Técnica operatoria en soldadura oxiacetilénica

Transcripción

Técnico en Montaje y Mantenimiento
de Instalaciones de Frío,
Climatización y Producción de Calor
Unidad
FORMACIÓN PROFESIONAL A DISTANCIA
CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO
6
Soldadura Homogénea
MÓDULO
Técnicas de Mecanizado y Unión para el Montaje
y Mantenimiento de Instalaciones
Título del Ciclo: TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO,
CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR
Título del Módulo: TÉCNICAS DE MECANIZADO Y UNIÓN PARA EL MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE
INSTALACIONES
Dirección:
Dirección General de Formación Profesional.
Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente.
Dirección de la obra:
Alfonso Gareaga Herrera
Antonio Reguera García
Arturo García Fernández
Ascensión Solís Fernández
Juan Carlos Quirós Quirós
Luis María Palacio Junquera
Manuel F. Fanjul Antuña
Yolanda Álvarez Granda
Coordinación de contenidos del ciclo formativo:
Javier Cueli Llera
Autor:
Efrén Andrés Díaz
Desarrollo del Proyecto: Fundación Metal Asturias
Coordinación:
Javier Maestro del Estal
Monserrat Rodríguez Fernández
Equipo Técnico de Redacción:
Alfonso Fernández Mejías
Ramón García Rosino
Luis Miguel Llorente Balboa de Sandoval
José Manuel Álvarez Soto
Estructuración y desarrollo didáctico:
Isabel Prieto Fernández Miranda
Diseño y maquetación:
Begoña Codina González
Sofía Ardura Gancedo
Alberto Busto Martínez
María Isabel Toral Alonso
Colección:
Materiales didácticos de aula
Serie:
Formación Profesional Específica
Edita:
Consejería de Educación y Ciencia
Dirección General de Formación Profesional
Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente
ISBN: 84-690-1475-7
Depósito Legal: AS-0595-2006
Copyright:
© 2006. Consejería de Educación y Ciencia
Dirección General de Formación Profesional
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Unidad
6 Soldadura Homogénea
Sumario general
Objetivos ..............................................................................................
4
Conocimientos .......................................................................................
5
Introducción ..........................................................................................
6
Contenidos generales ............................................................................
6
Soldadura oxiacetilénica .....................................................................
7
Técnica operatoria en soldadura oxiacetilénica .................................. 19
Soldadura por arco manual con electrodos revestidos ........................ 28
Técnica operatoria en la soldadura por arco manual
con electrodos revestidos .................................................................... 38
Soldadura en atmósfera protegida ....................................................... 50
Resumen de contenidos ......................................................................... 58
Autoevaluación ...................................................................................... 61
Respuestas de actividades . .................................................................... 64
Respuestas de autoevaluación ............................................................... 67
3
Módulo: Técnicas de Mecanizado y Unión para
el Montaje y Mantenimiento de Instalaciones
Objetivos
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Al finalizar el estudio de esta unidad serás capaz de:
4
Conocer cada uno de los procedimientos de soldeo homogéneo utilizados en el
campo de las instalaciones, seleccionando el más adecuado en función de los materiales a soldar.
Conocer los equipos utilizados en cada procedimiento de soldeo, identificando los
elementos que los componen y regulando en ellos los parámetros necesarios para
llevar a cabo las soldaduras.
Ejecutar de forma correcta las soldaduras, atendiendo además a los parámetros de
soldeo que dependan del factor humano, como pueden ser la postura adoptada o la
velocidad de ejecución.
Adoptar las medidas de protección personal adecuadas a cada tipo de soldadura.
Unidad
Conocimientos que deberías adquirir
aCONCEPTOSS
• Equipo de soldadura oxiacetilénica y componentes.
• Características principales de las botellas y manorreductores para acetileno.
• Sopletes: tipos y características. Potencia calorífica del soplete. Tipos de llama.
• Material de aportación: características.
• Equipos de soldadura por arco manual con electrodos revestidos. Tipos y características.
• Electrodos revestidos: tipos, denominación, características y aplicaciones.
• Soldadura en atmósfera protegida: TIG, MIG y MAG. Equipos y características.
• Elementos de protección personal: características.
PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS
• Regulación de los parámetros de soldeo en soldadura oxiacetilénica: elección de la
boquilla del soplete, regulación de las presiones en los manorreductores, encendido
del soplete y regulación de la llama.
• Regulación de los parámetros de soldeo en soldadura con electrodos revestidos:
elección del tipo y diámetro del electrodo, regulación de la intensidad, posiciones
del electrodo y desplazamiento del mismo.
• Aspectos generales de la técnica operativa en soldadura TIG, MIG y MAG.
ACTITUDESS
• Resolutiva en la elección de los procesos de soldeo adecuados a cada caso.
• Observante ante los cambios que se producen durante el soldeo al variar cualquiera
de los parámetros.
• Autónoma en el uso de los equipos de soldeo y los de protección personal.
• Analítica ante los resultados obtenidos, considerando qué factores han de ser modificados para la obtención de mejores resultados.
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Introducción
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Cuando se utiliza un material de aportación de naturaleza distinta que el material base,
como sucede en la soldadura heterogénea, se prevé que también su comportamiento sea
diferente ante las distintas solicitaciones a las que estará sometido (temperaturas, presiones, esfuerzos,…). Además, el material de aportación suele tener unas características mecánicas inferiores a las del material base, constituyendo la parte más débil de la unión y el
lugar por donde probablemente se producirá la rotura en caso de sobreesfuerzo. La soldadura homogénea, por el contrario, presenta una característica ideal: la homogeneidad. La
unión obtenida es un continuo en el que resulta difícil distinguir dónde termina una pieza
y dónde comienza la otra; y su resistencia es tal que, ante un esfuerzo extremo, es probable que la rotura se produzca por un lugar distinto al de la soldadura.
Pero la soldadura homogénea requiere una experiencia y una habilidad mayores que la
heterogénea, constituyendo por sí misma una especialidad perfectamente diferenciada en
el ámbito laboral. Sin embargo, esa especialización no debe llevarnos a pensar que sólo
un soldador cualificado debe soldar; el instalador debe conocer los rudimentos de la soldadura, pues ello le permitirá realizar de forma autónoma estructuras o reparaciones que
frecuentemente se presentan en el desarrollo de su profesión.
Contenidos generales
A lo largo de esta unidad didáctica estudiarás diversos procesos de soldeo homogéneo que
se pueden encontrar en el ámbito industrial. Estudiarás también los equipos que se necesitan en cada proceso, sus partes principales y los dispositivos que se deben regular para
efectuar las soldaduras; y, por supuesto, la técnica operativa de éstos, es decir, las posiciones, ángulos, distancias, velocidades, etc. que se deben adoptar durante la ejecución de la
soldadura.
Unidad
Soldadura oxiacetilénica
En la unidad didáctica anterior has estudiado el empleo de la llama para fundir el material de aportación. En esta unidad estudiarás su aplicación a la fusión simultánea del material de aportación y del material base para obtener
una soldadura homogénea. Como habrás observado, el capítulo hace mención al acetileno, excluyendo otros combustibles. ¿Es posible utilizar butano
o propano en este tipo de soldadura? ¿Tiene la llama oxiacetilénica alguna
propiedad indispensable para el soldeo homogéneo?
Características generales
La soldadura oxiacetilénica emplea como fuente de calor una llama que se obtiene de la combustión del acetileno con la ayuda del oxígeno como comburente. Esta mezcla de gases proporciona la energía calorífica necesaria para la fusión de muchos metales, entre ellos el acero,
pero quizá una de sus cualidades más importantes sea la protección que proporciona al baño
de fusión. Los metales son muy sensibles a la acción del oxígeno del aire, el cual reacciona
con ellos oxidándolos; esta acción es aún más acusada a temperaturas elevadas. El acetileno,
unido al oxígeno, proporciona una llama que desplaza al aire y al oxígeno que contiene, evitando así la oxidación del baño de fusión. Las llamas obtenidas con butano o propano alcanzan también una temperatura lo suficientemente elevada como para fundir la mayor parte de
los metales, incluido el acero, pero carecen de la propiedad protectora antes mencionada,
siendo prácticamente imposible efectuar con ellas una soldadura homogénea.
Antiguamente se empleaba la soldadura oxiacetilénica para el soldeo homogéneo de metales
que no podían ser soldados con otros procedimientos; así, se utilizaba por ejemplo para soldar
aluminio, cobre o acero inoxidable. Hoy día existen procedimientos, como el TIG (Tungsten
Inert Gas), que permiten el soldeo de estos metales con mejores resultados. La soldadura oxiacetilénica mantiene sin embargo vigencia en el campo de las instalaciones de fluidos debido a
que utiliza el mismo equipo que la soldadura fuerte, permitiendo además el soldeo de chapa de
acero de poco espesor —difícil de realizar con electrodo revestido—; quizá una tercera ventaja
proporcione aún vigencia a esta soldadura: no necesita electricidad.
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Equipo
El equipo de soldadura oxiacetilénica está formado por los siguientes elementos:
Botella de oxígeno.
Botella de acetileno.
Manorreductor del oxígeno.
Manorreductor del acetileno.
Mangueras.
8
Soplete.
Válvulas antirretorno.
Soplete
Mangueras
Llave de
botella de
acetileno
Manorreductor del
acetileno
Botella de
acetileno
Llave de
botella de
oxígeno
Manorreductor del
oxígeno
Botella de
oxígeno
Fig. 1: Equipo de soldadura oxiacetilénica.
Como puedes ver, este equipo es similar al de oxibutano estudiado en la unidad anterior,
si bien aquí es ineludible el empleo del acetileno como gas combustible, pues el butano y
el propano resultan totalmente ineficaces para la soldadura homogénea de los aceros al no
proporcionar protección al baño de fusión.
Unidad
Estudiaremos con detenimiento las características de la botella y el manorreductor de acetileno:
o Botella de acetileno
El acetileno —cuya fórmula química es C2H2— es muy inestable en estado gaseoso, pudiendo inflamarse a presiones y temperaturas relativamente bajas: bastaría una temperatura
de 120 ºC o una presión de 2,5 kg/cm2 para que se iniciara una brusca descomposición
con gran desprendimiento de calor.
En estado líquido es mucho más estable, y se puede calentar o comprimir sin tanto peligro;
por esa razón el acetileno no se embotella en estado gaseoso, sino en estado líquido disuelto en acetona.
Para mayor seguridad, las botellas se rellenan de una sustancia porosa que aísla pequeñas
cantidades de acetileno en cada poro. Si la botella se calentase accidentalmente podría
originarse la descomposición del acetileno en alguna de esas celdillas, pero la masa porosa actuaría como separador y absorbería el calor, deteniendo la descomposición.
La sustancia porosa puede estar constituida por fibras de seda, fibras de lana de vidrio,
granos de piedra pómez, granos de carbón vegetal, aglomerado de cemento o aglomerado
de silicato calcio, por citar algunos ejemplos.
Las botellas se pintan en dos colores que las identifican: cuerpo rojo y ojiva marrón, y se
comercializan en distintos tamaños, cuyas características damos en la tabla adjunta:
ALTURA
CON TULIPA
PESO TOTAL
LLENAS
PRESIÓN
DE LLENADO
140
600
15
15
0,8
20
204
905
39
15
4
40
229
1370
79
15
Entre 6 y 8
50
229
1640
83
15
9
CAPACIDAD
(EN LITROS)
DIÁMETRO
(mm)
5
(mm)
(kg)
(bar)
CONTENIDO
(kg)
Tabla 1: Características de las botellas de acetileno.
En su ojiva tiene grabados una serie de datos; uno de ellos es la tara, que se define como
el peso del envase más el de su contenido (sustancia porosa y acetona). La tara no incluye
el peso del acetileno:
Tara = Peso de la botella + Peso de la acetona + Peso de la sustancia porosa
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Así pues, para conocer el contenido de acetileno de una botella bastará con pesarla y descontar la tara al peso total obtenido.
Ejemplo 1
Al pesar una botella de acetileno obtenemos 39 kg. En la ojiva se indica que su
tara es 35 kg. ¿Cuántos kg de acetileno contiene?
