Soldadura por Arco Manual con Electrodo Revestidos

Índice

Introducción.

En el año 1.904 tiene lugar en Suecia un hecho de
trascendencia para el desarrollo de
la soldadura.
Oscar Kjellberg descubre el electrodo recubierto y aunque la era
industrial de la unión soldada por arco eléctrico
empieza en Europa a
comienzos dela década de los 50, ya se realizaron uniones
de este tipo a principios de
nutro siglo.

1. Principios del
proceso.

En este proceso de
soldadura,
también llamado Manual Metal Arc
(MMA), se caracteriza porque se produce un arco eléctrico
entre la pieza a soldar y un electrodo metálico
recubierto.

Con el calor
producido por el arco, se funde el extremo del electrodo y se
quema el revestimiento, produciéndose la atmósfera adecuada
para que se produzca la transferencia de las gotas del metal
fundido desde el alma del electrodo hasta el baño de
fusión
en el material de base.

En el arco las gotas del metal fundido se proyectan
recubiertas de escoria fundida procedente del recubrimiento que
por efecto de la tensión superficial y de la viscosidad flota
en la superficie, solidificando y formando una capa de escoria
protectora del baño fundido.

2. Electrodos,
Fabricación.

El material de aportación que se usa en el
proceso MMA se conoce como electrodo y consiste en una varilla
metálica, generalmente acero, recubierta
de un revestimiento concéntrico de flux extruido y seco.
La fabricación de electrodos se realiza en dos
líneas en paralelo: varilla o alma, y
revestimiento.

Fabricación de la varilla.

La materia prima
el alambrón de 6 a 8 mm de diámetro, que la
siderurgia suministra en rollos o bobinas, de aproximadamente
1.000 Kg. El fabricante comprueba la composición a partir
del análisis químico de un despunte de
la bobina y posteriormente ésta pasa a una devanadora
protegida por una campana metálica, en donde el
alambrón se retuerce y despende el óxido adherido
en el tren de laminado en caliente. A esta etapa se le denomina
decapado mecánico. Al ser la fabricación de
electrodos un proceso continuo, los extremos de cada bobina se
empalman por resistencia
eléctrica, eliminando las rebabas de la soldadura con
muela de esmeril.

Seguidamente el alambrón pasa a las cajas de
trefilado donde tiene lugar una reducción progresiva de
diámetro hasta el deseado, utilizando sustancias
lubricantes para facilitar la operación y evitar un
endurecimiento del alambre, que le haga quebradizo. A
continuación se desengrasa o se lava con agua el polvo
de jabón adherido a su superficie. Los diámetros
del almo son normalmente 1.6, 2, 2.5, 3, 3.25,
4, 5 y 6 mm, siendo los más utilizados los
señalados en negrita. Una máquina endereza y corta
las varillas a un ritmo entre 580 y 1400 cortes/minuto, en
función
de su diámetro.

Fabricación del revestimiento.

Para el revestimiento se suelen utilizar hasta cuarenta
minerales y
sustancias distintas, como arena de zirconio, rutilo, celulosa,
caolín, mármol, polvo de hierro, FeSi,
FeTi, FeMn, etc. Se realiza un análisis individualizado de la calidad y
composición de estos productos.

La selección,
origen y dosificación de cada componente que va a
intervenir en la composición del revestimiento es un
secreto celosamente guardado fabricante. Una vez escogido cada
componente, se machaca y criba hasta conseguir la
granulometría adecuada y se dosifica mediante un programa de
computadora,
pasando de un sistema de tolvas
específicas de cada producto a una
tolva central, donde seguidamente se homogenizan mediante
vibradores distribuyéndose después la mezcla en
tolvas destinadas a producción.

Para aglutinar la mezcla seca y darle consistencia se
agrega silicato sódico o silicato potásico. Una vez
obtenida la mezcla húmeda se vierte en una prensa en donde
penetra la varilla por un lado saliendo recubierta en toda su
longitud por el lado opuesto. Se comprueba la excentricidad del
recubrimiento y se cepillan ambos extremos de la varilla
revestida. Uno, para el ajuste de la pinza portaelectrodos y el
otro, para facilitar el cebado de arco. Se marcan con la
identificación del fabricante y el tipo de electrodo
según American Welding Society, AWS.

