Clases de Soldadura

La soldadura se clasifica principalmente en dos categorías:

Soldadura Heterogénea

Se realiza entre materiales de diferente naturaleza, con o sin metales de aportación. También se considera heterogénea cuando los metales base son iguales, pero se utilizan diferentes metales de aportación. Incluye:

• Soldadura blanda: Utiliza estaño como material de aportación, que se funde a bajas temperaturas (menos de 450°C). Funciona como adhesivo. Tiene baja resistencia mecánica y puede sufrir corrosión galvánica debido a la presencia de metales con diferente potencial en ambientes húmedos.
• Soldadura fuerte: Emplea cobre, bronce, latón o plata como material de aportación. Requiere altas temperaturas (más de 450°C).

Soldadura Homogénea

El metal base y el metal de aportación son de la misma naturaleza. Si no se utiliza metal de aportación, se denomina soldadura autógena. Algunos tipos según el foco de calor son:

• Ultrasónica: Utilizada para piezas de aluminio.
• Eléctrica:
  • Por arco voltaico (efecto Joule).
  • Por resistencia (por puntos).

Tipos de Soldadura (Según la disposición de los cordones)

• Soldadura unilateral: Un solo cordón.
• Soldadura bilateral: Dos cordones.
• Soldadura de tapón: Se perfora una de las chapas y se sueldan los bordes de la perforación con la otra chapa. Si el agujero es circular, se llama tapón; si tiene otra forma, se denomina entalle.
• Soldadura de ángulo: Las piezas se unen por una arista interior o exterior. La interior es más costosa pero ofrece mayor garantía.

Deformaciones y Tensiones Internas en la Soldadura

Se originan por la dilatación desigual causada por el calentamiento irregular con el soplete. Las deformaciones se corrigen calentando el lado convexo, aplicando calor en varios puntos hasta que el material se vuelva pastoso y ceda.

Defectos Comunes en la Soldadura

• Falta de penetración: Fusión incompleta de los materiales.
• Pegaduras: Unión de las piezas o del metal de aportación por simple adherencia, no por fusión.
• Oxidaciones y quemaduras: Causadas por una mala regulación de la llama o por no usar fundentes adecuados.
• Coqueras: Cavidades en la soldadura debido a gases atrapados durante la fusión. Se previenen con fundentes adecuados y una soldadura suave.

Soldadura Eléctrica por Arco: Fundamentos

Utiliza el calor generado por un arco eléctrico entre dos conductores de diferente polaridad (electrodos). Alcanza temperaturas superiores a 3500°C, fundiendo la zona de soldadura (soldadura por fusión).

Arco Eléctrico

Cuando se contactan polos opuestos de una fuente de energía eléctrica, se establece una corriente intensa. La zona de contacto, con mayor resistencia eléctrica, se pone incandescente. Esto ioniza la atmósfera circundante, volviendo el aire conductor. Al separar los polos, la corriente continúa fluyendo a través del aire, manteniendo el arco si la separación es adecuada a la tensión, intensidad y sección de los conductores. La tensión necesaria es de aproximadamente 40 voltios por cm de separación. Para una separación normal de 0.50 cm, la tensión de soldadura es de unos 20 voltios. El arco eléctrico puede generarse tanto con corriente continua (CC) como con corriente alterna (CA), aunque en CA es más difícil mantenerlo estable.

Electrodos para Soldadura por Arco

Son varillas recubiertas. El recubrimiento cumple varias funciones:

• Facilita el cebado y la estabilidad del arco gracias a sustancias ionizantes.
• Mejora las características mecánicas del metal depositado mediante sustancias desoxidantes y protectoras contra el nitrógeno del aire. Los componentes del recubrimiento compensan la oxidación y pueden alear otros elementos (arco activo).
• Protege la soldadura con una escoria que se forma sobre la zona fundida, previniendo la oxidación y retrasando el enfriamiento, permitiendo que las burbujas de gas escapen.

Clases de Electrodos

Según la varilla:

• Electrodos para aceros suaves (baja dureza).
• Electrodos para aceros de alta resistencia.
• Electrodos para recargues de gran dureza.
• Electrodos para aceros inoxidables y resistentes a altas temperaturas (arco activo).
• Electrodos para fundición (hierro colado) (arco activo).
• Electrodos para metales no férreos.

