1- Introducción
1.1- Generalidades
Mediante la soldadura MIG/MAG se establece un arco
eléctrico entre el electrodo, que tiene forma de hilo continuo, y la
pieza a soldar. En esta ocasión la protección tanto del arco como del
baño de soldadura se lleva a cabo mediante un gas, que puede ser activo
(MAG) o inerte (MIG).
La soldadura MIG-MAG tiene ventajas respecto al
procedimiento de electrodo revestido. Entre ellas cabe destacar la mayor
productividad que se obtiene, debido a que se eliminan los tiempos
muertos empleados en reponer los electrodos consumidos. Se estima que
para el procedimiento usando electrodo revestido, el hecho de desechar
la última parte del electrodo antes de reponerlo por otro, más el
consiguiente proceso de cebado del arco, hace que sólo el 65% del
material es depositado en el baño, el resto son pérdidas. Sin embargo,
el empleo de hilos continuos en forma de bobinas, tanto del tipo sólidos
como tubulares, como material de aportación para el procedimiento
MIG-MAG aumenta el porcentaje de eficiencia hasta el 80-90%. Además, al
disminuir el número de paradas se reduce las veces del corte y posterior
cebado del arco, por lo que se generan menos discontinuidades en el
cordón como son los famosos "cráteres".
1.2- Evolución histórica
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 inducía a la aparición de
proyecciones y poros en el cordón una vez solidificado; pero por otro
lado, el poder calorífico alcanzado por el arco bajo 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: 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- Descripción del procedimiento MIG-MAG
En este procedimiento se establece el arco eléctrico
entre el electrodo consumible protegido y la pieza a soldar. La
protección del proceso recae sobre un gas, que puede ser inerte, o sea
que no participa en la reacción de la soldadura, dando lugar al llamado
procedimiento de soldadura MIG (Metal Inert Gas); o por el contrario el
gas utilizado es activo, que participa de forma activa en la soldadura,
dando lugar al llamado procedimiento MAG (Metal Active Gas).
El empleo del procedimiento MIG-MAG se hace cada ve
más frecuente en el sector industrial, debido a su alta productividad y
facilidad de automatización. La flexibilidad es otro aspecto importante
que hace que este procedimiento sea muy empleado, dado que permite
soldar aceros de baja aleación, aceros inoxidables, aluminio y cobre, en
espesores a partir de los 0,5 mm y en todas las posiciones. La
protección por gas garantiza un cordón de soldadura continuo y uniforme,
además de libre de impurezas y escorias. Además, la soldadura MIG / MAG
es un método limpio y compatible con todas las medidas de protección
para el medio ambiente.
A continuación se define los parámetros que caracterizan a este tipo de procedimiento:
- Fuente de calor: por arco eléctrico;
- Tipo de electrodo: consumible;
- Tipo de protección: por gas inerte (MIG); por gas activo (MAG);
- Material de aportación: externa mediante el mismo electrodo que se va consumiendo;
- Aplicaciones: el procedimiento MAG se aplica a los aceros, mientras que el procedimiento MIG para el resto de metales.
Leyenda:
1.-Boquilla; 2.-Tubo de contacto; 3.-Gas de
protección; 4.-Varilla (sólida o tubular); 5.-Flux en caso de varilla
tubular; 6.-Longitud libre de varilla (stik-out); 7.-Transferencia
del metal aportado; 8.-Baño de soldeo y escoria líquida; 9.-Escoria
sólida protegiendo al baño de fusión; 10.-Metal depositado;
11.-Escoria solidificada; 12.-Metal de soldadura solidificado libre de
escoria.
La soldadura mediante procedimiento MIG-MAG tiene
ciertas ventajas frente al método del electrodo revestido, entre ellas
que el soldador no tiene que cambiar de electrodo usando el
procedimiento MIG-MAG, por lo que se elimina la formación de cráteres a
lo largo del cordón, muy típicos en los puntos donde se cambia de
electrodos y hay que cebar de nuevo el arco.