El secado previo se lleva a cabo haciéndolos
pasar por un horno de funcionamiento continuo, cuya temperatura se
incrementa gradualmente para evitar que se agriete y se desprenda
el revestimiento. Para electrodos tipo rutilo normal, el secado
previo a una temperatura es
de aproximadamente 100 °C es suficiente. Para electrodos
básicos, después de este secado previo se pasan a
hornos convencionales de aire para darles
un secado final a 400-450 °C, con el fin de que el contenido
de H2O a 1.000 °C según AWS, sea inferior a
0,4%. De esta forma nos aseguramos que el contenido de
hidrógeno sea inferior a 10 cc. por cada 100 gr/metal
depositado.

Posteriormente se empaquetan en cajas de cartón o
metálicas. Aquéllas suelen protegerse de la humedad
con plástico
termorretráctil. En general, debe seguirse la regla de que
los materiales de
aporte deben embalarse de tal forma que no sufran deterioros, ni
se humedezcan, ni se sequen.

3. Revestimientos.

Composición del
revestimiento.

La composición de los revestimientos suele ser
muy compleja. Se trata generalmente de una serie de sustancias
orgánicas y minerales. En la
fabricación de la pasta para el revestimiento suelen
intervenir:

• óxidos naturales: óxidos de hierro,
  ilemita (50% óxido férrico y 50% óxido de
  titanio), rutilo (óxido de titanio), sílice
  (óxido de silicio).
• silicatos naturales: caolín, talco, mica,
  feldepasto…
• productos volátiles: celulosa,
  serrín…
• fundentes
• productos químicos: carbonatos,
  óxidos…
• ferroaleaciones: de Mn, Si, Ti…
• aglomerantes: silicato sódico, silicato
  potásico.

Sin embargo, la naturaleza,
dosificación y origen de los componentes permanece en
secreto por parte del fabricante que en la práctica se
limita a garantizar la composición química del metal
depositados y sus características mecánicas: carga de
rotura, límite elástico, alargamiento y resilencia
(tenacidad).

Funciones del revestimiento.

Eléctrica.

1. Cebado de arco. En general, las sustancias que se
   descomponen produciendo gases
   fácilmente disociables exigen tensiones de cebado de
   arco más elevadas, debido al calor
   absorbido en la disociación, que es un proceso
   endotérmico. Con corriente
   alterna, se necesitan tensiones de cebado más altas.
   Los silicatos, carbonatos, óxidos de Fe, óxidos
   de Ti, favorecen el cebado y el mantenimiento del arco
2. Estabilidad del arco. La estabilidad del arco
   depende, entre otros factores, del estado de
   ionización de los gases
   comprendidos entre el ánodo y el cátodo. Para un
   arco en corriente
   alterna es imprescindible un medio fuertemente ionizado.
   Por este motivo se añaden al revestimiento, entre otras
   sustancias, sales de sodio y de potasio.

Física.

Una misión
fundamental del revestimiento es evitar que el metal fundido
entre en contacto con el oxígeno, el nitrógeno y el
hidrógeno del aire, ya sea por
la formación de un gas protector
alrededor del camino que han de seguir las gotas del metal
fundido y después, mediante la formación de una
abundante escoria que flota por encima del baño de
fusión.

El revestimiento debe ser versátil y permitir
generalmente la soldadura en todas las posiciones. En ello
interviene dos factores:

1. el propio espesor del revestimiento.
2. su naturaleza, que
   determina la viscosidad de
   la escoria, que es necesaria para mantener la gota en su lugar
   a través de su propia tensión superficial y para
   proteger el baño fundido del contacto con el
   aire.

El revestimiento del electrodo se consume en el arco con
una velocidad
lineal menor que el alma metálica del mismo. Como
resultado, el recubrimiento queda prolongado sobre el extremo del
alma y forma un cráter que sirve para dirigir y concentrar
el chorro del arco, disminuyendo sus pérdidas
térmicas.

