Los procedimientos de soldaduras más empleados
industrialmente son aquellos donde la fuente de calor tiene su origen en
un arco eléctrico.
La soldadura por arco eléctrico se basa en someter a
dos conductores que están en contacto a una diferencia de potencial, por
lo que termina estableciéndose una corriente eléctrica entre ambos.
Si posteriormente se separan ambas piezas, se provoca
una chispa que va a ionizar el aire circundante, permitiendo el paso de
corriente a través del aire, aunque las piezas no estén en contacto.
Los motivos principales de utilizar el establecimiento de un arco eléctrico son:
- genera una concentración de calor en una zona muy delimitada;
- se alcanzan temperaturas muy elevadas (> 5.000 ºC);
- se puede establecer en atmósferas artificiales;
- permite la posibilidad de establecerse en forma visible (arco descubierto) o invisible (arco sumergido o encubierto);
- permite la posibilidad de establecerse de diversas
formas, estableciendo diferentes métodos de soldeo según el caso (entre
la pieza y un electrodo fusible, entre la pieza y un electrodo no
fusible, entre dos electrodos fusibles o no fusibles, entre las propias
piezas a unir).
Existen una gran variedad de procedimientos de
soldadura, donde la base de la fuente de calor es el arco eléctrico.
Todos estos procedimientos se pueden agrupar en dos grandes grupos, por
arco descubierto y por arco encubierto. A continuación se enumeran los
distintos procedimientos agrupados en cada grupo:
- Arco descubierto:
• Soldadura por arco manual con electrodos revestidos;
• Soldadura bajo gas protector con electrodo no fusible (TIG, TIG Orbital, Plasma);
• Soldadura bajo gas protector con electrodo fusible (MIG, MAG, Oscilador, Electrogás);
- Arco encubierto:
• Soldadura por arco sumergido;
• Soldadura por electroescoria (este procedimiento,
aunque en realidad es un procedimiento de soldadura por resistencia, el
comienzo del proceso se realiza mediante un arco eléctrico).
Prácticamente, para el caso de la soldadura por arco
eléctrico, su aplicación acapara todo el sector industrial, debido a las
opciones que presentan tanto su automatización como su gran
productividad.
La soldadura con arco, tal como hoy se entiende, se
inició en Suecia a principios de siglo, cuando Kjellber inventó el
electrodo revestido. Hasta entonces los electrodos se fabricaban con
varillas de acero extrasuave simplemente. En estas condiciones, el metal
fundido, sin protección alguna, reacciona libremente con el oxígeno y
el nitrógeno del aire, convirtiéndose al enfriar en un metal frágil.
La idea de Kjellber consistió en recubrir los
electrodos con una pasta de polvo y aglomerante, de forma que al fundir
se forme una escoria protectora, que impida el acceso del aire al baño
de metal fundido.
Se inicia así el proceso de dotar de un recubrimiento a
los electrodos que proporcione mejores características y aspecto final
al cordón de soldadura. El recubrimiento de los electrodos está
constituido generalmente por óxidos minerales, carbonatos, silicatos o
diversos compuestos orgánicos.
Además del efecto protector del material fundido, el revestimiento proporciona estas otras ventajas:
- Al ser menos fusible que el metal del electrodo,
forma una especie de vaina alrededor del arco, que facilita su dirección
y evita la formación de arcos secundarios. También se ioniza mejor el
aire que rodea la zona a soldar;
- Permite realizar las llamadas soldaduras de gran
penetración gracias a que se puede utilizar más intensidad de corriente
con ciertos tipos de electrodos, llamados electrodos de gran
penetración, aumentando la zona fundida y evitando con esto el que
tengamos que preparar los bordes de algunas piezas;
- Gracias a la protección de la escoria fundida, el
enfriamiento de la soldadura se hace con mayor lentitud, evitando
tensiones internas.
A continuación se resume otros hitos que también
merecen ser recordados y 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: 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.
2.1- Descripción
El arco eléctrico que se produce en todo proceso de
soldadura se define como la corriente eléctrica que se establece a
través del aire ionizado gracias a la diferencia de potencial inducida
entre las partes (entre electrodo y pieza, o entre piezas a soldar).
El arco eléctrico que se establece típicamente en los
procesos de soldadura supone una descarga eléctrica en todo caso, que se
caracteriza por su elevada intensidad de corriente (10-2000 A), bajo
potencial o voltaje que se emplea (25-50 V), y su gran brillo y aporte
de calor.
El calor provocado por el arco no sólo es intenso,
sino que además está muy localizado, lo que resulta ideal para la
operación de soldar. Las temperaturas alcanzadas son del orden de
3500°C.