Respuesta: Para obtener los kilos de acetileno que contiene la botella hemos de
descontar la tara al peso total obtenido:
10
kg de acetileno = Peso total – Tara = 39 – 35 = 4 kg de C2H2
La botella contiene 4 kg de acetileno
Cuando 1 kilo de acetileno sale al exterior transformado en gas, ocupa un volumen
aproximado de 850 litros (medido en condiciones ambientales normales). Así pues, conocido el peso de acetileno que contiene la botella podremos obtener su equivalencia en
litros de gas.
Ejemplo 2
¿Cuántos kilos de acetileno, medidos en condiciones ambientales normales, contiene la botella del ejemplo anterior?
Respuesta: Puesto que cada kg de acetileno se transforma en 850 litros, los 4
kilos se transformarán en:
4 kg x 850 litros/kg = 3.400 litros
Como veremos más adelante, conocer los litros de acetileno que proporciona una botella
nos permitirá hacer una estimación del tiempo que se podrá estar soldando con ella.
o Manorreductor del acetileno
Como ya hemos dicho en la unidad anterior, la función del manorreductor es reducir la
presión del gas obtenido de la botella, para que adquiera unos valores que nos permitan
Unidad
trabajar con seguridad y comodidad. El manorreductor del oxígeno y el del acetileno tienen similares características y funcionamiento, pero dado que el acetileno se almacena en
la botella a una presión más baja que el oxígeno, y que su presión de trabajo es también
menor, ambos se distinguirán exteriormente por la amplitud de las escalas de sus manómetros.
La figura 2 muestra, a modo de ejemplo, los manómetros de un equipo oxiacetilénico con
las siguientes amplitudes:
Manómetro para presión en la botella de oxígeno: 0 - 300 bar.
Manómetro para presión en la botella de acetileno: 0 - 40 bar.
Manómetro para presión del oxígeno en el soplete: 0 - 15 bar.
Manómetro para presión del acetileno en el soplete: 0 - 2,5 bar.
Estas escalas pueden variar de unos equipos a otros, pero no serán muy distintas de las
presentadas aquí.
Fig. 2: Manorreductores del acetileno y del oxígeno en un equipo de soldadura oxiacetilénica.
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Potencia del soplete
En la soldadura homogénea se requiere la fusión simultánea del material base y del material de aportación, por lo que las necesidades caloríficas variarán en función del espesor
de las chapas a soldar. Así pues, para soldar chapas finas se requerirá menos calor que
para soldar chapas gruesas. Ahora bien, el calor que desprende la llama del soplete depende directamente de la cantidad de combustible consumido en la unidad de tiempo, es
decir, de su caudal.
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La potencia del soplete queda entonces determinada por el caudal de acetileno que consume, el cual se expresa en litros/hora. Para variar esta potencia bastará con cambiar la
lanza o la boquilla, según el modelo de soplete que se utilice (figuras 3 y 4); en cualquier
caso éstas llevan grabado el caudal que consumen (figura 5).
A
B
A.: Soplete de lanzas intercambiables.
B.: La unión de la lanza al
cuerpo del soplete se efectúa manualmente.
Fig. 3: Soplete y unión de la lanza al cuerpo del soplete.
A
B
A.: Soplete de boquillas intercambiables.
B.: La unión de la lanza al
cuerpo del soplete requiere
el uso de llaves.
Fig. 4: Soplete y unión de la lanza al cuerpo del soplete.
A
Fig. 5: Juego de boquillas.
B
A.: Juego de boquillas.
B.: Detalle de la inscripción
del caudal en la boquilla
de 250 litros/hora.
Unidad
A modo de orientación incluimos una tabla con el caudal de acetileno a utilizar en función del espesor de la chapa. Se incluyen también otros datos de interés, como son las
presiones de trabajo del oxígeno y del acetileno, es decir, las presiones a las que salen los
gases por el soplete y que se regulan en los manorreductores correspondientes. Hemos de
advertir que a partir de los 6 mm la soldadura oxiacetilénica no suele utilizarse debido a
que resultan más eficaces otros procedimientos de soldeo.
Espesor a soldar
(mm)
0,5 a 1
1a2
2a4
4a6
6a9
9 a 14
14 a 20
20 a 30
Lanza nº
0
1
2
3
4
5
6
7
Caudal acetileno (litros/hora)
75
150
300
500
700
1200
1700
2500
Presión del
oxígeno
(kg/cm2)
1,4
2
2,3
3
Presión del
acetileno
(kg/cm2)
3,2
3,5
0,15
Ø del material
de aportación
(mm)
1
2
3
4
0,2
5
6
7
8
Tabla 2: Caudal de acetileno en función del espesor de las chapas a soldar.
Una fórmula que resulta fácil de memorizar y que nos puede servir de orientación para elegir el caudal de la lanza o de la boquilla en función del espesor de chapa es la siguiente:
DONDE
P = 100 × e
P: Potencia o consumo del acetileno
expresado en litros/hora
e: Espesor de la chapa expresado en
milímetros.
Es evidente que cuanto mayor sea el consumo menor va a ser la duración del contenido de
la botella, y en consecuencia el tiempo de soldeo. En el apartado “Botellas de acetileno”
obtuvimos los litros que proporcionaba una botella; vamos a obtener ahora el tiempo que
podremos estar soldando con ella con una determinada boquilla.
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Ejemplo 3
Calcular cuánto tiempo podremos estar soldando en la botella de los ejemplos 1
y 2 si utilizamos una boquilla de 150 libros/hora.
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Tiempo =
1
ctividad
Respuesta: La botella nos proporcionaba 3.400 litros de acetileno. Con la boquilla seleecionada consumiremos 150 litros/hora de acetileno. Dividiendo ambos
valores obtendremos el tiempo pedido.
a
3.400 l
= 22,7 horas
150 l/h
Se trata de soldar las chapas de acero de 2 mm de espesor que
aparecen en la parte superior izquierda de la imagen. Para ello
deberás utilizar el equipo de la figura, cuyas botellas están recién cargadas. Completa los datos solicitados en cada cuadro.
CHAPA DE 2 MM
¿Presión
botella O2?
……….
¿Caudal?
………
¿Presión botella
C2H2?
………….
¿Presión de
trabajo?
………….
¿Presión de
trabajo?
……….
¿Diámetro de
varilla?
……….
Unidad
Regulación de la llama
Una vez seleccionada la potencia adecuada, hay que regular la mezcla de gases para que
la llama proporcione no sólo el calor necesario para la fusión sino también la protección
que evite la oxidación del material fundido.
Durante la regulación de la llama oxiacetilénica, y en los trabajos posteriores de soldeo, es
indispensable el uso de pantalla o gafas que protejan los ojos de la intensa luz emitida por
la llama. El tono del cristal a utilizar depende de la potencia de llama empleada; puedes
ver la relación tono/intensidad en la tabla 3.
CAUDAL DE ACETILENO EN LITROS/HORA
TONO DEL CRISTAL
De 70 a 200
Tono 7
De 200 a 800
Tono 8
Superior a 800
Tono 9
Tabla 3: Cristales de protección.
Son también indispensables los guantes de seguridad para evitar quemaduras accidentales
por contacto con las piezas calientes.
Para regular la mezcla de gases en la llama se procederá del modo siguiente:
1. Primeramente se abren las llaves de las botellas del oxígeno y del acetileno girándolas
en sentido antihorario, observando que los manómetros señalen la presión reinante en
el interior de las mismas. Recuerda que si las botellas están recién cargadas sus manómetros señalarán 15 bares en el acetileno y 200 bares en el oxígeno; si ya han sido
utilizadas, estas presiones serán inferiores. No conviene utilizar la botella de acetileno
si su presión está próxima a los 0 bares, pues en esas condiciones el acetileno arrastrará consigo parte de la acetona que tendrá que ser repuesta en la próxima carga.
2. A continuación se regularán las presiones de trabajo girando el mando del manorreductor en sentido horario. Estas presiones responderán a los valores indicados en
la tabla 2, aunque es recomendable que sean algo mayores, ya que al abrir los grifos
del soplete se produce un ligero descenso de la presión.
3. Seguidamente se abrirá muy poco el grifo del oxígeno en el soplete (basta con que
sople un poco por la boquilla) y a continuación el del acetileno. Inmediatamente se
encenderá la llama arrimando un mechero de chispa a la boquilla; el mechero de
gas puede resultar peligroso, ya que con el calor de la llama podría llegar a explotar.
Insistimos en la necesidad de abrir ligeramente el grifo del oxígeno para encender la
llama; si quema solo el acetileno desprende una carbonilla que queda suspendida en
el aire y produce suciedad y molestias.
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4. Una vez encendida la llama es el momento de regular la mezcla de gases. La participación del oxígeno y el acetileno en la combustión ha de ser de aproximadamente del
50%, en cuyo caso se obtendrá una llama normal, (figura 6), que es la utilizada para la
soldadura del acero. Si hay exceso de acetileno en la mezcla se observará una zona
anaranjada en el extremo del dardo, tanto más alargada cuanto mayor sea la presencia
de este gas; esta llama se denomina carburante (figura 6) y tiene pocas aplicaciones en
la soldadura. Si por el contrario hubiera exceso de oxígeno, el dardo se acortaría y tomaría una forma más aguda, mientras que el penacho perdería parte de su longitud y
se haría más transparente; esta llama, llamada oxidante (figura 6), tiene aplicación en
la soldadura al latón. Así pues, si se van a soldar aceros, se regulará la llama para que
tenga el aspecto normal.
Llama normal
Llama carburante
Llama oxidante
Fig. 6: Tipos de llama.
5. Es posible que, tras regular la llama, ésta presente un aspecto débil (aspecto flácido)
o excesivamente fuerte (el soplete bufa en exceso) para la potencia de boquilla seleccionada. En ese caso se procederá a variar su potencia actuando de forma que el
dardo proporcione un control visual de la regulación. Si la llama es débil, se aumentará su potencia abriendo primero el grifo del acetileno (girándolo en sentido antihorario) y observando que la zona anaranjada del dardo se alarga; se abrirá después el
grifo del oxígeno (también en sentido antihorario) hasta que la zona anaranjada desaparezca de nuevo; tras esta operación se habrá obtenido una llama normal pero de
mayor potencia. En el caso de desear una llama más débil se procederá a la inversa,
cerrando primero el oxígeno para que el dardo se alargue, y cerrando luego el acetileno hasta obtener de nuevo la llama normal.
Unidad
6. Una vez efectuado el trabajo se debe proceder a apagar el soplete y recogerlo adecuadamente. Los pasos a seguir son los siguientes:
• Cerrar primero el grifo del acetileno para que el oxígeno apague la llama.
• Cerrar a continuación el grifo del oxígeno.
• Cerrar las llaves de las botellas.
• Abrir los grifos del soplete para permitir que salgan los gases atrapados en las
mangueras.
• Cerrar los grifos del soplete.
• Girar el mando del manorreductor en sentido antihorario hasta sentir que gira
flojo; de esta forma quedará preparado para una nueva regulación de las presiones por la próxima persona que utilice el soplete.
Partes de la llama normal
En la llama normal se distinguen las siguientes partes (figura 7):
Dardo
Zona de combustión
primaria
Penacho
Zona reductora
Fig. 7: Partes de la llama normal.
Dardo: Es la parte más brillante de la llama y se localiza inmediatamente después de
la boquilla.
Zona de combustión primaria: Es una capa de poco espesor que envuelve al dardo,
en la que tiene lugar la combustión del oxígeno y el acetileno con desprendimiento
de calor.
Penacho: Zona más alargada de la llama, de color azulado.
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Zona reductora: Es la parte más importante de la llama, pues en ella se encuentran
los gases reductores que protegen al baño de fusión. Además, en ella se tiene también la máxima temperatura (entre 3000 y 3200 ºC). Esta zona –que no se distingue a
simple vista– está comprendida entre los 5 y los 6 milímetros posteriores al dardo. Se
debe procurar que el baño de fusión esté siempre dentro de esta zona, pues de lo
contrario te será muy difícil llevar a cabo la soldadura (figura 8).
Varilla
18
Soplete
Cordón de
soldadura
Pieza
Zona
reductora
Fig. 8: La fusión debe producirse dentro de la zona reductora.
