SOLDADURA Y ELECTRODOS DE ACUERDO A LAS NORMAS VENEZOLANAS

Universidad Nor-Oriental Privada Gran Mariscal de Ayacucho.

Facultad de Ingeniería.

Escuela de Administración de Obras.

Análisis Estructural III.

Semestre II-2014”.

Núcleo Cumaná, Estado Sucre.

SOLDADURA Y ELECTRODOS DE ACUERDO A LAS NORMAS

VENEZOLANAS.

Profesor:

Ing. Carlos Álvarez.

Bachilleres:

Valenzuela Romero, María.

Fernández, Zulienger.

Cumaná, 2015.

SOLDADURA.

La soldadura es el método de unir metales más prácticos y pocos son los

objetos de uso hoy en día que no dependan de una unión soldada en alguna fase antes

de llegar a nosotros. Por su extenso uso industrial, implica que el conocimiento de los

procesos de soldadura es esencial no sólo para los ingenieros, sino también para los

diseñadores, fabricantes y usuarios de productos de soldado. (P.T. Houldcroft 1990,

Pág. 9)

Se entiende como soldadura, aquella coalescencia que se encuentra localizada

de metal producida por el calentamiento a temperatura, con o sin la aplicación de

presión, o por la sola aplicación de presión, y con o sin el uso de metal de aporte.

Sin embargo su importancia comercial y tecnológica se deriva de lo siguiente:

Proporción de una unión permanente; las partes soldadas se tornan una sola

unidad.

La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales si se usa

un metal de relleno que tenga propiedades de resistencia superiores a la de los

materiales originales y se emplean las técnicas de soldadura adecuada.

La soldadura no se limita al ambiente de fábrica; puede realizarse en el campo

laboral.

Es la manera más económica de unir componentes, en términos de uso de

materiales y costos de fabricación, los métodos mecánicos alternativos de

ensamble requieren alteraciones y adición de sujetadores.

No obstante, se deben tomar en cuenta las desventajas y limitaciones que las

soldaduras presentan, entre las cuales se encuentran las siguientes:

La mayoría de las operaciones con soldadura se realizan de manera manual y

son elevadas en términos de costo de mano de obra; muchas operaciones de

soldadura se consideran cuestiones especializadas y son escasas las personas

que la llevan a cabo.

Casi todos los procesos de soldadura implican el uso de una gran cantidad de

energía y por consiguiente son labores de alto riesgo.

Dado que la soldadura obtiene una unión permanente entre los componentes,

no se permite un desensamble adecuado.

La unión soldada puede padecer ciertos defectos de calidad que son difíciles

de percatar y los mismos tienden a la disminución de la resistencia presente en

la pieza.

Clasificación de las Soldaduras.

Se pueden distinguir primeramente los siguientes tipos de soldadura:

Soldadura heterogénea.

Se efectúa entre materiales de distinta naturaleza, con o sin metal de

aportación: o entre metales iguales, pero con distinto metal de aportación. Puede ser

blanda o fuerte.

o Soldadura Blanda.

Esta soldadura de tipo heterogéneo se realiza a temperaturas por debajo de los

400ºC. El material metálico de aportación más empleado es una aleación de estaño y

plomo, que funde a 230 ºC aproximadamente.

o Soldadura Fuerte.

También se llama dura o amarilla. Es similar a la blanda, pero se alcanzan

temperaturas de hasta 800 ºC. Como metal de aportación se suelen usar aleaciones de

plata, y estaño (conocida como soldadura de plata); o de cobre y cinc. Como material

fundente para cubrir las superficies, desoxidándolas, se emplea el bórax. Un soplete

de gas aporta el calor necesario para la unión. La soldadura se efectúa generalmente a

tope, pero también se suelda a solape y en ángulo.

Este tipo de soldadura se lleva a cabo cuando se exige una resistencia

considerable en la unión de dos piezas metálicas, o bien se trata de obtener uniones

que hayan de resistir esfuerzos muy elevados o temperaturas excesivas. Se admite

que, por lo general, una soldadura fuerte es más resistente que el mismo metal que

une.

Soldadura homogénea.

Los materiales que se sueldan y el metal de aportación, si lo hay, son de la

misma naturaleza. Puede ser oxiacetilénica, eléctrica (por arco voltaico o por

resistencia), etc. Si no hay metal de aportación, las soldaduras homogéneas se

denominan autógenas.

o Soldadura por Presión.

La soldadura en frío es un tipo de soldadura donde la unión entre los metales

se produce sin aportación de calor. Puede resultar muy útil en aplicaciones en las que

sea fundamental no alterar la estructura o las propiedades de los materiales que se

unen. Se puede realizar de las siguientes maneras:

Por presión en frio o en caliente: Consiste en limpiar concienzudamente las

superficies que hay que unir; y, tras ponerlas en contacto, aplicar una presión

sobre ellas hasta que se produzca la unión.

Por fricción: Se hace girar el extremo de una de las piezas y, después, se pone

en contacto con la otra. El calor producido por la fricción une ambas piezas

por deformación plástica.

o Soldadura Oxiacetilénica.

La soldadura oxiacetilénica o autógena es una unión por fusión simultánea de

los bordes a empalmar, que presenta teóricamente todos los caracteres de la

homogeneidad, así como propiedades físicas, químicas y mecánicas a las de la

materia soldada.

