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Soldadura por arco con núcleo de fundente "FCAW" (página 2)




Partes: 1, 2, 3


HISTORIA

Los procesos de soldadura por arco metálico con escudo de gas se han usado desde principios de la década de 1920. Experimentos realizados en esa época indicaron que las propiedades del metal de soldadura mejoraban significativamente si el arco y el metal de soldadura se protegían contra la contaminación por parte de la atmósfera. Sin embargo, la invención de los electrodos recubiertos a finales de esa década redujo el interés en los métodos con escudo de gas.

No fue sino hasta principios de los años cuarenta, con la introducción y aceptación comercial del proceso de soldadura por arco de tungsteno y gas, que resurgió el interés por los métodos con escudo de gas. Después en esa misma década, se comercializó con éxito el proceso de soldadura por arco de metal y gas. Los principales gases protectores entonces eran argón y helio.

Ciertas investigaciones realizadas sobre soldaduras manuales hechas con electrodo recubierto incluyeron un análisis del gas que se producía al desintegrarse las coberturas de los electrodos. Los resultados de dichos análisis indicaron que el gas predominante en las emisiones de la cobertura era CO2. Este descubrimiento pronto condujo al empleo de CO2 como protección en el proceso de arco de metal y gas aplicado a aceros al carbono. Aunque los primeros experimentos con CO2 como gas protector fracasaron, finalmente Se desarrollaron técnicas que permitían su uso. La GMAW con escudo de dióxido de carbono apareció en el mercado a mediados de la década de 1950.

Aproximadamente en la misma época se combinó el escudo de CO2 con un electrodo tubular relleno de fundente que resolvía muchos de los problemas que se hablan presentado anteriormente, Las características de operación se mejoraron mediante la adición de los materiales del núcleo, y se elevó la calidad de las soldaduras al eliminarse la contaminación por la atmósfera. El proceso se presentó al publicó en la Exposición de la AWS efectuada en Buffalo, Nueva York, en mayo de 1954. Los electrodos y el equipo se refinaron y aparecieron prácticamente en su forma actual en 1957.

El proceso se está mejorando continuamente. Las fuentes de potencia y los alimentadores de alambre Se han simplificado mucho y son más confiables que sus predecesores. Las nuevas pistolas son ligeras y resistentes. Los electrodos se mejoran día con día. Entre los avances más recientes están los electrodo de aleación y de diámetro pequeño [hasta 0.9 mm (0.035 pulg)].

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

Los beneficios de FCAW se obtienen al combinarse tres características generales:

(1) La productividad de La soldadura de alambre continuo.

(2) Las cualidades metalúrgicas que pueden derivarse de un fundente.

(3) Una escoria que sustenta y moldea La franja de soldadura.

El proceso FCAW combina características de la soldadura por arco de metal protegido (SMAW), la soldadura por arco de metal y gas (GMAW) y la soldadura por arco sumergido (SAW).

En el método con escudo de gas, el gas protector (por lo regular dióxido de carbono o una mezcla de argón y dióxido de carbono) protege el metal fundido del oxigeno y el nitrógeno del aire al formar una envoltura alrededor del arco y sobre el charco de soldadura. Casi nunca es necesario desnitrificar el metal de soldadura porque el nitrógeno del aire queda prácticamente excluido. Es posible, empero, que se genere cierta cantidad de oxigeno por la disociación de CO2 para formar monóxido de carbono y oxigeno. Las composiciones de los electrodos incluyen desoxidantes que se combinan con cantidades pequeñas de oxigeno en el escudo de gas.

En el método con autoprotección se obtiene a partir de ingredientes vaporizados del fundente que desplazan el aire y por la escoria que cubre las gotas de metal derretido y el charco de soldadura durante la operación. La producción de CO2 y la introducción de agentes desoxidantes y desnitrurantes que proceden de ingredientes del fundente justo en la superficie del charco de soldadura explican por qué los electrodos con autoprotección pueden tolerar corrientes de aire más fuertes que los electrodos con escudo de gas. Es por esto que la FCAW con autoprotección es et método preferido para trabajo en el campo como el que se muestra en la figura 5.3.

Una característica de ciertos electrodos con autoprotección es el empleo de extensiones de electrodo largas. La extensión del electrodo es el tramo de electrodo no fundido que se extiende más allá del extremo del tubo de contacto durante la soldadura.

En general se usan extensiones de 19 a 95 mm (0.5 a 3.75 pulg) con los electrodos autoprotegidos, dependiendo de la aplicación.

Al incrementarse la extensión del electrodo aumenta el Calentamiento por resistencia del electrodo. Esto precalienta el electrodo y reduce la caída de voltaje a través del arco. Al mismo tiempo, la corriente de soldadura baja, con la consecuente reducción de el calor disponible para fundir el metal base. La franja de soldadura que resulta es angosta y poco profunda, lo que hace al proceso ideal para soldar materiales de calibre delgado y para salvar huecos causados por un embotamiento deficiente. Si se mantiene la longitud (voltaje) del arco y la corriente de soldadura (subiendo el voltaje. en la fuente de potencia e incrementando la velocidad de alimentación del electrodo), el aumento en la extensión del electrodo elevará la tasa de deposición.

