Proceso Gmaw

Soldadura para el mantenimiento PFR

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Proceso GMAWSemestre IV

Grupo B

Carrera C-3

1. INTRODUCCION

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

La soldadura por arco de metal y gas (Gas Metal Arc Welding (GMAW o MIG) es un proceso de soldadura por arco que emplea un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura. El proceso se realiza bajo un escudo de gas suministrado externamente y sin  aplicación de presión.

2.1Usos y ventajas

Las ventajas más importantes son:

El único proceso de electrodo consumible que puede servir para soldar todos los metales y aleaciones comerciales.

GMAW no tiene restricción de tamaño de electrodo.

Puede soldarse en todas las posiciones.

Se logran tasas de deposición bastante más alta que con la soldadura por arco de metal protegido.

Las velocidades de soldadura son más altas que con soldadura por arco de metal protegido.

Es posible depositar soldaduras largas sin parar.

Cuando se usa la transferencia por aspersión, es posible lograr mayor penetración que con la soldadura por arco de metal protegido, lo que puede permitir el uso de soldaduras de filete más pequeñas para obtener una resistencia mecánica equivalente.

Casi no requiere limpieza después de la soldadura.

2.2 Limitaciones

1.    El equipo de soldadura es más complejo, costoso y menos portable que el de SMAW.

2.    GMAW es más difícil de usar en lugares de difícil acceso.

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3.    El arco de soldadura debe protegerse contra corrientes de aire que puedan dispersar el gas protector.

4.    Los niveles relativamente altos de calor radiado y la intensidad del arco más alta.

3. Fundamentos del proceso

El proceso GMAW se basa en la alimentación automática de un electrodo continuo consumible que se protege mediante un gas de procedencia externa.

Los únicos controles manuales que el soldador requiere para la operación semiautomática son los de velocidad y dirección de desplazamiento, así como también el posicionamiento de la pistola.

Los componentes básicos del equipo son la unidad de pistola soldadora y cables, la unidad de alimentación del electrodo, la fuente de potencia y la fuente de gas protector. Puede operar con gases reactivos como el CO2 así como gases inertes.

Este proceso puede ser usado con la mayoría de los metales comerciales, incluyendo aceros al carbono, aleaciones, aceros inoxidables, aluminio, magnesio, cobre, hierro, titanio y zirconio. Es el proceso preferido para la soldadura de aluminio, magnesio, cobre y muchas de las aleaciones de metales reactivos. La mayoría de los hierros y aceros de baja aleación pueden ser satisfactoriamente unidos por este proceso de soldadura.

La soldadura puede ser semiautomática, usando una pistola por la cual el electrodo es alimentado automáticamente, o usando equipo totalmente automático.

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Figura 1.Proceso GMAW

3.1 Principios básicos de operación

En el proceso GMAW el calor del arco generado entre el electrodo consumible y la pieza a ser soldada es utilizado para fundir las superficies del metal base y el extremo del electrodo. El metal fundido del electrodo es transferido hacia la pieza a través del arco, donde se convierte en metal de soldadura depositado. La protección es obtenida por una cubierta de gas, que puede ser un gas inerte, gas activo o una mezcla de ambos. El gas de protección envuelve el área del arco para protegerlo de contaminantes de la atmósfera. La soldadura puede ser en forma semiautomática usando una pistola manualmente, en la que el electrodo es alimentado por una bobina, o una forma automática que incluye equipos automatizados o robots.

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Figura 2. Equipo de soldadura por arco de metal y gas (GMAW).

3.1.1 Mecanismos de transferencia del metal

Los mecanismos básicos empleados para transferir metal del electrodo a la pieza de trabajo son:

Transferencia por cortocircuito

Este tipo de transferencia puede emplear una mezcla de gas protector compuesta por Argón y CO2 o bien 100% CO2. Como los rangos de amperaje son bajos este tipo de transferencia se usa para unir láminas o elementos delgados. Puede emplearse en todas las posiciones: plano, horizontal, vertical y sobre cabeza.

·         Transferencia globular

La transferencia globular ocurre a más altos rangos de amperaje que el cortocircuito, aquí el metal fundido de aporte forma una bola de aproximadamente dos veces el diámetro del electrodo que al tocar la superficie del metal fundido se funde y transfiere al chorro de metal, este tipo de transferencia no es comúnmente usado.