La soldadura oxiacetilénica se emplea cuando no hay energía eléctrica

disponible.

En la soldadura oxiacetilénica el calor se produce al encenderse una mezcla de

dos gases que salen por un soplete, oxígeno y acetileno. El metal de aportación se

suministra en forma de alambre o varilla.

Los gases más empleados son: acetileno, hidrógeno, gas natural, propano,

butano, metil-acetileno propadieno (MAPP).

La soldadura con gas combustible no puede ser usada en metales como titanio,

debido a que la combustión de oxígeno y carbono (que se encuentra en todos los

procesos de soldadura) los daña.

o Soldadura Aluminotérmica.

Utiliza como fuente de calor para fundir los bordes de las piezas a unir y metal

de aportación el hierro líquido y sobrecalentado que se obtiene de la reacción química

se produce entre el óxido de hierro y el aluminio de la cual se obtiene la alúmina

(óxido de aluminio), hierro y una muy alta temperatura.

o Soldadura de Arco Eléctrico.

Es un sistema de reducido coste, de fácil y rápida utilización, resultados

perfectos y aplicables a toda clase de metales. Puede ser muy variado el proceso.

El procedimiento de soldadura por arco consiste en provocar la fusión de los

bordes que se desea soldar mediante el calor intenso desarrollado por un arco

eléctrico. Los bordes en fusión de las piezas y el material fundido que se separa del

electrodo se mezclan íntimamente, formando, al enfriarse, una pieza única, resistente

y homogénea.

Este tipo de soldadura puede realizarse con electrodos metálicos o de carbón.

Actualmente este procedimiento ha caído en desuso, debido a que se forma

óxido en la soldadura y a que resulta excesivamente complicada tanto la construcción

de los portaelectrodos como la posterior retirada de los mismos.

Soldadura de Resistencia Eléctrica.

La soldadura por resistencia, SR (en inglés resistance welding, RW), es un

proceso por fusión que utiliza una combinación de calor y presión para obtener una

coalescencia, el calor se genera mediante una resistencia eléctrica dirigida hacia el

flujo de corriente en la unión que se va a soldar.

Los componentes incluyen las partes de trabajo que se van a soldar (por lo

general partes de lámina metálica), dos electrodos opuestos, un medio para aplicar

presión destinado a apretar las partes entre los electrodos y un transformador de

corriente alterna desde el cual se aplica una corriente controlada. La operación

produce una zona de fusión entre las dos partes, denominada una pepita de soldadura

en la soldadura de puntos.

En comparación con la soldadura con arco eléctrico, la soldadura por

resistencia no usa gases protectores, fundentes o metal de aporte y los electrodos que

conducen la corriente eléctrica para el proceso son no consumibles, la RW se clasifica

como un proceso de soldadura por fusión porque el calor aplicado provoca la fusión

de las superficies empalman tez. Sin embargo, hay excepciones. Algunas operaciones

de soldadura basadas en el calentamiento de una resistencia usan temperaturas abajo

del punto de fusión de los metales base, por lo que no ocurre una fusión.

Inspección de Soldaduras.

Según Rodríguez Abraham (2007), la inspección visual es el método de

inspección no destructivo básico y debe usarse antes, durante y después de la

fabricación de cualquier soldadura. Es el método de inspección menos costoso y

extremadamente efectivo. Es un método efectivo de control de calidad que asegura la

conformidad con el procedimiento y también detectara errores sobre las primeras

etapas.

Pruebas no destructivas.

Según Lozano, Rojas y Brazón (1986), las pruebas no destructivas se llaman

también exámenes o evaluaciones no destructivas, o inspección no destructiva. En

cualquier caso, esta técnica consiste en aplicar principios de física para detectar

defectos o discontinuidades en los materiales, sin afectar su utilidad. Hay varios

métodos o técnicas de exámenes.

Inspección por líquidos penetrantes.

Es un método sensible para detectar y localizar discontinuidades, tales como

grietas y poros, en materiales no porosos con la condición de que las mismas estén

limpias y abiertas a la superficie.

Inspección radiográfica.

Pueden ser aplicadas a todos los materiales, sin embargo, la aplicabilidad de la

radiografía para la inspección de soldadura depende en gran parte de la localización

de la junta, forma de la junta y espesor del material. Aunque es posible radiografiar

casi cualquier espesor de soldadura en chapas planas, generalmente la falta de acceso

a la junta soldada impide el uso óptimo de la radiografía. Este aspecto de la técnica

radiográfica es de suprema importancia. Otros factores técnicos, tales como voltaje,

corriente, actividad de la fuente, geometría, tiempo de exposición, y distancia también

son importantes.

Calificación del Soldador.

De antemano se debe tener conocimiento referente al término “soldador”, el

cual no es más que aquel operador especializado en el manejo de equipos de corte,

soldadura eléctrica y/o soldadura a gas de metales.

De acuerdo a la Normas COVENIN 799-79 se entenderá como calificación de

un soldador, aquella capacidad reconocida al mismo para realizar un tipo de unión

dada en condiciones determinadas.

