Soldadura por Arco
La idea de la soldadura per arc elèctric, de vegades anomenada soldadura electrógena, va ser proposada a principis del segle XIX pel científic anglès Humphrey Davy, però ja en 1885 dos investigadors russos van aconseguir soldar amb elèctrodes de carboni.
Quatre anys més tard va ser patentat un procés de soldadura amb vareta metàl·lica. No obstant això, aquest procediment no va prendre importància en l'àmbit industrial fins que el suec Oscar Kjellberg va inventar, el 1904, l'elèctrode recobert. El seu ús massiu va començar al voltant dels anys 1950.
Elements
- Plasma: està compost per electrons que transporten el corrent i que van del pol negatiu al positiu, d'ions metàl·lics que van del pol positiu al negatiu, d'àtoms gasosos que es van ionitzant i estabilitzant acord perden o guanyen electrons, i de productes de la fusió com ara vapors que ajudaran a la formació d'una atmosfera protectora. Aquesta mateixa arriba a la major temperatura del procés.
- Crida: és la zona que envolta el plasma i presenta menor temperatura que aquest, formada per àtoms que es dissocien i recombinen desprenent calor per la combustió del revestiment de l'elèctrode. Atorga a l'arc elèctric seva forma cònica.
- Bany de fusió: l'acció calorífica de l'arc provoca la fusió del material, on part d'aquest es barreja amb el material d'aportació de l'elèctrode, provocant la soldadura de les peces un cop solidificat.
- Cràter: solc produït per l'escalfament del metall. La seva forma i profunditat vindran donades pel poder de penetració de l'elèctrode i els valors elèctrics empleats.
- Cordó de soldadura: està constituït pel metall base i el material d'aportació de l'elèctrode, i es poden diferenciar dues parts: l'escòria, composta per impureses que són segregades durant la solidificació i que posteriorment són eliminades, i sobre el gruix, format per la part útil del material d'aportació i part del metall base, la soldadura en si.
- Elèctrodes: són varetes metàl·liques preparades per servir com a pol del circuit; en el seu extrem es genera l'arc elèctric. En alguns casos, serveixen també com a material fundent. La vareta metàl·lica va recoberta per una combinació de materials que varien d'un elèctrode a un altre. El recobriment en els elèctrodes té diverses funcions, que poden resumir-se en les següents:
- Funció elèctrica del recobriment
- Funció física de l'escòria
- Funció metal·lúrgica del recobriment
Funcions dels recobriments
Funció elèctrica del recobriment
L'estabilitat de l'arc per a la soldadura depèn d'una àmplia sèrie de factors, com és la ionització de l'aire perquè flueixi adequadament l'electricitat. Per aconseguir una bona ionització s'afegeixen al revestiment de l'elèctrode productes químics consistents en sals de sodi, potassi i bari, els quals tenen una tensió de ionització baixa i un poder termoiònic elevat.
Funció física del recubrimiento
El recobriment, també conté en la seva composició productes com els silicats, els carbonats, els òxids de ferro i òxids de titani, que afavoreixen la funció física dels elèctrodes, que faciliten la soldadura en les diverses posicions d'execució de la soldadura.
Funció metalúrgica dels recobriments
A més de les funcions d'estabilitzar i facilitar el funcionament elèctric de l'arc i de contribuir físicament a la millor formació del cordó, el recobriment té una importància decisiva en la qualitat de la soldadura.
Tipus de soldadura
Es distingeixen els següents processos de soldadura basats en el principi de l'arc elèctric:
Soldadura per arc manual amo electrode revestit
Elèctrodes revestits.
La característica més important de la soldadura amb elèctrodes revestits, és que l'arc elèctric es produeix entre la peça i un elèctrode metàl·lic recobert. El recobriment protegeix l'interior de l'elèctrode fins al moment de la fusió. Amb la calor de l'arc, l'extrem de l'elèctrode es fon i es crema el recobriment, de manera que s'obté l'atmosfera adequada perquè es produeixi la transferència de metall fos des del nucli de l'elèctrode fins al bany de fusió en el material base.
