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Welding (soldadura) es el procedimiento de juntar dos metales
donde el material base es elevado a una
alta temperatura superando su punto de fusin, y en donde,
aprovechando su estado liquido se mezclan
para forman una unin de la fusin de todas las partes envueltas
incluyendo el material de aporte si
existiera.
Brazing (soldadura) es el procedimiento de juntar dos metales
usando un material de aporte con una
temperatura de trabajo por encima de los 427 Grados Centgrados
(800 F) pero siempre por debajo del
punto de fusin del metal base.
Soldering (soldadura o soldeo) es el procedimiento de juntar dos
metales usando un material de aporte
a una temperatura de trabajo por debajo de los 427 Grados
Centgrados (800 F) pero siempre por
debajo del punto de fusin del metal base.
sabia usted?
Soldering es la mas antigua de estas practicas siendo
considerada un antiguo proceso, que ha
existido por entre 2.000 a 3.000 anos, aunque hay registros de
que los Egipcios usaron el plomo y
el estano como material para soldar, se piensa que los Romanos
fueron lo primeros en usar el
Soldering, uniendo los empalmes de sus tuberias de plomo de sus
acueductos con una aleacion de
40% estano y 60% plomo o 60% estano y 40% plomo, ambas
composiciones son mencionadas en
los escritos del historiador Romano Plinius
Oxicorte bajo el agua.
El oxicorte bajo el agua es hoy da un procedimiento corriente de
destruccin y recuperacin de
restos de naufragios, de demolicin de diques y otros trabajos
submarinos.
Para asegurar la inflamacin de la mezcla oxiacetilnica y la
estabilidad de la llama es preciso alejar
el agua de la boquilla. Se puede concebir un pequeo colector
adaptado al extremo de la boquilla de
salida de los gases, al cual se hace llegar aire comprimido. Los
constructores franceses han
perfeccionado el procedimiento utilizando directamente los
productos de la combustin de la llama
para eliminar el agua. La cabeza del soplete va provista de una
pequea cmara de expansin que
concentra los productos de la reaccin.
La llama oxiacetilnica de corte, corresponde a la reaccin de
combustin total del acetileno, con
2,5 volmenes de oxgeno, en vez de 1,2 que es el correspondiente
a la llama de corte ardiendo en el
aire.
Por otra parte, los sopletes estn provistos de un pequea llama
oxiacetilnica, que constituye una
lamparilla para permitir el encendido de la llama bajo el
agua.
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Los sopletes de corte bajo el agua deben ser de alta presin de
acetileno, pero sta no puede
sobrepasar los 1,5 kg/cm2 a causa de su descomposicin explosiva.
Esto la profundidad de operacin
que no puede superar lo 10 metros. Por encima de este lmite, el
acetileno hay que sustituirlo pos el
hidrgeno, que no presenta estos inconvenientes.
Corte por arco.
Sin entrar en detalles, recordaremos que es posible cortar, o
mejor destruir, las chapas al
aire y bajo el agua utilizando el arco de soldadura.
El corte no es una consecuencia de la oxidacin del acero, como
ocurre en el procedimiento
oxiacetilnico, sino que resulta de la fusin local de la pieza
mediante sangras. En este caso el
electrodo est constituido por una punta de grafito de gran
dimetro o un electrodo metlico.
El gasto de energa elctrica para el corte es considerable; hay
que aplicar intensidades de
350 e incluso de 500 A para los electrodos de graito de 12 a 20
mm de dimetro.
Tambin se han utilizado los electrodos de grafito y metlicos
tubulares en el corte bajo el
agua, haciendo circular oxgeno a presin. 1 kg de presin por
metro de profundidad. En el caso de las
puntes de grafito se necesita an una energa mayor, que alcanza
los 600 a 900 A con 50 V, siendo un
poco menor para los electrodos metlicos.
Soldadura por arco bajo el agua.
Recientemente se han realizado numerosos trabajos de reparacin o
construccin bajo el
agua en diversos pases, por el procedimiento de soldadura por
arco. Dicha soldadura se ejecuta con
electrodos especiales con revestimiento recubierto de un barniz
no conductor y resistente al agua. En
este caso la corriente continua se hace indispensable, por otra
parte el revestimiento contiene
elementos estabilizadores del arco. Es evidente que las pinzas
porta-electrodo, tienen que estar
especialmente concebidas para aislar al operario de todo tipo de
contacto elctrico.