Metalúrgica.

El revestimiento dispone de elementos que se disuelven
en el metal fundido con objeto de mejorar las características mecánicas del metal
depositado.

La escoria:

• reduce la velocidad de
  enfriamiento de la soldadura por su efecto
  aislante;
• reduce el número de inclusiones en la
  soldadura, al eliminar un gran número de
  impurezas;
• produce en el baño una verdadera
  micrometalurgia, desoxidando, desnitrurando, desfosforando y
  desulfurando el metal fundido;
• aisla el baño de elementos con los que tiene
  gran afinidad: oxígeno, nitrógeno,
  hidrógeno ya sea a través de escorias o gases
  protectores.

4.
Especificaciones.

Las especificaciones actuales de la American Welding
Society a que obedecen son:

Se describirá brevemente el contenido de estas
especificaciones.

Electrodos de acero al carbono.

Estos electrodos se clasifican de acuerdo con los
criterios siguientes:

• Tipo de corriente a utilizar.
• Tipo de recubrimiento.
• Posición de soldadura aconsejable.
• Composición química del metal
  depositado.
• Propiedades mecánicas del metal
  depositado.

Electrodos de aceros de baja
aleación.

Estos electrodos se clasifican de acuerdo con
idénticos criterios que los de acero al carbono, e
incluyen las clases siguientes:

• Clase A: Aceros al carbono-molibdeno.
• Clase B: Aceros al cromo-molibdeno.
• Clase C: Aceros al níquel.
• Clase D: Aceros al manganeso-molibdeno.
• Clase N: Aceros al
  níquel-molibdeno.
• Clase G: Aceros de baja aleación, no incluidos
  en las otras clases.

Electrodos de aceros inoxidables.

Estos electrodos se clasifican de acuerdo con su
composición química, propiedades mecánicas y
tipo de corriente e incluyen aceros en los que el cromo excede
del 4% y el níquel no supera el 37% de la
aleación.

5. Características
y propiedades de los electrodos

Electrodos
ácidos.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al
carbono: AWS-E-6020.

Características
específicas.

Estos electrodos contienen una adecuada
proporción de productos
desoxidantes en forma de ferroaleaciones, FesI, FeMn. Sin
embargo, el contenido de Si en el cordón se mantiene bajo
por lo que el metal aportado contiene siempre una cierta cantidad
de oxígeno y, en consecuencia, la resiliencia de la
unión es solamente mediana.

Escorias.

Pertenecen al sistema
FeO-SiO2-MnO y contienen una gran proporción de
silicatos de Fe (fayalita) y de Mn (rodonita), así como
óxidos libres FeO y MnO. La reacción es
ácida, o sea, disuelve los óxidos básicos,
tales como el MnO. En consecuencia, gran parte del Mn se desplaza
a la escoria. Este enriquecimiento en Mn disminuye la viscosidad,
proporcionando un cordón de aspecto liso y facilitando el
soldeo.

La escoria de los electrodos típicamente ácidos es
abundante, de color negro y
adquiere al solidificar una estructura
esponjosa que tiende a hacerse más compacta y
vítrea a medida que disminuye la acidez. Se separa con
bastante facilidad. Por su abundante escoria se requiere soldar
con mayor intensidad e inclinación adecuada del electrodo,
para evitar que la escoria se anticipe al metal
fundido.

Metal depositado.

Estos electrodos confieren al metal depositado un
contenido de H2 e impurezas relativamente alto. A
menudo, el cordón contiene escorias. La soldabilidad del
metal base debe ser buena, pues en caso contrario pueden
producirse grietas en caliente. Esta susceptibilidad es función de
la acidez de la escoria y disminuye a medida que tiende a la
neutralidad.

Parámetros de uso

Tensión de cebado: entre los 30 y 40
V.

Tensión de funcionamiento: aproximadamente 25
V.

Arco.