Con ciertos tipos de electrodos con núcleo de. Fundente y autoprotección, la polaridad recomendable es CCEN (corriente continua, electrodo negativo) (polaridad directa), ya que produce menor penetración en el metal base. Esto hace posible usar con éxito electrodos de diámetro pequeño [de 0.8 mm (0.030 pulg), 0.9 mm (0.035 pulg) y 1.2 mm (0.045 pulg)] para soldar materiales de calibre delgado. Se han desarrollado electrodos autoprotegidos específicamente para soldar los aceros recubiertos de cinc y aluminizados que se usan comúnmente en la actualidad para fabricar automóviles.

En contraste, el método con escudo de gas es apropiado para la producción de soldaduras angostas y penetrantes. Se usan extensiones de electrodo cortas y corrientes de soldadura elevadas con alambres de todos los diámetros. Las soldaduras de filete hechas por FCAW son más angostas y de garganta mas profunda que las producidas con SMAW. El principio de extensión del electrodo no puede aplicarse al método con escudo de gas porque una extensión grande afecta adversamente la protección.

APLICACIONES PRINCIPALES

Las aplicaciones de las dos variantes del proceso FCAW se traslapan, pero las características específicas de cada una las hacen apropiadas para diferentes condiciones de operación. El proceso se emplea para soldar aceros al carbono y de baja aleación, aceros inoxidables y hierros colados. También sirve para soldar por puntos uniones traslapadas en láminas y placas, así como para revestimiento y deposición de superficies duras.

El tipo de FCAW que se use dependerá del tipo de electrodos de que se disponga, los requisitos de propiedades mecánicas de las uniones soldadas y los diseños y embotamiento de las uniones. En general, el método autoprotegido puede usarse en aplicaciones que normalmente se unen mediante soldadura por arco de metal protegido. El método con escudo de gas puede servir para algunas aplicaciones que se unen con el proceso de soldadura por arco de metal y gas. Es preciso comparar las ventajas y desventajas del proceso FCAW con las de esos otros procesos cuando se evalúa para una aplicación específica.

En muchas aplicaciones, el principal atractivo de la soldadura por arco con núcleo de fundente, en comparación con la de arco de metal protegido, es la mayor productividad. Esto generalmente se traduce en costos globales más bajos por kilogramo de metal depositado en uniones que permiten la soldadura continua y están fácilmente accesibles para la pistola y el equipo de de fabricación en general, recubrimiento, unión de metales FCAW. Las ventajas consisten en tasas de deposición elevadas, disímiles, mantenimiento y reparación.

Factores de operación altos y mayores eficiencias de deposición Las desventajas más importantes, en comparación con el (no se desechan "colillas" de electrodo). Proceso SMAW, son el mayor costo del equipo, la relativa

La FCAW tiene amplia aplicación en trabajos de fabricación en taller, mantenimiento y construcción en el campo. Se ha usado para soldar ensambles que se ajustan al Código de calderas y recipientes de presión de la ASME, a las reglas del American Bureau of Shipping y a ANSI/AWS D1.1, Código de soldadura estructural – Acero. La FCAW tiene categoría de proceso precalificado en ANSI/AWS D1. 1.

Se han usado electrodos de acero inoxidable con núcleo de fundente, autoprotegidos y con escudo de gas, para trabajos de fabricaron en general, recubrimiento, unión de metales disímiles, mantenimiento y reparación.

Las desventajas más importantes, en comparación con el proceso SMAW son el mayor costo del equipo, la relativa complejidad de la configuración y control de éste, y la restricción en cuanto a la distancia de operación respecto al alimentador del electrodo de alambre. El proceso puede generar grandes volúmenes de emisiones de soldadura que requieren equipo de escape apropiado, excepto en aplicaciones de campo. En comparación con el proceso GMAW, libre de escoria, la necesidad de eliminar la escoria entre una pasada y otra representa un costo de mano de obra adicional. Esta eliminación es necesaria sobre todo en las pasadas de raíz.

EQUIPO

EQUIPO SEMIAUTOMÁTICO

El equipo básico para la soldadura por arco con núcleo de fundente autoprotegida y con escudo de gas es similar. La principal diferencia radica en el suministro y regulación del gas para el arco en la variante con escudo de gas. La fuente de potencia recomendada es la de cc de voltaje constante, similar a las que se usan para soldadura por arco de metal y gas. Esta fuente deberá ser capaz de trabajar en el nivel de corriente máximo requerido para la aplicación especifica. La mayor parte de las aplicaciones semiautomáticas usa menos de 500 A. El control de voltaje deberá poderse ajustar en incrementos de un voltio menos. También se usan fuentes de potencia de cc de corriente constante con la suficiente capacidad y controles y alimentadores de alambre apropiados, pero estas aplicaciones son poco comunes.