Material de aportación
El material de aportación ha de ser de la misma naturaleza que el de las piezas a soldar. En
la soldadura de los aceros al carbono, que son la mayoría de los aceros de uso ordinario, se
emplea este material como aportación, el cual
se presenta en forma de varillas de distintos
diámetros dependiendo del espesor de las chapas a soldar; recuerda que puedes consultar
estos datos en la tabla 2.
Fig. 9: Varillas de acero revestidas de cobre.
Las varillas suelen venir revestidas de un baño
de cobre cuya función es evitar su oxidación
cuando se almacenan en ambientes húmedos
(figura 9).
Unidad
Técnica operatoria en soldadura oxiacetilénica
Dos célebres humoristas españoles, ya fallecidos, explicaban de esta manera
la forma de echar agua en un vaso: “Toma una jarra con agua y sujétala firmemente con la mano derecha, mientras con la izquierda sitúas un vaso de
agua a unos 10 cm bajo la vertical de la jarra; el vaso debe estar mirando
hacia arriba, pues si mira hacia abajo no se llenará nunca y pondrás el suelo
perdido de agua”. Algo parecido a la anécdota anterior nos sucede cuando
tratamos de explicar la técnica operatoria del soldeo oxiacetilénico: nos vemos en la necesidad de describir, definir y cuantificar una operación que, una
vez practicada y dominada, resulta tremendamente sencilla. Las posiciones
aquí descritas, con sus distancias y sus ángulos, han de ser tomadas tan solo
como una orientación, pues será la práctica y la intuición las que te indiquen
la decisión a adoptar en cada momento. Sin embargo, a pesar de todo, no te
olvides: el vaso ha de estar mirando hacia arriba.
Técnica operatoria
Para soldar con el soplete oxiacetilénico, además de regular correctamente la llama, es
necesario colocar el soplete formando unos ángulos determinados respecto a la pieza; por
otra parte, para la correcta ejecución de la soldadura, se deben imprimir a ambos los movimientos adecuados.
A continuación te mostramos detalladamente la manera de realizar un cordón sobre una
chapa de acero situada en posición horizontal. Dejaremos para más adelante el estudio de
la unión de piezas en otras posiciones.
o Ángulos del soplete y de la varilla
El soplete se coge con la mano derecha y la varilla con la izquierda, y se irá formando el
cordón de derecha a izquierda (los zurdos lo harán al revés). Las ángulos que forman el
soplete y la varilla son los que se muestran en la figura 10; en ella se observa que soplete
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y varilla forman con la horizontal un ángulo de 45º y entre sí un ángulo de 90º (figura 10A). Si se observa la posición desde el perfil (figura 10-B), el soplete y la varilla deberán
estar contenidos en un plano vertical que contiene al cordón
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A.: Vista de frente.
B.: Vista de perfil.
Fig. 10: Posiciones del soplete y de la varilla.
Estos ángulos de posición no han de ser tomados de una forma estricta, sino como una
referencia de la cual partir, y, aunque se han de respetar en la medida de lo posible, existen situaciones en las que es necesario modificarlos para aumentar o disminuir la potencia
de la llama sobre la marcha, sin detener la fusión. He aquí dos casos en los que puede
surgir esa necesidad:
Al iniciar el cordón: Al iniciar el cordón la fusión es lenta debido a que las piezas
están aún frías, por lo que será necesaria una mayor potencia de llama; para lograrlo
coloca el soplete en una posición más vertical logrando que la llama incida más directamente sobre la chapa.
Al finalizar el cordón: Al finalizar el cordón la fusión es más rápida debido a que
las chapas ya están muy calientes y a que se está trabajando en el borde de las
mismas, con la que el calor de la llama se concentra sobre una menor cantidad de
material. Para que la fusión sea más lenta se colocará el soplete en una posición
más oblicua.
Otros ángulos del soplete y de la varilla
No siempre se tendrá la posibilidad de soldar cómodamente sobre el banco de trabajo; a
veces habrá que hacerlo sobre estructuras de gran tamaño o cuya complejidad impida que
puedan ser colocadas en una posición cómoda; por ello, es aconsejable practicar la ejecución de cordones en otras posiciones. En las figuras siguientes se muestran algunas de ellas
así como los ángulos que forman el soplete y la varilla en cada caso. La posición “en cor-
Unidad
nisa” es la que ofrece más dificultad debido a que pueden producirse descuelgues del baño de fusión; para evitarlo hay que dirigir la llama hacia la parte superior del cordón, aportando también en esa zona.
Horizontal
Vertical
Techo
Cornisa
Fig. 11: Distintas posiciones que puede adoptar el cordón y ángulos que
forman el soplete y la varilla en cada caso.
o Movimientos del soplete de la varilla
Una vez situados el soplete y la varilla con los ángulos adecuados, es necesario imprimirles unos movimientos para que se distribuya el calor uniformemente a todo lo ancho del
cordón; al mismo tiempo se ha de aportar el material de la varilla, y, simultáneamente,
efectuar un desplazamiento lateral según se va formando el cordón. Los tres movimientos
citados, que pueden verse en la figura 12, son:
Movimiento del soplete (a): El soplete se mueve haciendo semicircunferencias cuyos extremos delimitan la anchura del cordón. Durante estos movimientos no ha de
perder en ningún momento su ángulo de posición respecto al cordón.
Movimiento de la varilla (b): Para realizar la aportación se introduce el extremo de
la varilla bajo la llama hasta que haga contacto con el baño de fusión y a continuación se retira ligeramente (de 3 a 5 mm). Este movimiento de entrada y salida de la
21
varilla se repite en cada semicircunferencia descrita por el soplete. Si se necesita una
mayor aportación de material, se aumentará la frecuencia de las entradas y salidas
de la varilla, haciéndolas dos o más veces en cada semicircunferencia. Es frecuente,
sobre todo en los soldadores poco avezados, que se pegue la varilla a la pieza durante el soldeo; ello se debe a que se ha retirado la llama indebidamente y ha solidificado su extremo; en ese caso bastará con dirigir la llama hacia el extremo de la varilla y esperar a que se funda para así retirarla fácilmente.
22
Desplazamiento lateral según el sentido de formación del cordón (c): El cordón se
formará de derecha a izquierda, por lo que, tanto soplete como varilla se desplazarán en ese sentido a medida que la varilla vaya depositando material de aportación.
Hay que poner especial cuidado en la velocidad de este desplazamiento: si es muy
rápida no se producirá bien la fusión en el frente del cordón, y si es muy lenta la fusión será excesiva, pudiendo llegar a abrirse un agujero.
a.: Del soplete.
b.: De la varilla.
c.: Sentido de formación
del cordón
Fig. 12: Movimientos observados desde el punto de vista del soldador.
En la figura 13 podemos ver estos movimientos desde arriba: podemos observar en
ella la trayectoria seguida por el soplete (a) y el movimiento de entrada y salida de la
varilla (b); se han representado también los puntos de contacto de la varilla con el
baño de fusión en cada semicircunferencia descrita por el soplete. Tanto la varilla
como el soplete se desplazan lateralmente a medida que se va depositando material
en el cordón, permitiendo así su formación (c).
a.: Del soplete.
b.: De la varilla (los puntos representan el contacto de la varilla con
el baño de fusión).
c.: Sentido de formación
del cordón.
Fig. 13: Vista en planta de la secuencia de movimientos.
2
ctividad
Unidad
a
Puedes realizar la siguiente actividad que te ayudará a exprerimentar la dificultad de seguir los movimientos cuando se
carece de práctica:
Toma un lápiz con la mano derecha sujetándolo entre los dedos
como si fueras a escribir; este lápiz será tu soplete imaginario.
Trata ahora de dibujar sobre un papel la trayectoria del soplete
representada en la figura 13-a en las siguientes condiciones:
No debes apoyar la mano sobre la mesa.
Procura que la anchura del imaginario cordón sea de
1 cm. aproximadamente.
En el trazo de cada semicircunferencia debes emplear aproximadamente medio segundo.
Toma un segundo lápiz con la mano izquierda; será tu varilla
imaginaria. Cada vez que describas una semicircunferencia
con el lápiz derecho, deberás tocar con el lápiz izquierdo en
el centro de la misma. Procura que la posición de ambos lápices sea aproximadamente la representada en la figura 10.
23
o Ejemplo de aplicación
En el apartado anterior hemos descrito la forma de obtener un cordón sobre una chapa
de acero; con ello pretendíamos que conocieras las posiciones y movimientos del soplete y de la varilla. En este apartado podrás observar paso a paso las operaciones a realizar
para efectuar la soldadura de dos piezas en posición horizontal siguiendo al soldador del
ejemplo.
24
En primer lugar el soldador prepara el puesto de trabajo, retirando o protegiendo
los objetos que puedan resultar quemados accidentalmente; por esa razón ha aislado también la superficie de la mesa con una chapa (figura 14).
Evitará también que el calor de la llama sea absorbido por otros elementos que
no sean las propias piezas a soldar (prensillas, tornillo de banco, etc.); esa es la
razón por la que ha colocado las chapas ligeramente elevadas sobre perfiles angulares; si las hubiera posado directamente sobre la mesa, todo el calor sería absorbido por ésta, dificultando notablemente la fusión y dando la falsa sensación
de que la llama carece de potencia.
Una vez preparado el puesto de trabajo, el soldador posiciona las piezas a soldar de
forma que entre ellas haya una separación aproximadamente igual al diámetro de la
varilla que vaya a emplear (figura 14).
Fig. 14: Soldadura de dos chapas de acero.
Unidad
El soldador se protege las manos con los guantes y la vista con la pantalla de protección ocular. A continuación enciende el soplete y regula la mezcla de gases para obtener una llama normal (figuras 15 y 16), tal y como se ha indicado en el apartado
“Regulación de la llama” de esta misma unidad.
Fig. 15: Regulación de la llama.
Fig. 16: Regulación de la llama.
Seguidamente realiza los puntos de soldadura para fijar la posición relativa entre las
piezas. La operación de punteado es siempre previa a la realización de la soldadura
definitiva, pues, al ser una unión débil, permite efectuar correcciones en la posición
de las piezas. Para puntear correctamente se deben fundir los bordes de las piezas y
aportar material como si se estuviera realizando un cordón de soldadura (figura 17);
de hecho debemos considerar a los puntos como cordones de pequeña longitud. Es
un error pensar que para puntear basta con echar unas gotas de varilla entre las piezas; con ello sólo se conseguirá un “pegado” momentáneo que a veces no soporta el
más mínimo movimiento sin separarse, lo cual supone un inconveniente, sobre todo
si se trata de una estructura de cierta complejidad. El primer punto que se realiza es
el del centro, y a continuación se realizan los dos laterales, siendo indistinto el orden
que se siga para estos últimos (figura 18). Si la chapa fuera de mayor longitud, los
puntos se irían efectuando desde el centro hacia fuera en orden alternativo de derecha a izquierda o viceversa.
Fig. 17: Punteado de una pieza.
Fig. 18: El punto se realiza en el centro.
25
26
Se inicia el cordón en el borde derecho. Al estar
las piezas frías es posible que la fusión tarde algo
en conseguirse, pero si se coloca la llama de forma que incida perpendicularmente sobre la pieza,
la fusión se realizará más rápidamente. Una vez
conseguida la fusión, se posicionan de nuevo el
soplete y la varilla a 45º con la horizontal y se
Fig. 19: El cordón evoluciona de
efectúan los movimientos indicados en el aparta- derecha a izquierda.
do “Movimientos del soplete y de la varilla”
haciendo que el cordón evolucione de derecha a
izquierda (figura 19). El agujero en forma de lágrima que se abre en el frente del cordón (figura
20) es indicativo de que los bordes funden correctamente. En la figura 21 se han superpuesto los
movimientos del soplete y de la varilla para una
Fig. 20: Agujero que se abre al
mejor comprensión de los mismos.
frente del cordón.
a.: Detalle del agujero en
el frente del cordón.
b.: Superposición de los
movimientos del soplete y de la varilla sobre la imagen anterior.
Fig. 21: Superposición de los movimientos del soplete y la varilla.
Al llegar al final del cordón el soldador percibirá que la fusión se produce más rápidamente; ello es debido a que el calor se concentra en el borde de las piezas. Existen varias formas de controlar la fusión en esa
situación: una de ellas es aumentar la
inclinación del soplete para que la llama incida
más oblicuamente sobre las piezas; otra es
separar ligeramente la llama tras cada
aportación para que se solidifique ligeramente el
baño; una tercera opción es interrumpir la
operación y bajar la potencia cerrando ligeramente
Fig. 22: Soldadura una vez terminada.
los grifos del soplete.