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Clasificacin de procesos segn AWS
SMAW (Stick Manual Arc Welding) Soldadura de Arco Manual
Soldadura por arco
La idea de la soldadura por arco elctrico fue propuesta a
principios del siglo XIX por el cientfico ingls Humphrey Davy
pero
ya en 1885 dos investigadores rusos consiguieron soldar con
electrodos de carbono.
Cuatro aos ms tarde fue patentado un proceso de soldadura
con varilla metlica. Sin embargo, este procedimiento no tom
importancia en el mbito industrial hasta que el sueco Oskar
Kjellberg descubri, en 1904, el electrodo recubierto. Su uso
masivo comenz alrededor de los aos 1950
La Soldadura de Arco Manual o MMA es tambin
conocida como Soldadura de Electrodo Cubierto,
Soldadura de Varilla o Soldadura de Arco Elctrico. Es
la mas antigua y mas verstil de todos los diferentes
procesos de soldadura de arco.
Un Arco Elctrico es mantenido entre la punta de un
electrodo cubierto (Coated Electrode) y la pieza a
trabajar. Las gotas de metal derretido son
transferidas a travs del arco y son convertidas en un
cordn de soldadura, un escudo protector de gases es
producido de la descomposicin del material
fundente que cubre el
Fig. 2 Soldadura por arco
electrodo adems, el fundente tambin puede proveer algunos
complementos a la aleacin, la escoria
derretida se escurre sobre el cordn de soldadura donde protege
el metal soldado aislndolo de la
atmsfera durante la solidificacin, esta escoria tambin ayuda a
darle forma al cordn de soldadura
especialmente en soldadura vertical y sobre cabeza. La escoria
debe ser removida despus de cada
procedimiento.
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Oscar Kjellberg fue el inventor del electrodo cubierto, y con
este la invencin de la soldadura de arco,
cuando en 1904 entrego en la oficina de patentes de Suecia una
nota escrita a mano que describa su
invencin nica, hasta ahora y al pasar del tiempo cientos de
diferentes variedades de electrodos son
producidos, a veces conteniendo aleaciones para el trabajo
estructural metlico, fuerza y ductilidad
para la soldadura, las labores mas ligeras son efectuadas usando
potencia AC por el bajo costo de los
transformadores que la producen, el trabajo de alta produccin
industrial usualmente requiere de
fuentes DC mas poderosas y grandes rectificadores, para darle la
polaridad exacta al proceso. El
proceso es mayormente usado para soldar aleaciones ferriticas en
trabajos metlicos estructurales,
fabricacin de barcos e industrias en general. A pesar de lo
relativamente lento del proceso, por el
recambio de electrodos y la remocin de la escoria, se mantiene
como una de las tcnicas mas flexibles
y sus ventajas en reas de acceso restringido son notables.
La Sociedad Americana de Soldadura AWS ha establecido una serie
de cdigos de identificacin y a
su vez de Clasificacin para los diferentes productos que las
grandes y medianas fabricas de electrodos
producen para abastecer el mercado, estos cdigos se han
convertido en la referencia mas comnmente
usada en Latino-Amrica por su fcil reconocimiento y manejo y
aunque algunos fabricantes nombran
sus productos con sus propios nombres comerciales, los usuarios
en su mayora prefieren llamarlos por
su cdigo de identificacin de la AWS.
Otras agencias, especializadas en reas especificas, han
establecido sus cdigo para identificar sus
productos, como algunas agencias que regulan los productos de
uso militar, Military MIL, La
Sociedad Americana de Ingenieros Metalrgicos (American Society
of Metallurgical Engineer)
ASME, el Bureau Americano de constructores de Barcos (American
Bureau of Shipping) ABS, el
Bureau Canadiense de Soldadura (Cannadian Bureau of Welding)
CBW, solo para nombrar los ms
grandes..