Existen condiciones de calificación para el soldador, las mismas se exponen a

continuación, de acuerdo a las Normas Venezolanas COVENIN 504 A-83:

El procedimiento de soldadura se comunica al soldador u operador por medio

del constructor o en su defecto por el inspector.

El ensayo de calificación deberá realizarse en presencia del inspector.

El inspector tiene la facultad de detener la calificación en cualquier momento

cuando vea de manera evidente que el soldador u operador no posee la

capacidad técnica o la habilidad necesaria para obtener un resultado

satisfactorio.

Todas las probetas de ensayo para la calificación deberán ser identificadas con

el símbolo asignado al soldador y deberán ser también identificadas por el

inspector.

La calificación del soldador u operador se podrá realizar fuera del lugar de

trabajo siempre y cuando se respete las condiciones de calificación.

El material para la soldadura tiene que ser similar al que se utiliza en la

producción.

El ensayo para la calificación deberá ser realizado en un tiempo razonable,

que sea un reflejo de las condiciones reales de trabajo, con este fin se

registrará el tiempo que se haya tomado para efectuar la prueba.

Todo soldador que tenga necesidad de eliminar de manera exagerada el metal

depositado, por anoladura, escoplado u otro método, por temor a que subsistan

defectos, será rechazado.

Una unión de ensayo de calificación puede ser realizada mediante varios

procedimientos y por uno o varios soldadores. Cada soldador es calificado

para la parte o el procedimiento que le corresponde a condición que se pueda

identificar el trabajo hecho por cada uno.

Un soldador u operador que ha efectuado con éxito un ensayo de calificación

de un procedimiento de soldadura según lo establecido en la Norma

Venezolana COVENIN 504-8, quedará automáticamente calificado en este

procedimiento, siempre y cuando los criterios del examen del procedimiento

de soldadura sean compatibles con los establecidos en la presente norma.

La calificación de un soldador puede ser dada con exámenes visuales y no

destructivos efectuados sobre trabajos en curso, en presencia del inspector, a

condición de que el grupo de materiales y/o el procedimiento de soldadura no

necesiten ensayos complementarios.

La elección de un soldador, para un trabajo determinado, se hará en función a

su campo de calificación y su nivel de calificación.

Campo de Calificación.

Las variables principales que determinan el campo de calificación de un

soldador u operador son las siguientes:

Las técnicas de soldadura.

o Soldadura Oxiacetilénica con o sin metal añadido (Identificación 001).

o Soldadura al Arco con Electrodo Revestido (Identificación 002).

o Soldadura al Arco en Atmosfera Inerte con Electrodos de Tungsteno, TIG

(Identificación 003):

o Soldadura al Arco bajo protección de Gas inerte con Electrodo Fusible,

MIG (Identificación 004).

o Soldadura al Arco bajo protección de Gas activo con Electrodo fusible,

MAG (Identificación 005).

o Soldadura de Arco sumergido (Identificación 006).

o Soldadura de Arco de plasma (Identificación 007).

o Soldadura de Electroescoria (Identificación 008).

Los tipos de juntas.

Las juntas se clasifican en tres tipos y se aplican tanto a láminas como a

tubos.

o Junta a Tope (Tipo T).

o Junta de Angulo (Tipo A).

o Derivaciones (D).

Los materiales a soldar y de aporte.

o Clasificación en función del metal base.

Esta clasificación cubre a todos los materiales laminados, forjados,

fundidos, etc. Se aplica a la determinación de la composición del metal

depositado que es el único considerado como variable.

o Clasificación de acuerdo al tipo de metal depositado.

o Clasificación de acuerdo al tipo de revestimiento del electrodo.

o Clasificación de acuerdo al fundente.

o Clasificación de acuerdo al diámetro del metal de aporte.

Los espesores de los materiales a unir.

Los diámetros de los tubos y de las derivaciones.

Las posiciones de ejecución de las soldaduras.

o Soldadura a Tope (Láminas).

o Soldadura de Ángulos (Láminas).

o Soldadura a Tope (Tubos).

o Soldadura de Derivaciones.

Niveles de clasificación.

Varios soldadores u operadores en condiciones rigurosamente idénticas,

pueden realizar sus trabajos de forma diferente y arrojando resultados de ensayos

diferentes. Estas diferencias caracterizan la habilidad de un soldador u operador. Los

niveles de calificación de acuerdo a la habilidad del soldador u operador son los

siguientes, en forma decreciente:

Nivel I.

Soldador u operador que se utiliza para las construcciones en las cuales la

especificación, no permite faltas de penetración, de fusión.

Nivel II.

Soldador u operador que se utiliza para las construcciones en las cuales la

especificación acepta dentro de ciertos límites la falta de penetración, fusión, etc.

Nivel III.

Soldador u operador que se utiliza para las construcciones en las cuales las

especificaciones solo prevén un control visual de la soldadura.

Periodo de Validez de la Calificación.

La calificación es válida durante 12 meses. No obstante se requiere una

renovación de la calificación cuando un soldador u operador no ha usado el proceso

especifico durante un periodo de 3 meses o más y además la renovación de la

calificación puede ser exigida sin demora si un falto del operador u soldador se

detecta durante los trabajos.

