regulacin de la intensidad de corriente o amperaje necesario para soldar; ese amperaje vara segn el dimetro, espesor de la pieza, posicin del trabajo, dimetro del electrodo, etc. Asegurar una alimentacin constante de corriente, que permita mantener el arco estable. Adems de las caractersticas sealadas, una fuente de poder o mquina de soldar debe reunir las condiciones de resistencia y solidez, que le permita trabajar aun estando sometida a las ms duras exigencias y segn las condiciones en que se desenvuelve la labor del soldador.4.2.5.1.- Clases de mquinas de soldar por arco elctrico.Hay diversos criterios de clasificacin peri aqu tomaremos el siguienteLas mquinas estticasMquinas tipo transformador.- Proporcionan corriente alterna para soldar.Mquinas tipo rectificador.- Son mquinas transformadoras que, mediante rectificadores, transforman la corriente alterna a corriente continua para soldar.Equipos transformador-rectificador.- Estas mquinas proporcionan tanto corriente continua como corriente alterna para soldar. Su construccin elctrica especial permite cambiar de una corriente a otra con slo mover una llave de conmutacin.Las mquinas rotativas o convertidoresEstn compuestas bsicamente de un motor, que proporciona una determinada velocidad de rotacin a un dnamo, el cual produce la corriente elctrica apropiada para soldar. El motor puede ser:Elctrico, funcionando con la corriente elctrica proveniente de una red general de electricidad. De combustin, sea gasolina o petrleo. Las moto-soldadoras son mquinas utilizadas preferentemente en los lugares que carecen de una red general de electricidad.

5.-SOLDADURA POR PROCESO GMAW (MIG-MAG).

La soldadura metlica por arco elctrico con proteccin gaseosa (Gas Metal Arc Welding - GMAW) es un proceso que produce la unin de los metales por fusin a travs de un arco voltaico establecido entre un electrodo metlico continuo (consumible de soldadura) y la pieza (ver figura siguiente).

FIGURA 5.1: Proceso de Soldadura GMAW.

La proteccin, tanto del arco como de la pileta de fusin, se consigue a travs de un gas o una mezcla de gases. Si este gas es inerte, no reacciona con el metal, (Argn/Helio), el proceso tambin se llama MIG (Metal Inert Gas). Por otra parte, si el gas es activo, reacciona con el metal, (Dixido de carbono, CO2, o las mezclas Argn Ar, Oxgeno O2, CO2), el proceso se llama MAG (Metal Active Gas). Los gases inertes puros son utilizados generalmente en la soldadura de aleaciones metlicas no ferrosas (metales aleados cuyo principal constituyente no es el hierro). Mezclas de gases inertes con cantidades pequeas de gases activos se utilizan generalmente con aceros aleados (aceros a los que se les aade elementos como cromo, molibdeno o nquel en pequeas cantidades para mejorar determinada propiedad del mismo), mientras que mezclas ms ricas en gases activos o CO2 puro se utiliza en la soldadura de acero al carbono (lo cual es el caso mayoritario).El proceso es normalmente operado en forma manual a travs de un equipo semi-automtico, siendo tambin utilizado de forma mecanizada o automatizada completa. Constituye el proceso de soldadura por arco elctrico ms utilizado en la industria.Estos aspectos han conducido a un aumento progresivo en el uso de este proceso en los pases desarrollados (y de la soldadura utilizando como consumible alambres tubulares que veremos luego), en donde la disminucin del nmero de soldadores junto a la necesidad de una productividad ms alta han causado la substitucin de la soldadura con electrodo revestido en algunos usos.

5.1.- El equipo de soldadura.El equipo bsico para la soldadura GMAW consiste en una fuente de energa, una torcha, el recipiente fuente de gas y el alimentador de alambre. La fuente de energa elctrica tiene generalmente una salida de voltaje constante, regulable entre 15 y 50V, la cual es usada en conjunto con un sistema alimentador de alambre con velocidad regulable, que va desde 1 a 20 metros por minuto.

FIGURA 5.2: Equipo Bsico.

El equipo de soldadura Standard ajusta automticamente el comportamiento del arco a travs de las variaciones de corriente, lo que implica una simplificacin de la operacin.La torcha posee un contacto elctrico deslizante (punta o tubo de contacto), que transmite la corriente elctrica al alambre, un orificio para el pasaje del gas de proteccin, tobera para dirigir el flujo de gas, y un interruptor para iniciar el proceso de soldadura. El alimentador del alambre se compone bsicamente de un motor, sistema de control de velocidad del motor y rodillos para la impulsin del alambre a travs de la manguera de la torcha.En la imagen se presenta el interior de una torcha (refrigerada por aire), donde podemos ver el alambre- electrodo que viene por la manguera y sale por el tubo de contacto, que es donde se produce el contacto elctrico con el alambre. El gas de proteccin sale de la manguera a travs de la tobera.