En el circuito eléctrico formado por los electrodos y
el arco, la intensidad de corriente depende de la tensión y de la
resistencia del circuito. Si los electrodos se acercan o se separan
variará la resistencia y la intensidad y, por lo tanto, la energía se
transformará en calor, con lo que la soldadura no será uniforme.
Por lo tanto, desde un punto de vista práctico, esto
quiere decir que para obtener soldaduras uniformes es imprescindible
mantener constante la separación de los electrodos durante el proceso
del soldeo. No obstante, en el siguiente apartado se profundiza sobre
este asunto.
El proceso de soldadura comienza con el cebado del
arco. Para que se origine el arco eléctrico, imprescindible para que
ocurra la soldadura, hay que seguir la siguiente secuencia:
- 1º. Hacemos tocar la pieza con el electrodo. Al
tocar el electrodo la pieza, se cierra el circuito y se produce un paso
de corriente eléctrica. Como consecuencia se origina en el punto de
contacto una elevación de la intensidad, y por ende, una elevación de la
temperatura en la zona de contacto hasta la incandescencia.
- 2º. Cualquier metal en estado incandescente emite electrones, es lo que se conoce como efecto termoiónico.
- 3º. A continuación se procede a separar el electrodo
de la pieza, lo que va a permitir que los electrones emitidos ionizan
el aire circundante, haciéndolo conductor, es lo que se llama efecto
ionización.
Una vez establecido el arco, éste se logra mantener debido a una serie de factores que coinciden en el proceso.
Por un lado, los electrones que se emiten por el metal
incandescente son atraídos por la pieza que hace de ánodo (en caso de
C.C. polaridad directa, es la pieza a soldar). Estos electrones debido a
la velocidad que adquieren poseen una gran energía cinética.
Por otro lado, los iones, átomos cargados con carga
positiva (+), resultado de la ionización del aire son atraídos por el
cátodo (en caso de C.C. polaridad directa, es el electrodo).
El consiguiente choque de los iones sobre el cátodo,
origina un aumento de la temperatura del cátodo, y por efecto
termoiónico producen la emisión de más electrones que se dirigen hacia
el ánodo, por lo que se mantiene el arco, y de paso, vuelven a ionizar
más átomos del aire, cerrándose así el proceso.
La elevada energía cinética de los electrones debido a
su alta velocidad, produce que la temperatura que se alcanza en el
ánodo (TA) sea mayor que la originada en la pieza que actúa como cátodo (TC)
TC < TA
TA - TC ~ 600 ºC
TA > 4000 ºC
Lo expuesto anteriormente tiene validez para el caso
de uso de corriente continua. No obstante, la corriente alterna también
se puede utilizar en algunos procesos para establecer el arco eléctrico,
aunque su estabilidad va a ser menor.
La corriente continua permite una selección más amplia
de electrodos y escalas de corriente con arco más estable, por lo que
suele preferirse para trabajos en posiciones difíciles y chapas finas.
Con corriente continua, los dos tercios del calor los
proporciona el polo positivo y el tercio restante el polo negativo. Los
electrodos de fusión difícil, como los electrodos básicos, se funden
mejor conectándolos al polo positivo.
Lo más habitual para la soldadura por arco es emplear corriente continua con polaridad directa (C.C.P.D.)
Con esta configuración se consigue una mayor
penetración de soldadura, y se evita que el electrodo se deteriore más
rápidamente, dado que la temperatura que alcanza el electrodo (cátodo en
caso de C.C.P.D.) es inferior a la de la pieza.
No obstante, para algunos procesos se puede emplear la corriente continua polaridad inversa (C.C.P.I.).
En este caso, se alcanza una penetración menor que si se usara polaridad directa.
Es de aplicación sobretodo para soldar chapas finas.
También se usa para soldar aleaciones no férreas,
básicamente aluminio. Ello es debido a que durante el proceso de
soldadura del aluminio, tiende a formarse en la superficie del cordón
una capa de alúmina (u óxido de aluminio) que es necesario romper. Para
ello el empleo de la polaridad inversa supone que la pieza pase a ser el
cátodo (-) y a ella se dirigen para chocar los aniones originados por
la ionización del aire, que al ser de mayor masa que los electrones,
pueden romper con mayor facilidad esta capa de alúmina.
Por otro lado, en esta configuración los electrodos alcanzan mayor temperatura, por lo que su duración de vida útil disminuye.
Por último, decir que la corriente alterna (C.A.) sólo
se puede emplear con electrodo revestido, dado que es lo que favorece
para establecer el arco eléctrico.
Empleando C.A. se consiguen valores intermedios de
penetración y deformaciones. Su uso es también idóneo para procesos de
soldeo con electrodo no fusible (TIG) para soldadura de aluminio (Al).