Los electrodos, en particular, tienen su propio cdigo en todas
las agencias que los clasifica,
que los separa de los dems productos y los hace identificables
de manera especifica, el cdigo que
AWS usa para esto, y que probablemente sea el mas popular en
Latino-Amrica se ha convertido en la
referencia que mas comnmente se usa para Clasificar, son el AWS
A5.1 para los electrodo de acero
dulce o de relleno, y el AWS A5.5 para los electrodos de aleacin
de acero (alto contenido de
carbn), muchos los identifican separndolos errneamente como
Electrodos de Bajo Hidrogeno y
Electrodos de Alto Hidrogeno respectivamente, pero algunas
variaciones de los electrodos en ambas
clasificaciones contienen en sus fundentes altas o bajas
cantidades de Hidrogeno que los excluye de
esa referencia.
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Soldadura por arco manual con electrodos revestidos
La caracterstica ms importante de la soldadura con electrodos
revestidos, en ingls Shield Metal
Arc Welding (SMAW) o Manual Metal Arc Welding
(MMAW), es que el arco elctrico se produce entre la
pieza y un electrodo metlico recubierto. El
recubrimiento protege el interior del electrodo hasta el
momento de la fusin. Con el calor del arco, el extremo
del electrodo funde y se quema el recubrimiento, de
modo que se obtiene la atmsfera adecuada para que se
produzca la transferencia de metal fundido desde el
ncleo del electrodo hasta el bao de fusin en el material
base.Fig. 3 Diferentes electrodos para la soldadura
Estas gotas de metal fundido caen recubiertas de escoria fundida
procedente de la fusin del
recubrimiento del arco. La escoria flota en la superficie y
forma, por encima del cordn de soldadura,
una capa protectora del metal fundido.
Como son los propios electrodos los que aportan el flujo de
metal fundido, ser necesario reponerlos
cuando se desgasten. Los electrodos estn compuestos de dos
piezas: el alma y el revestimiento.
El alma o varilla es alambre (de dimetro original 5.5 mm) que se
comercializa en rollos continuos.
Tras obtener el material, el fabricante lo decapa mecnicamente
(a fin de eliminar el xido y
aumentar la pureza) y posteriormente lo trefila para reducir su
dimetro.
El revestimiento se produce mediante la combinacin de una gran
variedad de elementos (minerales
varios, celulosa, mrmol, aleaciones, etc.) convenientemente
seleccionados y probados por los
fabricantes, que mantienen el proceso, cantidades y
dosificaciones en riguroso secreto.
La composicin y clasificacin de cada tipo de electrodo est
regulada por AWS (American Welding
Society), organismo de referencia mundial en el mbito de la
soldadura.
Este tipo de soldaduras pueden ser efectuados bajo corriente
tanto continua como alterna. En
corriente continua el arco es ms estable y fcil de encender y
las salpicaduras son poco frecuentes;
en cambio, el mtodo es poco eficaz con soldaduras de piezas
gruesas. La corriente alterna posibilita
el uso de electrodos de mayor dimetro, con lo que el rendimiento
a mayor escala tambin aumenta.
En cualquier caso, las intensidades de corriente oscilan entre
10 y 500 amperios.
El factor principal que hace de este proceso de soldadura un
mtodo tan til es su simplicidad y, por
tanto, su bajo precio. A pesar de la gran variedad de procesos
de soldadura disponibles, la soldadura
con electrodo revestido no ha sido desplazada del mercado. La
sencillez hace de ella un
procedimiento prctico; todo lo que necesita un soldador para
trabajar es una fuente de alimentacin,
cables, un porta electrodo y electrodos. El soldador no tiene
que estar junto a la fuente y no hay
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necesidad de utilizar gases comprimidos como proteccin. El
procedimiento es excelente para
trabajos, reparacin, fabricacin y construccin. Adems, la
soldadura SMAW es muy verstil. Su
campo de aplicaciones es enorme: casi todos los trabajos de
pequea y mediana soldadura de taller
se efectan con electrodo revestido; se puede soldar metal de
casi cualquier espesor y se pueden
hacer uniones de cualquier tipo.