Unidad
Tipos de uniones soldadas
En el apartado anterior estudiamos la forma de soldar cuando las piezas se encuentran una frente
a la otra, estando sus bordes a la misma altura; esta posición se denomina “a tope”; a continuación mostramos otros tipos de unión así como las posiciones que adoptan el soplete y la varilla
en cada una de ellas. Puedes observar que en las uniones “a solape” y “en ángulo interior” la
llama se orienta ligeramente hacia la chapa inferior debido a que en ella la zona a fundir está
más alejada del borde, y, en consecuencia, necesita más calor para llegar a la fusión.
A tope
A Solape
En ángulo exterior
En ángulo interior
Fig. 23: Tipos de uniones y ángulos de soplete y de la varilla en cada una de ellas.
27
Soldadura por arco manual con electrodos revestidos
28
La soldadura con llama es lenta, y el combustible utilizado es relativamente
costoso; pero aparte de la llama existen otros procedimientos para alcanzar la
fusión de los metales a soldar. Los más utilizados son los que obtienen el calor de la energía eléctrica. ¿Sabías que actualmente la mayoría de las soldaduras se efectúan empleando como fuente de calor la energía eléctrica?
Arco eléctrico
El arco eléctrico, también llamado arco voltaico, es una descarga eléctrica continua que se
produce entre dos electrodos separados entre sí una cierta distancia; este arco eléctrico
genera gran cantidad de luz y calor.
Para establecer el arco eléctrico hay que juntar los extremos de los dos electrodos y hacer
pasar a través de ellos una corriente de alta intensidad; durante el contacto se produce un
calentamiento, y si a continuación se separan ligeramente, se formará entre ellos un arco
eléctrico luminoso; este arco está constituido por electrones que van desde el electrodo negativo hasta el positivo, pero también por
iones positivos que se mueven en sentido
inverso. El calor es generado por el impacto de los electrones y de los iones con
el electrodo opuesto, pero es el electrodo
positivo el que más se calienta debido a
que los electrones contienen más energía.
La temperatura que se alcanza en un arco
eléctrico es de unos 3.500 ºC.
El arco eléctrico se utiliza como fuente
de calor en hornos de altas temperaturas,
también como fuente de luz en lámparas, focos y flashes fotográficos. En soldadura se utiliza como fuente de calor para producir la fusión de los materiales a soldar; el arco eléctrico se establece entre la pieza y un electrodo que en algunos procesos constituye también
el material de aportación.
Fig. 24: Arco eléctrico.
Unidad
Polaridad
Cuando se trabaja con un generador de corriente continua existe la posibilidad de orientar
el flujo de electrones a voluntad; si se conecta el polo negativo al electrodo y el positivo a
la pieza se tiene polaridad directa, y en el caso contrario diremos que la polaridad es inversa (figura 25).
Como ya hemos dicho, el impacto de los electrones produce más calor que el de los iones
positivos; por esta razón, en la polaridad inversa hay una fusión más rápida del electrodo,
lo cual ha de ser tenido en cuenta en determinados trabajos de soldadura; en la soldadura
TIG, por ejemplo, este efecto provoca la destrucción prematura del electrodo de tungsteno,
haciendo prácticamente imposible la ejecución del soldeo.
Fig. 25: Tipos de polaridad.
En corriente alterna la polaridad cambia alternativamente de directa a inversa y
de inversa a directa; este
ciclo es repetido cincuenta
veces por segundo, debido
a que la frecuencia de la
corriente alterna en Europa
es de 50 hertzios (1 hertzio
= 1 ciclo/s). El inconveniente que presenta este cambio
de polaridad es que la tensión se anulará en los valo- Fig. 26: Indicación de la polaridad en la etiqueta de una caja de
res intermedios, interrum- electrodos revestidos.
29
piéndose durante un instante el arco eléctrico, el cual volverá a restablecerse una vez que
la tensión adquiera valores crecientes. Consecuentemente, el arco eléctrico es más inestable cuando soldamos con corriente alterna que cuando lo hacemos con corriente continua.
30
Cabe preguntarse qué polaridad es mejor utilizar con los electrodos revestidos. No existe sin
embargo un criterio fijo que lo determine, siendo cada fabricante el que indica la más idónea en las etiquetas de sus productos. En la figura 26 vemos esta indicación en la etiqueta de
una caja de electrodos mediante la inscripción AC/DC+, que significa que los electrodos que
contiene la caja son aptos para trabajar en corriente alterna (AC son las iniciales de Alternating Current) o en corriente continua (DC, Direct Current), en este último caso con polaridad
inversa (el signo + indica el polo al que hay que conectar el electrodo).
Equipo de soldadura
El equipo de soldadura está constituido básicamente por el grupo generador, la pinza y la
masa (figura 27).
Grupo
generador
Selector de
tensión
Escala de
intensidad
Enchufe
Masa
Pinza
Regulador de
intensidad
Fig. 27: Equipo de soldadura eléctrica por arco manual con electrodos revestidos.
El grupo generador es el encargado de transformar la corriente eléctrica obtenida de la red
para que tenga unas características apropiadas para el soldeo. La corriente suministrada
por las compañías eléctricas tiene un voltaje elevado y una intensidad pequeña; el grupo
de soldadura modifica estas características para obtener un voltaje pequeño y una intensi-
Unidad
dad elevada. Los grupos de soldadura más utilizados en trabajos generales son los transformadores y los rectificadores.
Los grupos transformadores proporcionan tensiones más pequeñas que las de la red, pudiendo obtenerse así intensidades más elevadas. La corriente que se obtiene entre masa y
pinza sigue siendo alterna y con la misma frecuencia.
Los grupos rectificadores están compuestos por un transformador, que es el encargado de
disminuir la tensión, y además disponen de un rectificador que transforma la corriente
alterna de la red en corriente continua. Exteriormente ambos grupos se distinguen por la
indicación en las conexiones de masa y pinza: en los grupos transformadores la masa y la
pinza se conectan siempre a la misma toma, mientras que en los rectificadores la conexión
se puede variar según la polaridad deseada (figura 28).
A
B
A.: En un grupo de corriente alterna.
B.: En un grupo de corriente continua.
Fig. 28: Conexión de pinza y masa.
Tanto unos como otros van provistos de un regulador de intensidad mediante el cual se
aumenta o se disminuye la intensidad que atraviesa el electrodo; como regla orientativa
diremos que cuanto mayor sea el diámetro del electrodo mayor ha de ser la intensidad
regulada. El grupo de la figura 27 dispone también de un selector de tensión a 220 o 380
voltios.
La pinza es la encargada de sujetar el electrodo durante la operación de soldeo,
transmitiéndole al mismo tiempo la corriente eléctrica procedente del grupo, al cual
está unida mediante un cable conductor de electricidad. La pinza se abre al accionar
manualmente una palanca y se cierra al soltarla, sujetando al electrodo por uno de
sus extremos.
La masa es el dispositivo mediante el que se cierra el circuito eléctrico a través de las piezas a soldar. Está también unido al grupo por medio de un cable conductor de electrici-
31
dad. Aunque este elemento puede tener varias formas, todas ellas tienen como finalidad
establecer un buen contacto con la pieza, pudiendo adoptar la forma de pinza, de horquilla con tornillo o de superficie imantada, entre otras.
32
Fig. 29: Dibujo esquemático en el que se muestran los elementos que intervienen en la soldadura por arco manual con electrodos revestidos.
o Tensión y corriente en los grupos de soldadura
Para realizar el soldeo se necesita una tensión capaz de establecer y mantener el arco; así
como una intensidad que produzca la fusión y el aporte de material. Los grupos de soldadura tienen unos valores máximos de tensión e intensidad que son los que definimos a
continuación:
Tensión de vacío (V0): Es la máxima tensión que puede suministrar el grupo; se obtiene manteniendo separados el electrodo y la pieza sin que haya arco eléctrico. La
tensión de vacío permite que se inicie el arco, por lo que interesa que tenga valores
grandes, aunque no tanto como para que sea peligrosa para el soldador.
Normalmente la tensión de vacío de los grupos está entre 50 y 80 voltios, reduciéndose prácticamente a la mitad una vez establecido el arco.
Intensidad de cortocircuito (Icc): Es la máxima intensidad que puede suministrar el
grupo. Se obtiene al poner en contacto la punta del electrodo y la pieza.
Evidentemente, la intensidad de soldeo será siempre menor que la de cortocircuito,
por lo que su valor nos da una idea del tamaño de los electrodos que podremos utilizar con él.
Unidad
Factor de marcha (X): A pesar de que en los grupos de soldadura se incluye una
amplia gama de intensidades, éstas no pueden utilizarse continuadamente (sobre todo las intensidades elevadas), pues el grupo se calentaría excesivamente y podría
llegar a quemarse; sin embargo, sí pueden utilizarse si se intercalan descansos durante el soldeo para dar tiempo a que el grupo se enfríe.
En la placa de características se incluye la intensidad y la tensión máximas que puede soportar el grupo durante un tiempo determinado de trabajo; a este tiempo de
trabajo continuado se le llama factor de marcha, y viene expresado en tanto por
ciento. Un factor de marcha del 60% indica que, en un periodo de 10 minutos, se
puede soldar ininterrumpidamente durante 6 minutos utilizando la intensidad máxima indicada en la placa, descansando a continuación 4 minutos; si se superan estos
valores la protección térmica actuará desconectando el grupo de soldadura.
X
35%
60%
100%
I
420 A
350 A
270 A
V
37 V
34 V
31 V
Tabla 4: Intensidades y tensiones para
distintos factores de marcha extraídos
de la placa de características de un
grupo de soldadura.
En el grupo cuyos factores de potencia reproducimos en la tabla 4, se puede estar soldando con una intensidad de 420 amperios durante 3,5 minutos, descansando 6,5 minutos; o
bien con 350 amperios durante 6 minutos, descansando 4; o bien con 270 amperios de
forma continuada.
Electrodos
Los electrodos constituyen el material de aportación en este tipo de soldadura. Se pueden
distinguir en ellos dos partes: el alma y el revestimiento.
Fig. 30: Partes de un electrodo revestido y dimensiones.
33
El alma es una varilla de acero de composición similar a la de las piezas a soldar. La función
del alma es servir como material de aportación para formar el cordón de soldadura; además,
sirve de conductor a la corriente eléctrica para establecer y mantener el arco eléctrico.
34
Fig. 31: Electrodos revestidos.
Las dimensiones de un electrodo vienen determinadas por el diámetro y la longitud del
alma. En la tabla 5 se incluyen los diámetros y longitudes comerciales más utilizadas:
Diámetro
1,6
2
2,5
3,25
4
5
6
8
Longitud
250
300
350
350-450
350-450
450
450
450
Tabla 5: Diámetros y longitudes de los electrodos revestidos.
El revestimiento es la sustancia que envuelve a la varilla, y cuya composición caracteriza a
los distintos tipos de electrodos. Entre sus funciones destacaremos las siguientes:
Facilita el establecimiento del arco eléctrico al tener en su composición sustancias que
ayudan a que éste se produzca. Esa cualidad ayuda también al restablecimiento del arco
en cada interrupción cuando se trabaja con corriente alterna, haciéndolo más estable.
Durante el soldeo, el revestimiento se funde
y flota sobre el acero fundido, protegiendo
de la oxidación al baño de fusión al evitar
que entre en contacto con el oxígeno del
aire. Al solidificar forma una cascarilla sobre
el cordón que se elimina una vez enfriado.
Dirige el arco eléctrico y el material de aportación, actuando como si fuera un cañón; de
esa manera el material de aportación sale
más concentrado hacia la pieza, lo que favorece la penetración (figura 32).
Fig. 32: Efecto de “cañón” que produce el
revestimiento.
Reduce el riesgo de que se pegue el electrodo a la pieza durante el soldeo, ya que mantiene una separación entre el alma y la pieza.