No se requerirá la realización de nuevos ensayos para la renovación de la

calificación siempre y cuando se demuestre al inspector que a los trabajos realizados

por el soldador u operador se le hicieron las pruebas previstas. El inspector podrá

exigir que el operador u soldador realice al momento de esta renovación, trabajos de

soldadura que serán verificados visualmente.

Simbología de las Soldaduras.

La simbología en la especificación de trabajos de soldadura es una forma

clara, precisa y ordenada de entregar información de operación. Existe para ello una

simbología estándar que ha sido adoptada para la mayoría de los procesos de

soldadura.

En las siguientes figuras se muestran algunos ejemplos de las aplicaciones de

la simbología de soldadura.

ELECTRODO.

El Manual Metal Arc (MMA), es aquel proceso de soldadura caracterizado

porque se produce un arco eléctrico entre la pieza a soldar y el electrodo metálico

recubierto. Con el calor producido por el arco, se funde el extremo del electrodo y se

quema el revestimiento, produciéndose la atmósfera adecuada para que se produzca la

transferencia de las gotas del metal fundido desde el alma del electrodo hasta el baño

de fusión en el material de base. En el arco las gotas del metal fundido se proyectan

recubiertas de escoria fundida procedente del recubrimiento que por efecto de la

tensión superficial y de la viscosidad flota en la superficie, solidificando y formando

una capa de escoria protectora del baño fundido.

El material de aportación que se usa en el proceso MMA se conoce como

Electrodo y consiste en una varilla metálica, generalmente acero, recubierta de un

revestimiento concéntrico de flux extruido y seco. La fabricación de electrodos se

realiza en dos líneas en paralelo: varilla o alma, y revestimiento.

Fabricación de la varilla.

La materia prima se conoce como “alambrón”; el mismo posee un diámetro

que varía entre 6 a 8, siendo la siderurgia aquella que suministra el material en rollos

o bobinas, de aproximadamente 1.000 Kg. El fabricante comprueba la composición

a partir del análisis químico de un despunte de la bobina y posteriormente ésta pasa a

una devanadora protegida por una campana metálica, en donde el alambrón se

retuerce y desprende el óxido adherido en el tren de laminado en caliente. A esta

etapa se le denomina “Decapado Mecánico”. Al ser la fabricación de electrodos un

proceso continuo, los extremos de cada bobina se empalman por resistencia eléctrica,

eliminando los rebordes de la soldadura con muela de esmeril.

Seguidamente el alambrón pasa a las cajas de trefilado donde tiene lugar una

reducción progresiva de diámetro hasta el deseado, utilizando sustancias lubricantes

para facilitar la operación y evitar un endurecimiento del alambre, que le convierta en

quebradizo. A continuación se desengrasa o se lava con agua el polvo de jabón

adherido a su superficie. Los diámetros del almo son normalmente 1.6, 2, 2.5,

3, 3.25, 4, 5 y 6 mm, siendo los más utilizados los señalados en negrita. Una máquina

endereza y corta las varillas a un ritmo entre 580 y 1400 cortes/minuto, en función de

su diámetro.

Fabricación del revestimiento

Para el revestimiento se suelen utilizar hasta cuarenta minerales y sustancias

distintas, como arena de zirconio, rutilo, celulosa, caolín, mármol, polvo de hierro,

FeSi, FeTi, FeMn, etc. Se realiza un análisis individualizado de la calidad y

composición de estos productos.

Una vez escogido cada componente, se machaca y criba hasta conseguir la

granulometría adecuada y se dosifica mediante un programa de computadora,

pasando de un sistema de tolvas específicas de cada producto a una tolva central,

donde seguidamente se homogenizan mediante vibradores distribuyéndose después la

mezcla en tolvas destinadas a producción. Para aglutinar la mezcla seca y darle

consistencia se agrega silicato sódico o silicato potásico. Una vez obtenida la mezcla

húmeda se vierte en una prensa en donde penetra la varilla por un lado saliendo

recubierta en toda su longitud por el lado opuesto. Se comprueba la excentricidad del

recubrimiento y se cepillan ambos extremos de la varilla revestida. Uno, para el ajuste

de la pinza portaelectrodos y el otro, para facilitar el cebado de arco. Se marcan con

la identificación del fabricante y el tipo de electrodo según American Welding

Society (AWS).

El secado previo se lleva a cabo haciéndolos pasar por un horno de

funcionamiento continuo, cuya temperatura se incrementa gradualmente para evitar

que se agriete y se desprenda el revestimiento. Para electrodos tipo rutilo normal, el

secado previo a una temperatura es de aproximadamente 100 °C es suficiente. Para

electrodos básicos, después de este secado previo se pasan a hornos convencionales

de aire para darles un secado final a 400-450 °C, con el fin de que el contenido de

H2O a 1.000 °C según AWS, sea inferior a 0,4%. De esta forma se asegura que el

contenido de hidrógeno sea inferior a 10 cc por cada 100 gr/metal depositado.

Posteriormente se empaquetan en cajas de cartón o metálicas. Aquéllas suelen

protegerse de la humedad con plástico termorretráctil. En general, debe seguirse la

regla de que los materiales de aporte deben embalarse de tal forma que no sufran

deterioros, ni se humedezcan, ni se sequen.

Revestimientos.

Composición del revestimiento.