El propósito del control de alimentación del alambre es suministrar el electrodo continuo al arco de soldadura con una velocidad constante previamente establecida. La rapidez de alimentación del electrodo determina el amperaje de soldadura suministrado por una fuente de potencia de voltaje constante. Si se modifica esta rapidez, la máquina soldadora se ajustará automáticamente para mantener el voltaje de arco preestablecido. La velocidad de alimentación del electrodo se puede controlar por medios mecánicos o electrónicos.

Este proceso requiere rodillos impulsores que no aplanen ni distorsionen de alguna otra manera el electrodo tubular. Se emplean diversos rodillos con superficies ranuradas y moleteadas para adelantar el electrodo. Algunos alimentadores de alambre tienen solo un par de rodillos impulsores, mientras que otros cuentan con dos pares en los que por lo menos uno de los rodillos de cada par está conectado a un motor. Si todos los rodillos están motorizados, el alambre se podrá adelantar ejerciendo menos presión con los rodillos.

Las pistolas típicas para soldadura semiautomática. Están diseñadas de modo que se sostengan cómodamente, sean fáciles de manipular y duren largo tiempo. Las pistolas establecen un contacto interno con el electrodo a fin de conducir la corriente de soldadura. La corriente y la alimentación del electrodo se accionan con un interruptor montado en la pistola.

Las pistolas soldadoras pueden enfriarse con aire o con agua. Se prefieren las pistolas enfriadas por aire porque no hay necesidad de un suministro de agua, pero las enfriadas por agua son más compactas y ligeras, y requieren menos mantenimiento que las enfriadas por aire. Además, suelen tener especificaciones de corriente más altas, que pueden Llegar a 600 A con ciclo de trabajo continuo. Las pistolas pueden tener boquillas rectas o curvas. El ángulo de la boquilla curva puede variar de 400 a

En algunas aplicaciones, la boquilla curva ofrece mayor flexibilidad y facilidad de manipulación del electrodo.

Algunos electrodos autoprotegidos con núcleo de fundente requieren una extensión de electrodo mínima específica para proveer una protección adecuada. Las pistolas que usan estos electrodos generalmente cuentan con tubos guía provistos de una extensión aislada que sustenta el electrodo y asegura que se extenderá al menos una distancia mínima. Los detalles de una boquilla de electrodo autoprotegido, incluido el tubo gula aislado, se ilustra en seguida.

EQUIPO AUTOMÁTICO

Para este tipo de operación se recomienda una fuente de potencia de cc de voltaje constante diseñada para un ciclo de trabajo del

100%. El tamaño de la fuente de potencia está determinado por la corriente que requiere el trabajo por realizar. Como pueden ser necesarios electrodos grandes, tasas de alimentación de electrodo elevadas y tiempos de soldadura prolongados, los alimentadores de electrodo por fuerza tienen motores impulsores de mayor capacidad y componentes para trabajo más pesado que en equipo similar para operación semiautomática.

Las boquillas pueden diseñarse de modo que formen un escudo lateral o concéntrico alrededor del electrodo. El escudo lateral permite soldar en surcos angostos y profundos y minimiza la acumulación de salpicaduras en la boquilla. Las unidades de boquilla pueden enfriarse con aire o con agua. En general, se prefieren las boquillas enfriadas por aire para soldar con corrientes de hasta 600 A. Si la corriente va a ser mayor, se recomienda usar una boquilla enfriada por agua. Es posible usar pistolas soldadoras en tándem con el fin de lograr tasas de deposición más altas con electrodos protegidos por gas.

En trabajos de recubrimiento a gran escala, se puede aumentar la productividad empleando equipo automático oscilante con múltiples electrodos. Estas instalaciones pueden incluir un manipulador montado sobre rieles que sostiene una cabeza soldadora oscilante de múltiples electrodos con alimentadores de electrodo individuales y un rodillo giratorio motorizado también montado en rieles, además de fuente de potencia, controles electrónicos y sistema de suministro de electrodo.

EXTRACTORES DE HUMOS

En vista de los requisitos de seguridad y salubridad para controlar la contaminación del aire, vanos fabricantes han introducido pistolas soldadoras equipadas con extractores de humos integrados. El extractor por lo regular consiste en una boquilla de escape que rodea a la boquilla de la pistola. Se puede adaptar a las pistolas con escudo de gas y con autoprotección. La boquilla está conectada mediante ductos a una lata con filtros (canister) y a una bomba de extracción. La abertura de la boquilla para extracción de humos está situada detrás de la parte superior de la boquilla de la pistola a una distancia suficiente para captar las emisiones que se desprenden del arco sin perturbar el flujo de gas protector.