·         Transferencia por spray

La transferencia por spray ocurre todavía a más altos amperajes que el globular, con diámetros grandes de alambre y una mezcla de gas rica en argón, el proceso genera gran cantidad de calor y por ello se prefiere no

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emplearlo en láminas o elementos delgados, la transferencia por spray se limita a soldaduras de filete, ranuras de unión en posición plana y filetes en posición horizontal debido a lo fluido del chorro.

·         Transferencia por spray y arco pulsado

Este tipo de transferencia es una variación de la transferencia por spray, pero con arco “pulsado”, aquí la fuente de poder pulsa o varía el amperaje en un rango de corriente varios cientos de veces por segundo, a niveles de corriente altos se forma una pequeña gota de metal fundido que se transfiere a través del arco al charco.

Este tipo de transferencia emplea bajos amperajes en comparación con el de spray convencional, lo cual hace que prácticamente se emplee en cualquier posición y espesores de material.

El tipo de transferencia está determinada por varios factores. Entre los más importantes están los siguientes:

Magnitud y tipo de la corriente de soldadura Diámetro del electrodo

Composición del electrodo

Extensión del electrodo

Gas protector

3.1.2 Variables del proceso

Las siguientes son algunas de las variables que afectan la penetración de la soldadura, la geometría y la calidad general de la soldadura:

Corriente de soldadura (velocidad de alimentación del electrodo) Polaridad

Voltaje del arco (longitud del arco)

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Velocidad de recorrido

Extensión del electrodo

Orientación del electrodo (ángulo de desplazamiento)

Posición de la unión que se va a soldar

Diámetro del electrodo

Composición y tasa de flujo del gas protector

Estas variables no son del todo independientes, y cuando se modifica una casi siempre es necesario modificar una o más de las otras para obtener los resultados que se buscan.

Se requiere considerable habilidad y experiencia para seleccionar los valores óptimos para cada aplicación. Esos valores óptimos son afectados por (1) el tipo de metal base, (2) la composición del electrodo, (3) la posición en que se suelda y (4) los requisitos de calidad.

3.2 Equipo

El equipo básico para cualquier instalación de GMAW consiste en lo siguiente:

1) Pistola (enfriada por aire o agua)2) Unidad de alimentación del electrodo

3) Control de soldadura

4) Fuente de potencia para soldadura

5) Suministro regulado de gas protector

6) Suministro de electrodo

7) Cables y mangueras para interconexión

8) Sistema de recirculación de agua (para pistolas enfriadas en agua)

3.3 Consumibles

Los consumibles del proceso GMAW son los electrodos y los gases protectores. La composición determina en gran medida las propiedades químicas y mecánicas del

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ensamble soldado. Los que siguen son factores que influyen en la selección del gas protector y del electrodo:

Metal base Propiedades que debe tener el metal de soldadura

Condición y limpieza del metal base

Tipo de servicio o requerimiento de especificación aplicable

Posición de soldadura

Modalidad de transferencia de metal que se piensa usar.

4. Descripción de la metodología utilizada

5. Describir el análisis realizado

5.1 ¿Por qué el gas argón es más conveniente que el helio?

El gas argón es 1.4 veces más pesado que el aire, por lo cual desplaza todas las impurezas existentes en la atmosfera , además con argón la atmosfera es más clara y la acción de las limpieza es más enérgica(aluminio y magnesio), entrega un mejor control de baño de fusión y cebado del arco además produce mayor penetración.

5.2 ¿Cuál es el sistema MIG?

Es un proceso de soldadura por arco eléctrico entre un electrodo metálico continuo (alambre) y la pieza de trabajo, donde la protección de arco se obtiene mediante un gas suministrado en forma externa, el cual protege el metal líquido de la contaminación atmosférica, ayudando a estabilizar el arco.

5.3 ¿Es mejor utilizar MIG solido o alambre tubular?

Los criterios necesarios para decidir si usar MIG sólido son esencialmente dos: metal base y espesor.

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El proceso MIG con alambre sólido está relacionado directamente con aceros de bajo carbono, ya que el alambre empleado en este proceso (ER70S-6) posee una resistencia a la tracción de 70 KSI. Por otro lado, al ser un proceso que no deja escoria sobre el cordón, su enfriamiento es rápido, lo cual no es recomendado para espesores altos debido al nivel de tensiones internas logrados en el cordón. Los alambres tubulares funcionan de manera muy similar a los electrodos revestidos. Poseen una carcasa de metal y un fundente en su interior. Una de las funciones que cumple este fundente es el de entregar elementos de aleación al cordón de soldadura. La gran variedad de alambres tubulares permite tener soluciones para soldar prácticamente cualquier tipo de acero. Además, la generación de escoria sobre el cordón permite tener un enfriamiento más lento siendo esto beneficioso en la soldadura de espesores mayores.

