Praxair México, S. A. de C. V.Praxair México, S. A. de C. V.El proceso TIG y las mezclasEl proceso TIG y las mezclas

GTAW• Ar• Ar/He• Ar/H2Gas Tungsten Arc Welding

DEFINICIÓN AWSDEFINICIÓN AWS

DEFINICIÓNDEFINICIÓNTIGTIG

TUNGSTEN INERT GASTUNGSTEN INERT GAS

Es un proceso donde se produce la unión de los metales por medio del arco eléctrico establecido entre un electrodo de Tugsteno inconsumible y el material base, ambos protegidos en la zona de unión por una atmósfera de gas inerte.

Generalidades Generalidades

Conocido formalmente como GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)

Requiere de fuentes de corriente constante (CC) Funciona tanto en CD como en CA. Puede utilizar material de aporte en forma de varilla

desnuda. Emplea un gas como atmósfera inerte. Es un proceso manual normalmente, aunque existen

también procesos automáticos. Utiliza un electrodo de tungsteno (no consumible). Este proceso se emplea cuando se requiere alta

confiabilidad de penetración y fusión libre de poros en la manufactura de piezas críticas.

VentajasVentajas

Las uniones hechas con este proceso son más resistentes, más dúctiles y más resistentes a la corrosión que las soldaduras hechas por cualquier otro proceso de soldadura ordinario.

Todo el proceso ocurre sin producir salpicado del metal o chisporroteo.

No humos, no escoria Prácticamente todos los metales pueden soldarse,

incluyendo el aluminio, acero inoxidable, magnesio, níquel, cobre, latón, bronce, aceros al carbón y aleados, hierro fundido y otros metales. También puede usarse para unir metales disímiles y para aplicar revestimientos duros en aceros.

Detalle del procesoDetalle del procesoProceso TIGProceso TIG

Equipo con antorcha enfriada por aire, Equipo con antorcha enfriada por aire, cable de 1 pieza y cable de 1 pieza y

válvula de gas en la fuente de poder.válvula de gas en la fuente de poder.

Equipo con antorcha enfriada por aire, Equipo con antorcha enfriada por aire, cable de 1 pieza y cable de 1 pieza y

válvula de gas en la antorcha.válvula de gas en la antorcha.

Equipo con antorcha enfriada por aire, Equipo con antorcha enfriada por aire, cable de 2 piezas cable de 2 piezas

y válvula de gas en la antorcha.y válvula de gas en la antorcha.

Proceso TIG corriente Proceso TIG corriente directadirecta

– En corriente directa es posible conectar el electrodo en 2 formas distintas, según se muestra en las siguientes figuras. El desempeño del proceso es muy distinto en cada una de estas técnicas.

– Cuando el electrodo se conecta el terminal negativo se denomina DCSP (Direct Current Straight Polarity) o bien DCEN (Direct Current Electrode Negative). En este caso los electrones ejercen un fuerte calentamiento sobre la placa.

– La conexión del electrodo al positivo de la máquina se denomina DCRP (Direct Current Reverse Polarity) o bien DCEP (Direct Current Electrode Positive). En este caso el efecto de calentamiento es más fuerte sobre el electrodo, así, para una corriente dada, en polaridad inversa se requiere un electrodo de mayor diámetro que en polaridad recta.

Polaridad recta Polaridad inversa

Polaridad recta Polaridad inversa

Proceso TIG corriente directa Proceso TIG corriente directa cont.cont.

Proceso TIG corriente Proceso TIG corriente alternaalterna

– En teoría el proceso TIG en CA es una combinación de soldadura en corriente directa DCSP y DCRP. Esto puede ser mejor explicado examinando la siguiente figura:

+

-

AMPS Tiempo

Ciclo completo de CA

+

-

AMPS

DCRP

+

-

AMPS

DCSP

No obstante, en realidad los óxidos y escamas en la superficie de la placa tienden a dificultar (parcial o totalmente) el flujo de corriente en la dirección de polaridad inversa. Para prevenir esto, es común introducir en la corriente de soldadura una corriente auxiliar de alto voltaje y alta frecuencia, la cual permite el paso de los electrones entre la placa y el electrodo, produciendo así un efecto de “limpieza” que facilita el flujo de la corriente principal.

