1.1- Generalidades
En este tutorial se continúa con el estudio de los
diferentes procedimientos existentes para la soldadura. En este caso se
dedica su contenido al procedimiento de soldadura TIG.
Este es un procedimiento de soldeo donde la protección
del baño de fusión se va a encomendar al establecimiento de una
atmósfera artificial mediante un gas protector, y el empleo de un
electrodo no consumible.
Si se persigue obtener cordones de soldadura con
calidad, éste es el procedimiento más adecuado. No obstante su
dificultad de realización es alta, y requiere la pericia de un operario
altamente cualificado.
A continuación se resume aquellos hitos que fueron
concluyentes en el avance, en general de la técnica de soldar bajo gas
protector, hasta nuestros días:
• 1.919: se llevan a cabo las primeras
investigaciones sobre el uso de gases de protección en los procesos de
soldeo. Estas investigaciones versaron principalmente sobre los dos
grandes grupos de gases, a saber, inertes (caso del Helio y Argón) o activos
(CO2). No obstante, el empleo de este último tipo de gas inducía que se
produjeran la aparición de proyecciones y poros en el cordón una vez
solidificado éste; pero por otro lado, el poder calorífico alcanzado por
el arco utilizando un gas activo es muy superior al alcanzado empleando
un gas noble;
• 1.924: es el año donde aparece la primera patente TIG registrada por los americanos Devers y Hobard;
• 1.948: es el año donde comienza a
emplearse gas inerte con electrodo consumible, dando lugar a lo que más
tarde será conocido como procedimiento MIG. Este tipo de procedimiento tenía el inconveniente que era poco el grado de penetración que se alcanzaba en los aceros;
• 1.952: es el año donde comienza a
emplearse gas activo con electrodo consumible, dando lugar a lo que más
tarde será conocido como procedimiento MAG;
• 1.950: se van desarrollando
procedimientos de automatización de los procesos de soldeo, gracias a
las mejoras conseguidas en los equipos de soldeo y en la fabricación de
los materiales de aporte. Por ejemplo, para disminuir las proyecciones
se empezaron a emplear como material de aporte hilos huecos rellenos en
su interior de revestimiento, o el empleo de mezclas de gases nobles y
activos.
2.1- Principios del proceso
Es un procedimiento de soldadura con electrodo
refractario bajo atmósfera gaseosa. Esta técnica puede utilizarse con o
sin metal de aportación.
El gas inerte, generalmente Argón, aísla el material
fundido de la atmósfera exterior evitando así su contaminación. El arco
eléctrico se establece entre el electrodo de tungsteno no consumible y
la pieza. El gas inerte envuelve también al electrodo evitando así toda
posibilidad de oxidación.
Como material para la fabricación del electrodo se
emplea el tungsteno. Se trata de un metal escaso en la corteza terrestre
que se encuentra en forma de óxido o de sales en ciertos minerales. De
color gris acerado, muy duro y denso, tiene el punto de fusión más
elevado de todos los metales y el punto de ebullición más alto de todos
los elementos conocidos, de ahí que se emplee para fabricar los
electrodos no consumibles para la soldadura TIG.
A continuación se define los parámetros que caracterizan a este tipo de procedimiento:
- Fuente de calor: por arco eléctrico;
- Tipo de electrodo: no consumible;
- Tipo de protección: por gas inerte;
- Material de aportación: externa mediante varilla,
aunque para el caso de chapas finas se puede conseguir la soldadura
mediante fusión de los bordes sin aportación exterior;
- Tipo de proceso: fundamentalmente es manual;
- Aplicaciones: a todos los metales;
- Dificultad operatoria: mucha.
La soldadura que se consigue con este procedimiento
puedes ser de muy alta calidad, siempre y cuando el operario muestra la
suficiente pericia en el proceso. Permite controlar la penetración y la
posibilidad de efectuar soldaduras en todas las posiciones. Es por ello
que sea éste el método empleado para realizar soldaduras en tuberías.
Una variante de este proceso es el llamado TIG
pulsado, donde la corriente que se aplica varía entre dos niveles a
frecuencias que dependen del tipo de trabajo, consiguiéndose mejorar el
proceso de cebado. Para este caso el tipo de corriente a emplear es
alterna. El TIG pulsado tiene aplicación sobretodo para pequeños
espesores.