La corriente alterna consume menos energía y produce
menos salpicaduras. También los transformadores requieren menos
mantenimiento que las dinamos. La corriente alterna también se usa donde
hay problemas de soplo del arco y en trabajos de soldadura en posición
plana con chapas gruesas.
Una vez establecido el arco eléctrico, y siendo éste
estable, la tensión o diferencia de potencial existente entre electrodo y
pieza es suma de las tres caídas de tensión siguientes:
- Caída de tensión catódica (Vc)
- Caída de tensión en la columna del arco (Vo)
- Caída de tensión anódica (Va)
Tanto las caídas de tensión catódica y anódica
dependen del tipo de electrodo, mientras que la caída de tensión en el
arco va a depender también de la intensidad de corriente que circula a
su través y de la distancia entre electrodo y pieza.
Vt= Vc + Vo + Va
Valores normales de Vt se sitúa entre 20-60 Voltios.
Como ya se ha dicho, Vc y Va son constantes (K) función del tipo de electrodo, mientras que Vo es función del electrodo, de la longitud de arco (L) y de la intensidad de corriente (I).
Una vez iniciado el arco eléctrico, es necesario que
éste sea estable, para poder así controlar su dirección y que el proceso
de fusión sea continuo y no se interrumpa.
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En general, el uso de la corriente continua va a
contribuir a obtener un arco más estable, mientras que para el caso de
corriente alterna el arco se va a estabilizar gracias al revestimiento
del electrodo.
A continuación se relacionan aquellos factores que más influyen en obtener un arco estable:
- Potencial de ionización de los metales. Éste debe
ser bajo, para así lograr más fácilmente y con menor necesidad de
energía la presencia de iones positivos en la pieza a soldar, que
faciliten el mecanismo del arco.
- Poder termoiónico. Éste debe ser alto, con objeto de
conseguir una temperatura elevada que ayude a mantener el baño de
fusión caliente.
- Conductividad térmica. Debe ser baja, para facilitar así la emisión catódica.
El proceso de soldadura por arco eléctrico se origina
por la fusión tanto del metal base como del metal de aporte, gracias al
poder calorífico que aporta el arco eléctrico.
Un metal fundido tiene, por lo general, gran avidez
por fijar o absorber elementos del aire circundante (nitrógeno, oxígeno,
etc.). Esto elementos externos, si logran introducirse en el baño de
soldadura, quedarán ocluidos en el cordón y darán, en general, malas
características mecánicas al metal.
Por todo ello, es necesario dar protección al arco. La
protección se puede conseguir rodeando al arco eléctrico por un gas
(protección bajo gas), o bien mediante el gas que resulta de la
combustión del revestimiento del electrodo (soldadura con electrodo
revestido). Con ello se consigue aislar la atmósfera circundante del
arco e impide la fijación de elementos contenidos en ella en el cordón
de soldadura.
Evidentemente, el tipo de gas de protección que se
utilice va a condicionar la soldadura, influyendo en factores como la
anchura de cordón, grado de penetración o la forma de transferencia de
material.
Por soplado del arco se entiende a una oscilación que
ocurre en la trayectoria del arco eléctrico y que no es controlada. Esta
oscilación tiene lugar cuando se emplea corriente continua (con
corriente alterna no tiene lugar este fenómeno), cuando se usan
electrodos desnudos (igualmente el empleo de electrodos revestidos hace
desaparecer el soplado), o cuando se usan intensidades elevadas. Este
fenómeno también tiene lugar en el procedimiento de soldadura por arco
sumergido.
Es un fenómeno que sobretodo adquiere importancia en la zona de contacto del cable de masa con la pieza.
El soplado del arco es un fenómeno que se origina por
la presencia de campos magnéticos que se forman en la pieza y en el
electrodo por el paso de corriente eléctrica. Como se ha dicho,
normalmente se hace más pronunciado cerca de las conexiones.
Para corregir los inconvenientes creados por el
soplado, se actúa variando la inclinación del arco, o bien empleando una
secuencia de soldadura correcta.
En aquellos procedimientos en los que el electrodo es
fusible, se conoce por transferencia de material al paso de metal de
aporte desde el electrodo a la pieza. Este sentido de transferencia va a
ser siempre el mismo, es decir, que se va a producir desde el electrodo
a la pieza, independientemente de la posición relativa de ambos.