Selección del tipo de corrienteSelección del tipo de corriente

CORRIENTE CORRIENTE ALTERNA DIRECTA

(Alta frecuencia) DCEN DCEP Aluminio hasta 3/32” 1 N.R. 2 Aluminio sobre 3/32” 1 N.R. N.R. Fundición de aluminio 1 N.R. N.R. Acero inoxidable 2 1 N.R. Latón 2 1 N.R. Revestimientos duros 1 1 N.R. Hierro vaciado 2 1 N.R. Acero bajo carbón 0.015” a 0.030” 2** 1 N.R. Acero bajo carbón 0.030” a 0.125” N.R. 1 N.R. Acero alto carbón 0.030” y mayor 2 1 N.R.

1 Excelente operación 2 Buena operación N.R. No recomendado ** No utilizar AC en partes muy apretadas

Selección del electrodoSelección del electrodo

– CORRIENTE ALTERNA CORRIENTE DIRECTA

DIAMETRO PURO 2% TORIO

DCSP DCRP

1/16” 50-100 100-150 70-150 10-20 3/32” 100-160 160-235 150-250 15-30 1/8” 150-210 225-325 250-400 25-40

NOTAS: 1. Los valores máximos mostrados fueron determinados

usando un transformador de onda desbalanceada. Si se usa un transformador de onda balanceada, reducir la corriente máxima en un 30% o bien usar el siguiente diámetro de electrodo.

2. Los amperajes dados para corriente directa son válidos para tungsteno puro y para tungsteno de 2% Torio

Recubrimiento del arcoRecubrimiento del arco– Para garantizar la calidad del cordón de soldadura es

necesario inertizar o proteger el arco con un gas inerte.– El tipo de gas a utilizar generalmente es argón, aunque en

ciertos casos puede utilizarse helio puro o mezclas de argón con helio.

– El flujo de gas a utilizar puede ser desde 10 CFH (pies cúbicos por hora) hasta un máximo de 60 CFH. El flujo exacto depende de la corriente, tamaño de la boquilla y turbulencias externas. En general amperajes más altos requieren de flujos más altos.

– En caso de inertizar con helio puro se debe emplear un flujo 2 a 2.5 veces mayor que el flujo recomendado para argón.

– IMPORTANTE: El oxígeno y el bióxido de carbono no deben utilizarse como gases de recubrimiento debido a su efecto oxidante, el cual destruye el tungsteno bajo el efecto del calor del arco.

Recubrimiento del arcoRecubrimiento del arco– El flujo de gas debe ser seleccionado y ajustado

cuidadosamente de acuerdo a las tablas de aplicación. No es productivo ni económico ni necesario usar más gas que el recomendado. De hecho, un flujo exageradamente alto puede introducir aire en el arco, produciendo porosidad en la soldadura.

– Preflujo y posflujo:– El preflujo y posflujo minimizan la contaminación del

electrodo y del área de soldar. El preflujo remueve el aire que pudo haber quedado atrapado en el sistema (antorcha y manguera), eliminando así la posible contaminación por humedad y aire.

– En equipos que cuentan con esta función, el operador selecciona el tiempo de preflujo en un reloj ajustable, el cual puede ser de 1 a 10 segundos antes de iniciar el arco.

Recubrimiento del arcoRecubrimiento del arco– El posflujo opera en una manera muy distinta. Cuando el arco

es finalizado, un reloj mantiene abierta la válvula de gas por cierto tiempo. Esto es con el fin de prevenir la contaminación del electrodo y la placa que aun se encuentran a una temperatura suficientemente alta para reaccionar con el aire.

– Gas de respaldo:– En algunas ocasiones es necesario proteger la placa por la

parte de atrás del cordón a fin de prevenir la contaminación u oxidación. Por ejemplo, en una tubería puede ser necesario inertizar el interior mientras se suelda por el exterior.

– Gas de seguimiento:– En ciertas aplicaciones el arco viaja tan rápido que el metal no

al-canza a enfriarse lo suficiente antes de salir de la campana de gas. Para prevenir su contaminación se introduce un flujo de gas de seguimiento inmediatamente después de la posición de la an-torcha, el cual protege el metal mientras se enfría la placa.

Gases de recubrimientoGases de recubrimiento ARGON

– Es el gas inerte más ampliamente utilizado en el proceso TIG. Su baja conductividad térmica produce un arco compacto y delgado que ayuda a variar la longitud del arco sin alterar grandemente el perfil del cordón.

– Esta característica lo hace ser el gas preferido para aplicación manual. Además, su bajo potencial de ionización permite un fácil encendido del arco.

– En aplicaciones en CA el argón tiene mejor desempeño que el helio ya que proporciona un efecto de limpieza superior, mayor estabilidad del arco y mejor acabado del cordón.