2.2- Equipamiento
Para llevar a cabo la soldadura mediante el procedimiento TIG es necesario el siguiente equipo básico:
- Generador de corriente CC y/o CA de característica descendente;
- Generador de alta frecuencia o de impulsos, que mejora la estabilidad del arco en caso de empleo de CA, y facilita el cebado;
- El circuito de gas;
- Pinza Porta-electrodo;
- Circuito de refrigeración;
- Órganos de control;
La pinza termina formando una tobera por donde sale el gas, sobresaliendo por su centro el electrodo.
A continuación, se expone un ejemplo de la pinza porta-electrodos para soldaduras TIG:
Figura 3. Pinza porta-electrodo
Como ya se ha dicho, el procedimiento TIG es de
aplicación para todo tipo de metales y en soldaduras con
responsabilidad, debido a la gran calidad de los cordones que se
obtienen. No obstante, requiere cierta pericia en la fase inicial de
cebado del arco, debido a la posibilidad que existe que durante esta
fase se produzca que el extremo del electrodo toque la pieza. Si esto
ocurre puede originarse la contaminación del baño con restos del
electrodo que puedan desprenderse.
En ocasiones la soldadura TIG se emplea en combinación
con otros procesos, siendo el ejecutado mediante TIG el primer cordón
de soldadura que se deposite.
Para espesores de piezas a soldar superiores a los 6-8 mm. este procedimiento no resulta económico.
2.3- Material de aporte
Cuando se utilice material de aportación para la soldadura, éste debe ser similar al material base de las piezas a soldar.
Este procedimiento no genera escorias al no emplearse revestimientos en el electrodo, ni tampoco se forman proyecciones.
Normalmente las varillas empleadas como producto de
aporte son de varios diámetros en función de los espesores de las piezas
a unir.
2.4- Gases de protección
A continuación se relacionan los principales gases empleados en la soldadura TIG:
• Argón (Ar):
Este gas ofrece buena estabilidad del arco y facilidad
de encendido. Además ofrece una baja conductividad térmica, lo que
favorece a la concentración de calor en la parte central del arco,
originándose por ello una penetración muy acusada en el centro del
cordón.
Cuando se usa este gas el aspecto típico del cordón es como el que se muestra en la figura adjunta:
Figura 4. Aspecto de cordón de soldadura usando Argón
• Helio (He):
Este gas es muy poco utilizado en Europa. Es necesario
aplicar mayor tensión en el arco, consiguiéndose una penetración menor y
cordones más anchos. Por otro lado, su uso exige emplear mayor caudal
de gas que si se empleara el argón.
• Mezcla de Argón-Helio:
Empleando la mezcla de ambos gases se obtienen
características intermedias. No obstante, sólo se suele empelar para el
soldeo del cobre, dado que esta mezcla de gases contribuye a la
figuración en frío del acero.
• Mezcla de Argón-Hidrógeno:
Su uso aumenta el poder de penetración de la
soldadura. Se restringe su uso para soldar aceros inoxidables, dado que
aumenta la posibilidad de la figuración en frío para otros aceros.
2.5- Electrodos
Los electrodos empleados en la soldadura TIG deben ser
tales en su naturaleza y diseño, que garanticen un correcto cebado y
mantenimiento del arco eléctrico.
Por otro lado, al no ser consumibles, deben estar
constituidos de materiales con un elevadísimo punto de fusión (>4.000
ºC) que eviten su degradación.
Entre los materiales existentes es el Tungsteno, en
estado puro o aleado, el que mejor cumple con las condiciones exigibles.
También se suele utilizar con ciertos componentes añadidos a su
composición. Estos elementos aleantes favorecen ciertos aspectos, como
el encendido del arco y además mejoran su estabilidad, a parte de
mejorar también el punto de fusión del tungsteno puro. Así se suele
utilizar como material para los electrodos el tungsteno aleado con torio
(Th) o con circonio (Zr).
Los electrodos se presentan en forma cilíndrica con
una gama de diámetros de 1,6; 2,4 y 3,2 mm. Cabe destacar la importancia
del afilado en el extremo del electrodo, que incide de manera decisiva
en la calidad de la soldadura, como se muestra en la figura siguiente:
Figura 5. Influencia del afilado del electrodo en la calidad de la soldadura
2.6- Tipos de corriente eléctrica
Para las soldaduras TIG se puede emplear tanto la
corriente continua como alterna. En la figura siguiente se expone los
resultados del empleo de uno u otro tipo de corriente:
Figura 6. Influencia del tipo de corriente en la calidad de la soldadura
Para el caso de uso de Corriente Alterna (CA) se
obtienen unos efectos intermedios en el aspecto del cordón, además de
precisar de un generador de alta frecuencia para estabilizar el arco.