Ello es debido porque además de las fuerzas
gravitatorias actúan otros tipos de fuerzas, las electromagnéticas por
ejemplo, que son de un orden superior. Este tipo de fuerzas tienen poca
influencia sobre los cuerpos rígidos, pero sí sobre el metal fundido. De
hecho pueden originar que la gota fundida pueda sufrir una estricción
(efecto pinch), que origina un alargamiento de la misma, pudiendo hacer
que la gota entre en contacto con el baño y electrodo al mismo tiempo.
En este caso, es la tensión superficial del baño la que hace que la gota
de metal fundido pase definitivamente al baño.
A continuación se enumeran los distintos tipos de
fuerzas que intervienen en el proceso de transferencia de material en
soldadura:
• electromagnéticas
• tensión superficial
• hidrodinámicas
• gravitatorias
Dependiendo de la magnitud de cada una de las
anteriores fuerzas que intervienen, se producirán distintas formas de
transferencia:
- Transferencia por vuelo libre:
En este tipo el paso de material del electrodo a la
pieza se realiza a través de gotas que se forman en el extremo del
electrodo, desprendiéndose y trasladándose por la columna del arco hasta
que llegan a sumergirse en el baño de fusión.
- Transferencia gravitacional:
Es la forma más normal de transferencia para aquellas
soldaduras realizadas en posición horizontal. En este caso las gotas se
desprenden del electrodo por la acción de la gravedad fundamentalmente.
Este tipo de transferencia suelen originar
salpicaduras alrededor del cordón. Estos puntos de salpicaduras son
núcleos de naturaleza frágil del material, debido a que la gota de
material al entrar en contacto con la chapa directamente se produce un
enfriamiento brusco de la misma, que termina fragilizando.
- Proyectado, transferencia por spray o llovizna
Este tipo de transferencia de material es típico de
los procedimientos MIG-MAG, cuando se utilice como gas de protección
Argón (Ar) y bajo determinados valores de intensidad y voltaje (elevados
>28V).
En este caso, las fuerzas electromagnéticas sí son
importantes, y son el origen que va a imprimir una aceleración inicial a
la gota que la hace proyectar sobre el baño. La acción de la gravedad
en esta ocasión ocupa un segundo plano.
- De rechazo:
Este caso no es deseable que se origine. La gota es
impulsada fuera de la columna del arco debido a las fuerzas
electromagnéticas, por lo que queda alejada del baño. Suele darse cuando
se utilizan arcos demasiado largos, o también cuando se emplea la
configuración de corriente continua polaridad directa (C.C.P.D.) para
los procesos MIG-MAG.
- Transferencia por cortocircuito:
Para esta forma de transferencia la gota de metal
fundido contacta entre electrodo y pieza antes de depositarse en el
baño. El equipo de soldeo debe estar acondicionado para trabajar en
estas condiciones de cortocircuitos sucesivos.
En este caso es muy habitual que se produzca el llamado efecto pinch en la gota antes de depositarse.
Este modo de transferencia es el deseado para los casos de soldadura en techo en cornisa.
En general, que se produzca un modo u otro en la
transferencia de material dependerá de las fuerzas que intervengan y
cuál de ellas sea la predominante. Por otro lado, son los valores que
tomen los diferentes parámetros de soldeo los que van a condicionar qué
tipo de fuerza va a caracterizar el proceso. Básicamente el tipo de
transferencia que se produzca va a depender de:
- el diámetro del electrodo;
- la densidad del material;
- la gravedad;
- la fuerza de capilaridad en el baño;
- la intensidad de corriente que se emplee;
- el tipo de protección empleado: con electrodo
revestido se producirá generalmente transferencia por vuelo libre o en
cortocircuito, empleando CO2 cortocircuito, con Ar en spray o en cortocircuito…
A continuación se expone una tabla resumen:
| Proceso | Intensidad | Longitud arco | Modo de Transf. |
| Electrodos revestidos | Normal | Normal | Vuelo libre |
| Cortocircuito | |||
| |
|||
| MIG | Baja | Largo | Gravitacional |
| Alta | Corto | Cortocircuito | |
| Alta | Normal | Proyectado | |
| |
|||
| MAG (CO2) | Todas | Largo | De rechazo (CCPD) |
| Corto | Cortocircuito | ||
3.1- Descripción
En todo cordón de soldadura se pueden distinguir las siguientes partes que se representan en la figura siguiente:
Partes del cordón de soldadura
a) Zona de soldadura: Es la parte central del cordón, que está formada fundamentalmente por el metal de aportación.
b) Zona de penetración: Es la parte de las piezas que
ha sido fundida por los electrodos. La mayor o menor profundidad de esta
zona define la penetración de la soldadura. Una soldadura de poca
penetración es una soldadura generalmente defectuosa.
c) Zona de transición: Es la más próxima a la zona de
penetración. Esta zona, aunque no ha sufrido la fusión, sí ha soportado
altas temperaturas, que la han proporcionado un tratamiento térmico con
posibles consecuencias desfavorables, provocando tensiones internas.