La composición de los revestimientos suele ser muy compleja. Se trata

generalmente de una serie de sustancias orgánicas y minerales. En la fabricación de la

pasta para el revestimiento suelen intervenir:

o Óxidos naturales: óxidos de hierro, ilemita (50% óxido férrico y 50% óxido de

titanio), rutilo (óxido de titanio), sílice (óxido de silicio).

o Silicatos naturales: caolín, talco, mica, feldepasto...

o Productos volátiles: celulosa, serrín...

o Fundentes

o Productos químicos: carbonatos, óxidos...

o Ferroaleaciones: de Mn, Si, Ti...

o Aglomerantes: silicato sódico, silicato potásico.

Funciones del revestimiento.

o Eléctrica.

Cebado de arco.

En general, las sustancias que se descomponen produciendo gases fácilmente

disociables exigen tensiones de cebado de arco más elevadas, debido al calor

absorbido en la disociación, que es un proceso endotérmico. Con corriente alterna, se

necesitan tensiones de cebado más altas. Los silicatos, carbonatos, óxidos de Fe,

óxidos de Ti, favorecen el cebado y el mantenimiento del arco

Estabilidad del arco.

La estabilidad del arco depende, entre otros factores, del estado de ionización

de los gases comprendidos entre el ánodo y el cátodo. Para un arco en corriente

alterna es imprescindible un medio fuertemente ionizado. Por este motivo se añaden

al revestimiento, entre otras sustancias, sales de sodio y de potasio.

o Física.

Una misión fundamental del revestimiento es evitar que el metal fundido entre

en contacto con el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno del aire, ya sea por la

formación de un gas protector alrededor del camino que han de seguir las gotas del

metal fundido y después, mediante la formación de una abundante escoria que flota

por encima del baño de fusión. El revestimiento debe ser versátil y permitir

generalmente la soldadura en todas las posiciones. En ello interviene dos factores:

El propio espesor del revestimiento.

Su naturaleza, que determina la viscosidad de la escoria, que es necesaria para

mantener la gota en su lugar a través de su propia tensión superficial y para

proteger el baño fundido del contacto con el aire.

El revestimiento del electrodo se consume en el arco con una velocidad lineal

menor que el alma metálica del mismo. Como resultado, el recubrimiento queda

prolongado sobre el extremo del alma y forma un cráter que sirve para dirigir y

concentrar el chorro del arco, disminuyendo sus pérdidas térmicas.

o Metalúrgica.

El revestimiento dispone de elementos que se disuelven en el metal fundido

con objeto de mejorar las características mecánicas del metal depositado.

La escoria.

o Reduce la velocidad de enfriamiento de la soldadura por su efecto aislante;

o Reduce el número de inclusiones en la soldadura, al eliminar un gran número de

impurezas;

o Produce en el baño una verdadera micrometalurgia, desoxidando, desnitrurando,

desfosforando y desulfurando el metal fundido; aísla el baño de elementos con los

que tiene gran afinidad: oxígeno, nitrógeno, hidrógeno ya sea a través de escorias

o gases protectores.

Especificaciones de los Electrodos

Las especificaciones actuales de la American Welding Society a que obedecen

los electrodos son:

Electrodos de acero al carbono AWS-A.5.1

Electrodos de aceros de baja aleación AWS-A.5.5

Electrodos de aceros inoxidables AWS-A.5.4

Electrodos de acero al carbono.

Estos electrodos se clasifican de acuerdo a los siguientes criterios:

o Tipo de corriente a utilizar.

o Tipo de recubrimiento.

o Posición de soldadura aconsejable.

o Composición química del metal depositado.

o Propiedades mecánicas del metal depositado.

Electrodos de aceros de baja aleación.

Estos electrodos se clasifican de acuerdo con idénticos criterios que los de acero al

carbono, e incluyen las clases siguientes:

o Clase A: Aceros al carbono-molibdeno.

o Clase B: Aceros al cromo-molibdeno.

o Clase C: Aceros al níquel.

o Clase D: Aceros al manganeso-molibdeno.

o Clase N: Aceros al níquel-molibdeno.

o Clase G: Aceros de baja aleación, no incluidos en las otras clases.

Electrodos de aceros inoxidables.

Estos electrodos se clasifican de acuerdo con su composición química,

propiedades mecánicas y tipo de corriente e incluyen aceros en los que el cromo

excede del 4% y el níquel no supera el 37% de la aleación.

Características y propiedades de los electrodos

Electrodos ácidos.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS-E-6020.

o Características específicas.

Estos electrodos contienen una adecuada proporción de productos

desoxidantes en forma de ferroaleaciones, FesI, FeMn. Sin embargo, el contenido de

Si en el cordón se mantiene bajo por lo que el metal aportado contiene siempre una

cierta cantidad de oxígeno y, en consecuencia, la resiliencia de la unión es solamente

mediana.

o Escorias.