– Aun cuando en aplicaciones mecanizadas se puede utilizar puro argón, las mezclas con helio o hidrógeno proporcionan mayores velocidades de avance debido al arco más caliente que proporcionan estos gases.

Gases de recubrimientoGases de recubrimiento HELIO

– Este gas tiene una alta conductividad térmica y un alto potencial de ionización, los cuales producen mayor voltaje del arco que el argón para ciertas condiciones dadas de amperaje y longitud de arco. Esto produce un arco más caliente, el cual afecta la penetración y ancho del cordón.

– El uso de helio es generalmente favorecido sobre el de argón en uniones de placas muy gruesas, especialmente en materiales de alta conductividad térmica, tales como el aluminio y el cobre.

– Las propiedades físicas del helio definitivamente son ventajosas en algunas aplicaciones, sin embargo, su alto potencial de ionización causa inestabilidad en el arco y dificultad para iniciarlo. Además, su alto costo y alto flujo requerido son factores importantes a considerar.

Gases de recubrimientoGases de recubrimiento

MEZCLAS ARGON-HELIO– Según se explicó antes, cada uno de estos gases

tiene sus ventajas específicas. Su combinación en proporciones adecuadas busca obtener las ventajas de ambos en un solo gas.

– Así, las mezclas de argón con helio son utilizadas para incrementar el calor transmitido a la placa, mientras que al mismo tiempo se consiguen las características de estabilidad de arco y facilidad de encendido que proporciona el argón.

– Nuestras mezclas de argón-helio son conocidas con el nombre genérico de HELISTAR. En la siguiente lámina se da una explicación de cada una de ellas.

Gases de recubrimientoGases de recubrimiento

– Alustar (A25):Esta mezcla es usada para la soldadura en CD cuando se desea tener mayor aporte de calor mientras que a la vez se tiene facilidad de encendido del arco que proporciona el argón.

– Alustar II (A50):Se utiliza principalmente para la soldadura mecanizada de materiales no ferrosos de espesor menor a 3/4”.

– Alustar I (A75): La velocidad y calidad de la soldadura de aluminio con CA se mejoran sustancialmente con esta mezcla. También puede usarse para la soldadura manual de tubería de aluminio y juntas a tope de placa de aluminio.

Gases de recubrimientoGases de recubrimiento MEZCLAS ARGON-HIDROGENO

– Estas mezclas se utilizan para mejor las propiedades térmicas del argón. Adicionalmente, la atmósfera reductora que producen incrementan el mojado de la junta y dan un acabado más limpio debido a la menor oxidación superficial que producen.

– Por otra parte, el mayor voltaje de arco producido por el hidrógeno dificulta el encendido del arco. Por esta razón, se recomienda usar el mínimo porcentaje de hidrógeno necesario para tener el resultado deseado. Porcentajes típicos son de un 5% para aplicación manual y 10% para aplicaciones mecanizadas.

– Estas mezclas son usadas principalmente en aceros inoxidables austeníticos, níquel y sus aleaciones. No deben utilizarse en aceros, cobre, aluminio o titanio debido a que el hidrógeno puede difundirse en estos metales y causar porosidad y posiblemente fracturas.

Gases de recubrimientoGases de recubrimiento– Las mezclas de argón-hidrógeno las comercializamos con el

nombre genérico de HIDROSTAR.

– Tubstar (H5): Se utiliza principalmente para aplicación manual en espesores de placa mayores a 1/16”.

– Shinestar (H5N):

– Otras mezclas disponibles:

– H2: Aplicación similar a la H5.– H10: Aplicación mecanizada en alta velocidad.– H15: Juntas apretadas a tope de acero inoxidable hasta

de .062” de espesor. Proporciona velocidades comparadas al helio puro y 50% más rápido que el argón.

– H35:Soldadura mecanizada de tubería de acero inoxidable.