Las dimensiones fundamentales que sirven para determinar un cordón de soldadura son la garganta y la longitud.
La garganta (a) es la altura del máximo
triángulo isósceles cuyos lados iguales están contenidos en las caras de
las dos piezas a unir y es inscribible en la sección transversal de la
soldadura.
Por otro lado, se llama longitud eficaz (Leficaz)
a la longitud real de la soldadura menos los cráteres extremos. Se
suele admite que la longitud de cada cráter es igual a la garganta.
Leficaz = Lgeométrica - 2 x a
Los cordones de soldadura se pueden clasificar según los siguientes criterios:
• Por la posición geométrica de las piezas a unir:
- Soldaduras a tope;
- Soldaduras en ángulo;
• Por la posición del cordón de soldadura respecto al esfuerzo:
- Cordón frontal;
- Cordón lateral;
- Cordón oblicuo;
• Por la posición del cordón de soldadura durante la operación de soldeo:
- Cordón plano (se designa con H);
- Cordón horizontal u horizontal en ángulo (se designa por C);
- Cordón vertical (se designa con V);
- Cordón en techo o en techo y en ángulo (se designa con T);
A continuación, se muestra una serie de figuras representativas de los tipos anteriormente definidos.
EJEMPLOS DE SOLDADURAS A TOPE
En prolongación
A tope en T
A tope en L
EJEMPLOS DE SOLDADURAS EN ÁNGULO
Ángulo en rincón
Ángulo en solape
Ángulo en esquina
Ángulo en ranura
• Clasificación de los cordones de soldadura respecto al esfuerzo
Frontal
. Lateral
. Oblicuo .
• Clasificación de los cordones de soldadura según su posición durante la posición de soldeo
A continuación se exponen una serie de recomendaciones
a la hora de ejecutar las uniones soldadas, a fin de garantizar una
calidad aceptable en la ejecución de las mismas.
a) Soldaduras a tope:
- Deben ser continuas en toda la longitud y de penetración completa.
- Deben sanearse la raíz antes de depositar el primer cordón de la cara posterior o el cordón de cierre.
- Cuando no sea posible el acceso por la cara posterior debe conseguirse penetración completa.
- Cuando se unan piezas de distinta sección se debe adelgazar la mayor con pendientes inferiores al 25%.
Soldaduras a tope
b) Soldaduras en ángulo:
- La garganta de una soldadura en ángulo que une dos perfiles de espesores e1≤e2
no debe sobrepasar el valor máximo que se indica en la Tabla que se
adjunta con los valores límite de la garganta para una soldadura en
ángulo. Este valor se corresponde al valor e1 y no debe ser menor que el mínimo correspondiente al espesor e2, y siempre que este valor mínimo no sea mayor que el valor máximo para e1.
Soldaduras en ángulo
- La longitud eficaz l de una soldadura lateral en ángulo con esfuerzo axial deberá estar comprendida entre los valores siguientes:
Como valor mínimo: l ≥ 15 x a, o bien, l ≥ b
Como valor máximo: l ≤ 60 x a, o bien, l ≤ 12 x b
Longitud eficaz de una soldadura lateral
A continuación se exponen los valores límites de la
garganta de una soldadura en ángulo en función de los espesores de las
piezas a unir:
| Valores límite de la garganta de una soldadura en ángulo | ||
| Espesor de la pieza (mm.) | Garganta, a | |
| Valor máximo (mm.) | Valor mínimo (mm.) | |
| |
||
| 4.0-4.2 | 2.5 | 2.5 |
| 4.3-4.9 | 3 | 2.5 |
| 5.0-5.6 | 3.5 | 2.5 |
| 5.7-6.3 | 4 | 2.5 |
| 6.4-7.0 | 4.5 | 2.5 |
| |
||
| 7.1-7.7 | 5 | 3 |
| 7.8-8.4 | 5.5 | 3 |
| 8.5-9.1 | 6 | 3.5 |
| 9.2-9.9 | 6.5 | 3.5 |
| 10.0-10.6 | 7 | 4 |
| |
||
| 10.7-11.3 | 7.5 | 4 |
| 11.4-12.0 | 8 | 4 |
| 12.1-12.7 | 8.5 | 4.5 |
| 12.8-13.4 | 9 | 4.5 |
| 13.5-14.1 | 9.5 | 5 |
| |
||
| 14.2-15.5 | 10 | 5 |
| 15.6-16.9 | 11 | 5.5 |
| 17.0-18.3 | 12 | 5.5 |
| 18.4-19.7 | 13 | 6 |
| 19.8-21.2 | 14 | 6 |
| |
||
| 21.3-22.6 | 15 | 6.5 |
| 22.7-24.0 | 16 | 6.5 |
| 24.1-25.4 | 17 | 7 |
| 25.5-26.8 | 18 | 7 |
| 26.9-28.2 | 19 | 7.5 |
| |
||
| 28.3-31.1 | 20 | 7.5 |
| 31.2-33.9 | 22 | 8 |
| 34.0-36.0 | 24 | 8 |
| |
||
- Exceptuando los casos de uniones sometidas a cargas
dinámicas, o estructuras expuestas a la intemperie o ambientes
agresivos, o temperaturas inferiores a 0°C, o bien en uniones estancas,
las uniones longitudinales de dos piezas podrán realizarse mediante
soldaduras discontinuas.