Por otro lado, como inconveniente está que son más los
parámetros a regular mediante el procedimiento MIG-MAG, que son, entre
otros, la velocidad de alimentación del hilo, su diámetro, el voltaje,
el caudal de salida del gas, mientras que para el caso de uso de
electrodos revestidos eran sólo la intensidad de corriente y el diámetro
del electrodo.
2.2- Equipamiento
Para llevar a cabo la soldadura mediante el procedimiento MIG-MAG es necesario el siguiente equipo básico:
- Generador de corriente CC;
- Cilindro de gases;
- Unidad de alimentación de hilo;
- Pistola de soldadura;
- Circuito de refrigeración;
- Órganos de control;
Del anterior esquema se deduce que la movilidad de la
pistola porta-electrodos para el procedimiento MIG-MAG es menor y más
complicada que para otros métodos.
2.3- Material de aporte
Como material de aporte, este procedimiento utiliza
hilos que pueden ser macizos o tubulares. Estos se suministran
enrollados en bobinas y recubiertos de cobre:
Con solape
A tope
El hecho de recubrir los hilos de electrodos con cobre se realiza para conseguir los siguientes objetivos:
- favorecer el contacto eléctrico;
- disminuir los rozamientos;
- obtener protección contra la corrosión.
En cuanto a su composición química, va a depender del
tipo de gas de protección. Por ejemplo, con argón en MIG se usa un hilo
macizo, mientras que si se usa CO2 en MAG se emplea hilo tubular.
Para el caso de hilos tubulares, el material de relleno o FLUX puede ser básico (T5) o de rutilo (T1).
2.4- Gases de protección
El empleo de un tipo de gas u otro va a influir en aspectos tales como:
- energía aportada;
- tipo de transferencia del material al baño;
- penetración del cordón;
- velocidad de soldeo;
- aspecto final del cordón;
- proyecciones y salpicaduras.
A continuación se va a repasar brevemente las propiedades de cada gas de protección utilizado, según el tipo de procedimiento.
- Procedimiento MIG:
a) Argón (Ar)
El empleo de este gas bajo procedimiento MIG repercute
en crear una buena estabilidad del arco, debido al bajo potencial de
ionización que genera.
Es idóneo para soldar piezas de espesores pequeños.
Este gas no se usa para soldar aceros dado que
el baño que origina tiene poca fluidez y con tendencia a formar poros, a
la vez que mordeduras a ambos lados del cordón.
En cuanto a la forma de llevar a cabo la transferencia del material de aporte, es mediante cortocircuito o en "spray".
b) Mezcla de argón y oxígeno (Ar al 98% + O2 al 2%)
Si se utiliza esta mezcla mejora la fluidez del baño, a la vez que la penetración de la soldadura.
Esta solución sí es apta para la soldadura de aceros
inoxidables, aunque hay que prestar especial atención a la porosidad que
pudiera generarse.
c) Helio (He)
Es un tipo de gas de elevada conductividad, a la vez que genera poca penetración de soldeo y cordones anchos.
Es un tipo de gas poco utilizado en Europa.
- Procedimiento MAG:
a) Anhídrido carbónico (CO2)
Es un gas que es más barato que otros empleados en
soldadura como el argón. No obstante origina peligro de formación de
hielo, por lo que requiere el uso de calentadores.
Genera un arco muy enérgico, que consigue mayor
penetración, a la vez que origina mayor cantidad de proyecciones y
salpicaduras. El aspecto final del cordón suele ser rugoso.
Como material de aporte se utiliza con hilos que
contienen composición alta de Si y Mn, realizándose la transferencia de
material en cortocircuito.
Su uso se restringe al acero, consiguiéndose mejorar la penetración.
Especial atención y cuidado requiere la atmósfera con
alto contenido en CO (gas tóxico) que genera, por lo que se requiere
disponer de extractores en los lugares de soldeos para renovar el aire.
b) Mezcla de argón y anhídrido carbónico (Ar al 80% + CO2 al 20%)
Cuando se utiliza esta mezcla en soldadura MAG se generan pocas proyecciones en el cordón y mayor tasa de productividad.