FIGURA 5.3: Esquema Bsico del interior de una Torcha.

La soldadura GMAW es utilizada prcticamente en todas las aplicaciones con corriente continua polaridad directa, con la torcha conectada borne positivo del equipo (CC+).El proceso puede ser utilizado tambin con corriente alterna (CA) para la soldadura de chapas de pequeos espesores, principalmente en aluminio.En este proceso de soldadura, ms que qu en cualquier otro, la forma como el metal de aporte se transfiere del electrodo a la pileta de fusin pueden ser controlada con el ajuste de los parmetro de soldadura, y determina varias de sus caractersticas operacionales. Veamos a continuacin el esquema general de un equipo.5.2.- Modos de transferencia del alambre consumible a la pileta de fusin.5.2.1.-La trasferencia del metal de aporte:Del electrodo a travs del arco, hacia la pileta de fusin se da bsicamente por tres modos: Spray (lluvia fina de pequeas gotas), de forma Globular y por Cortocircuitos. Dependiendo del ajuste de los parmetros operacionales, tales como el nivel de corriente y su polaridad, el voltaje, el dimetro del alambre y su composicin qumica, y de la composicin del gas de proteccin, se llega a obtener una trasferencia de metal en los distintos modos citados anteriormente. Otras formas de transferencia son posibles con equipos especiales, por ejemplo arco pulsado o STT (Transferencia por tensin superficial, cortocircuito controlado).a)Transferencia globular:Es un modo de transferencia por el cual el alambre de aporte se deposita por efecto de una combinacin de ocasionales cortocircuitos y el efecto del peso (por la gravedad) de gotas relativamente grandes. Las gotas ms grandes son de forma irregular con apariencia de un tamao mayor al dimetro del alambre.Cuando en un proceso GMAW usamos alambres macizos, hay una transicin en la que el modo de transferencia por cortocircuito termina e inicia la transferencia globular. Es caracterstica de la transferencia globular una apariencia de grandes gotas fundidas de forma irregular, ms grandes que el dimetro del electrodo. La forma irregular de las gotas fundidas no siguen un desprendimiento en el eje de alambre (ver imagen siguiente), sino que pueden caer fuera del eje del alambre de aporte.Desde el metal base se ejercen fuerzas de reaccin que suben desde la pieza hacia el electrodo, las cuales son responsables de la forma irregular de las gotas y del movimiento de giro hacia arriba de las gotas de metal lquido.Puede presentar un alto nivel de salpicaduras y son comunes grandes fluctuaciones de corriente y voltaje, y la operacin de soldadura est restringida a la posicin plana.Se utilizan en este modo CO2 al 100% como gas de proteccin, tambin mezclas de argn con CO2.

FIGURA 5.4: Transferencia Globular.

VENTAJASLIMITACIONES

Puede utilizar CO2 como proteccin que es barato, las mezclas de Argn / CO2 encarecen el gas. Es capaz de hacer soldaduras a velocidades muy altas. Utiliza alambre de bajo costo slido o tubulares rellenos de slido. El equipo de soldadura es de bajo costo.

La posibilidad de muchas salpicaduras puede obligar a un costo alto de limpieza post soldadura. La tendencia a que el metal no se funda y se solape fro y no se fusione, o posible fusin incompleta, pueden resultar en costosas reparaciones. La forma del cordn de soldadura es convexa, y las soldaduras presentan pobre humectacin. El alto nivel de las salpicaduras lleva la eficiencia del electrodo a un entorno del87 a 93% (pierdo material de aporte.

TABLA 5.1: Ventajas y Limitaciones de la Transferencia Globular.

b) Transferencia en spray:Esta forma de transferencia se produce en soldadura DC+ (corriente directa con electrodo conectado al positivo) bajo proteccin gaseosa de mezclas de gases ricas en argn. Este es el modo de transferencia de mayor energa para el proceso GMAW.El metal se mueve en forma de gotas muy finas bajo la accin de las fuerzas electromagntica con independencia de la gravedad. Las gotas son impulsadas en la direccin del alambre a travs del arco hacia el metal base.Es aplicable a cualquier alambre slido y se puede utilizar con todas las aleaciones comunes como: aluminio, magnesio, acero al carbono, acero inoxidable, aleaciones de nquel y cobre.El arco resultante es muy estable y con ausencia de salpicaduras. La necesidad de usar altas corrientes da una pileta lquida de fusin muy fluida, que hace difcil o imposible su aplicacin fuera de la posicin plana (la pileta de fisin tiende a ser grande y difcil de controlar) o su aplicacin en piezas de pequeo espesor (dado que puede producir exceso de penetracin).Para la mayora de los dimetros y aleaciones de metal de aporte, el cambio de transferencia a spray se lleva a cabo desde una transferencia globular.En soldaduras de acero al carbono, la transferencia spray se aplica a espesores grandes de material base, tanto en filetes como soldadura tipo ranura. El uso de mezclas de gas de proteccin que contengan ms del 10% CO2 reduce el perfil de penetracin.El decidir pasar a un modo de transferencia spray depende del espesor del material base y la capacidad de poder posicionar la junta a soldar en horizontal o plano.Se caracteriza por un ruido similar a un soplido constante. La apariencia del cordn terminado es muy buena. Este modo da los mejores resultados cundo la junta a soldar est libre de aceite, suciedad, xido y las escamas de laminacin.