Sin embargo, el procedimiento de soldadura con electrodo
revestido no se presta para su
automatizacin o semiautomatizacin; su aplicacin es esencialmente
manual. La longitud de los
electrodos es relativamente corta: de 230 a 700 mm. Por tanto,
es un proceso principalmente para
soldadura a pequea escala. El soldador tiene que interrumpir el
trabajo a intervalos regulares para
cambiar el electrodo y debe limpiar el punto de inicio antes de
empezar a usar electrodo nuevo. Sin
embargo, aun con todo este tiempo muerto y de preparacin, un
soldador eficiente puede ser muy
productivo.
DEFECTOS EN LAS SOLDADURAS POR ARCO SUMERGIDO
POROSIDAD
Es un defecto bastante comn y se debe a varios factores. A veces
aparece en forma visible, como
pinchaduras en la superficie del cordn y otras en forma no
visible, por debajo de la superficie, revelado por rayos X
ultrasonido.
Las principales causas son:
Contaminacin de la junta con pintura, grasa, aceite, xidos
hidratados, etc.. Estos materiales se
descomponen a las elevadas temperaturas del arco produciendo
gases.
Fundente hmedo. Es buena prctica resecar los fundentes antes de
su empleo y almacenarlos en un
ambiente calefaccionado. Los fabricantes proveen indicaciones al
respecto.
Si la unidad recuperadora es accionada por aire comprimido, ste
deber ser secado previamente.
FISURACIN POR HIDRGENO
Algunos aceros son ms susceptibles que otros a la fisuracin en
fro, pero afortunadamente las
soldaduras por arco sumergido no poseen tendencia particular a
este defecto. Si el acero es templable y
el fundente est hmedo, entonces s pueden aparecer fisuras en
fro. Este problema se evita
manipulando correctamente el fundente y respetando las
temperaturas de precalentamiento,
interpasadas y de postcalentamiento en los casos en que ello sea
necesario.
FISURAS DE SOLIDIFICACIN
La fisuracin en caliente suele ser un problema causado por el
gran tamao de la pileta lquida debido
a grandes corrientes de soldadura combinado con elevadas
velocidades de avance. Esto origina
cordones estrechos y profundos que son muy proclives a las
fisuras longitudinales en caliente; figura
siguiente.
El problema se agravar ante la presencia de P, S, C .
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Si se presume la presencia de estos elementos en el metal base
en cantidades mayores que lo normal,
debe minimizarse la dilucin adems de lograr cordones con un
perfil adecuado.
Factor de forma en cordones realizados por el proceso de arco
sumergido.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PROCESO
El arco sumergido, respecto de los otros procesos de soldadura,
ofrece las siguientes ventajas:
Las juntas pueden ser preparadas en V con poca profundidad
debido a la elevada penetracin del proceso, obtenindose con esto un
menor consumo de alambre y fundente.
Los procesos de soldadura pueden realizarse a altas velocidades
debido a la elevada intensidad con que
se opera en la mayora de las aplicaciones.
No es necesario proteger al operador de la mquina de la emisin
de radiacin, ya que el arco se
encuentra sumergido en el fundente, evitndose adems las
salpicaduras del metal fundido.
El fundente acta como un desoxidante protegiendo el arco y
aportando elementos de aleacin al
cordn en el caso de emplear fundentes aleados.
Por otro lado, las limitaciones del proceso son:
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Muchas soldaduras requieren algn tipo de respaldo para evitar la
perforacin del metal
base.Este proceso conlleva un tiempo de preparacin mayor previa
mayor que otros.
Con este sistema generalmente se sueldan piezas a partir de los
5 mm de espesor. La posicin de
soldadura est restringida a plana y horizontal.