La ventaja principal de este sistema de extracción de emisiones es que siempre está cerca del origen de las emisiones sin importar dónde se use la pistola soldadora. En cambio, un extractor de humos portátil casi nunca puede colocarse tan cerca del origen de las emisiones, además de que se requiere una reubicación de la campana extractora cada vez que hay un cambio significativo en el lugar donde se suelda.

Una desventaja del sistema de extracción de emisiones es que el aumento en el peso y el volumen del equipo hacen a la soldadura semiautomática más brumosa para el soldador. Si no se instalan correctamente y se les da el mantenimiento debido, los extractores de humos pueden causar problemas de soldadura al perturbar el escudo de gas. En un área de soldadura bien ventilada, tal vez no sea necesaria una combinación de extractor de humos-pistola soldadora.

EQUIPO PARA PROTECCIÓN CON GAS

Al igual que los electrodos de GMAW, los de FCAW con escudo de gas requieren un gas protector además del fundente interno. Esto implica un suministro de gas, un regulador de presión, un dispositivo para medir el flujo y las mangueras y conectores necesarios. Los gases protectores provienen de cilindros, grupos de cilindros conectados con múltiples, o de tanques de gran volumen que se conectan mediante tuberías a estaciones de soldadura individuales. Los reguladores y medidores de flujo sirven para controlar la presión y las tasas de flujo. Como los reguladores pueden congelarse cuando se extrae CO2 gaseoso rápidamente de los tanques de almacenamiento, se debe contar con calefactores a fin de evitar esa complicación. Se requieren gases con pureza de grado soldadura porque cantidades pequeñas de humedad pueden producir porosidad o absorción de hidrógeno en el metal de soldadura. El punto de rocío de los gases protectores debe estar por debajo de -40°C (-40°F).

MATERIALES

GASES PROTECTORES

Dióxido de carbono

El dióxido de carbono (C02) es el gas protector más utilizado para soldadura por arco con núcleo de fundente. Dos ventajas de este gas son su bajo costo y la penetración profunda que permite lograr. Aunque habitualmente produce una transferencia de metal globular, algunas formulaciones de fundente producen una transferencia tipo rocío en CO2.

El dióxido de carbono es relativamente inactivo a temperatura ambiente. Cuando el arco de soldadura lo calienta a temperaturas elevadas, el CO2 se disocia para formar monóxido decarbono (CO) y oxigeno (0), según la ecuación química

2C02 Þ 2C0 + O2

Así pues, la atmósfera del arco contiene una buena cantidad de oxigeno que puede reaccionar con elementos del metal fundido.

La tendencia oxidante del CO2 como gas protector se ha reconocido al desarrollar electrodos con núcleo de fundente. Se agregan materiales desoxidantes al núcleo del electrodo a fin de compensar el efecto oxidante del CO2.

Además, el hierro fundido reacciona con CO2 para producir óxido de hierro y monóxido de carbono en una reacción reversible:

Fe + CO2 ↔ FeO + CO

A temperaturas de rojo vivo, parte del monóxido de carbono se disocia para dar carbono y oxigeno:

2C0 ↔ 2C +02

El efecto de la protección con CO2 sobre el contenido de carbono de aceros dulces y de baja aleación es único. Dependiendo del contenido de carbono original del metal base y del electrodo, la atmósfera de CO2 se puede comportar como medio carburizante o descarburizante. Que el contenido de carbono del metal de soldadura aumente o disminuya dependerá del carbono presente en el electrodo y en el metal base. Si el contenido de carbono del metal de soldadura está por debajo del 0.05%, aproximadamente, el charco de soldadura tenderá a absorber carbono de la atmósfera protectora de CO2. En cambio, si el contenido de carbono del metal de soldadura es mayor que el 0.10%, es posible que el charco de soldadura pierda carbono. La pérdida de carbono se atribuye a la formación de monóxido de carbono a causa de las características oxidantes del escudo de CO2 a temperaturas elevadas.

Cuando ocurre esta reacción, el monóxido de carbono puede quedar atrapado en el metal de soldadura como porosidad. Esta tendencia se minimiza incluyendo una cantidad adecuada de elementos desoxidantes en el núcleo del electrodo. El oxigeno reaccionará con los elementos desoxidantes en lugar de hacerlo con el carbono del acero. Los productos de esa reacción serán Óxidos sólidos que flotarán a la superficie del charco de soldadura, donde se incorporarán a la cubierta de escoria.

Mezclas de gases

Las mezclas de gases empleadas en la soldadura por arco con núcleo de fundente pueden combinar las ventajas individuales de dos o más gases. Cuanto mayor sea el porcentaje de gas inerte en las mezclas con CO, u oxigeno, mayor será la eficiencia de transferencia de los desoxidantes contenidos en el núcleo. El argón puede proteger el charco de soldadura a todas las temperaturas a las que se suelda. Su presencia en cantidades suficientes en una mezcla de gas protector da como resultado menor oxidación que con un escudo de CO2 al 100%.