OBSERVACIONES

CONCLUSIONES

ANEXOS

Tipos de transferencia de metal en GMAW

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Figura No. 39 A) Transferencia por cortocircuito B) Transferencia globular C) Transferencia por spray.

Tipo de corriente y polaridad empleado en GMAW

Este proceso generalmente emplea corriente directa y polaridad invertida (electrodo positivo) debido a que se obtiene un arco más estable, la transferencia de metal es más suave y con pocas salpicaduras.

La polaridad directa (electrodo negativo) es raramente usada debido a que produce un arco no estable, la velocidad de depósito es más grande, pero se tiene poca penetración.

Electrodos

El electrodo o metal de aporte para la soldadura por arco de metal y gas está cubierto por diversas especificaciones de la AWS para metales de aporte. En general, para aplicaciones de unión, la composición del electrodo es similar a la del metal base.

Clasificación de soldaduras

Esta práctica describe el proceso para la certificación de electrodos de soldadura sólidos y tiene los siguientes requerimientos:

·         Requerimientos generales

·         Clasificación

·         Criterios de aceptación

·         Certificación

·         Pruebas de ensambles

·         Composición química del electrodo

·         Pruebas del material

·         Pruebas de radiografía

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·         Pruebas de tensión

·         Pruebas de doblez

·         Pruebas de impacto

Clasificación de los electrodos según AWS

Los electrodos que se usan para GMAW son diámetro muy pequeño. Son comunes los diámetros de 0.9 a 1.6 mm (0.035” a 0.062”), pero pueden usarse electrodos con diámetros tan pequeño como 0.5 mm (0.020”) y tan grande como 3.2 mm (1/8”). Como los diámetros de electrodo son pequeños y las corrientes relativamente altas, las velocidades de alimentación del alambre en GMAW son altas, desde unos 40  hasta 340 mm/s (100 a 800 pulg/min) para la mayor parte de los metales.

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Gases protectores

La función primaria del gas protector es impedir que la atmósfera entre en contacto con el metal de soldadura fundido.

Además de proporcionar un entorno protector, el tipo de gas protector y la tasa de flujo tiene un efecto importante sobre lo siguiente:

1.    Características del arco

2.    Modalidad de transferencia del metal

3.    Penetración y perfil de la soldadura

4.    Velocidad de soldadura

5.    Tendencia al socavamiento

6.    Acción limpiadora

7.    Propiedades mecánicas del metal de soldadura

En la tabla No. 14 se muestran los principales gases que se usan con GMAW. En la tabla No. 15 se da una lista de los gases que se emplean para GMAW con transferencia con cortocircuito.

Mezclas de múltiple gases protectores

Argón-Oxígeno-Dióxido de Carbono

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Las mezclas de argón con hasta 20% de dióxido de carbono y 3 a 5% de oxígeno son versátiles. Proveen una protección adecuada y características de arco deseables para soldar en las modalidades de aspersión, cortocircuito y pulsado.

Argón-Helio-Dióxido de Carbono

Las mezclas de argón, helio y dióxido de carbono se usan para soldar aceros al carbono, de baja aleación e inoxidables en cortocircuito o con arco pulsado.

Dióxido de Carbono

El bióxido de carbono (CO2) es un gas reactivo ampliamente utilizado en su forma pura para soldadura por arco de metal y gas de aceros al carbono y de baja aleación. Es el único gas reactivo que puede usarse solo como escudo en el proceso GMAW. La mayor velocidad de soldadura, la penetración más profunda en la unión y el bajo costo son características generales que han promovido el uso del CO2 como gas protector.

Bibliografíaactual, M. (octubre de 2015). Procesos de soldadura. Obtenido de

http://www.metalactual.com/revista/10/procesos_soldadura.pdf

Hernández, H. (octubre de 2015). Procesos de soldadura. Obtenido de https://sites.google.com/site/construyetuingenio2013/5-procesos-de-soldadura-y-corte/5-2-soldadura-por-arco-de-metal-y-gas-gmaw