El aspecto final de los cordones es muy bueno, siendo buenas las características mecánicas del metal depositado.
Este tipo de gas permite una mayor facilidad de reglaje de los parámetros de soldeo.
Por otro lado, este gas es de precio más caro, a la
vez que hay que cuidar que no se produzca estratificación en las
botellas de suministro.
2.5- Tipo de corriente eléctrica
Para la soldadura MIG-MAG siempre habrá que emplear la
corriente continua (CC). No se recomienda emplear la polaridad directa,
debido a que origina un arco poco estable que favorece el rechazo de la
gota fundida.
Las fuentes de corrientes que se empleen deben
presentar una característica estática ligeramente descendente. En estos
equipos el voltaje (V) que se establece en el arco es prácticamente
constante, gracias al proceso de autorregulación que van equipados. Esto
supone que la velocidad de alimentación del hilo, que es un parámetro a
regular, será proporcional a la intensidad de corriente que se precisa
para fundirlo, de manera que la distancia electrodo pieza se mantenga
constante y así también el voltaje aplicado.
Según se deduce de la figura anterior, la velocidad
del hilo va a ser un parámetro que tendrá que ser regulado por el
operario. De esta forma, dependiendo de la velocidad de alimentación del
hilo, para un voltaje establecido, el equipo regulará la intensidad de
corriente para que el consumo de hilo coincida con su velocidad de
salida.
2.6- Alimentador de hilo
Existen diferentes tipos de rodillos de arrastres que
pueden ser utilizados. Los que son moleteados se emplean cuando el hilo
de aporte resulta más duro (por ejemplo, de acero)
2.7- Toberas
Normalmente estas toberas tienen un diámetro de 15 mm, y se prolongan una distancia de unos 6 mm más allá del tubo de contacto.
No obstante, resulta conveniente disponer de toberas de diferentes longitudes, según el tipo de trabajo a realizar.
3- Modos de transferencia
3.1- Por spray ("spray transfer")
Mediante este modo de transferencia de material, las
gotas, que generalmente serán de pequeño diámetro, se depositan en el
baño siguiendo la dirección del hilo.
Es un modo de transferencia típico de los arcos estables y baños de fusión muy calientes.
El resultado que deja es un cordón de aspecto liso y
con escasas proyecciones, estando caracterizado por una penetración muy
marcada en el centro.
Cuando se produce este tipo de transferencia resulta difícil el control del baño, salvo cuando se suelda en posición horizontal.
El modo de transferencia por spray normalmente se
produce cuando se utiliza como gas argón (Ar), puro o en mezclas ricas
en argón.
Para que se produzca este tipo de transferencia es
necesario emplear tensiones elevadas (>28 V), originándose en el
proceso un zumbido característico.
3.2- Por cortocircuito ("short arc" o "dip transfer")
Este modo de transferencia se genera cuando se
producen frecuentes cortocircuitos que hacen extinguir el arco (entre 40
y 200 veces/seg.)
Es típico de los baños relativamente fríos y con pequeño poder de penetración.
Se genera un arco ruidoso con muchas proyecciones y de aspecto ancho y rugoso.
Este modo de transferencia se usa para ejecutar soldaduras en posición, y se genera cuando se utiliza como gas CO2, o con mezclas de CO2 con argón.
Para que se produzca la transferencia por cortocircuito es necesario emplear valores bajos de tensión (<22 V).
3.3- Globular ("globular transfer")
Para este modo de transferencia las gotas que se transfieren al baño son de tamaño relativamente grandes.
Se genera con arcos menos estables, originándose abundantes proyecciones a lo largo del cordón.
Asimismo se produce poca penetración de soldeo, y la tensión necesaria se encuentra entre 22-28 V.
4- Factores influyentes
4.1- Polaridad de corriente
En la soldadura MIG-MAG se debe emplear siempre corriente continua y polaridad inversa (CC/PI), nunca corriente alterna.