Aquestes gotes de metall fos cauen recobertes d'escòria fosa procedent de la fusió del recobriment de l'arc. L'escòria sura en la superfície i forma, per sobre del cordó de soldadura, una capa protectora del metall fos.
Com són els propis elèctrodes els que aporten el flux de metall fos, caldrà reposar-los quan es desgastin. Els elèctrodes estan compostos de dues peces: l'ànima i el revestiment.
L'ànima o vareta és un filferro (de diàmetre original 5,5 mm) que es subministra en rotllos continus. Després d'obtenir el material, el fabricant ho decapa mecànicament (a fi d'eliminar l'òxid i augmentar la puresa) i posteriorment ho trefila per reduir el seu diàmetre.
El revestiment es produeix mitjançant la combinació d'una gran varietat d'elements (minerals diversos, cel·lulosa, marbre, aliatges, etc.) convenientment seleccionats i provats pels fabricants, que mantenen el procés, quantitats i dosificacions en rigorós secret.
La composició i classificació de cada tipus d'elèctrode està regulada per AWS (American Welding Society), organisme de referència mundial en l'àmbit de la soldadura.
Aquest tipus de soldadura pot ser efectuada sota corrent tant contínua com alterna. En corrent continu l'arc és més estable i fàcil d'encendre, i les esquitxades són poc freqüents; en canvi, el mètode és poc eficaç amb soldadures de peces gruixudes. El corrent altern possibilita l'ús d'elèctrodes de major diàmetre, amb el que el rendiment a major escala també augmenta. En qualsevol cas, les intensitats de corrent oscil·len entre 10 i 500 amperes.
El factor principal que fa d'aquest procés de soldadura un mètode tan útil és la seva simplicitat i, per tant, el seu baix preu. Tot i la gran varietat de processos de soldadura disponibles, la soldadura amb elèctrode revestit no ha estat desplaçada del mercat. La senzillesa fa d'ella un procediment pràctic; tot el que necessita un soldador per treballar és una font d'alimentació, cables, 1 portaelectrodo i elèctrodes. El soldador no ha d'estar al costat de la font i no hi ha necessitat d'utilitzar gasos comprimits com a protecció. El procediment és excel·lent per a treballs de reparació, fabricació i construcció. A més, la soldadura SMAW és molt versàtil. El seu camp d'aplicacions és enorme: gairebé tots els treballs de petita i mitjana soldadura de taller s'efectuen amb elèctrode revestit; es pot soldar metall de gairebé qualsevol gruix i es poden fer unions de qualsevol tipus.
No obstant això, el procediment de soldadura amb elèctrode revestit no es presta per a la seva automatització o semiautomatització; la seva aplicació és essencialment manual. La longitud dels elèctrodes és relativament curta: de 230 a 700 mm. Per tant, és un procés principalment per a soldadura a petita escala. El soldador ha d'interrompre el treball a intervals regulars per canviar l'elèctrode i de netejar el punt d'inici abans de començar a utilitzar un elèctrode nou. No obstant això, fins i tot amb tot aquest temps mort i de preparació, un soldador eficient pot ser molt productiu.Características de los electrodos
Els elèctrodes es classifiquen per un sistema combinat de números que l'identifiquen, i permet seleccionar el tipus d'elèctrode més adequat, per a un treball determinat.
E XX XX
La combinació de nombres permet identificar:
a. El tipus de corrent que s'ha d'usar (corrent continu "cc" / corrent altern "ca")
b. La Posició de soldadura que es pot realitzar (Sobre cap, Vertical, Horitzontal).
c. Resistència a la tracció de la soldadura.
El prefix "E" significa "elèctrode per a soldadura elèctrica per arc".
Els dos primers dígits, d'un total de quatre, indiquen la resistència a la tracció, en milers de lliures per polzada quadrada.