Pertenecen al sistema FeO-SiO2-MnO y contienen una gran proporción de

silicatos de Fe (fayalita) y de Mn (rodonita), así como óxidos libres FeO y MnO. La

reacción es ácida, o sea, disuelve los óxidos básicos, tales como el MnO. En

consecuencia, gran parte del Mn se desplaza a la escoria. Este enriquecimiento en Mn

disminuye la viscosidad, proporcionando un cordón de aspecto liso y facilitando el

soldeo. La escoria de los electrodos típicamente ácidos es abundante, de color negro y

adquiere al solidificar una estructura esponjosa que tiende a hacerse más compacta y

vítrea a medida que disminuye la acidez. Se separa con bastante facilidad. Por su

abundante escoria se requiere soldar con mayor intensidad e inclinación adecuada del

electrodo, para evitar que la escoria se anticipe al metal fundido.

o Metal depositado.

Estos electrodos confieren al metal depositado un contenido de H2 e

impurezas relativamente alto. A menudo, el cordón contiene escorias. La soldabilidad

del metal base debe ser buena, pues en caso contrario pueden producirse grietas en

caliente. Esta susceptibilidad es función de la acidez de la escoria y disminuye a

medida que tiende a la neutralidad.

o Parámetros de uso.

Tensión de cebado: entre los 30 y 40 V.

Tensión de funcionamiento: aproximadamente 25 V.

o Arco.

Son electrodos de fusión rápida, facilitada en parte por el calor que produce la

oxidación del Mn. Pueden emplearse con intensidades de corriente elevadas. Se usan

normalmente sólo en corriente continua y electrodo unido al polo negativo.

o Rendimiento gravimétrico.

El rendimiento gravimétrico estándar es del 95%.

o Aplicaciones.

Destinados para soldar aceros normales de construcción, de resistencia

inferior a 48 Kg/mm2. Se solía utilizar en juntas a tope o en V en calderería cuando

se requería un buen aspecto del cordón. También por su facilidad en proporcionar

cordones lisos en juntas en ángulo o solapadas. En este tipo de electrodos, que hace

unas décadas dominaba el mercado, ha ido siendo sustituido progresivamente por los

rutilos y básicos. En la actualidad se encuentran prácticamente en desuso, pues su

cuota de consumo no alcanza el 2% del mercado español.

Electrodos celulósicos.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS-E-6010 (Na) y

AWS-E-6011 (K).

o Características específicas.

En estos electrodos la celulosa, obtenida a partir de la pulpa de la madera, es

el componente principal. Esta sustancia orgánica se descompone por el calor

desarrollado en el arco, proporcionando un gas protector que aísla y protege de la

oxidación al Mn y al resto de los componentes. Las reacciones de reducción se

desarrollan en una atmósfera de hidrógeno que cubre el metal fundido.

o Escoria.

Es poco voluminosa ya que, recordemos, la protección del baño es

esencialmente de tipo gaseoso. Se desprende con facilidad.

o Arco.

Producen una gran penetración gracias al hidrógeno procedente de la celulosa

que el calor del arco libera. La velocidad de soldeo es elevada. Se producen, sin

embargo, abundantes pérdidas por salpicaduras.

o Metal depositado.

El metal depositados por estos electrodos carece prácticamente de oxígeno

(O2 £ 0,02%). En cambio, contiene una gran cantidad de hidrógeno (15-25 cm3 por

cada 100 gr. de metal depositado). La superficie del cordón es rugosa y éste se enfría

rápidamente.

o Rendimiento gravimétrico.

El arco produce un fuerte chisporroteo, con abundantes pérdidas por

salpicaduras. El rendimiento estándar suele ser inferior al 90%.

o Seguridad de uso.

Los electrodos celulósicos producen una gran cantidad de humos. Por ello, es

recomendable evitar su uso en recintos cerrados, como el interior de calderas,

cisternas, recipientes, etc. Por otra parte, lo enérgico del arco aconseja emplear con

más rigor los materiales de protección, tales como gorras, guantes, mandiles,

polainas, etc. Los electrodos celulósicos no deben resecarse nunca.

o Aplicaciones.

Aunque son adecuados para soldar en todas las posiciones, se suelen emplear

exclusivamente para soldar tubería en vertical descendente, porque:

Producen muy poca escoria.

Se manejan con facilidad.

Consiguen una buena penetración en el cordón de raíz, en esta posición.

Su uso se está generalizando en oleoductos, y gasoductos en donde resulta

ventajoso soldar en todas las posiciones, sin cambiar los parámetros de soldeo.

También son adecuados en aplicaciones en donde se pretenda conseguir una buena

penetración.

Electrodos de rutilo.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS-E-6012 (Na) y

AWS-E-6013 (K).

o Características específicas.

El principal componente de estos electrodos es el rutilo, mineral obtenido a

partir de menas que en su estado natural contienen de un 88-94% de TiO2. También

puede extraerse de la ilemita, mineral compuesto por un 45-55% de TiO2 y el resto

de Fe2O3. La protección en estos electrodos la proporciona la escoria.

o Escorias.

Pertenecen al sistema TiO2-FeO-MnO que dan como resultado titanatos de

hierro o titanatos complejos. La escoria, de aspecto globular o semiglobular, tiene la

viscosidad adecuada para permitir la soldadura de elementos con ajuste deficiente o

cuando entre los bordes a unir existe una distancia excesiva, resultando los electrodos

de rutilo idóneos en la soldadura con defectuosa preparación de juntas. La escoria se

elimina con facilidad.

o Metal depositado.