VENTAJASLIMITACIONES

La tasa de deposicin de metal es alta. La eficiencia del electrodo es del orden del98% o ms. Utiliza una amplia gama de metales de aporte en una igualmente amplia gama de dimetros de electrodo. Excelente apariencia del cordn de soldadura. Facilidad de uso. Requiere poco limpieza posterior a la soldadura. Ausencia de salpicaduras en la soldadura. Excelente fusin de la soldadura. Es una buena opcin para la automatizacin semiautomtica y robtica.

Limitado a las posiciones de soldadura plana y horizontal. La generacin de humos de soldadura es mayor que en otros modos. La pileta es muy caliente y tiene una mayor radiacin, la emisin de luz muy brillante requiere proteccin adicional del soldador y el entorno. El uso de transferencia spray al aire libre requiere mamparas que protejan del viento circundante. La proteccin gaseosa utilizada para la transferencia de pulverizacin spray cuesta ms que cundo puedo utilizar CO2 al 100%.

TABLA 5.2: Ventajas y Limitaciones de Transferencia en Spray.

c) Transferencia por corto circuitos:En este modo el alambre toca la pileta de fusin peridicamente (de 20 a 200 veces por segundo), ocurriendo una transferencia de metal de aporte durante estos cortos circuitos por accin de la tensin superficial y fuerzas electromagnticas. En la prctica es fcil escuchar si estamos en este modo de transferencia, a travs del ruido producido por los cortocircuitos.Es la forma ms utilizada de transferencia en la soldadura de aceros al carbono (especialmente con proteccin de CO2) fuera de posicin plana y en piezas finas; debido a las bajas corrientes de operacin que utiliza y a su independencia de la gravedad (peso de la gota). Es un modo de transferencia de baja energa de arco.Son fundamentales para la soldadura exitosa con una transferencia por cortocircuito: el dimetro del electrodo, el tipo de gas de proteccin y el procedimiento de soldadura empleado. Se utiliza por lo general alambre que va desde 0,6 a 1,2 mm de dimetro, usando como gas de proteccin CO2 al100%, o una mezcla de 75-80% de Argn, ms 25-20% de CO2. El bajo aporte de calor lo hace ideal para chapas delgadas. Los materiales base tpicamente soldados por transferencia por cortocircuito van desde 0,6 a 5,0 mm de espesor.Los altos niveles de salpicaduras y una tendencia a la falta de fusin de la junta (especialmente para las juntas de grandes espesores) son los problemas tpicos de este modo de operacin.

FIGURA 5.5: Esquema de Transferencia de Cortos Circuitos.

d) Descripcin de la transferencia por un cortocircuito:En este proceso una sola gota de metal lquido procedente del alambre se produce durante la fase de cortocircuito del ciclo de transferencia.Se da un contacto fsico entre el electrodo (alambre) y la pileta fundida, y pueden ocurrir hasta 200 cortocircuitos por segundo. La corriente suministrada por la fuente de alimentacin se eleva, y el aumento de la corriente acompaa a un aumento de la fuerza magntica aplicada al final de la punta del electrodo.El campo electromagntico que rodea el electrodo proporciona una fuerza (P), que estrangula (ms comnmente conocido como un pellizco, Pinch) la gota fundida en el extremo del electrodo, hasta que la gota se separa y deja de estar en contacto con el resto del electrodo, pasando a la pileta fundida (ver imagen siguiente).

FIGURA 5.6: Efectos de Corto Circuito.

e) Efecto de la regulacin de la inductancia para la transferencia por cortocircuito:El objetivo del control de inductancia, en cualquier fuente de energa, es lograr una transferencia con gotas lquidas lo ms pequeas posibles, lo que nos lleva a tener menor cantidad de salpicaduras, sin descuidar el contar con la energa suficiente para garantizar una buena fusin. El aumento de la inductancia proporcionar la energa esencial para mejorar la humectacin (fenmeno mediante el cual el metal de aporte se difunde y adhiere en una capa delgada continua sobre el metal slido de base).f) Transferencia por Arco pulsado:El modo de transferencia por arco pulsado se realiza con fuentes de energa especiales que imponen una forma de onda a la corriente de soldadura, que se caracteriza por tener perodos de pulsos de alta corriente. Esto permite una transferencia spray intermitente, con valores medios de corriente inferiores a los usados normalmente para lograr spray. De este modo, se obtienen las ventajas delSpray con una transferencia con valores de corriente medios inferiores, lo que permite su aplicacin en chapas de bajo espesor, y tambin fuera de la posicin plana. Las principales limitaciones de este tipo de trasferencia son la operacin ms compleja y la necesidad de equipo especial (ms caro complejo).