Lo habitual en TIG es emplear corriente continua en
polaridad directa, debido a que los electrodos con esta configuración
alcanzan menor temperatura, y por lo tanto se degradan menos.
A continuación se adjunta una tabla donde, en función
del material y tipo de corriente empleada, se resume la calidad de
soldadura obtenida:
Material
|
CA
|
CCPD
|
CCPI
|
Magnesio e < 3 mm.
|
MB
|
M
|
B
|
Magnesio e > 4 mm.
|
MB
|
M
|
M
|
Aluminio e < 2,5 mm.
|
MB
|
M
|
B
|
Aluminio e > 2,5 mm.
|
MB
|
M
|
B
|
Acero Inoxidable
|
B
|
MB
|
M
|
Aleaciones de Bronce
|
B
|
MB
|
M
|
Plata
|
B
|
MB
|
M
|
Aleaciones de Cr y Ni
|
B
|
MB
|
M
|
Aceros bajo en C (e < 0,8 mm.)
|
B
|
MB
|
M
|
Aceros bajo en C (e < 3 mm.)
|
M
|
MB
|
M
|
Aceros altos en C (e < 0,8 mm.)
|
B
|
MB
|
M
|
Aceros altos en C (e < 3 mm.)
|
B
|
MB
|
M
|
De donde se tiene la siguiente leyenda,
CA: Corriente Alterna;
CCPD: Corriente Continua Polaridad Directa;
CCPI: Corriente Continua Polaridad Inversa.
Y el criterio de soldabilidad representado en la tabla es:
MB: Muy buena;
B: Buena;
M: Mala.
3- Técnica operatoria de soldeo
3.1- Generalidades
A continuación se expone una serie de recomendaciones
de uso que defina los valores de aquellos parámetros que más influyen en
la calidad de la soldadura final, con el objetivo de conseguir cordones
de soldadura óptimos aplicando esta técnica de soldeo.
3.2- Distancias
En la técnica TIG es muy importante la distancia que
separa el electrodo de la pieza, que influye en el mantenimiento del
arco eléctrico, así como el tramo de electrodo que sobresale de la
tobera de la pinza, recomendándose los siguientes valores según la
figura adjunta:
Figura 7. Distancias entre electrodo y pieza
5 mm como máximo de salida del electrodo fuera de la tobera;
5 mm como máximo para la distancia de la punta del electrodo a la pieza.
3.3- Ángulo
Otro factor importante que se debe controlar es la
inclinación de la pinza porta-electrodos. Lo ideal sería a 90º con la
pinza totalmente perpendicular a la pieza, pero se puede admitir una
inclinación entre 75º y 80º, a fin de facilitar el trabajo y el control
visual del cordón.
En todo caso, hay que recalcar la idea que una mayor
inclinación va en detrimento de la protección de la soldadura, dado que
se produce una peor incidencia de la campana de gas protector sobre el
baño.
Figura 8. Ángulo de inclinación respecto a la vertical 30º
Figura 9. Ángulo de inclinación respecto a la vertical entre 0º y 15º
3.4- Caudal de gas
El caudal de gas para que la soldadura resulte óptima estaría comprendido entre los 6 y 12 litros/minuto.
3.5- Material de aporte
Durante el proceso de soldadura se debe tener la
precaución de mantener dentro del flujo de gas la parte caliente de la
varilla con el material de aporte, dado que si sale fuera del flujo de
protección éste se oxidaría perdiendo propiedades.
3.6- Afilado del electrodo
Ya se comentó la importancia del afilado del extremo del electrodo para la estabilidad del arco eléctrico.
Durante el proceso de mecanizado de la punta del
electrodo para obtener su afilado se debe tener la precaución de dejar
que las estrías queden perpendiculares a la corriente. Con ello se
conseguiría que el arco salga más centrado. Si no se sigue esta
recomendación se corre el peligro de que el arco resulte errático
durante la soldadura.
Para su afilado se recomienda también utilizar una piedra esmeril fina.
Figura 10. Afilado del electrodo
3.7- Intensidad de corriente
La intensidad de corriente requerida será función del
diámetro del electrodo que utilicemos. A continuación se relaciona los
valores estimados de corriente:
Diámetro (mm.)
|
Intensidad (A)
|
1,6
|
70-150
|
2,0
|
100-200
|
2,4
|
150-250
|
3,0
|
250-400
|
3.8- Limpieza
Como en todo proceso de soldadura, la presencia de
grasas, aceites, óxidos, etc. … son fuente de contaminación del baño
fundido, lo que interfiere negativamente en la calidad final del cordón
que se obtenga.
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