En este caso, la ejecución de las uniones discontinuas pueden ser correspondientes o alternadas.
En estos casos, los valores límites recomendados son los siguientes:
- Como valor mínimo:
l ≥ 15 x a
l ≥ 40 mm
- Como valor máximo:
s ≤ 15 x e, para barras comprimidas
s ≤ 25 x e, para barras a tracción
s ≤ 300 mm, en todo caso
siendo e el espesor mínimo de los perfiles unidos.
EJEMPLOS DE UNIONES LONGITUDINALES DISCONTINUAS
Unión discontinua correspondiente
Unión discontinua alterna
c) Otras recomendaciones
Durante el proceso de soldeo se genera un calor que se
propaga a lo largo y ancho de las piezas. Este calor origina los
siguientes efectos:
• Un enfriamiento más o menos rápido de las partes de
las piezas en las que la temperatura ha superado la del punto crítico
del acero;
• Contracciones de las zonas calentadas al enfriarse posteriormente.
La velocidad de enfriamiento de la pieza tiene un
efecto importante sobre la modificación de la estructura cristalina del
metal, lo cual se traduce en una modificación de sus características
mecánicas y, en especial, en un aumento de su fragilidad.
Las contracciones, si operasen sobre piezas con
libertad de movimiento, sólo proporcionarían deformaciones, pero como
las piezas en general tendrán ligaduras, aparecerán, además, tensiones
internas, que serán mayores a medida que la producción de calor sea
mayor o, lo que es equivalente, a medida que las piezas sean más
gruesas.
Las deformaciones que nos aparecen pueden dividirse en deformaciones lineales y deformaciones angulares.
Se podrán eliminar estas deformaciones y tensiones internas si se siguen las siguientes indicaciones:
- Soldaduras de cordones múltiples
En general se recomienda que una soldadura de varios
cordones se realice depositando éstos en el orden que aparece en la
figura siguiente. El último cordón conviene que sea ancho para que la
superficie de la soldadura sea lisa.
Recomendaciones para la ejecución de soldaduras de cordones múltiples
- Soldaduras continuas
Cuando la longitud de la soldadura no sea superior a
500 mm se recomienda que cada cordón se empiece por un extremo y se siga
hasta el otro sin interrupción en la misma dirección.
Cuando la longitud está comprendida entre 500 y 1000 mm se recomienda empezar por el centro de cada dirección.
Los cordones de soldadura de longitud superior a 1000
mm es conveniente hacerlos en "paso de peregrino", sistema del cual se
dan diversas soluciones en las figuras siguientes:
Soluciones para un solo soldador
Soluciones para dos soldadores trabajando al mismo tiempo
- Uniones planas con soldaduras cruzadas
Se recomienda ejecutar en primer lugar las soldaduras transversales, según se indican en las figuras siguientes:
Uniones planas con soldaduras cruzadas
- Uniones en ángulo con soldaduras cruzadas
Cuando sólo son dos los cordones que se cruzan, según
las figuras siguientes que se adjunta, debe seguirse la disposición que
se marca como correcta, ya que aunque parece que la otra disposición
evita las tracciones biaxiales, el efecto de entalla es más desfavorable
que la propia biaxialidad de tracciones.
CORRECTA. INCORRECTA
Uniones en ángulo con soldaduras cruzadas (dos cordones)
Cuando se trata de tres cordones como se indica en las
figuras siguientes, el efecto de tracción triaxial y su consecuente
peligro de rotura frágil recomienda que se utilice la configuración que
se marca como correcta, en lugar de la otra, a pesar del efecto de
entalla, aunque la mejor solución siempre será la de evitar la
concurrencia de tres cordones en un punto.