6.-PROCESOS DE SOLDADURA GTAW O TIG

Es un proceso de soldadura por arco elctrico en el cual se obtiene la unin de los metales por calentamiento de los mismos, fruto de un arco que se establece entre un electrodo no consumible de tungsteno y la pieza. La zona de proteccin del electrodo y la soldadura se obtiene mediante un gas inerte, generalmente argn o una mezcla de gases inertes (Argn y Helio). El metal de aporte se coloca en el arco elctrico logrando la fusin del mismo, y la mezcla de este con el metal base. La pileta lquida se manipula controlando la correcta fusin de las partes; el proceso puede ser usado sin material de aporte.La soldadura TIG puede ser manual o mecanizada, y se considera uno de los procesos de soldadura por arco que permite un mejor control de las condiciones de operacin. Permite la ejecucin de soldaduras de alta calidad y excelente terminacin, sobre todo en juntas de pequeo espesor (tpicamente en espesores de 0,2 a 3 mm, generalmente menos que 10 mm).La soldadura TIG es utilizada tpicamente para aceros inoxidables, o aleados y aleaciones no ferrosas.6.1.- Proceso GTAW (Gas Tungsten Arc Welding).En este proceso, tambin conocido como TIG (Tungsten Inert Gas), la fusin es producida por el calor de un arco que se establece entre un electrodo de tungsteno no consumible y el metal base como se aprecia en la figura .La proteccin se obtiene de un gas inerte, como el argn o el helio. El bao de fusin est completamente aislado de la atmsfera durante toda la operacin de soldeo, de no ser as, tanto el oxgeno como el nitrgeno del aire seran absorbidos por el metal en estado de fusin y la soldadura quedara porosa y frgil.

FIGURA 6.1: Proceso de Soldadura TIG.

El proceso de soldadura por arco elctrico y electrodo de tungsteno se diferencia de los dems procesos de soldadura por arco en 2 aspectos fundamentales: El electrodo empleado no es consumible. La soldadura de las partes entre s, puede realizarse sin agregado de metal de aporte.Bsicamente consiste en un proceso de soldadura por arco en el cual el calor es generado entre un electrodo no consumible y el metal base (pieza a soldar). Por su modo de operacin, el proceso TIG es similar al de una soldadura autgena, con la diferencia que el calor desarrollado por ste proceso es producido por una llama oxiacetilnica.6.2.- Equipo para realizar una soldadora GTAW.6.2.1.- Fuente de poder:Fuente de poder, se trata de un generador que puede ser de corriente continua (DC) y/o alterna (AC). Los comandos de control propios del proceso GTAW se encuentran en un cabezal que puede estar, como en la fotografa, incorporado a la fuente, o independiente de esta.6.2.2.- El gas de proteccin:Se utiliza un gas inerte sea argn, helio o una mezcla de ambos para proteger el arco de los gases perjudiciales de la atmsfera. El argn es ms usado pues al ser ms pesado que el helio proporciona una mejor proteccin a la soldadura y adems su costo es menor.En la cabeza del cilindro que utiliza gases inertes se ubica un regulador de caudal, un caudalmetro y un manmetro que nos da presin dentro del tanque.6.2.3.- Los electrodos:Los electrodos que se emplean son de tungsteno y aleaciones de tungsteno. Tienen un punto de fusin muy elevado de 3400C y un punto de evaporacin de 5900C, pudiendo mantener su dureza a altas temperaturas. Prcticamente no se consumen.El electrodo no debe tocar el bao fundido.Hay diferentes clases de electrodos, hay de tungsteno puro (los menos costosos), tungsteno con 1 a 2% de torio (de larga vida, se emplean para aceros) o tungsteno aleado con circonio (menor contaminacin, mejor calidad, se emplea para aluminio)6.2.4.- Material de aporte:Su seleccin depende del metal a ser soldado teniendo en cuenta su composicin qumica y propiedades mecnicas, espesor y diseo de junta. Opcionalmente se utiliza una unidad de refrigeracin para la antorcha, esta permite reducir el tamao general de la misma y poder trabajar con altas corrientes en ciclos de trabajo prolongados.Este equipamiento hace el conjunto manguera antorcha ms manejable para el soldador.