Si se emplease corriente continua con polaridad
directa generaría en la transferencia de material gotas muy voluminosas y
probablemente rechazo, por lo que siempre se debe utilizar en polaridad
inversa.
4.2- Gas de protección
A modo de ejemplo se adjunta la siguiente gráfica comparativa entre los gases argón y CO2 y su influencia en la velocidad de transferencia de material.
4.3- Intensidad de corriente
Se adjunta la siguiente gráfica donde se muestra la influencia de la intensidad de corriente:
4.4- Tensión de corriente
Se adjunta la siguiente gráfica donde se muestra la influencia de la tensión de corriente:
5- Parámetros de soldadura
5.1- Intensidad de corriente
El valor de la intensidad de corriente que se aplique va a estar definida por:
.
- grosor de chapa;
- diámetro del hilo de aporte;
- posición de soldeo;
- penetración que se desee conseguir;
- tipo de pasada (si es de raíz, de relleno o final).
La intensidad de corriente queda automáticamente
regulada por el equipo de soldeo en función de la velocidad de salida
del hilo, que a su vez dependerá de su diámetro, y del voltaje y caudal
de gas empleado.
Como ya se ha visto, el valor de intensidad con que se
suelde va a tener influencia en el tipo de transferencia que se
consiga. En general, intensidad grande de corriente va a generar
transferencia en "gotas pequeñas".
5.2- Tensión de corriente
El valor de la tensión de corriente tiene una influencia notoria sobre el modo de transferencia:
- cortocircuitos: tensión de 14 a 22 Voltios;
- globular: tensión de 22 a 26 Voltios;
- spray: tensión de 27 a 40 Voltios.
En general, aumentar el voltaje supondrá que se obtenga un cordón más ancho.
5.3- Velocidad de arrastre de hilo
La velocidad de arrastre del hilo va a ser siempre
proporcional a la intensidad de corriente. Es un valor que se fija en el
equipo de soldeo, lo que va a fijar la intensidad de corriente.
5.4- Velocidad de arrastre de pistola
La velocidad de arrastre de la pistola de soldeo va a depender de:
- posición de soldadura que se practique;
- del aspecto del cordón que se requiera;
- de la penetración que se desee conseguir;
- forma del cordón.
5.5- Caudal de gas
El valor del caudal de gas de salida dependerá del
tipo de gas empleado. Como valores normales de referencia oscila entre
los 14 a 16 litros/minuto si se emplea CO2 y de 10 a 12 litros/minuto para mezclas.
6- Técnicas de soldadura
6.1- Ángulo de pistola
A continuación se muestra unas figuras representativas del ángulo de pistola óptimo para el proceso:
6.2- Técnicas de avance
Las distintas posiciones de avance que se pueden presentar durante el proceso de soldadura son:
- soldadura a derecha;
- soldadura a izquierda;
- soldadura en vertical;
- soldadura en cornisa;
- soldadura en techo.
a) Soldadura a derecha
La soldadura a derecha proporciona una mayor penetración y avance de la pistola.
Por otro lado, se evita el riesgo de inclusiones de
escorias, y además disminuye la probabilidad de formación de poros o de
falta de fusión del baño.
Genera un baño muy caliente y fluido, lo que requiere cierta habilidad por parte del operario.
Se ejecuta mediante pasadas estrechas.
Esquema de soldadura a derecha
b) Soldadura a izquierda
La soldadura ejecutada a izquierda proporciona poca penetración, por lo que sólo se recomienda para soldar chapas finas.
Por otro lado, requiere menor intensidad de corriente, por lo que el calor aportado al proceso es menor.
Tiene tendencia a la formación de poros y de falta de fusión en el baño.
Genera cordones anchos.
Esquema de soldadura a izquierda
c) Soldadura en vertical:
d) Soldadura en cornisa:
e) Soldadura en techo:
Para las soldaduras ejecutadas en techo se recomienda realizar varias pasadas pequeñas con oscilación.
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