Según el recubrimiento:

• Electrodos con recubrimiento básico: Grueso, con alto contenido de carbonato cálcico y espato-flúor. Produce una escoria básica, pardo oscura y fácil de eliminar. Ofrece poca penetración, pero excelentes propiedades mecánicas (alta resistencia y maleabilidad), y alta resistencia a la fisuración. Adecuados para grandes espesores. Se utilizan con CC (electrodo positivo) y, excepcionalmente, con CA (tensión mínima de cebado de 70 voltios).
• Electrodos con recubrimiento de rutilo: De espesor medio o grueso, contienen principalmente rutilo (óxido de titanio) y celulosa. Existen tres tipos:
  • Celulósicos o volátiles (25% de celulosa): Recubrimiento delgado, generan gases protectores. Escoria pequeña y fácil de eliminar. Soldaduras de mal aspecto, pero con buena penetración y excelentes propiedades mecánicas. Se usan en todas las posiciones con CA y CC (polo positivo). Comunes en tuberías metálicas grandes.
  • Semivolátiles (5% de celulosa): Penetración regular, buenas propiedades mecánicas y mejor aspecto que los celulósicos. Soldadura en todas las posiciones con CA y CC.
  • No volátiles (sin celulosa): Cordones de muy buen aspecto, escoria compacta y viscosa. Baja penetración, propiedades mecánicas regulares y sensibles a la fisuración. Soldadura en cualquier posición con CA y CC.

Ejemplo de nomenclatura de electrodo: E 2 3 1 A 2 2

• E: Electrodo para soldadura por arco eléctrico.
• 2: Resistencia a la tracción superior a 44 kg/mm².
• 3: Alargamiento superior al 22%.
• 1: Resistencia superior a 5 kgm/cm².
• A: Recubrimiento ácido.
• 2: Utilizable en todas las posiciones excepto vertical descendente.
• 2: Utilizable en CA y CC con polaridad negativa (electrodo en el negativo). Tensión 50V.

Práctica de la Soldadura por Arco

1. Seleccionar el electrodo y su diámetro según el espesor de las piezas.
2. Ajustar la intensidad de soldadura según el espesor y el diámetro del electrodo.
3. Conectar la pieza a la pinza de masa. Cebar el arco frotando el electrodo con la pieza y separándolo al ponerse incandescente la punta. Mantener una distancia aproximada al diámetro del electrodo (excepto en los básicos, donde la distancia es el 50% del diámetro).
4. Mantener el electrodo inclinado y aplicar movimientos adecuados.

Definición y Formación del Arco Eléctrico

Es una descarga continua entre dos conductores ligeramente separados, por donde pasa la corriente al hacerse conductor el aire o gas entre ellos. Produce gran luz y calor. Requiere dos electrodos y un gas conductor (plasma).

Formación del medio conductor (columna de plasma): El gas se ioniza (se separan sus átomos en iones y electrones) por el choque de los electrones que salen de un electrodo. Un gas ionizado se denomina plasma.

Arco eléctrico (proceso): Se calienta el electrodo negativo (cátodo). Al establecer un cortocircuito entre pieza y electrodo, la punta del cátodo se calienta intensamente. Al separar el electrodo, bastan pocos voltios para establecer el arco. Los electrones del cátodo ionizan el gas. Los electrones se dirigen al ánodo (terminal positivo) y los iones del plasma al cátodo, cediendo su energía cinética (movimiento) que se transforma en calor, manteniendo la temperatura del cátodo y la emisión de electrones.

Zonas del Arco de Soldeo

• Cátodo (terminal negativo): Emisión de electrones que ionizan el gas. Los iones del plasma bombardean el cátodo, calentándolo. La temperatura del cátodo es menor que la del ánodo. Tiene propiedades autodecapantes (autolimpieza) por el bombardeo de iones.
• Ánodo (terminal positivo): Los electrones se dirigen al ánodo, atraídos por su carga positiva. Tiene mayor temperatura que el cátodo.
• Columna de plasma: Entre ánodo y cátodo. Temperatura muy elevada (3000°C). El plasma es un gas ionizado, conductor de la corriente eléctrica. El gas puede ser aire, vapores del recubrimiento del electrodo o gas de protección.

Influencia del Tipo de Corriente: Polaridad

Se puede usar CC o CA. En CC, se distingue entre:

• Polaridad directa (CCEN): Electrodo al negativo, pieza al positivo.
• Polaridad inversa (CCEP): Electrodo al positivo, pieza al negativo.

La elección depende del proceso, el electrodo y el material base.

Efectos de la Polaridad

La zona más caliente es la anódica (positiva). En polaridad inversa (CCEP), el electrodo se calienta más. El choque de iones positivos en el cátodo produce un efecto decapado (limpieza). Esto es importante para aleaciones de aluminio o magnesio, que tienen capas de óxido refractarias (alto punto de fusión). Estas aleaciones se sueldan con polaridad inversa.

Características de la polaridad inversa (CCEP):

• Baño ancho, poca penetración.
• Excesivo calor en el electrodo, posible deterioro incluso a bajas intensidades.
• Efecto decapado, facilita el soldeo de aleaciones como aluminio y magnesio.