6.3.- ACLARACIN DE CONCEPTOS, CORRIENTE Y POLARIDAD.6.3.1.- Corriente Continua:Se define como corriente continua, aquella que no cambia con el transcurrir del tiempo, o sea, se mantiene constante. Para que se establezca una circulacin de corriente elctrica, necesariamente debe existir un polo positivo y un polo negativo en la fuente de poder o mquina de soldar, son los terminales a los cuales van conectados el electrodo (pinza) y la masa (tierra).6.3.1.1.- Polaridad:Se define como la conexin del electrodo a uno de los terminales o polos de la mquina.a) Polaridad Inversa.La polaridad es inversa, cuando el electrodo se encuentra conectado al polo positivo (+) de la mquina. En este caso la circulacin de la corriente elctrica (electrones) es desde la pieza (que est conectada al polo negativo) hacia el electrodo, o sea, entra en el electrodo (Ver Fig. siguiente).

FIGURA 6.2: Polaridad inversa.

b) Polaridad Directa.La polaridad es directa, cuando el electrodo se encuentra conectado al polo negativo (-) de la mquina. En este caso, la circulacin de la corriente elctrica es, del electrodo hacia la pieza que se encuentra conectada al polo positivo de la fuente (Ver Fig. siguiente).

FIGURA 6.3: Polaridad Directa.

6.3.2.- Corriente Alterna.La corriente alterna cambia constantemente su signo y valor con el pasar del tiempo de manera cclica. Se la representa tal como indica la figura contigua, donde un ciclo est compuesto por 2 semi-ciclos, uno por encima del eje horizontal, denominado semi-ciclo positivo, y uno por debajo del eje horizontal, llamado semi-ciclo negativo.

FIGURA 6.4: Corriente Alterna.

6.4.- EL ARCO ELCTRICO EN EL PROCESO TIG.El arco elctrico se establece como consecuencia de la circulacin de corriente elctrica entre 2 electrodos. La corriente atraviesa una columna de gas en estado ionizado, llamado Plasma. El arco elctrico est dividido en 3 zonas:a) Zona Catdica, corresponde al polo negativo del arco.b) Zona Andica, corresponde al polo positivo del arco.c) Zona del Plasma, corresponde al gas en estado ionizado.

FIGURA 6.5: Arco Elctrico TIG.

El arco elctrico se caracteriza por poseer una elevada intensidad de corriente elctrica y baja tensin de arco, por consiguiente requiere una alta concentracin de electrones para transportar la corriente. El calor generado en la zona catdica se debe principalmente al choque producido por los iones positivos contra la superficie del ctodo. El calor generado en la zona andica, o sobre el nodo, es causado por el choque de los electrones que han adquirido una aceleracin durante su paso a travs del plasma por la accin de la tensin del arco, y devuelven la energa cintica adquirida en forma de calor al hacer impacto contra la superficie del nodo.El plasma del arco, es una mezcla de gas atmico neutro y ionizado (excitado). La porcin ms caliente del plasma es la parte central de la columna, donde el movimiento es ms intenso. La parte exterior de la columna del arco es algo ms fra.

6.5.- CONEXIONADO SEGN LAS DISTINTAS APLICACIONES.6.5.1.- DCEN (Corriente Directa Electrodo al Negativo):En la mayora de las aplicaciones se utiliza la fuente con DCEN, con excepcin de la soldadura de aluminio y magnesio, el resto de los metales, incluyendo el acero inoxidable y el titanio, se sueldan empleando dicha polaridad.El conectar el electrodo al polo (-) de la mquina permite trabajar con mayores intensidades sin que se funda el extremo del electrodo, hecho que no ocurre si se lo conecta al polo (+).6.5.2.- DCEP (Corriente Directa Electrodo al Positivo):La razn del calentamiento y posterior fusin del electrodo se debe al hecho de que en DCEP la corriente circula, como ya vimos, hacia el electrodo. Los electrones al chocar con el tungsteno transforman toda su energa cintica en calor, y si se tiene en cuenta que el 70% del calor generado por el arco elctrico se concentra en el polo positivo, en este caso se producir un deterioro del electrodo de tungsteno.

6.5.3.- AC (Corriente Alterna, caso aluminio por ej.):Como ya se mencion anteriormente, tanto el aluminio como el magnesio no pueden ser soldados con polaridad directa, sino que debe utilizarse polaridad inversa (electrodo en el polo positivo). La razn de ello se debe al hecho que dichos metales forman sobre su superficie una capa de xido que los protege y para poder romper la misma es necesario producir un bombardeo de iones (cargas positivas) sobre la misma. Habamos visto que las cargas positivas circulan en sentido contrario a las negativas (electrones), entonces para que ello suceda deberamos conecta el electrodo al polo positivo, de manera tal que al quedar la pieza conectada al polo negativo los iones se dirigirn hacia dicha superficie produciendo all su descarga y consecuente accin de limpieza (eliminacin del xido).Si se soldara con corriente continua deberamos trabajar con amperajes excesivamente bajos, para proteger el tungsteno, o bien, utilizar dimetros de electrodos muy grandes. Par salvar dicho inconveniente, se utiliza corriente alterna en lugar de la continua. En corriente alterna, solamente el 50% del tiempo el electrodo trabaja en polaridad positiva, lo cual permite que el mismo se enfre lo suficiente como para evitar su deterioro, y adems se cumple con el objetivo de limpieza durante el semi-ciclo positivo. Se muestra en la siguiente figura el efecto del tipo de corriente y polaridad sobre la limpieza y penetracin de la soldadura.