El tercer dígit indica
1. Totes posicions.
2. Juntes en angle interior, en posició horitzontal o plana.
3. Posició plana únicament.
Els dos últims dígits en conjunt indiquen la classe de corrent a utilitzar i la classe de revestiment.
10 - C C (+) revestiment cel·lulòsic.
11 - C C (+) revestiment cel·lulòsic.
12 - CC o CA (-) revestiment amb rútil.
13 - C A o C C (±), revestiment amb rútil i ferro en pols (30% aproximadament).
16 - C C (+) sota tenor, d'hidrogen.
18 - CC o CA (±) revestiment amb baix contingut d'hidrogen i amb ferro en pols.
20 - CC o CA (±) revestiment amb baix contingut d'hidrogen i amb ferro en pols (25% aproximadament).
24 - CA o CC (±) amb rútil i ferro en pols (aproximadament
50% d'aquest últim element).
exemple
I - 6013
Elèctrode, amb una resistència de 60000 Lb per polzades quadrades, per a totes les posicions, per cc o ca i té un recobriment de rutil amb Fe en pols.
Soldadura per electrode no consumible protegit
L'objectiu fonamental en qualsevol operació de soldadura és el d'aconseguir una junta amb la mateixa característica del metall base. Aquest resultat només pot obtenir si el bany de fusió està completament aïllat de l'atmosfera durant tota l'operació de soldadura. Si no és així, tant l'oxigen com el nitrogen de l'aire seran absorbits pel metall en estat de fusió i la soldadura quedarà porosa i fràgil. En aquest tipus de soldadura s'utilitza com a mitjà de protecció un doll de gas que impedeix la contaminació de la junta. Tant aquest com el següent procés de soldadura tenen en comú la protecció de l'elèctrode per mitjà d'aquest gas. La soldadura per elèctrode no consumible, també anomenada soldadura TIG (sigles de Tungsten Inert Gas), es caracteritza per l'ús d'un elèctrode permanent que normalment, com indica el nom, és de tungstè. La producció d'aquest tipus d'elèctrodes és molt costosa. En l'actualitat hi ha materials que ho reemplacen. A més de reduir els costos, posseeixen característiques tèrmiques que milloren el procés.
Aquest mètode de soldadura es va patentar el 1920 però no es va començar a utilitzar de manera generalitzada fins a 1940, donat el seu cost i complexitat tècnica.
A diferència de les soldadures d'elèctrode consumible, en aquest cas el metall que formarà el cordó de soldadura ha de ser afegit externament, llevat que les peces a soldar siguin específicament primes i no sigui necessari. El metall d'aportació ha de ser de la mateixa composició o similar que el metall base; fins i tot, en alguns casos, pot utilitzar-satisfactòriament com a material d'aportació una tira obtinguda de les pròpies xapes a soldar.
La injecció del gas a la zona de soldadura s'aconsegueix mitjançant una canalització que arriba directament a la punta de l'elèctrode, envoltant-ho. Donada l'elevada resistència a la temperatura del tungstè (es fon a 3410 ° C), acompanyada de la protecció del gas, la punta de l'elèctrode amb prou feines es desgasta després d'un ús prolongat. És convenient, això sí, repassar la terminació en punta, ja que una geometria poc adequada perjudicaria en gran mesura la qualitat del soldat. Pel que fa al gas, els més utilitzats són l'argó, l'heli i barreges d'ambdós. L'heli, gas noble inert (d'aquí el nom de soldadura per gas inert), és més usat en els Estats Units, atès que allí s'obté de forma econòmica en jaciments de gas natural. Aquest gas deixa un cordó de soldadura més aplatat i menys profund que l'argó. Aquest últim, més utilitzat a Europa pel seu baix preu en comparació amb l'heli, deixa un cordó més triangular i que s'infiltra en la soldadura. Una barreja de tots dos gasos proporcionarà un cordó de soldadura amb característiques intermèdies.