Unidad
o Tipos de revestimiento
Una de las características que definen al electrodo es su revestimiento, pudiendo distinguir
los siguientes tipos:
Electrodos de rutilo: Reciben este nombre porque el componente principal del revestimiento es el rutilo (óxido de titanio). Es un electrodo que funciona muy bien tanto en corriente
continua como en corriente alterna. Es de fácil manejo en todas las posiciones (horizontal,
vertical, cornisa y techo). Son los más utilizados en trabajos generales de soldadura.
Electrodos básicos: Son de uso obligado en soldaduras de gran responsabilidad y
que requieran una gran resistencia mecánica. Permite la soldadura en todas las posiciones, aunque su manejo es algo dificultoso, debiéndose emplear arco muy corto e
intensidades poco elevadas. Deben utilizarse con corriente continua.
Otros tipos menos utilizados en las soldaduras de los aceros ordinarios, son los electrodos ácidos, cuya ventaja estriba en su elevada velocidad de fusión y la buena penetración que se obtiene con ellos, aunque tienen un manejo más dificultoso que los
del rutilo; y los electrodos celulósicos, que se utilizan en trabajos muy especializados, especialmente para posiciones del cordón en vertical y sentido descendente.
Para definir el tipo de revestimiento se utilizan sus iniciales: Rutilo (R), básico (B), ácido (A)
o celulósico (C).
o Denominación de los electrodos revestidos
Existen varias normas para la denominación de los electrodos revestidos, sin embargo tiene
gran aceptación la norma AWS A5.1 por su sencillez y facilidad de interpretación.
Esta denominación consta de una letra, que para los electrodos revestidos es una E, seguida de cuatro (o cinco) dígitos cuyo significado reproducimos a continuación
Fig. 33: Etiqueta de una caja de electrodos con la denominación AWS A5.1.
35
Los dos (o tres) dígitos que se encuentran a continuación de la letra E expresan, en
libras/pulg2, la milésima parte de la resistencia a tracción del material que constituye
el alma del electrodo; para obtenerla en N/mm2 bastará con multiplicar esos dígitos
por 8,87.
Los dos últimos dígitos informan de la posición, revestimiento, polaridad, rendimiento, etc.
Por ser de gran interés, incluimos aquí su significado.
36
DOS
ÚLTIMOS
DÍGITOS
INFORMACIÓN
10
Todas posiciones. Revestimiento muy celulósico. Penetración profunda con arco intenso.
Escorias delgadas y quebradizas. Solo CC (+).
11
Similar. Específico para CA. Puede emplearse con CC (+) a expensas de la buena soldabilidad.
12
Todas posiciones. Recomendado a tope plano y horizontal. Revestimiento con gran cantidad de óxido de Ti. CC (+) y CA.
13
Similar. Buenos resultados a baja tensión nominal. CA y CC.
14
Similar con mejor rendimiento. Revestimiento con polvo de Fe. CA y CC (+ y -).
15
Todas posiciones. Revestimiento básico. Sólo CC (+).
16
Similar. CA y CC (+).
18
Similar con mayor rendimiento. CA y CC (+).
20
A tope plano y rincón acunada. Revestimiento con gran cantidad de óxido de Fe. Ácido.
Escoria porosa y quebradiza fácilmente desprendible. CA y CC (+ y -).
24
A tope plano y rincón acunada. Rutilo de mayor rendimiento (más polvo de Fe) que el
Exx14. CA y CC (+ y -).
27
A tope plano y rincón acunada. Electrodo de contacto tipo ácido. CA y CC (-).
28
A tope plano y rincón acunada. Mayor rendimiento que el Exx18. CA y CC (-).
Tabla 6: Significado de los dos últimos dígitos de la denominación AWS.
3
ctividad
Unidad
a
La figura muestra un fragmento de la etiqueta de una caja de
electrodos. Con los datos que ésta proporciona trata de contestar a las siguientes cuestiones:
a. ¿Cuál es el diámetro y la longitud de los electrodos?
b. ¿Qué tipo de revestimiento tienen?
c. ¿Se puede realizar con ellos un cordón en posición vertical?
d. ¿Se puede soldar con ellos utilizando un grupo transformador?
e. ¿Se puede soldar con ellos utilizando un grupo rectificador?
En caso afirmativo, ¿con qué polaridad?
37
Técnica operatoria de la soldadura
por arco manual con electrodos revestidos
38
El efecto de una llama es más o menos predecible; sabemos que si es potente
calentará más y fundirá mejor el acero; sabemos también, quizá intuitivamente, que al acercarla a la pieza conseguiremos que la fusión sea más rápida,
mientras que si la alejamos el baño de fusión tenderá a solidificarse. ¿Se pueden conseguir estos mismos efectos en la soldadura por arco manual?
Parámetros de soldeo
Al efectuar una soldadura hemos de atender previamente a cuatro parámetros que afectarán directamente a la formación del cordón; éstos son: diámetro, intensidad, longitud del
arco, posición y desplazamiento del electrodo.
o Diámetro del electrodo
Normalmente se elige el diámetro del electrodo en función del espesor de las chapas a
soldar, aunque influye también el tipo de unión (a tope, a solape,…) y la posición que
adopte el cordón (horizontal, vertical, cornisa,…); tanto el tipo de unión como la posición
del cordón han sido estudiados en la unidad didáctica anterior.
Como orientación, incluimos a continuación una tabla que relaciona el espesor de la chapa con el diámetro del electrodo, considerando que la unión es a tope y en posición horizontal. La tabla incluye también la separación a dejar entre los bordes de las chapas cuando se sueldan éstas a tope y en posición horizontal.
ESPESOR DE LA CHAPA
(mm)
DIÁMETRO DEL ELECTRODO
(mm)
SEPARACIÓN ENTRE BORDES
(mm)
2
3
4
5
2
2,5
3,25
4
1
1,5
2
2
Tabla 7: Relación orientativa entre el espesor de la chapa y el diámetro del electrodo.
Unidad
Para soldar chapa de poco espesor (inferior a 5 mm) y para soldar en posiciones en las que
pueda producirse el descuelgue del baño de fusión —como son la posición cornisa, vertical o techo— se utilizarán electrodos de diámetros ligeramente inferiores a los de la tabla,
ya que con ellos se obtiene un baño de fusión de menor volumen y por tanto más controlable. Para soldar chapas gruesas y cordones en posición horizontal se utilizarán electrodos de diámetros ligeramente mayores.
o Intensidad
Otro parámetro a considerar es la intensidad a regular en el grupo, la cual está relacionada
con el diámetro del electrodo seleccionado.
Incluimos en la tabla 8 el intervalo de intensidades correspondiente a cada diámetro de
electrodo de rutilo.
DIÁMETRO DEL ELECTRODO (mm)
INTENSIDAD (AMPERIOS)
1,6
30-50
2
40-60
2,5
60-90
3,25
90-140
4
140-180
Tabla 8: Intervalo de intensidades para cada diámetro de electrodo.
Algunos modelos de grupos de soldadura incluyen el intervalo de intensidades en el selector, sirviendo así de orientación al soldador (figura 34).
Fig. 34: Selección de la intensidad
en función del diámetro del electrodo en un grupo de soldadura.
39
También los fabricantes incluyen en las etiquetas de sus electrodos el intervalo de intensidades más adecuado (figura 35). Siempre que sea posible, se seleccionará la intensidad de
trabajo dentro de este intervalo.
40
Fig. 35: Intervalo de intensidades recomendado en
la etiqueta de una caja de electrodos.
Puesto que para un mismo diámetro de electrodo existe un amplio intervalo de intensidades, cabe preguntarse cuál elegir en cada caso. El tomar valores más o menos grandes dependerá de factores como el tipo de unión (a tope, en ángulo interior, etc.) y la posición
del cordón (horizontal, cornisa, etc.) entre otros. Hay que tener en cuenta que el aumento
de intensidad conlleva un aumento del calor generado, por lo que la pieza y el electrodo
fundirán más, aumentando en consecuencia la penetración y la aportación.
De este modo, los cordones que se realizan con una intensidad más baja que la que corresponde al electrodo tendrán poca penetración, y el metal de aportación –aún siendo
escaso– se amontonará sobre la superficie de la pieza, adquiriendo el cordón un aspecto
convexo y estrecho; por el contrario, si se emplea una intensidad elevada, la fusión y la
aportación serán grandes, lo que dará al cordón un aspecto más desparramado –a veces
incluso cóncavo– y con proyecciones de metal de aportación en forma de gotas solidificadas.
A modo de orientación, diremos que:
En uniones a tope cuya posición sea horizontal se utilizará la intensidad intermedia
del intervalo.
En uniones en ángulo interior se utilizarán intensidades de la zona alta del intervalo,
ya que se necesita más calor para la fusión.
En uniones en ángulo exterior, y también en las posiciones horizontal, vertical y techo, se utilizarán intensidades de la zona baja del intervalo.
Unidad
Ejemplo
Para realizar una unión a tope en chapa de 4 milímetros de espesor en posición
horizontal se utilizará un electrodo de 3,25 mm, regulando la intensidad en el
grupo a 125 amperios.
Para una unión en ángulo interior se necesitará más calor para fundir las piezas,
ya que al formar rincón hay que calentar mayor cantidad de material; por esa
razón, se aumentará la intensidad en el grupo a 140 amperios.
Por el contrario, para un ángulo exterior se necesitará menos calor, ya que se
está trabajando en el borde de las piezas; en este caso se reducirá la intensidad
en el grupo de 110 amperios.
o Longitud del arco
La longitud del arco es la distancia existente entre la punta del electrodo y la pieza. Existe
una relación inversa entre la longitud del arco y la intensidad, de tal forma que si separamos ligeramente la punta del electrodo, la intensidad disminuirá, y al acercar la punta del
electrodo a la pieza la intensidad aumentará, si bien es cierto que estas variaciones son de
pequeña magnitud, considerándose intrascendentes en los resultados del soldeo.
Sin embargo, la variación del arco afecta notablemente a
la concentración o dispersión del baño de fusión: cuanto
más alejada esté la punta del electrodo más dispersa será
la aportación. Al soldar se procurará mantener una longitud de arco constante para evitar cambios en la forma del
cordón. Por ejemplo, si la longitud es corta se obtendrá
un cordón con buena penetración pero muy convexo,
muy abultado, y más bien estrecho; en cambio, si la longitud es larga, se obtendrá un cordón con poca penetración y muy plano, apareciendo proyecciones (gotas solidificadas) desparramadas sobre el cordón.
Como regla orientativa, cuando se suelde con electrodos de rutilo se utilizará una longitud de arco igual al
diámetro del electrodo (figura 36); con electrodos básiFig. 36: Longitud del arco en los
cos se reducirá esta distancia a la mitad del diámetro.
electrodos de rutilo.
41
o Posición del electrodo
Otro de los parámetros a considerar es la posición del electrodo durante el soldeo; lo analizaremos mediante las imágenes de la figura 37, en las que podemos observamos que:
El cordón se forma de izquierda a derecha, sosteniendo la pinza portaelectrodos con
la mano derecha (los zurdos pueden hacerlo al revés, es decir, sosteniendo la pinza
con la mano izquierda y haciendo que el cordón evolucione de derecha a izquierda).
42
Se lleva el electrodo ligeramente inclinado de forma que “sople” el material de aportación hacia atrás. Esta posición permite que el soldador vea bien por dónde suelda
y cómo se va formando el cordón.
Para mayor claridad, hemos superpuesto en las fotografías los ángulos que determinan la
posición del electrodo.
A.: Vista de frente
B.: Vista de perfil.
Fig. 37: Posición del electrodo.
Durante el soldeo se funde el alma del electrodo y también su revestimiento, el cual flotará
sobre el baño de fusión y, una vez solidificado, formará una capa de escoria sobre él; esta
capa lo protegerá de la oxidación hasta que se enfríe. La ligera inclinación que se da al
soplete evita que la escoria se incruste en el cordón dando lugar a imperfecciones en el
mismo. Este ángulo estará comprendido entre los 60º y los 85º, dependiendo de la intensidad con la que se trabaje. Como norma general diremos que la inclinación del electrodo
será la mínima necesaria para mantener a la escoria atrasada durante el soldeo.
o Desplazamiento del electrodo
Por último, en el desplazamiento del electrodo durante la soldadura se habrán de tener en
cuenta tanto la velocidad como su trayectoria.