CORRECTA. INCORRECTA
Uniones en ángulo con soldaduras cruzadas (tres cordones)
4.1- Descripción
Dependiendo de la posición relativa entre el electrodo y la pieza, se pueden definir las siguientes posiciones de soldeo:
De todas las anteriores, la soldadura plana es la más
deseable ejecutar por su mayor comodidad. Para ejecutar la soldadura
vertical ascendente, es necesario dotar con un movimiento oscilatorio al
electrodo. Las soldaduras ejecutadas en cornisa o en techo son las
llamadas soldaduras en posición, las cuales no son deseables debido a su
gran dificultad de ejecución.
La norma americana AWS (American Welding Society)
establece otra nomenclatura para distinguir las distintas posiciones de
soldeo:
- Para el caso de soldaduras en chapas:
• Posición 1G: chapa horizontal. Soldadura plana;
• Posición 2G: soldadura en cornisa;
• Posición 3G: soldadura vertical;
• Posición 4G: soldadura en techo.
- Para el caso de soldadura en tubos a tope:
• Posición 1G: tubería horizontal con rotación. Posición plana;
• Posición 2G: tubería vertical. Soldadura en cornisa;
• Posición 5G: tubería horizontal inmóvil: Todas las posiciones.
Los límites entre las posiciones de soldeo se pueden
establecer en base a los siguientes gráficos aplicados a las soldaduras a
tope y en ángulo:
Gráficos de posiciones de soldeo:
- Soldaduras a tope:
- Soldaduras en ángulo:
5.1- Generalidades
Para ejecutar de forma correcta una soldadura, es
necesario realizar previamente una preparación de los bordes de las
piezas a unir.
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Los tipos de preparaciones de borde serán función de:
- el espesor de las piezas a unir. Para chapas de
hasta 4-5 mm o menos, no es necesario realizar ninguna preparación de
borde porque con estos espesores pequeños se consigue una penetración
total;
- del tipo de procedimiento de soldadura a emplear;
- de la posición de soldeo;
- de la forma y dimensiones de las piezas a unir;
- de los útiles disponibles en la zona de trabajo, y
- de las cualidades requeridas en la unión.
En todo caso, hay que tener presente que una
preparación incorrecta, mal diseñada o defectuosa en su ejecución es una
fuente de futuros defectos en el cordón y de posibles discontinuidades,
como por ejemplo, la aparición de grietas.
Para la preparación de los bordes se recurre al oxicorte o el fresado mecánico.
Adjunto se presentan algunos esquemas representativos para la preparación de borde:
de donde,
- s, representa la separación entre chapas o
también llamado gap. Su dimensión no debe ser muy estrecha, dado que
impediría conseguir una buena penetración, pero tampoco demasiado ancha
dado que originaría que el baño se descuelgue. Generalmente habrá que
disponer una mayor separación entre chapas cuando se usa electrodo
revestido, y menor cuando se emplee sumergido.
- α, representa el ángulo total del chaflán. El
valor de este ángulo deberá estar limitado y no ser muy elevado debido a
que daría lugar a excesivas deformaciones, mientras que si es muy
cerrado se podría tener problemas en función del diámetro del electrodo
empleado. Como valores habituales se toman alrededor de los 50º.
- β, define el ángulo del chaflán a realizar en una de las piezas a unir.
- t, es la altura de talón.
- r, el radio del talón.
- p, es la pestaña.
- a, es la garganta de la soldadura empleado
para soldaduras en ángulo. Representa la distancia más corta entre la
raíz de la soldadura y la cara de soldadura. La garganta es un factor
que va a determinar el tamaño y resistencia de una soldadura.
Para mejorar la primera pasada o pasada de raíz en las
soldaduras a tope se suele emplear una pieza de respaldo o "backing",
generalmente de tipo cerámico, para sostener el baño e impedir que éste
se descuelgue. Su uso también puede estar justificado cuando el espesor
de las piezas a unir es demasiado fino.
Por otro lado, su uso también está justificado para
evitar el contacto directo de la cara posterior de la soldadura con la
atmósfera, evitando así su contaminación. Otra ventaja adicional que
justifica su uso es que ayuda a moldear el baño por su cara posterior y
reducir la concentración de tensiones en la zona.
A continuación se describen las distintas preparaciones de bordes empleadas de forma común en las soldaduras a tope:
- Unión recta:
Realmente en este tipo de unión no se realiza
preparación alguna de los bordes. Sólo es aplicable para piezas con
espesores pequeños (< 5 mm).
El GAP o separación entre chapas se establece entre 0.5-3 mm.
- Unión en "V":
Este tipo de preparación puede ser simétrica (α= 2β) o no simétrica en caso contrario.
Se emplea sobretodo para espesores de entre 6 y 20 mm de las piezas a unir, y en soldaduras a una cara con backing.