Soldadura por electrodo no consumible protegido
PROCESO GTAW La soldadura GTAW (gas tugsten arc welding) o
Soldadura TIG (tungsten inert gas) es tambin conocida como
soldadura Heliarc, es un proceso en el que se usa un electrodo no
consumible de tungsteno slido, el electrodo, el arco y el rea
alrededor de la soldadura fundida son protegidas de la atmsfera por
un escudo de gas inerte, si algn metal de aporte es necesario es
agregado a la soldadura desde el frente del borde de la soldadura
que se va formando. La Soldadura TIG fue desarrollada inicialmente
con el proposito de soldar metales anticorrosivos y otros metales
dificiles de soldar, no obstante al pasar del tiempo, su aplicacion
se ha expandido incluiyendo tanto soldaduras como revestimientos
endurecedores (hardfacing) en practicamente todos los metales
usados comercialmente En cualquier tipo de proceso de soldadura la
mejor soldadura, que se puede obtener, es aquella donde la
soldadura y el metal base comparten las mismas propiedades
quimicas, metalurgicas y fisicas, para lograr esas condiciones la
soldadura fundida debe estar protegida de la atmosfera durante la
operacion de la soldadura, de otra forma, el oxigeno y el nitrogeno
de la atmosfera se combinarian, literalmente, con el metal fundido
resultando en una soldadura debil y con porosidad. En la soldadura
TIG la zona de soldadura es resguardada de la atmosfera por un gas
inerte que es alimentado a travez de la antorcha, Argon y Helio
pueden ser usados con exito en este proceso, el Argon es mayormente
utilizado por su gran versatilidad en la aplicacion exitosa de una
gran variedad de metales, ademas de su alto rendimiento permitiendo
soldaduras con un bajo flujo para ejecutar al proceso. El Helio
genera un arco mas caliente, permitiendo una elevacion del voltaje
en el arco del
50-60%. Este calor extra es util especialmente cuando la
soldadura es eaplicada en secciones muy pesadas. La mezcla de estos
dos gases es posible y se usa para aprovechar los beneficios de
ambos, pero la seleccion de el gas o mezcla de gases dependera de
los materiales a soldar. Dado que la atmosfera esta aislada 100% de
el area de soldadura y un control muy fino y preciso de la
aplicacion de calor, las soldaduras TIG, son mas fuertes, mas
ductiles y mas resistentes a la corrosion que las soldaduras hechas
con el proceso ordinario de arco manual (electrodo cubierto).
Ademas de el hecho de que no se necesita ningun fundente, hace este
tipo de soldaduras aplicable a una amplia gama de diferentes
procedimientos de union de metales.
Es imposible que ocurra una corrosion debido a restos de
fundente atrapados en la soldadura y los procedimientos de limpieza
en la post-soldadura son eliminados, el proceso entero se ejecuta
sin salpicaduras o chispas, la soldadura de fusion puede ser
ejecutada en casi todos los metales usados industrialmente,
incluyendo las aleaciones de Aluminio, Acero Inoxidable, aleaciones
de Magnesio, Nickel y las aleaciones con
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base de Nickel, Cobre, Cobre-Silicon, Cobre-Nickel, Plata,
Bronze fosforico, las aleaciones de acero de alto carbon y bajo
carbon, Hierro Colado (cast iron) y otros. El proceso tambien es
ampliamente conocido por su versatilidad para soldar materiales no
similares y aplicar capas de endurecimiento de diferentes
materiales al acero. La fuente de poder para TIG puede ser AC o DC
, sin embargo, algunas caracteristicas sobresalientes obtenidas con
cada tipo, hacen a cada tipo de corriente mejor adaptable para
ciertas aplicaciones especificas. Las siguientes son unas
referencias utiles al momento de efectuar los ajustes iniciales de
los sistemas aplicados.
Guia para determinar el tipo de corriente
Diametro del electrodo en Pulgadas
AC* DCSP DCRP
Usando Tungsteno Puro
Usando Tungsteno Thoriado o Electrodos "Rare Earth" **
Usando Tungsteno Puro,Thoriado, o "Rare Earth"
.020 5 15 8 - 20 8 20 ---
.040 10 60 15 80 15 80 ---
1/16 50 100 70 150 70 150 10 20
3/32 100 160 140 235 150 250 15 30
1/8 150 210 225 325 250 400 25 40
5/32 200 275 300 425 400 500 40 55
3/16 250 350 400 525 50 800 55 80
325 475 500 700 800 1000 80 125
* Los valores maximos mostrados han sido determinados usando un
transformador de onda desbalanceada, si un transformador de onda
balanceada es usado, reduzca estos valores 30% o use el proximo
diametro de electrodo mas grueso. Esto es necesario dado el alto
calor que aplica al electrodo una onda balanceada. **Los electrodos
con la punta redondeada son los que mejor sostienen estos niveles
de corriente.