La velocidad a la que se desplaza el electrodo de izquierda a derecha será uniforme en
todo el recorrido de formación del cordón. Evidentemente, si la velocidad es rápida no
Unidad
dará tiempo a que se produzca bien la fusión y el depósito del material de aportación será
escaso, por lo que el cordón será más estrecho y con menor penetración; por el contrario,
si la velocidad es lenta se formará un cordón ancho, pero es posible que se produzcan
incrustaciones de escoria debido a la dificultad de mantenerla atrasada.
El movimiento del electrodo puede ser rectilíneo o bien llevar un pequeño balanceo en
zig-zag con el fin de obtener un cordón de mayor anchura (figura 37).
A.: Rectilíneo.
B.: En zig-zag.
Fig. 38: Desplazamienton del electrodo.
Cebado del arco
Se llama así a la operación que se realiza para establecer el arco eléctrico. El cebado se
efectúa de forma similar a como se enciende una cerilla, acercando el extremo del electrodo a la pieza pero sin llegar a tocarla (figura 39-A) y dando un leve giro de muñeca durante el cual el electrodo toca la superficie (figura 39-B) para separarse a continuación una
vez establecido el arco.
Fig. 39: Cebado del arco.
Durante los primeros ejercicios de cebado del arco es frecuente que el electrodo se quede
pegado a la pieza; para evitarlo, es aconsejable que se hagan sobre una pieza inservible y
con la intensidad más elevada del intervalo que corresponda al electrodo.
43
44
Fig. 40: Pegado accidental y despegado del electrodo durante el cebado.
4
ctividad
Si se quedara pegado el electrodo a la pieza (figura 40-A), se debe mantener la calma y
despegarlo efectuando un giro hacia la izquierda con decisión (figura 40-B). Si aún así no
llegara a despegarse, queda el recurso de soltarlo de la pinza (figura 40-C), de esa forma se
abrirá el circuito dejando de pasar la corriente a través del electrodo; podrá despegarse a
continuación a mano tomando las debidas precauciones, ya que estará muy caliente.
a
En esta actividad te proponemos que relaciones algunos de los
parámetros vistos en soldadura oxiacetilénica con los correspondientes parámetros vistos en esta unidad. Para ello debes
completar la siguiente tabla. En la última columna debes indicar la causa que origina la modificación del parámetro correspondiente.
OXIACETILÉNICA
Selección de boquilla o
lanza.
Regulación de presiones
de trabajo en el manorreductor.
Encendido de la llama.
Aumento de la apertura de
Alejamiento de la llama al
baño de fusión.
ELÉCTRICA
CAUSA
Unidad
Protección personal en soldadura eléctrica
INTENSIDAD (AMPERIOS)
TONO
15
20
8
30
40
60
80
100
125
150
175
200
225
250
275
300
350
400
450
500
9
10
11
12
13
Para soldar hay que proteger los ojos con una
pantalla provista de cristal oscuro, cuya tonalidad dependerá de la intensidad empleada
para realizar la soldadura. Este cristal está
especialmente concebido para proteger la
vista de la intensa luz y de la radiación ultravioleta emitidas por el arco eléctrico, y ha de
estar homologado por la CE (Norma 1DIN
0196). La tabla 9 te indica el tono de cristal a
utilizar con cada intensidad de trabajo. Como
puedes comprobar, los cristales de los tonos
10 y 11 abarcan la gama de intensidades empleada en los trabajos de soldeo en chapa de
espesores finos y medios. Los cristales oscuros
se cubren exteriormente con otro cristal transparente que los protege de las proyecciones
de soldadura que se desprenden durante el
trabajo.
Tabla 9: Tono del cristal de protección.
Fig. 41: Cristales para protección de la vista durante el soldeo.
La exposición de la piel a los rayos UV emitidos por el arco eléctrico es causa de quemaduras importantes, por lo que hay que mantenerla protegida mediante guantes que cubran
el antebrazo y mediante mandiles de cuero.
45
Pantalla
Cristal de
protección
46
Mandil de
cuero
Guantes de
cuero
“Alrededor del soldador todo quema”. Esta frase sintetiza los peligros
que rodean al soldador durante el
trabajo. Cualquier objeto que esté
cerca de un soldador pudo haber estado expuesto al calor y tener una
temperatura elevada; pero no sólo
eso, a veces las prisas o los despistes
llevan a coger con las manos las piezas que se están soldando, produciéndo importantes quemaduras. Para
evitar contactos accidentales con estos objetos es necesario llevar siempre
puestos los guantes de cuero.
Fig. 42: Protección personal del soldador.
Ejemplo de aplicación
A modo de ejemplo vamos a seguir el proceso para la soldadura de dos chapas de acero
de 5 mm de espesor mediante electrodos de rutilo de 4 mm. Durante el proceso se realizarán dos cordones, uno por cada cara.
Fig. 43: Preparación de las chapas a soldar.
Primeramente se sitúan las chapas con una separación entre bordes de 2 mm (figura 43).
Unidad
A continuación se coloca la masa en contacto con las chapas (figura 44) y el electrodo en la pinza (figura 45), procurando que tanto masa como pinza hagan buen
contacto con las partes metálicas.
Fig. 44: Se coloca la masa en contacto con la
chapa.
Fig. 45: Se coloca la pinza en contacto
con el electrodo.
Seguidamente se procede a colocar las prendas de protección: guantes de cuero,
mandil y pantalla de cristal protector; procurando que ninguna parte de la piel quede
expuesta a los rayos emitidos por el arco eléctrico, ya que pueden ocasionar quemaduras graves. En ningún caso se mirará directamente a la luz emitida por el arco.
A continuación se puntean las chapas para que mantengan su posición durante el soldeo (figura 46). Para puntear se pueden utilizar electrodos usados, ya que al tener el extremo en forma de cráter es más difícil que se peguen al establecer el arco. Para realizar
los puntos se utilizará una intensidad más bien baja, entre 110 y 130 amperios, ya que
los bordes libres de las piezas requieren menos calor para su fusión. Se realizará cada
punto como si fuera un pequeño cordón de unos 15 mm de longitud. El orden de punteado será desde el centro hasta la periferia, igual que en soldadura oxiacetilénica.
Fig. 46: Se puentean las chapas
Fig. 47: Se realiza el primer cordón.
47
Una vez punteadas las chapas se procede a realizar el primer cordón (figura 47).
Para ello se mantiene la intensidad regulada anteriormente y se comienza el cordón manteniendo un pequeño cráter abierto entre los bordes, adecuando la velocidad a la forma del cráter y evitando que se abra un agujero; si fuera necesario, se
imprime al electrodo un balanceo lateral que ayude a rellenar el espacio abierto
entre los bordes.
48
Fig. 48: Se retira la escoria.
Fig. 49: Se retira la escoria.
Si el cordón ha quedado inacabado debido a que se ha consumido el electrodo, se
procederá a retirarlo de la pinza colocando en ella uno nuevo. Además, se retirará la
escoria con la ayuda de una piqueta y un cepillo de púas metálicas (figuras 48 y 49).
Para continuar con el cordón se deberá cebar el electrodo y situarlo sobre el final del
cordón anterior, adentrándose en él ligeramente para asegurar la continuidad (figuras
50 y 51).
Fig. 50: Se cebará el electrodo.
Fig. 51: Se cebará el electrodo.
Unidad
Una vez terminado el primer cordón se efectuará un segundo cordón por la otra cara
(figuras 52 y 53). Previamente se deberá limpiar bien la escoria acumulada en la junta por ambas partes. Dado que ahora se soldará sobre el primer cordón, el aporte de
calor tendrá que ser mayor, ya que es mayor la cantidad de material a fundir; por
consiguiente, habrá que aumentar la intensidad a 140 ó 150 amperios. Se llevará un
arco más corto y más vertical para conseguir una mayor penetración. El avance será
también más lento para obtener una mejor fusión.
Fig. 52: Se efectúa el segundo cordón.
Fig. 53: Se efectúa el segundo cordón.
49
Soldadura en atmósfera protegida
50
TIG, MIG y MAG son los nombres que reciben los procesos a los que nos referiremos en este capítulo. Es probable que los hayas oído mencionar alguna
vez, pues su uso está cada vez más extendido. El objetivo de dedicar un capítulo a estos procesos es proporcionarte una somera información sobre ellos,
pues no son tan utilizados por los instaladores como los que has estudiado
hasta ahora; ello se debe a que estos equipos son más aparatosos que un simple soplete o una grupo generador; pero, dado que son muy utilizados en trabajos específicos de soldadura, no es difícil que el instalador tenga que recurrir a ellos en algún momento.
Soldadura TIG
Este procedimiento de soldeo utiliza como fuente de calor el arco eléctrico que se establece entre un electrodo infusible y la pieza. El baño de fusión se protege mediante una atmósfera de gas inerte que fluye en torno al electrodo a través de una boquilla. La aportación se realiza con varilla, igual que en la soldadura oxiacetilénica.
TIG son las iniciales de Tungsten Inert Gas. El tungsteno, también llamado wolframio, es el
material del que está hecho el electrodo; su elevado punto de fusión, 3683º C, le permite
soportar temperaturas superiores a la de fusión del acero sin que llegue a fundirse.
El argón es el gas utilizado en la protección del baño de fusión. Es un gas incoloro e inodoro, y se encuentra en el aire en una proporción del 0,93%. Además es inerte, lo que
significa que no reacciona con ningún otro elemento químico; por esa razón resulta idóneo para proteger el baño de fusión, expulsando de su entorno a otros gases, como el oxígeno, que producen reacciones indeseadas en el mismo.
Mediante el soldeo TIG podemos soldar chapas de acero al carbono de poco espesor, desde 0,6 mm, extendiéndose su campo de aplicación hasta espesores medios, entre 4 y 6
mm. Sin embargo, la mayor ventaja que ofrece este procedimiento es la posibilidad de
soldar metales cuya soldabilidad es difícil con otros procedimientos, como el acero inoxidable, el aluminio, el magnesio, el cobre, el niquel o el titanio.
Unidad
o Equipo de soldadura TIG
El equipo de soldadura TIG consta de los siguientes elementos:
Grupo generador.
Generador de alta frecuencia.
Pinza portaelectrodos.
Instalación de gas.
Instalación de agua.
Grupo generador. El grupo puede ser del mismo
tipo que los utilizados para la soldadura con electrodos revestidos, que, como recordarás, los hay de
corriente alterna –llamados transformadores– o de
corriente continua –llamados rectificadores–. Los
grupos de corriente alterna permiten soldar prácticamente todos los metales, pero el resultado es
mejor en algunos de ellos si se sueldan con corriente continua; la elección de uno u otro grupo Fig. 54: En primer plano, grupo genedependerá del trabajo a realizar (tabla 10).
rador de un equipo de soldadura TIG.
MATERIAL
CORRIENTE ALTERNA
CORRIENTE
CONTINUA
POLARIDAD DIRECTA
CORRIENTE
CONTINUA
POLARIDAD INVERSA
Aluminio hasta 3 mm
de espesor
Excelente
No recomendable
Buena
Aluminio con más de 3
mm de espesor
Excelente
No recomendable
No recomendable
Acero inoxidable
Buena
Excelente
No recomendable
Latón y aleaciones
Buena
Excelente
No recomendable
Fundición de hierro
Buena
Excelente
No recomendable
Acero al carbono
Buena
Excelente
No recomendable
Cobre desoxidado
No recomendable
Excelente
No recomendable
Tabla 10: Corriente de soldeo en función del material.
Los grupos especialmente pensados para el soldeo TIG tienen la opción de suministrar
corriente alterna o continua, pues incluyen en su interior un transformador, un rectificador
y un generador de alta frecuencia.
51
52
Generador de alta frecuencia. El electrodo empleado en esta soldadura es una varilla de
tungsteno desprovista de revestimiento, con lo que, al soldar con corriente alterna, el arco
eléctrico, ya de por sí inestable, lo es más aún al no disponer de las sustancias del revestimiento que ayudan a la ionización del aire. Para evitar la interrupción del arco eléctrico se
recurre al generador de alta frecuencia, el cual suministra corriente de alta tensión (unos
3000 voltios) y muy pequeña intensidad en forma de ondas amortiguadas de elevada frecuencia. Esta corriente de alta frecuencia no es peligrosa para el soldador, el único inconveniente que presenta es el de producir trastornos por ondas parásitas que afectan a radio,
TV, etc. El generador de alta frecuencia no es imprescindible en corriente continua, pero sí
es recomendable pues ayuda al mejor establecimiento del arco.