La mezcla de uso más común en FCAW con escudo de gas consiste en 75% de argón y 25% de dióxido de carbono. El metal de soldadura depositado con esta mezcla suele tener mayor resistencia a la tensión y al vencimiento que el depositado con escudo de CO2 puro. Si se suelda con esta mezcla, se logra un arco con transferencia tipo rocío. La mezcla Ar-CO2 se usa principalmente para soldar fuera de posición; es más atractiva para el operador y produce un arco con mejores características que el CO2 puro.

El empleo de mezclas de gases protectores con un alto porcentaje de gas inerte junto con electrodos diseñados para usarse con escudo de CO2 puede causar una acumulación excesiva de manganeso, silicio y otros elementos desoxidantes en el metal de soldadura. Este alto contenido de elementos de aleación en la soldadura alterará las propiedades mecánicas del metal. Por esta razón, se recomienda consultar con los fabricantes de electrodos (5 2) para averiguar qué propiedades mecánicas tiene el metal de soldadura depositado con mezclas de gas protector especificas. Si no hay información disponible, hay que realizar pruebas con el fin de determinar las propiedades mecánicas para la aplicación de que se trate.

Las mezclas de gases con alto contenido de argón, como 95% (5.3) de argón, 5% de O2, casi nunca Se usan con electrodos con núcleo de fundente porque se pierde la cubierta de escoria.

METALES BASE SOLDADOS

La mayor parte de los aceros que se puede soldar con los procesos SMAW, GMAW o SAW se sueldan fácilmente empleando el proceso FCAW. Como ejemplos se pueden mencionar los siguientes aceros:

(1) Grados de acero dulce, estructural y de recipiente de presión, como ASTM A36, A515 y A516.

(2) Grados de alta resistencia mecánica, baja aleación, como

ASTM A440, A441, A572 y A588.

(3) Aceros de aleación de alta resistencia mecánica, extinguidos y templados, como ASTM AS 14, A517 y A533.

(4) Aceros al cromo-molibdeno, como 1.25% Cr-0.5% Mo y 2.25% Cr-l% Mo.

(5) Aceros inoxidables forjados resistentes a la corrosión, como los tipos AISI 304, 309, 316,347,410,430 y 502; también aceros inoxidables colados como los tipos ACI CF3 y CF8.

(6) Aceros al níquel, como AST A203.

(7) Aceros de aleación resistentes a la abrasión, cuando Se sueldan con metal de aporte que tiene una resistencia al vencimiento menor que la del acero que se suelda.

ELECTRODOS

La soldadura por arco con núcleo de fundente debe buena parte de su flexibilidad a la amplia variedad de ingredientes que se puede incluir en el núcleo de un electrodo tubular. El electrodo por lo regular consiste en una funda de acero de bajo carbono o de aleación que rodea un núcleo de materiales fundentes y de aleación. La composición del núcleo de fundente varía de acuerdo con la clasificación del electrodo y con el fabricante.

La mayor parte de los electrodos con núcleo de fundente se fabrica haciendo pasar una tira de acero por una serie de rodillos que la moldean hasta que adquiere una sección transversal en forma de "U". La tira moldeada se rellena con una cantidad medida de material de núcleo (aleaciones y fundente) en forma granular y posteriormente se cierra mediante rodillos que la redondean y que comprimen con fuerza el material del núcleo. A continuación, el tubo redondo se hace pasar por troqueles o rodillos de estiramiento que reducen su diámetro y comprimen todavía más el núcleo. El proceso de estiramiento continúa hasta que el electrodo alcanza su tamaño final y luego se enrolla en carretes o en bobinas. También se usan otros métodos de fabricación.

En general, los fabricantes consideran la composición precisa de sus electrodos con núcleo como un secreto industrial. Si se seleccionan los ingredientes de núcleo correctos (en combinación con la composición de la funda), es posible lograr lo siguiente:

(1) Producir características de soldadura que van desde altas tasas de deposición en la posición plana hasta fusión y forma de franja de soldadura apropiadas en la posición cenital.

(2) Producir electrodos para diversas mezclas de gases protectores y para autoprotección.

(3) Variar el contenido de elementos de aleación del metal de soldadura, desde acero dulce con ciertos electrodos hasta acero inoxidable de alta aleación con otros.

Las funciones primarias de los ingredientes del núcleo de fundente son las siguientes:

(1) Conferir al metal de soldadura ciertas propiedades mecánicas, metalúrgicas y de resistencia a la corrosión mediante un ajuste de la composición química.

(2) Promover la integridad del metal de soldadura protegiendo el metal fundido del oxigeno y el nitrógeno del aire.