FIGURA 6.6: Arco Elctrico TIG.

6.6.- Ventajas del Proceso GTAW. Se obtienen soldaduras de alta calidad, cordones ms resistentes, ms dctiles y menos sensibles a la corrosin que en el resto de procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre la atmsfera y el bao de fusin. Sirve para soldar casi todo tipo de metales como aluminio, magnesio, acero inoxidable, bronce, plata, cobre, nquel y aleaciones, hierro fundido, aceros de bajo carbono, aceros aleados e incluso uniones de metales dismiles. Se requiere poca o ninguna limpieza posterior. No se produce escoria que podra quedarse atrapada en la soldadura. No hay metal de aporte que atraviese el arco, de modo que no se producen salpicaduras. Proceso poco sensible a la presencia de fisuras, porosidades y salpicaduras. La soldadura es posible en todas las posiciones. El cordn obtenido es de buen acabado superficial, que puede mejorarse con sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los costes de produccin. Puede emplearse con o sin material de aporte. Muy baja emisin de humos.6.7.- Desventajas del proceso GTAW. No resulta econmico para secciones de ms de 10 mm de espesor. Puede haber inclusiones de tungsteno si se permite que el electrodo haga contacto con el bao fundido. Velocidades de deposicin de metal de aporte bajas. La proteccin gaseosa puede ser removida por corrientes de aire (AWS D1.1-2000: V. aire < 8 km/h). Este mtodo de soldadura requiere de un soldador especializado.

7.-SOLDADURA POR PLASMA O PAW.7.1.- Conceptos Bsicos.La soldadura por arco plasma utiliza, bsicamente, los mismos principios que la soldadura TIG, por lo que muchos la consideran como un desarrollo de dicho proceso. La principal diferencia estriba en que el trmino plasma designa una atmsfera gaseosa determinada, alcanzada al calentar un gas a una temperatura suficiente para producir su ionizacin. As, el elemento se separa y la atmsfera resultante queda constituida por iones positivos y por electrones. Es una atmsfera globalmente neutra, que forma la parte ms grande de la columna de arco y a travs de la cual se efecta el paso de la corriente.Debido a las grandes temperaturas del arco plasma, ste tiene numerosas aplicaciones y su mayor ventaja es que su zona de impacto es dos o tres veces inferior en comparacin con la soldadura TIG. Es el procedimiento de soldadura con fusin msperfecto.La soldadura por plasma es considerada como un mtodo ms avanzado que la soldadura TIG, ya que proporciona un aumento de productividad. Conocida tcnicamente como PAW (Plasma Arc Welding), la soldadura por plasma alcanza una densidad energtica y temperaturas superiores a la TIG. El arco elctrico es formado entre el electrodo y la pieza a soldar.La energa para conseguir la ionizacin la logra el arco elctrico que se forma entre el electrodo y el metal a soldar. En la soldadura por plasma se emplea un gas, generalmente argn puro, que pasa a estado plasmtico por medio de un orificio de reduccin que estrangula el paso del gas logrando aumentar la velocidad del mismo, dirigiendo al metal que se desea soldar, un chorro concentrado que puede alcanzar una temperatura entre 20.000 y los 28.000C. El flujo de gas de plasma no protege al arco, el bao de fusin y el material expuesto al calentamiento de la atmsfera, por lo que se utiliza un segundo gas que protege al conjunto envolvindolo. Los electrodos utilizados para la soldadura por plasma mayormente son fabricados con tungsteno sinterizado.7.2.- Caractersticas de la Soldadura por Plasma.La soldadura por plasma se utiliza principalmente en uniones de alta calidad tales como las requeridas en construccin aeroespacial, plantas de procesos qumicos e industrias petroleras. Este tipo de soldadura no contamina el metal base, no produce escoria y se puede utilizar para soldar los mismos materiales que se sueldan con TIG y otras aleaciones y materiales muy delgados.Podemos clasificarla de mejor manera dentro de tres modalidades:a) Soldadura micro-plasma, con corrientes de soldadura desde 0.1Amp. hasta 20 Amp.b) Soldadura medio-plasma, con corrientes de soldadura desde 20 Amp. hasta 100 Amp.c) Soldadura Keyhole, por encima de los 100 Amp., en la cual el arco plasma penetra todo el espesor del material a soldar.7.3.- Partes de la soldadura por plasma.La soldadura por plasma se compone bsicamente de un proceso que comprende muchos elementos (arriba mencionados), que ayudan a su eficiente desempeo. Podemos encontrar dentro de ellos:a) Gases, los cuales fluyen envolviendo el electrodo de tungsteno. Generalmente argn o helio.b) El electrodo de tungsteno, que es el principal ayudante durante el proceso de soldadura.c) Metal base, que puede ser cualquier metal comercial o diversas aleaciones.d) Depsito de gas, que puede ser de cermica, de metal de alta resistencia de impacto o enfriado por agua.e) La fuente de poder, CAAF, CDPD o CDPI.f) Metal de aporte, pero slo si se cuenta con l, porque no es indispensable para la soldadura.