Contiene un buen número de inclusiones. El nivel de impurezas es intermedio

entre el que presentan los electrodos ácidos y los básicos. El contenido de hidrógeno

puede llegar a fragilizar las soldaduras. El contorno de las costuras en ángulo oscila

entre convexo en el AWS-E-6012 a prácticamente plano en el AWS-E-6013. En

cualquiera de los casos, el cordón presenta un buen aspecto.

o Arco.

Fácil encendido y reencendido, incluso con elevadas tensiones de vacío en la

fuente de corriente. La pequeña proporción de celulosa del revestimiento permite una

elevada intensidad de corriente. La cantidad de elementos refractarios del

recubrimiento origina un arco tranquilo, de mediana penetración.

o Parámetros de uso.

Tensión de cebado: entre 40 y 50 V.

Se emplean con corriente alterna o con corriente continua, en ambas polaridades.

o Rendimiento gravimétrico.

El rendimiento gravimétrico estándar está comprendido entre el 90 y el 100%.

o Aplicaciones.

Estos electros, fáciles de encender y reencender, poco sensibles a la humedad,

escasas salpicaduras y favorable eliminación de escoria, que permiten una razonable

velocidad de soldeo constituyen una gama de consumibles muy apreciada. Resultan

por su fácil manejo en cualquier clase de montaje, la escasa influencia de las

condiciones ambientales y por ser adecuados para emplearse en todas las posiciones,

idóneos para todo tipo de soldaduras siempre que no se requiera una elevada

tenacidad. Los principales campos de aplicación son las estructuras metálicas, en

construcciones de calderas y construcciones navales.

Electrodos básicos.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS-E-7015 (Na)

poco frecuentes y AWS-E-7016 (K) muy utilizados.

o Características específicas.

Los componentes principales son el carburo cálcico y el fluoruro cálcico. El

revestimiento, que no contiene celulosa ni arcilla, proporciona un gas protector a base

de CO2 procedente del mármol y del fluoruro de silicio formado a partir de la fluorita

e espato flúor, en reacción con el SiO2. Funden a temperaturas muy elevadas (aprox.

2.000 °C), razón por la cual necesitan un fundente en su composición, como el espato

flúor.

La elevada proporción de TiO2 y de silicato potásico, permiten su uso en

corriente alterna. Son fuertemente higroscópicos, por lo que precisan de ciertas

precauciones para evitar que una retención de humedad origine porosidades en el

metal depositado y fisuraciones bajo el cordón en el soldeo de aceros ferríticos de alta

resistencia o límite elástico.

o Escorias.

Pertenecen a los sistemas CaO-SiO2, 2CaO-SiO2 y 3Cao-SiO2. La escoria es

poco abundante, de color pardo y aspecto brillante. Su fluidez se controla agregando

espato flúor al revestimiento. Sube a la superficie con rapidez por lo que son poco

probables las inclusiones. Se elimina con menos facilidad que la de los otros tipos de

electrodos.

o Arco.

En general, la velocidad de fusión no es elevada ni tampoco soportan grandes

intensidades de corriente. Ofrecen una velocidad de soldeo razonable en posición

horizontal o cornisa y más rápida en vertical ascendente, porque es esta posición

admiten una intensidad de corriente más alta que otros electrodos.

La longitud de arco es más corta que en el caso de los rutilos. La tensión de

cebado es elevada, aprox. 65 V. Por esta razón, algunos fabricantes proceden a

impregnar de grafito, excelente conductor eléctrico, uno de los extremos del

electrodo, para facilitar de esta manera el encendido del arco. Los básicos son más

difíciles de manejar que los otros electrodos.

o Rendimiento gravimétrico:

Oscila en torno al 110%.

o Metal depositado.

En el momento de la fusión se produce una verdadera micrometalurgia, con

fijación de elementos metálicos en el metal fundido. Pueden obtenerse así, por

adición de elementos adecuados tales como Mn, Cr, Ni, Mo, etc. soldaduras de

elevadas características mecánicas y de alta resistencia contra determinados agentes

corrosivos. El metal depositados se encuentra prácticamente exento de impurezas,

libre de hidrógeno ( H2 £ 10 ppm) y de porosidad, si el revestimiento está seco. Posee

además una elevada capacidad de deformación (d aprox. 30%) y presenta una alta

tenacidad.

o Precauciones específicas.

Si el electrodo, por su higroscopicidad, ha captado humedad deposita un metal

poco dúctil y, en determinadas circunstancias, propenso a fisuración bajo el cordón.

Para evitar ambos fenómenos, los electrodos básicos que hayan estado expuestos a

un ambiente húmedo, deben secarse siguiendo estrictamente las recomendaciones de

su fabricante.

La temperatura de secado en horno o estufa y el tiempo necesario de

permanencia a esa temperatura deben ser los adecuados a la composición del

revestimiento, que sólo el fabricante conoce la exactitud. En efecto, la humedad

absorbida se encuentra en forma de hidrato lo que requiere temperaturas elevadas

para extraer el agua atrapada en los cristales.

o Aplicaciones.

El campo de aplicación es muy amplio. Una de las ventajas de los electrodos

básicos es que pueden eliminar el S por su reacción con el Mn, formando compuestos

que pasan a la escoria, por lo que la soldadura realizada con este tipo de

electrodos muestra una gran resistencia al agrietamiento en caliente.