(3) Extraer impurezas del metal fundido mediante reacciones con el fundente

(4) Producir una cubierta de escoria que proteja el metal del aire durante la solidificación y que controle la forma y el aspecto de la franja de soldadura en las diferentes posiciones para las que es apropiado el electrodo.

(5) Estabilizar el arco proporcionándole un camino eléctrico uniforme, para así reducir las salpicaduras y facilitar la deposición de franjas lisas, uniformes y del tamaño correcto.

En la siguiente tabla se da una lista con la mayor parte de los elementos que suelen incluirse en el núcleo de fundente, sus fuentes y los fines para los que se usan.

En los aceros dulces y de baja aleación es preciso mantener una proporción correcta de desoxidantes y desnitrificantes (en el caso de los electrodos con autoprotección) a fin de obtener un deposito de soldadura íntegro con ductilidad y tenacidad suficientes. Los desoxidantes, como el silicio y el manganeso, se combinan con oxigeno para formar óxidos estables.

Esto ayuda a controlar la pérdida de elementos de aleación por oxidación, y la formación de monóxido de carbono que de permanecer causaría porosidad. Los desnitrificantes, como el aluminio, se combinan con el nitrógeno y lo fijan en forma de nitruros estables. Esto evita la porosidad por nitrógeno y la formación de otros nitruros que podrían ser perjudiciales.

ELEMENTO

HABITUALMENTE PRESENTE COMO

PROPÓSITO AL SOLDAR

Aluminio

Polvo metálico

Desoxidar y desnitrificar

Calcio

Minerales como flurospato (CaF2)

Proveer protección y formar escoria

Carbono

Elemento de ferro aleaciones

Aumentar la dureza y resistencia mecánica

Cromo

Ferro aleación o polvo metálico

Alearse a fin de mejorar la resistencia a la plastodeformación, la dureza, la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión

Hierro

ferro aleaciones y polvo de hierro

Matriz de aleación en depósitos con base de hierro, aleación en depósitos con base de níquel o de otro material no ferroso

Manganeso

Ferro aleación como el ferromanganeso o como polvo metálico

Desoxidar; evitar la friabilidad en caliente al combinarse con azufre para formar MnS; aumentar la dureza y resistencia mecánica; formar escoria

Molibdeno

Ferro aleación

Alearse para aumentar la dureza y resistencia mecánica, y en aceros inoxidables austeniticos para incrementar la resistencia a la corrosión del tipo de picaduras

Níquel

Polvo metálico

Alearse para mejorar la dureza, la resistencia mecánica, la tenacidad y la resistencia a la corrosión

Potasio

Minerales como feldespatos con contenido de potasio y silicatos de fritas

Estabilizar el arco y formar escoria

Silicio

Ferro aleación como ferrosilicio o silicomanganeso; silicatos y feldespato

Desoxidar y formar escoria

Sodio

Minerales como feldespato con contenido de sodio y silicatos de fritas

Estabilizar el arco y formar escoria

Titanio

Ferro aleación como ferro titanio; en mineral, rutilo

Desoxidar y desnitrificar; formar escoria; estabilizar el carbono en algunos aceros inoxidables

Zirconio

Oxido o polvo metálico

Desoxidar y desnitrificar; formar escoria

Vanadio

Oxido o polvo metálico

Aumentar la resistencia mecánica

CLASIFICACIONES DE LOS ELECTRODOS

Electrodos de acero dulce

La mayor parte de los electrodos de acero dulce para FCAW se clasifica de acuerdo con los requisitos de la última edición de ANSI/AWS A5.20, Especificación para electrodos de acero al carbono destinados a soldadura por arco con núcleo de fundente. El sistema de identificación sigue el patrón general de clasificación de electrodos y se ilustra en seguida.

Puede explicarse considerando una designación típica, E7OT- 1.

El prefijo "E" indica un electrodo, al igual que en otros sistemas de clasificación de electrodos. El primer número se refiere a la resistencia mínima a la tensión antes de cualquier tratamiento postsoldadura, en unidades de 10 000 psi. En el presente ejemplo, el número "7" indica que el electrodo tiene una resistencia a la tensión mínima de 72 000 psi. El segundo número indica las posiciones de soldadura para las que esta diseñado el electrodo. En este caso el cero significa que el electrodo está diseñado para soldaduras de surco y de filete planas y en la posición horizontal.

Algunas clasificaciones pueden ser apropiadas para soldar en la posición vertical o en la cenital, o en ambas. En tales casos, se usaría "1" en vez de "0" para indicar el uso en todas las posiciones. La letra "T" indica que el electrodo tiene construcción tubular (electrodo con núcleo de fundente). El número sufijo ("1" en este ejemplo) coloca al electrodo en un grupo especifico de acuerdo con la composición química del metal de soldadura depositado, el método de protección y la idoneidad del electrodo para soldaduras de una o vanas pasadas. La tabla que se muestra a continuación explica el significado del último digito de las designaciones para FCAW.