FIGURA : Soldadura de Plasma - mediano

Principales ventajasfrente a procesos convencionalesa) Alta densidad energtica.b) Mnima distorsin por calor debido a la gran velocidad dec) soldeo.d) Alta tolerancia de encaje.e) Excelente calidad en los cordones.f) Alta estabilidad y repetitividad.g) Sin proyecciones.h) Mnima preparacin de bordes.i) Distancia entre tobera y pieza no crtica.j) Arco suave.7.4.- Aplicaciones. Equipamiento gastronmico en aceros inoxidables. Mquinas y equipos en aceros inoxidables. Instrumentacin y control (presostatos, termocuplas, termmetros, manmetros). Carpintera metlica de acero inoxidable o hierro. Rellenos en matrices, moldes, herramientas, etc. Caos de pequeo espesor en aceros inoxidables o especiales. Industria nuclear.

8.-SOLDADURA CON HILOS TUBULARES (FCAW)

La soldadura con hilos tubulares (Flux Cored Arc Welding), es muy parecida a la soldadura MIG/MAG en cuanto a manejo y equipamiento se refiere. Sin embargo, el electrodo continuo no es slido si no que est constituido por un tubo metlico hueco que rodea al ncleo, relleno de flux. El electrodo se forma, a partir de una banda metlica que es conformada en forma de U en una primera fase, en cuyo interior se deposita a continuacin el flux y los elementos aleantes, cerrndose despus mediante una serie de rodillos de conformado.Como en la soldadura MIG/MAG, el proceso de soldadura con hilos tubulares depende de un gas de proteccin, para proteger la zona soldada de la contaminacin atmosfrica. El gas puede ser aplicado o bien de forma separada, en cuyo caso el hilo tubular se denomina de proteccin gaseosa, o bien, se genera por la descomposicin de los elementos contenidos en el flux, en cuyo caso hablaremos de hilos tubulares auto-protegidos. Adems del gas de proteccin, el ncleo de flux produce una escoria que protege al metal depositado en el enfriamiento. Posteriormente se elimina la escoria.

FIGURA 8.1: Soldadura con Hilos Tubulares

FCAW Es un proceso de soldadura por arco metlico. Este proceso de soldadura es una variante del proceso GMAW; a diferencia del aporte en alambre slido y la proteccin de gas, el proceso FCAW presenta en el centro del alambre un fundente, de ah su nombre: soldadura con arco con ncleo de fundente .Las aplicaciones se efectan principalmente sobre aceros al carbono, aceros inoxidables y recientemente para proteccin contra el desgaste (revestimientos duros). Los mtodos de operacin pueden ser semiautomticos o automticos.

FIGURA 8.2: Equipo de Soldadura GMAW.

Este proceso se est volviendo cada vez ms popular. Se usa ampliamente en los trabajos de fabricacin en aceros de espesor mediano, en donde el proceso GMAW, no sera aplicable y donde el ajuste es tal que la soldadura por arco sumergido sera aplicable y donde el ajuste es tal que la soldadura por arco sumergido sera inconveniente.

FIGURA 8.3: Equipo de Soldadura GMAE

8.1.- Principios del proceso FCAW.El proceso de soldadura con alambre tubular utiliza el calor de un arco elctrico que se forma entre un electrodo consumible con ncleo de fundente, alimentado continuamente y el material de base.El calor del arco funde la superficie del metal de base y el extremo del electrodo. El metal que se funde y se desprende del electrodo es transferido a travs del arco a la pieza de trabajo donde se convierte en el metal depositado.La proteccin gaseosa se obtiene a partir de la desintegracin de los ingredientes contenidos dentro del electrodo con ncleo de fundente.

FIGURA 8.4: Principios del Proceso FCAW.

8.1.- Caractersticas Principales.Los beneficios de FCAW se obtienen al combinarse tres caractersticas generales:a) Laproductividadde La soldadura de alambre contino.b) Las cualidades metalrgicas que pueden derivarse de un fundente.c) Una escoria que sustenta y moldea La franja de soldadura.El proceso FCAW combina caractersticas de la soldadura por arco de metal protegido (SMAW), la soldadura por arco de metal y gas (GMAW) y la soldadura por arco sumergido (SAW).En elmtodocon escudo de gas, el gas protector (por lo regular dixido de carbono o una mezcla de argn y dixido de carbono) protege el metal fundido deloxgenoy el nitrgeno delaireal formar una envoltura alrededor del arco y sobre el charco de soldadura. Casi nunca es necesario desnitrificar el metal de soldadura porque el nitrgeno del aire queda prcticamente excluido. Es posible, empero, que se genere cierta cantidad de oxigeno por la disociacin de CO2 para formar monxido de carbono y oxgeno. Las composiciones de los electrodos incluyen desoxidantes que se combinan con cantidades pequeas de oxgeno en el escudo de gas.