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Guia para determinar la corriente aplicada
Material
Corriente Alternada*
Corriente Directa
Con estabilizacion de alta frecuencia
Con Polaridad Negativa
Con Polaridad Positiva
Magnesio hasta 1/8" de espesor 1 NR 2
Magnesio sobre 3/16" de espesor 1 NR NR
Magnesio Colado 1 NR 2
Aluminio hasta 3/32" de espesor 1 NR 2
Aluminio sobre 3/32" de espesor 1 NR NR
Aluminio Colado 1 NR NR
Acero Inoxidable 2 1 NR
Aleaciones de Laton Bronze 2 1 NR
Cobre Silicon NR 1 NR
Plata 2 1 NR
Aleaciones Hastelloy 2 1 NR
Revestimientos de Plata 1 NR NR
Endurecimientos 1 1 NR
Hierro Colado 2 1 NR
Acero bajo Carbon, 0.015 a 0.030 in 2** 1 NR
Acero bajo Carbon, 0.030 a 0.125 in. NR 1 NR
Acero alto Carbon, 0.015 a 0.030 in. 2 1 NR
Acero alto Carbon, 0.030 in. o mas 2 1 NR
Cobre desoxidado*** NR 1 NR
Titanio NR 1 NR
1. Excelente Operacion 2. Buena Operacion N.R. No recomendado *
Donde AC es recomendado como segunda opcion, use serca de 25%
corriente mas alta de lo recomendado para DCSP ** No use corriente
AC cuando las piezas tengan aserramientos texturas muy complejas
*** Use Fundente para soldadura d flama o fundente de Silicon
Bronze para 1/4 in. o mas grueso
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Tabla para seleccionar el Gas segun el proceso y metal a ser
aplicado Metal Tipo de
Soldadura Gas o Mezcla de Gases
Rasgos sobresalientes / Ventajas
Acero Dulce
Punteada Argon Larga duracion del electrodo, mejor contorno del
cordon, mas facil de establecer el arco inicial
Manual Argon Mejor control del cordon especialmente en
soldaduras en posiciones especiales
Mecanizada Argon-Helio
Alta velocidad, menos flujo de gas que con Helio
Helio Mas velocidad que la obtenida con Argon
Aluminio y Magnesio
Manual
Argon Mejor arranque del arco, mejor accion de limpieza y
calidad de soldadura, menos consumo de gas
Argon-Helio Mas alta velocidad de soldadura, mayor penetracion
que con Argon
Mecanizada
Argon-Helio Buena calidad de soldadura, mas bajo flujo de gas
requerido que con Helio solo
Helio DCSP Mas profunda penetracion y mayor velocidad de
soldadura, puede proveer accion de limpieza para las soldaduras en
aluminio y magnesio
Acero Inoxidable
Punteada
Argon Exelente control de la penetracion en maeriales de bajo
calibre
Argon-Helio Mas alta entrada de calor para materiales de mayor
calibre
Manual Argon Exelente control de el cordon, penetracion
controlada
Mecanizada
Argon Exelente control de penetracion en materiales de bajo
calibre
Argon-Helio Mas alta entrada de calor, mas velocidad de
soldadura es posible
Argon-Hidrogeno (Hasta 35% H2)
Minimiza el corte en los bordes del cordon, produce soldaduras
de contornos deseables a bajo nivel de corriente, requiere bajo
flujo de gas
Cobre, Niquel y Aleaciones Cu-Ni
Manual solamente
Argon Exelente control del cordon, penetracion en materiales de
bajo calibre
Argon-Helio Alta entrada de calor para compensar la alta
disipacion termica de los materiales mas pesados
Helio Mas alta temperatura para sostener mas altas velocidades
de soldadura en secciones de materiales mas pesados
-
Titanio Manual Solamente
Argon Alta densidad del gas provee un escudo mas efectivo
Argon-Helio
Mejor penetracion para la soldadura manual de secciones gruesas
(se requiere un gas inerte de respaldo para proteger la soldadura
de la contaminacion)
Silicon Bronce
Manual Solamente
Argon Reduce la aparicion de grietas en este metal de corta
duracion de calor.
Aluminio Bronce
Manual Solamente
Argon Penetracion controlada de el metal base