Guía para la selección del Guía para la selección del gas de Aplicacióngas de Aplicación

Gases de AplicaciónGases de Aplicación

METAL APLICACIÓN GAS CARACTERISTICAS ACERO Puntos Argón Larga vida del electrodo, facilidad de encendido del arco. Manual Argón Mejor control del caldo, especialmente para fuera de posición Mecanizada Argón/helio Altas velocidades de avance. Mayor aporte de calor. Menor

flujo que con helio puro. Helio Mayores velocidades que con argón puro. Flujo mucho

mayor que el comparado con argón. ACERO INOX. Puntos Argón Control excelente de la penetración en material delgado. Argón/helio Mayor aporte de calor en materiales gruesos Manual Argón Control excelente del caldo y penetración. Mecanizada Argón Control excelente de la penetración en material delgado. Argón/helio Altas velocidades de avance. Mayor aporte de calor. Menor

flujo que con helio puro. Argón/Hidrog. Minimiza el socavado. Producen un contorno apropiado del

cordón a bajos amperajes. ALUMINIO Y MAGNESIO

Manual Argón Fácil encendido del arco. Buen efecto de limpieza y calidad de cordón. Bajo consumo de gas.

Argón-helio Mayor velocidad de avance. Más penetración que el argón. Mecanizada Argón-helio Buena calidad de cordón. Menor flujo que el requerido con

helio puro. Helio (DCSP) Máxima penetración y máxima velocidad de avance. Puede

dar efecto de limpieza en aluminio y magnesio.

.

Boquillas de gasBoquillas de gas– Para asegurar una adecuada protección del arco por parte del gas,

todas las boquillas son diseñadas para producir una campana de gas con muy poca turbulencia.

– Dichas boquillas pueden ser tipo “estándar” o tipo “gas lens”. Estas últimas cuentan con una malla muy fina en su interior, la cual dirige el flujo de gas en forma excepcionalmente estable y ordenado, permitiendo así que la descarga pueda proyectarse a mayor distancia, siendo posible soldar hasta 1” de distancia de la placa sin perder la protección del gas.

Boquilla con gas lens

Descarga sin gas lens

Descarga con gas lens

TungstenosTungstenos

Los tungstenos se producen con un acabado limpio o pulido. Los que tienen acabado limpio han sido sometidos a limpieza química para eliminar las impurezas superficiales después del moldeado. Los que tienen acabado pulido se esmerilaron con una técnica sin centro para eliminar las imperfecciones superficiales.

Si se desea un arco con estabilidad óptima, los tungstenos deben esmerilarse con su eje perpendicular al eje de la piedra de esmerilar, y esta deberá ser para uso exclusivo del afilado de tungstenos.

El afilado químico consiste en sumergir el extremo al rojo vivo del tungsteno en un recipiente con nitrato de sodio. La reacción química hará que el tungsteno se erosione con velocidad uniforme alrededor de la circunferencia formando una punta ahusada.

Contaminación del Contaminación del tungstenotungsteno

El empleo de corrientes por encima de las recomendadas hará que el tungsteno se erosione o derrita. Es posible que partículas de tungsteno caigan en el charco de soldadura y se conviertan en defectos.

Otra fuente de contaminación del tungsteno es si el operador toca accidentalmente el charco de soldadura con la punta del tungsteno.

También puede contaminarse si el gas protector no es el adecuado o si el flujo es insuficiente durante la soldadura o después de extinguirse el arco.

Si se usa una corriente demasiado baja para el diámetro del tungsteno, el arco será inestable.

TungstenosTungstenos– Los electrodos de tungsteno se clasifican con base en su composición química,

según se especifica enseguida:

COLOR: Verde ALEACION y %: - AWS: EWP USOS:Su capacidad de corriente es menor que la de tungstenos aleados. Se emplean principalmente

para soldar aluminio y magnesio en CA.

COLOR: Amarillo ALEACION y %: ThrO21% AWS: EWTh-1 USOS:Manejan corrientes de soldadura más altas que los tungstenos puros y en general son más

duraderos. Se usan principalmente en DCEN, y mantienen el afilado durante la soldadura, lo cual es deseable cuando se solda acero. Casi nunca se usan con DCEP porque es difícil mantener la punta de bola sin que se raje el electrodo.

COLOR: Rojo ALEACION y %: ThO2 2% AWS: EWTh-2 USOS:Ver explicación más arriba.

COLOR: Marrón ALEACION y %: ZrO2 .25% AWS: EWZr-1 USOS:Tienen características que están entre las de tungsteno puro y las de tungstenos con torio. Son

los preferidos para soldar con DCEP porque combinan las características de estabilidad de arco y extremo de bola típicas del tungsteno puro, mientras que mantiene la capacidad de corriente y facilidad de encendido que el tungsteno de torio.