FIGURA 8.5: Arco del Proceso FCAW.

8.2.- APLICACIONES PRINCIPALES.El proceso se emplea para soldar aceros al carbono y de baja aleacin, aceros inoxidables y hierros colados. Tambin sirve para soldar por puntos uniones traslapadas en lminas y placas, as como para revestimiento y deposicin de superficies duras.

FIGURA 8.6: Proceso FCAW.

El tipo de FCAW que se use depender del tipo de electrodos de que se disponga, los requisitos de propiedades mecnicas de las uniones soldadas y los diseos y embotamiento de las uniones. En general, el mtodo auto-protegido puede usarse en aplicaciones que normalmente se unen mediante soldadura por arco de metal protegido. El mtodo con escudo de gas puede servir para algunas aplicaciones que se unen con el proceso de soldadura por arco de metal y gas. Es preciso comparar las ventajas y desventajas del proceso FCAW con las de esos otros procesos cuando se evala para una aplicacin especfica.En muchas aplicaciones, el principal atractivo de la soldadura por arco con ncleo de fundente, en comparacin con la de arco de metal protegido, es la mayor productividad. Esto generalmente se traduce encostosglobales ms bajos por kilogramo de metal depositado en uniones que permiten la soldadura continua y estn fcilmente accesibles para la pistola y el equipo de fabricacin en general, recubrimiento, unin de metalesFCAW. Las ventajas consisten en tasas de deposicin elevada, dismil,mantenimientoy reparacin.

FIGURA 8.7: Unin de Metales FCAW.

9.-SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW).El proceso de soldadura por arco sumergido, o mtodo SAW, consiste en la fusin de un electrodo continuo, que puede ser macizo o tubular, protegida por la escoria generada por un flux, granulado o en polvo, con el que se alimenta el arco por separado. El proceso de Arco Sumergido permite depositar grandes volmenes de metal de soldadura de excelente calidad (tasas de deposicin de hasta 50 kg/hr) a bajo coste para una amplia gama de aplicaciones. El sistema es totalmente automtico y permite obtener grandes rendimientos en produccin. Se puede usar tambin como un proceso semiautomtico, mediante una pistola manual, similar a la que se usa en soldadura MIG/MAG, pero con dimetros de hilo mayores (hasta 2,4 mm) El arco elctrico se establece entre el electrodo metlico y la pieza a soldar. Como electrodos, pueden utilizarse uno o varios alambres o hilos simultneamente o bien flejes o bandas. El flux protege el arco y el bao de fusin de la atmsfera circundante, de tal manera que ambos permanecen invisibles durante el proceso. Parte del flux se funde con un papel similar al del recubrimiento en los electrodos revestidos: protege el arco, lo estabiliza, genera una escoria de viscosidad y tensin superficial adecuadas e incluso permite aadir elementos de aleacin o compensar la prdida de ellos. El resto de flux, no fundido, puede recuperarse y reciclarse en el proceso.

FIGURA 9.1: Arco Sumergido.

9.1.- ELECTRODO.El material de relleno para la SAW generalmente es un alambre estndar, as como otras formas especiales. Este alambre tiene normalmente un espesor de entre 1,6 mm y 6 mm. En ciertas circunstancias, se pueden utilizar un alambre trenzado para dar al arco un movimiento oscilante. Esto ayuda a fundir la punta de la soldadura al metal base.VENTAJASDESVENTAJAS

-Altas tasas de deposicin.- Alta penetracin y buen aspecto.- Alto Factor de Operacin.- Soldaduras de bajo contenido de hidrgeno.- Altas velocidades de soldadura.- Buena apariencia del cordn.- Excelente calidad de soldadura.

-Es necesario un adiestramiento en el proceso.- El fundente es abrasivo y desgastar partes de equipos automticos.- Crea escoria.- Limitado a materiales frreos (acero o acero inoxidable) y algunas aleaciones de base nquel.- Por lo general se limitan a cordones - largos rectos, tubos de rotatorios o barcos.- Requiere relativas molestias en el manejo del flujo.- Los fluxes y la escoria puede presentar un problema para la salud y la seguridad.- Requiere eliminar la escoria, entre la pre y la post operacin.- Al utilizarse normalmente en instalaciones automticas, se requiere una inversin en equipos que debe tenerse en cuenta.

TABLA 9.1: Ventajas y Desventajas de la Soldadura SAW.

9.2.- POSICIONES PARA SOLDADURA SAW.Con el proceso arco sumergido (SAW) tiene muchas limitant