Requerimientos de protección y polaridad para electrodos de FCAW de acero dulce

Clasificación de la AWS

Medio protector externo

Corriente y polaridad

EXXT-1 (múltiples pasadas)
EXXT-2 (pasada mica)
EXXT-3 {pasada única)
EXTT-4 (múltiples pasadas)
EXTT-5 (múltiples pasadas)
EXTT-6 (múltiples pasadas)
EXTT-7 (múltiples pasadas)
EXTT-6 (múltiples pasadas)
EXXT-10 (pasada Única)
EXTT-1 1 (múltiples pasadas)

CO2
CO2
Ninguno
Ninguno
CO2
Ninguno
Ninguno
Ninguno
Ninguno
Ninguno

cc, electrodo positivo
cc, electrodo positivo
cc, electrodo positivo
cc, electrodo positivo
cc, electrodo positivo
cc, electrodo positivo
cc, electrodo positivo
cc, electrodo positivo
cc, electrodo positivo
cc, electrodo positivo

EXTT-G (múltiples pasadas) EXXT-GS (pasada (mica)

*

*

*

*

Los electrodos de acero dulce para FCAW se clasifican teniendo en cuenta si proveen autoprotección o requieren dióxido de carbono como gas protector aparte, el tipo de corriente y si sirven o no para soldar fuera de posición. La clasificación también especifica si el electrodo se usa para aplicar una sola pasada o varias, y la composición química y las propiedades del metal de soldadura depositado antes de cualquier tratamiento. Los electrodos se diseñan de modo que produzcan metales de soldadura con ciertas composiciones químicas y propiedades mecánicas cuando la soldadura y las pruebas se realizan de acuerdo con los requisitos de la especificación.

Los electrodos se producen en tamaños estándar con diámetros desde 1.2 hasta 4.0 mm (0.045 a 5/32 pulg), aunque puede haber tamaños especiales. Las propiedades de soldadura pueden variar apreciablemente dependiendo del tamaño del electrodo, el amperaje de soldadura, el espesor de las placas, la geometría de la unión, las temperaturas de precalentamiento y entre pasadas, las condiciones de las superficies, la composición del metal base y la forma de combinarse con el metal depositado, y el gas protector (si se requiere). Muchos electrodos se diseñan primordialmente para soldar en las posiciones plana y horizontal, pero pueden ser apropiados para otras posiciones si Se escoge la corriente de soldadura y el tamaño de electrodo correctos. Algunos electrodos con diámetros menores que 2.4 mm (3/32 pulg) pueden servir para soldar fuera de posición si se usa una corriente de soldadura baja dentro del intervalo recomendado por el fabricante.

En ANSI/AWS A5.20 se designan 12 diferentes clasificaciones de electrodos de acero dulce para FCAW.

EXXT-1. Los electrodos del grupo T- 1 están diseñados para usarse con CO2 como gas protector y con corriente CCEP, pero también se emplean mezclas de argón y CO2 a fin de ampliar su intervalo de aplicación, sobre todo al soldar fuera de posición. Si se reduce la proporción de CO2 en la mezcla de argón-CO2, aumentará el contenido de manganeso y silicio en el deposito y posiblemente mejorarán las propiedades de impacto. Estos electrodos se diseñan para soldadura de una o varias pasadas. Los electrodos T- 1 se caracterizan por tener transferencia por aspersión, bajas pérdidas por salpicaduras, configuración de franja plana o ligeramente convexa y volumen de escoria moderado que cubre por completo la franja de soldadura.

EXXT-2. Los electrodos de esta clasificación se usan con CCEP. Son en esencia electrodos T-1 con mayor contenido de manganeso o de silicio, o de ambos, y se diseñan primordialmente para soldaduras de una pasada en la posición plana y para filetes horizontales. El mayor contenido de desoxidantes de estos electrodos permiten soldar con una sola pasada sobre acero con incrustaciones o bordes. Los electrodos T-2 que usan manganeso como principal agente desoxidante confieren buenas propiedades mecánicas en aplicaciones tanto de una como de varias pasadas; Sin embargo, el contenido de manganeso y la resistencia a la tensión serán más elevados en las aplicaciones de múltiples pasadas. Estos electrodos pueden servir para soldar materiales cuyas superficies tienen mayor cantidad de incrustaciones, orín u otros materiales extraños que lo que normalmente toleran algunos electrodos de la clasificación T-l, y aun así producir soldaduras con calidad radiográfica. Las características del arco y las tasas de deposición son similares a las de los electrodos T-l.

EXXT-3. Los electrodos de esta clasificación proveen autoprotección, se usan con CCEP y tienen transferencia por aspersión. El sistema de escoria está diseñado para producir condiciones en las que es posible soldar a muy alta velocidad. Los electrodos se usan para soldar con una sola pasada en las posiciones plana, horizontal y cuesta abajo (con pendiente de hasta 20°) en piezas laminares de hasta 4.8 mm (3/16 pulg) de espesor. No se recomiendan para soldar materiales más gruesos, ni para soldaduras de múltiples pasadas.