COLOR: Negro ALEACIÓN y %: LaO3 1% AWS: EWLa-1 USOS: Rendimiento similar al tungsteno Torio. Fácil inicio de arco, buena estabilidad de arco, larga

vida, gran capacidad de corriente. No es radioactivo

Afilado del tungstenoAfilado del tungsteno– La forma de la punta del tungsteno es una variable

importante en el proceso TIG. En general, para soldar con CA se utilizan tungstenos puros o zirconiados con punta esférica. Para CD se utilizan los tungstenos con torio, con cerio o con lantano. En este caso la punta se debe afilar con cierto ángulo y a menudo el ángulo es truncado en la punta.

– El ángulo de la punta tiene un efecto importante en el proceso. Al aumentar el ángulo de la punta aumenta la penetración y disminuye el ancho del cordón.

– Sea cual sea la geometría de punta del electrodo que se escoja, es importante seguir usando la misma geometría una vez establecido el procedimiento de soldadura.

– Los cambios en la geometría del electrodo pueden influir de manera significativa en el tamaño y la forma del cordón, por tanto, esta configuración es una variable que debe estudiarse durante el desarrollo del procedimiento de soldadura.

Afilado del tungstenoAfilado del tungsteno

Preparación Ideal del Tungsteno

Arco estable

Preparación Erronea del Tungsteno

Efecto del ángulo del filoEfecto del ángulo del filo

– Forma del arco y perfil de la zona de fusión en función de la geometría de la punta del tungsteno.

– CONDICIONES: 150A, 2 segundos sobre la placa, 100% argón

15° 30° 90°

Formación de PorosFormación de Poros

Insuficiente volumen de GasInsuficiente volumen de Gas Turbulencia por exceso de GasTurbulencia por exceso de Gas Excesiva velocidad de aplicación 1 Excesiva velocidad de aplicación 1

m/sm/s Tobera demasiado pequeña, debe Tobera demasiado pequeña, debe

ser 1.5 veces el ancho del charco.ser 1.5 veces el ancho del charco. Antorcha demasiado retiradaAntorcha demasiado retirada Succión de aire cuando la antorcha Succión de aire cuando la antorcha

esta demasiado inclinada.esta demasiado inclinada.

Formación de PorosFormación de Poros

Penetración de Agua por fugas en Penetración de Agua por fugas en la antorchala antorcha

Suciedad, Grasa, Aceite , Pintura o Suciedad, Grasa, Aceite , Pintura o Humedad en la zona de soldaduraHumedad en la zona de soldadura

Turbulencia de Gas y succión de Turbulencia de Gas y succión de aire por daño en la Toberaaire por daño en la Tobera

Causas de falta de FusiónCausas de falta de Fusión

Preparación inadecuada de la JuntaPreparación inadecuada de la Junta Angulo demasiado pequeñoAngulo demasiado pequeño Cara de la Raíz demasiado Cara de la Raíz demasiado

profundaprofunda Insuficiente Fusión cuando la Insuficiente Fusión cuando la

soldadura es muy rápida y la soldadura es muy rápida y la manipulación de la Antorcha es manipulación de la Antorcha es excéntricaexcéntrica

Soldadura de base inadecuada.Soldadura de base inadecuada.

Causas de Fractura en Causas de Fractura en CráteresCráteres

Corriente de Soldadura demasiado Corriente de Soldadura demasiado altaalta

Incompleto llenado de Soldadura Incompleto llenado de Soldadura con material de aportecon material de aporte

Tipo de Metal Espesor Corriente Electrodo Gas

Aluminio Todos AC Puro o Zirconio Argón, Argón-Helioarriba de 1/ 8 in DCEN Lantano Argón, Argón-Helioabajo de 1/ 8 in DCEP Lantano o zirconio Argón, Argón-Helio

Cobre, Aleaciones de Cobre Todos DCEN Lantano Helioabajo de 1/ 8 in AC Puro o Zirconio Argón

Aleaciones de Magnesio Todos AC Puro o Zirconio Argónabajo de 1/ 8 in DCEP Zirconio o Lantano Argón

Niquel, Aleaciones de Niquel Todos DCEN Lantano Argón

Carbón, aceros de baja aleación Todos DCEN Lantano Argón, Argón-Helioabajo de 1/ 8 in AC Puro o Zirconio Argón

Acero Inoxidable Todos DCEN Lantano Argón, Argón-Helioabajo de 1/ 8 in AC Puro o Zirconio Argón *

* Las Mezclas Argón-Hidrógeno también han sido usadas exitosamente

Tipos de Corriente, Tungstenos y Gases de Protección Recomendados para soldar con

GTAW

PREGUNTAS ?PREGUNTAS ?PREGUNTAS ?