Con este tipo de preparaciones existe el peligro de
presentarse una falta de penetración en el cordón de raíz. Por este
motivo, el primer cordón debe ser de la mejor calidad posible, por lo
que se suele ejecutar mediante procedimiento TIG.
La pieza de respaldo o "backing" se suele emplear para
el caso que no sea posible voltear la pieza. En caso que se pueda tener
acceso por el otro lado del cordón, se volvería a realizar una pasada
por el cordón de raíz para resanarlo.
Como inconveniente en este tipo de preparación es la gran deformación angular que origina.
- Unión en "X":
Igualmente este tipo de preparación puede ser simétrica (α= 2β) o no simétrica.
Se suele emplear para espesores mayores de 20 mm. Exige tener accesibilidad por ambas caras.
Asimismo, para corregir o compensar las deformaciones angulares que se puedan originar se suelen realizar de forma asimétricas.
Con este tipo de preparación se economiza el material de aportación.
- Uniones en "U" o en doble "U":
Aplicable solamente a uniones de piezas de gran
espesor, donde este tipo de preparación además permite ahorrar material
de aporte.
No obstante es un tipo de preparación difícil de ejecutar.
A continuación se describen las distintas
preparaciones de bordes empleadas de forma común en las soldaduras
ejecutadas en ángulo:
La decisión de realizar preparación o no en una unión
en ángulo, y atendiendo sólo a razones económicas es función del espesor
de las piezas a unir.
6.1- Generalidades
Toda la información referente al tipo de unión,
dimensiones de cordón, aspecto y forma final, procedimiento a emplear,
etc. se representa de forma simbólica según la norma UNE 140009-84 y de
igual forma siguiendo las recomendaciones de AWS (Sociedad Americana
para la Soldadura).
En la siguiente figura se ilustra la forma básica de representar gráficamente la soldadura por arco eléctrico:
En general, toda representación simbólica consta de:
- Símbolos elementales:
Indican la forma de la soldadura a realizar.
- Símbolos suplementarios:
Son los que caracterizan la superficie exterior de la
soldadura. En caso de ausencia de este tipo de símbolo indicaría que no
es necesario realizar una caracterización de la superficie.
- Cotas:
Debe quedar indicado el espesor del cordón (la
garganta si se trata de soldadura en ángulo) y la longitud a todo lo
largo, en caso de no ser continua.
Las uniones a tope, salvo si se indica otra cosa, se suponen de penetración total.
- Indicaciones complementarias:
Se pueden añadir información adicional que aclare
ciertos aspectos que interese que se conozcan, como por ejemplo, si se
trata de una soldadura perimetral, que se trata de soldadura a ejecutar
en obra, o que se debe ejecutar mediante procedimiento determinado.
Se adjunta la simbología empleada para indicar la soldadura en planos.
- Símbolos elementales:
- Símbolos suplementarios:
- En las figuras siguientes se exponen las distintas formas de representar a las juntas y chaflanes:
Bordes rectos
Bisel en "J"
Bisel "V" simple
Bisel simple
Bisel doble
Bisel en "U"
A continuación se exponen algunos ejemplos de cómo
representar los símbolos de soldadura para cada caso, y de cómo ubicar
las dimensiones en dichos símbolos:
- Longitud y separación en el caso de soldaduras discontinuas:
- Longitud y separación en el caso de soldaduras discontinuas opuestas:
- Longitud y separación en el caso de soldaduras discontinuas alternadas:
- Soldadura combinada continua y discontinua:
- Soldadura a tope sin chaflán en el lado próximo a la flecha:
- Soldadura a tope sin chaflán en el lado opuesto a la flecha:
- Soldadura a tope sin chaflán a ambos lados de la flecha:
- Soldadura en ángulo continua:
- Longitud de una soldadura en ángulo:
- Dimensiones de una soldadura en ángulo de un solo cordón:
- Dimensiones de dos cordones iguales de una soldadura en ángulo:
- Dimensiones del cordón de lados desiguales en una soldadura en ángulo:
- Soldadura combinada continua y discontinua (lados opuestos de junta):
- Soldadura a tope con chaflán en el lado próximo a la flecha:
- Soldadura a tope sin chaflán del lado opuesto a la flecha:
- Soldadura a tope con chaflán a ambos lados de la flecha:
- Símbolo de contorno de la cara a ras en el lado próximo a la flecha:
- Símbolo para el contorno de la cara a ras en el lado opuesto de la flecha:
- Símbolo para el contorno convexo de la cara de ambos lados de la flecha:
- Ejemplos de acotado:
- Ejemplos de símbolos para soldaduras de tapón y de ranura:
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