Fig. 55: Pinza portaelectrodos.
Pinza portaelectrodos. Tiene la función de sujetar el
electrodo y dirigir el chorro de gas protector hacia la
zona de fusión. Incluye también un interruptor para la
apertura de la válvula de gas y el cierre de los contactos
para el establecimiento del arco. Los equipos más sencillos no disponen de interruptor, ya que carecen de contactor; para la apertura del paso de gas disponen de una
válvula manual similar a la de los sopletes de oxigás.
Instalación de gas. La instalación comprende: la botella
de gas protector (generalmente argón), el manorreductor para regular la presión de salida a
través de la pinza portaelectrodos, el caudalímetro para regular el caudal de gas durante la
operación, y finalmente la válvula de gas, que como hemos dicho puede ser manual o
accionada automáticamente desde la pinza portaelectrodos; evidentemente ésta última
opción ofrece un ahorro considerable de gas al permitir su salida sólo durante el soldeo. La
botella de argón se distingue por sus colores: cuerpo negro y ojiva amarilla.
Fig. 56: Botella de argón y detalle del manorreductor con el
manómetro y el caudalímetro.
Unidad
Instalación de agua. Los equipos TIG que trabajan con intensidades superiores a los 150
amperios necesitan un circuito de refrigeración por agua, la cual recorre la pinza portaelectrodos evitando excesos de temperatura en la misma. En este caso, el equipo dispondrá
también de una válvula de agua para permitir su circulación durante el soldeo.
Fig. 57: Esquema de un equipo de soldadura TIG.
o Técnica operatoria
El soldeo TIG es operativamente similar al soldeo oxiacetilénico; por un lado tenemos una
fuente de calor –la llama en oxiacetilénica y el arco eléctrico en TIG–, y por otro lado tenemos
el material de aportación, de las mismas características que el material a soldar. La polaridad
(directa, inversa o alterna) se elegirá en función de los materiales a soldar (tabla 10).
Fig. 58: Posiciones del portaelectrodo y de la varilla en soldadura TIG.
53
Soldadura semiautomática MIG / MAG
Este procedimiento de soldeo consiste en establecer un arco eléctrico entre un electrodo
consumible y la pieza, de forma similar a como se realiza en el soldeo con electrodos revestidos. El electrodo, en este caso, es un hilo de acero que se encuentra enrollado en una
bobina en el interior de la unidad de alimentación, y que sale al exterior a través de la
pistola según se va depositando fundido sobre el material base. Como protección del baño
de fusión se utiliza un gas, que puede ser inerte o activo, dando lugar al soldeo MIG (Metal
Inert Gas) o al soldeo MAG (Metal Active Gas).
54
El hilo de aportación va recubierto de un baño de cobre para evitar su oxidación. Algunos
hilos son tubulares, es decir, están huecos en toda su longitud, y van rellenos de flux tipo
rutilo o tipo básico, que actúa también como protector del baño de fusión del mismo modo que lo hace el revestimiento en los electrodos revestidos. El diámetro de los hilos oscila
entre 0,6 y 1,6 mm, siendo ligeramente mayores los de los hilos tubulares.
Cabe preguntarse qué diferencia existe entre el soldeo MIG y el soldeo MAG, ya que ambos
utilizan el mismo equipo. Pues bien, por una parte está el gas que se emplea como protección; en el primer caso se emplea un gas inerte, es decir, que no reacciona con el material
fundido, siendo su única función desplazar el aire de la zona de fusión para impedir que el
oxígeno y otros gases reaccionen con el material fundido. Sin embargo algunos gases producen una reacción beneficiosa; así sucede con el CO2, el cual proporciona una mayor penetración y una mayor velocidad en el soldeo de los aceros. Facilitamos a continuación una
tabla de los gases empleados como protección así como sus aplicaciones.
TIPO DE GAS
MATERIAL A SOLDAR
TIPO DE GAS
PROCEDIMIENTO
Argón, helio o
argón+helio
Materiales no
férricos y aceros
inoxidables
Inerte
MIG
Argón+CO2
Aceros y aceros
inoxidables
Activo
MAG
Argón+Oxígeno
Aceros y aceros
inoxidables
Activo
MAG
CO2
Aceros al carbono
Activo
MAG
Tabla 11: Gases de protección en MIG / MAG y aplicaciones.
Podemos decir también que el procedimiento MIG se complementa con el TIG, puesto
que puede ser utilizado a partir de espesores de 4 a 6 mm, que es donde el TIG deja de ser
recomendable. Para espesores medios (entre 2 y 4 mm) ambos procedimientos son utilizables, siendo indudable la mejor calidad que se obtiene con el soldeo TIG, sobre todo en
materiales no férricos –como el aluminio– y en aceros inoxidables.
Unidad
o Equipo de soldadura MAG / MIG
El equipo se compone de los siguientes elementos:
Generador.
Unidad de alimentación.
Regulador de tensión a distancia.
Pistola.
Instalación de gas.
Instalación de agua.
Botella
de gas
protector
Regulador
de tensión a
distancia
Generador
Hilo de
aportación
Pistola
Unidad de
alimentación
Fig. 59: Componentes de un equipo de soldadura MIG/MAG.
Generador. Proporciona corriente continua, pero es de características distintas al generador utilizado con electrodos revestidos.
Unidad de alimentación. Suministra a la pistola todo cuanto necesite para el soldeo: corriente, hilo de aportación, gas protector y agua para la refrigeración de la pistola. La velocidad de salida del hilo se realiza automáticamente en función de la velocidad con la que
se funde y se deposita en el cordón.
Regulador de tensión a distancia. En el grupo generador se efectúa una regulación basta,
tan solo aproximativa a la tensión necesaria para el soldeo; la regulación fina se hace en
este dispositivo exterior al grupo, que puede ser situado al alcance del soldador para que
pueda efectuar la regulación con comodidad.
55
Pistola. Permite orientar el hilo de aportación y el gas protector durante el soldeo; a su vez,
dispone de un interruptor para establecer el contacto a iniciar el arco.
56
Fig. 60: Pistola.
Fig. 61: Bobina de hilo de aportación.
Instalación de gas. Al igual que en los equipos TIG, esta instalación cuenta con una botella
del gas utilizado como protector. En el caso de trabajar con mezclas de gases, éstas pueden obtenerse mediante mezcladores adecuados, aunque las mezclas también se suministran en botellas con la proporción adecuada. Para regular la presión de salida del gas se
utiliza un manorreductor, y para medir el caudal, un caudalímetro; ambos están situados a
la salida de la botella. La apertura del paso de gas puede estar controlada a distancia desde
la pistola, al igual que en los equipos TIG.
Las botellas de CO2 se distinguen por sus colores: cuerpo negro y ojiva gris; las botellas que contienen mezcla de gases incluyen en la ojiva los colores distintivos de cada gas; así, por ejemplo,
las botellas con mezcla de argón y CO2 tiene el cuerpo negro y la ojiva gris y amarilla (figura 59).
Instalación de agua. A partir de intensidades de trabajo superiores a los 300 amperios, las
pistolas se refrigeran con agua, para lo cual las pistolas disponen de los conductos que
permiten la circulación de agua por su interior.
Fig. 62: Esquema de una instalación de soldadura MIG / MAG.
Unidad
o Técnica de la operación
5
ctividad
Operativamente, este procedimiento de soldeo es similar al efectuado con electrodos revestidos, pues sujetamos la pistola con
una mano, igual que en aquel lo
hacíamos con la pinza, y vamos depositando el material de aportación
sobre el cordón, que se irá formando
de izquierda a derecha (en determinadas soldaduras puede ser mejor la
formación del cordón de derecha a
izquierda). La figura muestra el ángulo que ha de formar el hilo de aporFig. 63: Posición de la pistola en soldadura MIG / MAG.
tación durante el soldeo.
a
A modo de resumen incluimos aquí todos los procedimientos
de soldeo estudiados hasta ahora. Se trata de que pongas una
cruz en los procedimientos que puedan ser adecuados para
soldar los materiales de la primera columna. Hemos denominado espesores finos a aquellos que son inferiores a 3 mm,
espesores medios a los que están entre 3 y 6 mm, y espesores
gruesos a los superiores a 6 mm.
MATERIALES
A SOLDAR
BLANDA
FUERTE
OXIACETILÉNICA
ELECTR.
REVEST.
TIG
MIG
MAG
Chapas de acero
al carbono de
espesor medio
Tubos de cobre
Chapas de acero
inoxidable de
espesor medio
Chapa fina de
acero al carbono
Chapa fina de
acero inoxidable
Chapa gruesa de
aluminio
Tubos de acero
Chapa fina de
aluminio
57
Resumen
Soldadura oxiacetilénica
58
La soldadura oxiacetilénica emplea como fuente de calor una llama que además desplaza al oxígeno del aire
protegiendo al baño de fusión de la oxidación.
El equipo se compone de una botella de acetileno y una
botella de oxígeno, ambas provistas de manorreductor
para reducir la presión del gas que sale de la botella, y
un soplete con el que se obtiene la mezcla de gases procedentes de las botellas.
Un soplete puede proporcionar llamas de distinta potencia caloríficas, para lo cual basta con sustituir su boquilla. La potencia depende del caudal de acetileno que
consume el soplete, el cual se expresa en litros/hora.
Cuanto más gruesas sean las piezas a soldar más potencia se necesitará en la llama.
Dependiendo de la mezcla de gases realizada en el soplete se pueden obtener tres tipos de llama: normal,
oxidante y reductora. La primera es la utilizada en la
soldadura homogénea, obteniéndose cuando en la mezcla intervienen al 50% aproximadamente el acetileno y
el oxígeno.
La zona más importante de la llama es la reductora,
pues en ella se obtiene la máxima temperatura y la protección del baño de fusión.
Técnica operatoria en la
soldadura oxiacetilénica
La operación ha de ser efectuada prestando especial
atención a las posiciones del soplete y de la varilla así
como al movimiento con el que éstos se desplazan durante la operación.
Unidad
Soldadura por arco
manual con electrodos
revestidos
En este tipo de soldadura el calor es producido por un
arco eléctrico que se establece entre el electrodo y la
pieza.
Para soldar se necesita una tensión reducida y una intensidad elevada; para transformar la corriente obtenida
de la red se utilizan los grupos transformadores, que
proporcionan corriente alterna, y los grupos rectificadores, que proporcionan corriente alterna.
En los grupos rectificadores el electrodo puede conectarse al polo negativo o al positivo; en el primer caso se
dice que se trabaja con polaridad directa, mientras que
en el segundo se trabaja con polaridad inversa. En los
grupos transformadores la polaridad cambia de una a
otra 100 veces por segundo.
Los electrodos tienen dos partes bien diferenciadas: el
alma y el revestimiento. El alma es una varilla de material de la misma naturaleza que las piezas a soldar; el
revestimiento es una sustancia cuya función es facilitar
la estabilidad del arco y proteger al baño de fusión.
Los electrodos se clasifican según el tipo de revestimiento, siendo los más utilizados los de rutilo y los
básicos.
59
Técnica operatoria en
la soldadura por arco
manual con electrodos
revestidos
60
En este procedimiento de soldeo hay que seleccionar el
diámetro del electrodo en función del espesor de las
chapas a soldar. En el grupo regularemos una intensidad, la cual está relacionada en cierta manera con el
diámetro de electrodo elegido. La longitud de arco ha de
ser constante durante toda la operación. Su valor es
igual al diámetro del electrodo en los de rutilo, y la mitad del mismo en los básicos. El electrodo se mantendrá
en un plano vertical sobre el cordón, llevando una ligera
inclinación en el sentido de avance del cordón, el cuál
se irá formando de izquierda a derecha. La velocidad de
desplazamiento del electrodo ha de ser uniforme para
evitar irregularidades en el cordón.
El cebado del arco es la operación mediante la cual establecemos el arco eléctrico para empezar a soldar. Se efectúa rascando con la punta del electrodo sobre la pieza.
Durante el soldeo es necesario protegerse convenientemente de la intensa luz y los rayos UV emitidos por el arco.