EXXT-4. Los electrodos de la clasificación T-4 proveen autoprotección, trabajan con CCEP y tienen transferencia globular. El sistema de escoria está diseñado para establecer condiciones en las que la tasa de deposición sea alta y el metal de soldadura se desulfurice hasta un nivel bajo, lo que hace al deposito resistente al agrietamiento. Estos electrodos están diseñados para penetración somera, adaptables a uniones con embotamiento deficiente y soldadura de una o varias pasadas en las posiciones plana y horizontal.

EXXT-5. Los electrodos del grupo T-S están diseñados para usarse con escudo de CO2 (pueden usarse con mezclas de argón CO2, al igual que los del grupo T- 1) para soldar con una o varias pasadas en la posición plana o en filetes horizontales. Estos electrodos se caracterizan por una transferencia globular, configuraciones de franja ligeramente convexas y una escoria delgada que tal vez no cubra por completo la franja de soldadura. Los depósitos producidos por electrodos de este grupo mejoran en cuanto a su resistencia al impacto y al agrietamiento, en comparación con los tipos de rutilo (EXXT-l y EXXT-2).

EXXT-6. Los electrodos de la clasificación T-6 proveen autoprotección, trabajan con CCEP y tienen transferencia por aspersión. El sistema de escoria está diseñado para conferir excelentes propiedades de resistencia al impacto a bajas temperaturas, lograr penetración profunda y facilitar sobremanera la eliminación de escoria al soldar en surcos profundos. Estos electrodos sirven para soldar con una o varias pasadas en las posiciones plana y horizontal.

EXXT-7. Los electrodos de la clasificación T-7 proveen autoprotección y trabajan con CCEN. El sistema de escoria está diseñado para crear condiciones en las que pueden usarse electrodos grandes para obtener altas tasas de deposición y electrodos pequeños para soldar en todas las posiciones. El sistema de escoria también esta diseñado para desulfurizar casi por completo el metal de soldadura, lo que aumenta su resistencia al agrietamiento. Los electrodos sirven para soldar con una o varias pasadas.

EXXT-8. Los electrodos de la clasificación T-8 proveen autoprotección y trabajan con CCEN. El sistema de escoria tiene características que permiten soldar en todas las posiciones con estos electrodos; además, confiere al metal de soldadura buenas propiedades de impacto a bajas temperaturas y lo desulfuriza hasta un nivel bajo, lo que ayuda a hacerlo resistente al agrietamiento. Estos electrodos se usan en aplicaciones tanto de una como de vanas pasadas.

EXXT- 10. Los electrodos de la clasificación T-10 proveen autoprotección y trabajan con CCEN. El sistema de escoria tiene características que permiten soldar a alta velocidad. Los electrodos sirven para hacer soldaduras de una sola pasada en materiales de cualquier espesor en las posiciones plana, horizontal y cuesta abajo (hasta 200).

EXXT-11. Los electrodos de la clasificación T-l I proveen autoprotección y trabajan con CCEN, y producen un arco uniforme tipo rocío. El sistema de escoria permite soldar en todas las posiciones y con velocidades de recorrido altas. Se trata de electrodos de propósito general para soldar con tuna o varias pasadas en todas las posiciones.

EXXT-G. La clasificación EXXT-G se usa para electrodos de múltiples pasadas nuevos que no están cubiertos por ninguna de las clasificaciones ya definidas. El sistema de escoria, las características del arco, el aspecto de la soldadura y la polaridad no están definidas.

EXXT-GS. La clasificación EXXT-GS se usa para electrodos nuevos de una sola pasada que no están cubiertos por ninguna de las clasificaciones ya definidas. El sistema de escoria, las características del arco, el aspecto de la soldadura y la polaridad no están definidas.

Electrodos de acero de baja aleación

En el mercado están disponibles electrodos con núcleo de fundente para soldar aceros de baja aleación. Se describen y clasifican en la edición más reciente de ANSI/AWS A5.29, Especificación para electrodos de acero de baja aleación destinados a soldadura por arco con núcleo de fúndenle. Los electrodos están diseñados para producir metales de soldadura depositados con composición química y propiedades mecánicas similares a las que se obtienen con electrodos de SMAW de acero de baja aleación. Generalmente se usan para soldar aceros de baja aleación con composición química similar. Algunas clasificaciones de electrodos están diseñadas para soldar en todas las posiciones, pero otras están limitadas a las posiciones plana y de filete horizontal. Como en el caso de los electrodos de acero dulce, hay un sistema de identificación que la AWS usa para describir Las distintas clasificaciones.

ANSI/AWS A5.29 da cinco clasificaciones diferentes de electrodos de acero de baja aleación para FCAW.


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