Características de la polaridad directa (CCEN):

• Cordones estrechos, gran penetración.
• El electrodo soporta mayores intensidades que con polaridad inversa.
• No hay efecto decapado. Si se sueldan aleaciones con capas refractarias, se deben decapar químicamente antes.

Efectos de la Corriente Alterna (CA)

El electrodo actúa como ánodo y cátodo alternativamente. Combina los efectos de ambas polaridades de la CC. El cambio de polaridad ocurre 100 veces por segundo en Europa. El arco en CA es más inestable que en CC, ya que la tensión varía continuamente. Se requiere una tensión mínima para mantener el arco. Si la tensión no alcanza este valor, el arco se extingue, pudiendo reencenderse si el cátodo no se ha enfriado demasiado.

Soldadura TIG: Aplicaciones y Selección de Corriente

Apta para todos los materiales, incluidos aluminio, magnesio y materiales sensibles a la oxidación (titanio, circonio y sus aleaciones). Ideal para soldaduras de responsabilidad. No es económica debido a su baja tasa de deposición.

Selección del Tipo de Corriente

La elección de corriente y polaridad depende del material.

• Arco de CC: Se recomienda polaridad directa (electrodo negativo, EN). Con polaridad inversa, se requieren intensidades tan bajas que la soldadura es impracticable.
• Arco con CA: Combina las ventajas de ambas polaridades: buen comportamiento en polaridad directa y efecto decapante en polaridad inversa. Se usa en aleaciones ligeras (aluminio y magnesio). Inconvenientes: dificultad de cebado y estabilidad del arco, requiriendo un generador de alta frecuencia. El arco se apaga cuando el voltaje es nulo. Para mejorar la estabilidad, se incrementa la tensión de vacío. La corriente de alta frecuencia puede ser continua o aplicarse cuando la corriente de soldeo pasa por cero.

Fuente de Energía para Soldadura TIG

Debe tener una característica descendente (intensidad constante) para que la corriente de soldeo no se vea muy afectada por variaciones en la longitud del arco. Debe tener un rango de variación continua de intensidad y una intensidad mínima baja (importante para la función de «disminución progresiva de intensidad» o «control de pendiente»). La intensidad máxima debe ser suficiente para el espesor y el material.

Intensidades requeridas por mm de espesor:

• Acero baja aleación: 30-40V
• Aluminio: 45-50V
• Cobre: 75-80V
• Acero Inoxidable: 30-40V

Tipos de fuente en CA:

• Transformadores con control adicional para alta frecuencia y control de gas.
• Equipos TIG con capacidad para CA y CC. CA para decapado y materiales de bajo espesor.

Las fuentes de CA utilizan una onda sinusoidal. El arco con CA es inestable, por lo que se utilizan generadores de impulsos de alta frecuencia, filtros capacitivos o fuentes de onda cuadrada para estabilizarlo. Las fuentes de onda cuadrada cambian rápidamente el sentido de la corriente, logrando gran estabilidad. Algunas fuentes de onda cuadrada tienen control de balance de onda, ajustando la intensidad y el tiempo de cada semionda. Son muy utilizadas en el soldeo de aluminio y sus aleaciones.

Fuentes de Energía para Soldadura por Arco

Se necesitan altas intensidades (50-1500A) y bajos voltajes (20-80V) en CA o CC. La fuente de energía transforma la corriente de la red en otra adecuada para el arco eléctrico.

Clasificación

• Transformadores: Modifican la tensión e intensidad de la CA. Tienen un núcleo de hierro con dos bobinas: la primaria (conectada a la red) y la secundaria (conectada al portaelectrodo y a la pieza).
• Rectificadores: Convierten la CA en CC. El elemento rectificador (diodo) deja pasar la corriente en un solo sentido. La rectificación de la corriente trifásica es mejor. Los rectificadores suelen conectarse trifásicos a la red (220/380V). Solo los de baja potencia se conectan monofásicos (220V).

Características de la Fuente de Energía

Relación entre la fuente de alimentación y las características del arco. La característica de la fuente es la representación gráfica de la relación entre tensión e intensidad. El punto de funcionamiento (punto de trabajo) es la intersección de las curvas características de la máquina y del arco, definido por la intensidad y tensión del soldeo.

Fuentes de Energía de Intensidad Constante

Ajustan la corriente del arco y tienen una característica descendente. La intensidad del cortocircuito (Icc) es la máxima intensidad que suministra la fuente (cuando se ceba el arco). La tensión de vacío (Vo) es la máxima tensión que puede suministrar la fuente (cuando no se está soldando). Un voltaje elevado facilita el cebado. Se utilizan para soldadura TIG y con electrodo revestido. Los cambios en la longitud del arco no provocan grandes cambios en la intensidad, obteniéndose un arco estable.