La soldadura TIG es treballa amb corrents continu i altern. En corrent continu i polaritat directa, les intensitats de corrent són de l'ordre de 50 a 500 amperes. Amb aquesta polarització s'aconsegueix major penetració i un augment en la durada de l'elèctrode. Amb polarització inversa, el bany de fusió és més gran però hi ha menor penetració; les intensitats oscil·len entre 5 i 60 A. El corrent altern combina els avantatges de les dues anteriors, però en contra dóna un arc poc estable i difícil d'encebar.
El gran avantatge d'aquest mètode de soldadura és, bàsicament, l'obtenció de cordons més resistents, més dúctils i menys sensibles a la corrosió que a la resta de procediments, ja que el gas protector impedeix el contacte entre l'atmosfera i el bany de fusió . A més, aquest gas simplifica notablement la soldadura de metalls no fèrrics, per no requerir l'ús de desoxidants, amb les deformacions o inclusions d'escòria que poden implicar. Un altre avantatge de la soldadura per arc amb protecció gasosa és que permet obtenir soldadures netes i uniformes causa de l'escassetat de fums i projeccions; la mobilitat del gas que envolta a l'arc transparent permet al soldador veure clarament el que està fent en tot moment, el que repercuteix favorablement en la qualitat de la soldadura. El cordó obtingut és per tant d'un bon acabat superficial, que pot millorar-se amb senzilles operacions d'acabat, el que incideix favorablement en els costos de producció. A més, la deformació que es produeix en els voltants del cordó de soldadura és menor.
Com a inconvenients hi ha la necessitat de proporcionar un flux continu de gas, amb la subsegüent instal·lació de canonades, bombones, etc., i l'encariment que suposa. A més, aquest mètode de soldadura requereix una mà d'obra molt especialitzada, el que també augmenta els costos. Per tant, no és un dels mètodes més utilitzats, sinó que es reserva per a unions amb necessitats especials d'acabat superficial i precisió.
Soldadura per electrode consumible protegit
Aquest mètode resulta similar a l'anterior, amb l'excepció que en els dos tipus de soldadura per elèctrode consumible protegit, MIG (Metal Inert Gas) i MAG (Metall Active Gas), és aquest elèctrode l'aliment del cordó de soldadura. L'arc elèctric està protegit, com en el cas anterior, per un flux continu de gas que garanteix una unió neta i en bones condicions.
En la soldadura MIG, com el seu nom indica, el gas és inert; no participa de cap manera en la reacció de soldadura. La seva funció és protegir la zona crítica de la soldadura d'oxidacions i impureses exteriors. S'empren usualment els mateixos gasos que en el cas d'elèctrode no consumible: argó, menys freqüentment heli, i barreja de tots dos.
En la soldadura MAG, en canvi, el gas utilitzat participa de manera activa en la soldadura. La seva zona d'influència pot ser oxidant o reductora, ja s'utilitzin gasos com el diòxid de carboni o l'argó barrejat amb oxigen. El problema d'usar CO2 en la soldadura és que la unió resultant, a causa del oxigen alliberat, resulta molt porosa. A més, només es pot fer servir per soldar acer, pel que el seu ús queda restringit a les ocasions en què cal soldar grans quantitats de material i en les que la porositat resultant no és un problema a tenir en compte.
L'ús dels mètodes de soldadura MIG i MAG és cada vegada més freqüent en el sector industrial. En l'actualitat, és un dels mètodes més utilitzats a Europa occidental, Estats Units i Japó en soldadures de fàbrica. Això es deu, entre altres coses, a la seva elevada productivitat i de la facilitat d'automatització, el que li ha valgut obrir-se un buit en la indústria automobilística. La flexibilitat és la característica més excel·lent del mètode MIG / MAG, ja que permet soldar acers de baix aliatge, acers inoxidables, alumini i coure, en gruixos a partir dels 0,5 mm i en totes les posicions. La protecció per gas garanteix un cordó de soldadura continu i uniforme, a més de lliure d'impureses i escòries. A més, la soldadura MIG / MAG és un mètode net i compatible amb totes les mesures de protecció per al medi ambient.