El metal depositado es poco sensible a la fisuración, incluso en soldaduras

sometidas a fuertes tensiones de embridamiento por condiciones de rigidez. Se

utilizan ampliamente en la soldadura de estructuras metálicas, recipientes sometidos

a presión, construcción naval y maquinaria. Para resolver el problema de su fuerte

higroscopicidad, actualmente se están desarrollando electrodos básicos menos

propensos a captar humedad: electrodos LMA (Low Moisture Absortion).

Electrodos de gran rendimiento.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS-E-6027

(ácido), AWS-E-7014 (rutilo), AWS-E-7018 (básico), AWS-E-7024 (rutilo) y AWS-

E-7028 (básico).

o Características específicas.

Se denominan electrodos de gran rendimiento aquellos que, cualquiera que

sea la naturaleza de la composición de su revestimiento, tienen un rendimiento

gravimétrico superior al 130%. Si en los electrodos clásicos, como acabamos de ver,

el rendimiento suele oscilar entre el 80% y 100%, con esta clase de electrodos se

puede llegar hasta el 240%.

El rendimiento de un electrodo viene dado por la relación del peso del metal

depositado al peso de la varilla fundida. La norma UNE-14.038 versa sobre la

determinación del rendimiento de los electrodos. En general, para su evaluación se

desprecian 40 mm de su longitud, aproximadamente igual a la parte desnuda del alma

que se aloja en la pinza portaelectrodos de 450 mm y 310 mm para los que poseen

una longitud original de 350 mm.

o Aplicaciones.

Estos electrodos requieren altas intensidades de soldeo para lograr fundir,

además del alma, el polvo de Fe agregado a su revestimiento, por lo que resulto

necesario fuentes de energía potentes. Se seleccionan para reducir costes en

soldadura, tanto en construcción naval como en talleres de calderería pesada.

Los electrodos de contacto se emplean en soldadura por gravedad mediante

unos aparatos mecánicos. En los astilleros, cada operario puede controlar 2-4 aparatos

simultáneamente. Los electrodos básicos de gran rendimiento con elevadas

características mecánicas son utilizados en construcción off-shore y calderería

pesada, donde se exigen altos valores de impacto a baja temperatura.

Selección del Tipo de Corriente

La clase de corriente depende fundamentalmente del tipo de electrodo que se

va a utilizar. A pesar de que la corriente continua es la más común, la amplia gama de

electrodos actualmente en el mercado, que deben utilizarse con corriente alterna han

hecho que crezca el uso de este tipo de corriente.

El coste de la energía con corriente alterna es menor que con corriente

continua pero representa una parte poco relevante del coste total de soldadura, no

siendo un factor decisivo la selección del tipo de corriente.

Aplicaciones.

El proceso SMAW se utiliza por su versatilidad en una amplia gama de

aplicaciones tanto en taller como en obra en la soldadura de materiales de espesor

superior a 1,5 mm. Los sectores de mayor aplicación son la construcción naval,

de máquinas, estructuras, tanques y esferas de almacenamiento, puentes, recipientes a

presión y calderería, etc. La selección de los electrodos tiene una influencia decisiva

en la calidad y el coste de la soldadura.

Para el usuario, es muy importante disponer de una correcta relación de

electrodos con finalidades específicas. En este sentido, los catálogos y folletos que

editan los fabricantes suelen contener información hacer de diámetros, parámetros de

uso, revestimientos y precauciones sobre el almacenaje y funcionamiento de cada uno

de sus productos. Se expondrá a continuación dos aplicaciones, la primera por su

novedad y la segunda por lo generalizado de su uso

Comparación entre uso de corriente continua y alterna.

Características Corriente Continua Corriente Alterna

Pérdida de tensión en

cables

Los cables han de ser tan

cortos como sea posible

Preferible para soldar a

gran distancia

Electrodos Son válidos todos los

tipos de electrodos

El revestimiento debe

contener sustancias que

restablezcan el arco

Encendido del Arco Fácil

Se torna difícil en

electrodos cuyo diámetro

sea diminuto

Mantenimiento del Arco Fácil

Es difícil, exceptuando

cuando se utilizan

electrodos de gran

rendimiento

Efecto de Soplo

Muy sensible, sobre todo

cuando la soldadura se

encuentra cerca de los

extremos de la pieza. El

efecto se incrementa con

la intensidad

Dado que la alternancia

de ciclos neutraliza los

campos magnéticos, este

efecto es raro

Salpicaduras Poco frecuentes Debido a la pulsación son

frecuentes

Posiciones de Soldeo

Fácil de usar para

soldaduras de secciones

gruesas

Si se dispone del

electrodo adecuado es

fácil de usar

Características Corriente Continua Corriente Alterna

Soldadura de Hojas

Metálicas Preferible

Si se actúa con descuido

el material se verá

afectado, debido a la

dificultad de encendido

del arco

Soldadura de Secciones

Gruesas Bajo rendimiento

Es preferible dado que se

puede utilizar un mayor

diámetro en lo que

respecta al electrodo y

por ende mayor

intensidad de corriente;

se logran altas tasas de

rendimiento