Soldadura en atmósfera
protegida
El término “atmósfera protegida” se refiere a que la zona
de fusión se encuentra inmersa en un gas que lo protege.
Basado en este sistema de protección tenemos tres procedimientos de soldeo, el TIG, el MIG y el MAG.
El soldeo TIG obtiene el calor del arco eléctrico que se
establece entre un electrodo, que no se funde, y la pieza; la aportación se realiza igual que la soldadura oxiacetilénica, mediante una varilla de aportación. La técnica operatoria del soldeo TIG es similar a la del soldeo
oxiacetilénico.
El soldeo MIG se caracteriza porque el electrodo, que a
su vez constituye el material de aportación, es un hilo
que se presenta enrollado en una bobina, permitiendo
una aportación continua del material.
Unidad
Autoevaluación
1. Durante cuánto tiempo se podrá estar soldando una chapa de 3 mm con una botella de acetileno de 5 kg de capacidad?
2. Partiendo siempre de una llama normal, indica qué llama obtendrías (1, 2 o 3) en cada
uno de los siguientes casos:
a. Cierras ligeramente el oxígeno.
b. Abres ligeramente el acetileno.
c. Abres ligeramente el oxígeno.
d. Cierras ligeramente el acetileno.
3. Si tuvieras que abrir el grifo del soplete de la figura, ¿hacia qué lado lo girarías?
61
4. ¿Qué polaridad hay que utilizar con los electrodos cuya etiqueta se reproduce?
62
5. La tabla adjunta contiene los factores de marcha de un grupo de soldadura. ¿Cuánto
tiempo se podrá estar soldando en un periodo de una hora si se utiliza una intensidad de 210 amperios?
X
35%
60%
100%
I
210 A
170 A
130 A
6. ¿Cuáles son los inconvenientes que pueden aparecer si se suelda con un electrodo
desprovisto de revestimiento?
Unidad
7. ¿Cuáles son las razones por las que se utilizan distintas intensidades para un mismo diámetro y tipo de electrodo?
8. Haz una estimación del número de cristal a utilizar en la pantalla protectora para
soldar con electrodos revestidos en los siguientes casos:
a. Chapas de 2 mm. en unión a tope en horizontal.
b. Chapas de 5 mm. en uniones a tope en cornisa.
9. Indica el tipo de gas que contienen las botellas de la figura.
10.Suponte que tienes un grupo generador de corriente continua de los que se usan
habitualmente para soldar con electrodos revestidos. ¿Qué ampliaciones deberías
hacer al grupo para poder efectuar con él soldadura TIG?
63
Respuestas Actividades
1. Los datos pedidos pueden obtenerse de la tabla 2 de la unidad didáctica, pero pre-
64
viamente será necesario seleccionar la boquilla adecuada. Según esta tabla, para
soldar chapa de 2 mm puede utilizarse una boquilla de 150 l/h o bien una de
300 l/h; ¿cuál elegir? Realmente se puede efectuar la soldadura con una u otra boquilla; en el primer caso la fusión será más lenta, y, por tanto, habrá que emplear
más tiempo en realizar el cordón; sin embargo tiene la ventaja de que no hay tanto
riesgo de que se descuelgue el baño de fusión y se abra un agujero entre las chapas. Se recomienda la primera boquilla para iniciarse en la técnica del soldeo
oxiacetilénico.
Por otro lado, si las botellas están recién cargadas, la presión reinante en su interior
será la ya mencionada en estas unidades.
Estos son los datos obtenidos de la tabla 2 para la boquilla de 150 l/h, así como la
presión en las botellas estando éstas recién cargadas:
CHAPA DE 2 MM
¿Presión
botella O2?
200 bar
¿Caudal?
150 l/h
¿Presión botella
C2H2?
¿Presión de
trabajo?
2 kg/cm2
¿Diámetro de
varilla?
15 kg/cm2
2 mm
¿Presión de
trabajo?
0,15 kg/cm2
2. Comenta con tu tutor o tutora, las posibles dudas o dificultades que hayas podido
experimentar al realizar el ejercicio porpuesto en esta actividad.
Unidad
3. La respuesta correcta es:
a. Hacia la mitad de la etiqueta aparece la inscripción 2,0 x 300. Evidentemente
se trata del diámetro y la longitud de los electrodos que contiene la caja, expresadas ambas en mm.
b. El tipo de revestimiento aparece implícito en la denominación AWS 5.1 que
aparece en el cuarto renglón: E 6013, y más en concreto en los dos últimos dígitos de ésta. Consultando la tabla 6 de la unidad didáctica en ella se puede para
la dígitos 60: “Similar. Buenos resultados a baja tensión nominal. CA y CC”. Evidentemente el “similar” se refiere a lo dicho en la fila anterior de la tabla; en
ella se decía: “Todas posiciones. Recomendado a tope plano y horizontal. “Revestimiento con gran cantidad de óxido de Ti”. El óxido de titanio recibe también el nombre de rutilo, y es por este nombre es por el que son más conocidos.
Así, pues, se trata de un revestimiento de rutilo.
c. Hemos visto en el apartado anterior que con estos electrodos se puede soldar en
“Todas posiciones. Recomendado a tope plano y horizontal”. Evidentemente
“todas posiciones” incluye a la posición vertical, aún cuando no sea la más recomendada por el fabricante.
d. Un grupo transformador proporciona corriente continua exclusivamente.
Hemos visto que la denominación AWS indica para los dígitos 60 lo siguiente:
“Similar. Buenos resultados a baja tensión nominal. CA y CC”.
e. Aparte de lo dicho anteriormente, en la etiqueta se puede leer en el séptimo
renglón: “Corriente alterna o continua (-)”. El signo negativo indica el polo al
que hay que conectar el electrodo en un grupo de corriente continua.
65
4. La tabla debería quedar así:
Oxiacetilénica
66
Eléctrica
Causa
Selección de boquilla o
lanza.
Selección del diámetro del
electrodo.
Espesor de las chapas a soldar.
Regulación de presiones
de trabajo en el manorreductor.
Regulación de la intensidad
en el grupo.
Las presiones se regulan en
función del caudal de la boquilla seleccionada.
La intensidad se regula en función del diámetro del electrodo
seleccionado.
Encendido de la llama.
Cebado del arco.
Necesidad de activar la fuente
de calor para iniciar el soldeo.
Aumento de la apertura de
Regulación de la intensidad
en el grupo a un valor más
elevado.
Necesidad de aumentar ligeramente la potencia calorífica
debido a una fusión y penetración algo deficientes. Los
grupos de soldadura eléctrica
no tienen ajuste fino de la
intensidad.
Alejamiento de la llama al
baño de fusión.
Aumento del arco eléctrico.
Evitar una fusión excesiva en
un punto concreto de la pieza.
En oxiacetilénica es más evidente que en eléctrica.
5. La tabla debería quedar así:
MATERIALES
A SOLDAR
BLANDA
Chapas de acero al carbono de
espesor medio
Tubos de cobre
FUERTE
X
X
OXIACETILÉNICA
ELECTR.
REVEST.
TIG
X
X
X
X
X
Chapa fina de acero al carbono
X
Chapa fina de acero inoxidable
X
X
X
X
X
X
Chapa gruesa de aluminio
Chapa fina de aluminio
MAG
X
Chapas de acero inoxidable de
espesor medio
Tubos de acero
MIG
X
X
X
X
X
X
Unidad
Respuestas Autoevaluación
1. La botella de 5 kg recién cargada contiene 0,8 kg de acetileno. Cada kilo de acetileno
se transforma en 850 litros, una vez que sale al exterior.
0,8 kg × 850 l / kg = 650 l
Según la tabla 2, la chapa de 3 mm de espesor debe soldarse utilizando una boquilla de 300 l/h de consumo; así, pues, la duración del contenido de acetileno de la
botella será:
Tiempo =
680 l
= 2,27 horas
300 l/h
2. La respuesta correcta es.
a. Al cerrar ligeramente el oxígeno habrá mayor porcentaje de acetileno en la
mezcla. La llama que se obtendrá será carburante, es decir, la nº 3.
b. Partiendo de nuevo de la llama normal, si abres ahora ligeramente el acetileno,
su proporción será mayor en la mezcla de gases, por lo que la llama tomará
también el aspecto de la nº 3.
c. Al abrir el grifo del oxígeno la llama será oxidante, y su aspecto será el de la fig. 1.
d. Análogamente, al cerrar el acetileno también la llama será oxidante, con un aspecto similar al de la figura 1.
3. Prácticamente todos los grifos abren girándolos en el sentido contrario al de las
agujas del reloj; también los grifos del soplete. La apertura se realizará entonces girando el grifo en el sentido B.
4. La inscripción “AC(U0>65V), DC (+)” que se puede leer en la etiqueta nos informa
que los electrodos de la caja se pueden utilizar con corriente alterna (AC) y con
corriente continua (DC), en este último caso con polaridad inversa (+ indica que
hay que conectar el electrodo al polo positivo del grupo).
67
5. El factor de marcha es el tiempo efectivo de soldeo que, en un periodo de 10 minutos, se puede realizar a la intensidad indicada en la tabla. Una regla de tres nos
proporcionará el valor pedido:
En 10 min ................... 3,5 min soldeo efectivo
En 60 min ................... x
68
x=
60 × 3,5
= 21min
10
Se puede soldar durante 21 minutos, cumpliendo siempre el requisito de que en
cada periodo de 10 minutos se suelden 3,5 minutos y se deje descansar el grupo
los 6,5 minutos restantes.
6. Un electrodo sin revestimiento adolecerá de las ventajas que éste proporciona. Así:
Existirán dificultades para establecer el arco, y éste podrá cortarse frecuentemente, sobre todo si se utiliza corriente alterna.
No existirá protección del baño de fusión, por lo que el cordón aparecerá con defectos, consecuencia de la reacción de éste con los gases que contiene el aire.
El arco, una vez establecido, será muy disperso, ya que no hay revestimiento alrededor para dirigirlo hacia la pieza.
7. Cuando se efectúa una unión a tope en posición horizontal se suele recurrir a los
valores intermedios del rango de intensidades. Se recurre a intensidades mayores
cuando se efectúan soldaduras en ángulo interior, ya que el material a calentar se
encuentra más concentrado, siendo necesario aportar más calor. Cuando se efectúan cordones en ángulo exterior hay que disminuir la intensidad debido a que,
al trabajar en los bordes de las piezas, se necesita poco calor para obtener la fusión. También se disminuye la intensidad al efectuar cordones en posiciones en
las que pueda producirse el descuelgue del baño de fusión, como en cornisa,
vertical o techo.
Unidad
8. Aunque de un modo orientativo, la tabla 7 de esta unidad nos relaciona el espesor
de la chapa con el diámetro del electrodo; y éste, a su vez, se relaciona con la intensidad a regular en el grupo, la cual se puede leer en la tabla 8. Finalmente la tabla 9 relaciona la intensidad con el tono del cristal de protección. Estos son los datos obtenidos para los casos pedidos:
a. Para chapa de 2 mm hay que utilizar electrodos de 2 mm. Puesto que la unión
es a tope en horizontal se utilizará la intensidad media del rango, que es aproximadamente 50 amperios. Para esa intensidad se recomienda un cristal del tono
9 ó 10.
b. Para chapa de 5 mm se recomienda un electrodo de diámetro 4 mm. Al ser la
unión en cornisa, con el fin de evitar descolgamientos se utilizará una intensidad de la zona baja del rango; unos 140 amperios. El tono correspondiente a
esta intensidad es el nº 11.
9. El tipo de gas que contiene las botellas es:
A. Acetileno.
B. Oxígeno.
C. Argón.
D. CO2
E. Mezcla de argón y CO2.
10.En principio, un grupo generador de los utilizados para el soldeo con electrodos
revestidos puede ser transformado en un equipo TIG añadiéndole los siguientes
componentes: Una botella de argón provista de manorreductor y caudalímetro;
una pinza portaelectrodos provista de grifo manual para el paso de gas y una manguera para llevar el gas desde la botella hasta la pinza. Al ser nuestro grupo primitivo de corriente continua no sería imprescindible el generador de alta frecuencia,
aunque su incorporación facilitaría el establecimiento del arco eléctrico.
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Técnico en Montaje y Mantenimiento
de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor

Técnica operatoria en soldadura oxiacetilénica

Transcripción

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