En contra, el seu major problema és la necessitat d'aportació tant de gas com d'elèctrode, el que multiplica les possibilitats de fallada de l'aparell, a més del lògic encariment del procés.
La soldadura MIG / MAG és intrínsecament més productiva que la soldadura MMA, on es perd productivitat cada vegada que es produeix una parada per reposar l'elèctrode consumit. Les pèrdues materials també es produeixen amb la soldadura MMA, quan la part darrera de l'elèctrode és rebutjada. Per cada quilogram d'elèctrode revestit comprat, al voltant del 65% forma part del material dipositat (la resta és rebutjat). La utilització de fils sòlids i fils tubulars ha augmentat aquesta eficiència fins al 80-95%. La soldadura MIG / MAG és un procés versàtil, podent dipositar el metall a una gran velocitat i en totes les posicions. El procediment és molt utilitzat en gruixos prims i mitjans, en fabricacions d'acer i estructures d'aliatges d'alumini, especialment on es requereix un gran percentatge de treball manual. La introducció de fils tubulars està trobant cada vegada més, la seva aplicació en els gruixos forts que es donen en estructures d'acer pesades.
Soldadura per arc sumergit
La soldadura per arc submergit (SAW) és un procés de soldadura per arc. Originalment desenvolupat per la Linde - Union Carbide Company. Requereix una alimentació d'elèctrode consumible contínua, ja sigui sòlid o tubular (fundent). La zona fosa i la zona de l'arc estan protegits de la contaminació atmosfèrica per estar "submergida" sota un mantell de flux granular compost d'òxid de calci, diòxid de silici, òxid de manganès, fluorur de calci i altres compostos. En estat líquid, el flux es torna conductor, i proporciona una trajectòria de corrent entre l'elèctrode i la peça. Aquesta capa gruixuda de flux cobreix completament el metall fos evitant així esquitxades i espurnes, així com la disminució de la intensa radiació ultraviolada i de l'emissió fums, que són molt comuns en la soldadura manual de metall per arc revestit (SMAW).
La SAW pot operar tant en manera automàtica com mecanitzat, encara que també hi ha la SAW semi-automàtica de pistola (portàtil) amb emissió de flux d'alimentació a pressió o per gravetat.
El procés normalment es limita a les posicions de soldadura plana o horitzontal (tot i que les soldadures en posició horitzontal es fan amb una estructura especial per dipositar el flux). Els índexs de dipòsit s'aproximen a 45 kg / h comparat amb aproximadament 5 kg / h (màxim) per a la soldadura manual de metall per arc revestit (SMAW). Tot i que el rang d'intensitats usades normalment van des de 300 a 2000 A la, 1 també s'utilitzen corrents de fins a 5000 A (arcs múltiples).
Ja sigui simple o múltiple (2 a 5) existeixen variacions del filferro de l'elèctrode en el procés. La SAW utilitza un revestiment en l'elèctrode de cinta plana (pàg. E. 60 mm d'ample x 0,5 mm de gruix). Es pot utilitzar energia CC o CA, tot i que la utilització de combinacions entre ambdues són molt comuns en els sistemes d'elèctrodes múltiples. Les fonts d'alimentació més utilitzades són les de voltatge constant, tot i que els sistemes actuals disposen d'una combinació de tensions constants amb un detector de tensió en el cable alimentador.
elèctrode
El material de farciment per a la SAW generalment és un filferro estàndard, així com altres formes especials. Aquest filferro té normalment un gruix d'entre 1,6 mm i 6 mm. En certes circumstàncies, es poden utilitzar un filferro trenat per donar l'arc un moviment oscil·lant. Això ajuda a fondre la punta de la soldadura a l'metall base.2
Les variables clau del procés SAW
Velocitat d'alimentació (principal factor en el control de corrent de soldadura).
Arc de tensió.
Velocitat de desplaçament.
Distància del elèctrode o contacte amb la punta de treball.
Polaritat i el tipus de corrent (CA o CC) i balanç variable del corrent CA.
Aplicacions de materials
Acers al carboni (estructural i la construcció de vaixells).
Acers de baix aliatge.
Acers inoxidables.
Aliatges de base níquel
Aplicacions de superfície (enfront del desgast, l'acumulació, superposició i resistent a la corrosió dels acers)
avantatges
Índexs de deposició elevat (més 45 kg / h).
Factors de funcionament en les aplicacions de mecanitzat.
Penetració de la soldadura.
Es realitzen fàcilment soldadures robustes (amb un bon procés de disseny i control)
Profunditat.
Soldadures d'alta velocitat en xapes fines d'acer de fins a 5 m / min.
La llum ultraviolada i el fum emesos són mínims comparats amb el procés de soldadura manual de metall per arc revestit (SMAW).
Pràcticament no és necessària una preparació prèvia de les vores.
El procés és adequat per a treballs d'interior oa l'aire lliure.
Distorsió molt menor.
Les soldadures realitzades són robustes, uniformes, resistents a la ductilitat i a la corrosió i tenen molt bon valor enfront de impacte.
L'arc sempre està cobert sota un mantell de flux, per tant no hi ha possibilitat d'esquitxades de soldadura.
limitacions
Limitat a materials ferris (acer o acer inoxidable) i alguns aliatges de base níquel.
Normalment limitada a les posicions 1F, 1G, i 2F.
En general es limiten a cordons llargs rectes, tubs de rotatoris o vaixells.
Requereix relatives molèsties en el maneig del flux.
Els fluxes i l'escòria pot presentar un problema per a la salut i la seguretat.
Requereix eliminar l'escòria, entre la pre i la post operació.
seguretat
Segons la NASDA (National Ag Safety Database), les mesures de seguretat necessàries per treballar amb soldadura amb arc són les següents.
Recomanacions generals sobre soldadura amb arc
Abans de començar qualsevol operació de soldadura d'arc, s'ha de fer una inspecció completa del soldador i de la zona on es va a utilitzar. Tots els objectes susceptibles de cremar han de ser retirats de l'àrea de treball, i ha d'haver un extintor apropiat de Pols Químic Sec o de CO2 a la mà, no sense abans recordar que en ocasions pot tenir mànega d'escuma mecànica.
Els interruptors de les màquines necessàries per a la soldadura han de poder-se desconnectar ràpida i fàcilment. L'alimentació estarà desconnectada sempre que no s'estigui soldant, i comptarà amb una presa de terra
Els portaelectrodes no s'han d'usar si tenen els cables solts i les tenalles o els aïllants danyats.
L'operació de soldadura s'ha de dur a terme en un lloc ben ventilat. El sostre del lloc on es soldi haurà de ser alt o disposar d'un sistema de ventilació adequat.
Equips de protecció individual
La radiació d'un arc elèctric és enormement perjudicial per a la retina i pot produir cataractes, pèrdua parcial de visió, o fins i tot ceguesa. Els ulls i la cara del soldador han d'estar protegits amb un casc de soldar homologat equipat amb un visor filtrant de grau apropiat.
La roba apropiada per treballar amb soldadura per arc ha de ser ampla i còmoda, resistent a la temperatura i al foc. Ha d'estar en bones condicions, sense forats ni pedaços i neta de greixos i olis. Les camises han de tenir mànigues llargues, i els pantalons han de ser llargs, acompanyats amb sabates o botes aïllants que cobreixin.
Han d'evitar per sobre de tot les descàrregues elèctriques, que poden ser mortals. Per això, l'equip haurà d'estar convenientment aïllat (cables, tenalles, portaelèctrodes han d'anar recoberts d'aïllant), així com sec i lliure de greixos i oli. Els cables de soldadura han de romandre allunyats dels cables elèctrics, i el soldador separat del sòl; bé mitjançant un tapet de cautxú, fusta seca o mitjançant qualsevol altre aïllant elèctric. Els elèctrodes mai han de ser canviats amb les mans descobertes o mullades o amb guants mullats.
FONT: Wikipedia