Son electrodos de fusión rápida,
facilitada en parte por el calor que produce la oxidación
del Mn. Pueden emplearse con intensidades de corriente elevadas.
Se usan normalmente sólo en corriente continua y electrodo
unido al polo negativo.

Rendimiento gravimétrico.

El rendimiento gravimétrico estándar es
del 95%.

Aplicaciones.

Destinados para soldar aceros normales de construcción, de resistencia
inferios a 48 Kg/mm2. Se solía utilizar en juntas a tope o
en V en calderería cuando se requería un buen
aspecto del cordón. También por su facilidad en
proporcionar cordones lisos en juntas en ángulo o
solapadas.

En este tipo de electrodos, que hace unas décadas
dominaba el mercado, ha ido
siendo sustituido progresivamente por los rutilos y
básicos. En la actualidad se encuentran
prácticamente en desuso, pues su cuota de consumo no
alcanza el 2% del mercado español.

Electrodos
celulósicos.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al
carbono: AWS-E-6010 (Na) y AWS-E-6011 (K).

Características
específicas.

En estos electrodos la celulosa, obtenida a partir de la
pulpa de la madera, es el
componente principal. Esta sustancia orgánica se
descompone por el calor desarrollados en el arco, proporcionando
un gas protector que
aísla y protege de la oxidación al Mn y al resto de
los componentes. Las reacciones de reducción se
desarrollan en una atmósfera de
hidrógeno que cubre el metal fundido.

Escoria.

Es poco voluminosa ya que, recordemos, la
protección del baño es esencialmente de tipo
gaseoso. Se desprende con facilidad.

Arco.

Producen una gran penetración gracias al
hidrógeno procedente de la celulosa que el calor del arco
libera. La velocidad de soldeo el elevada. Se producen, sin
embargo, abundantes pérdidas por salpicaduras.

Metal depositado.

El metal depositados por estos electrodos carece
prácticamente de oxígeno (O2 £ 0,02%). En cambio,
contiene una gran cantidad de hidrógeno (15-25
cm3 por cada 100 gr. de metal depositado). La
superficie del cordón es rugosa y éste se
enfría rápidamente.

Rendimiento gravimétrico.

El arco produce un fuerte chisporroteo, con abundantes
pérdidas por salpicaduras. El rendimiento estándar
suele ser inferior al 90%.

Seguridad de uso.

Los electrodos celulósicos producen una gran
cantidad de humos. Por ello, es recomendable evitar su uso en
recintos cerrados, como el interior de calderas,
cisternas, recipientes, etc. Por otra parte, lo enérgico
del arco aconseja emplear con más rigor los materiales de
protección, tales como gorras, guantes, mandiles,
polainas, etc. Los electrodos celulósicos no deben
resecarse nunca.

Aplicaciones.

Aunque son adecuados para soldar en todas las
posiciones, se suelen emplear exclusivamente para soldar
tubería en vertical descendente, porque:

• producen muy poca escoria.
• se manejan con facilidad.
• consiguen una buena penetración en el
  cordón de raíz, en esta
  posición.

Su uso se está generalizando en oleoductos, y
gasoductos en donde resulta ventajoso soldar en todas las
posiciones, sin cambiar los parámetros de soldeo.
También son adecuados en aplicaciones en donde se pretenda
conseguir una buena penetración.

Electrodos de
rutilo.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al
carbono: AWS-E-6012 (Na) y AWS-E-6013 (K).

Características
específicas.

El principal componente de estos electrodos es el
rutilo, mineral obtenido a partir de menas que en su estado natural
contienen de un 88-94% de TiO2. También puede
extraerse de la ilemita, mineral compuesto por un 45-55% de
TiO2 y el resto de Fe2O3. La
protección en estos electrodos la proporciona la
escoria.

Escorias.

Pertenecen al sistema TiO2-FeO-MnO que dan
como resultado titanatos de hierro o titanatos complejos. La
escoria, de aspecto globular o semiglobular, tiene la viscosidad
adecuada para permitir la soldadura de elementos con ajuste
deficiente o cuando entre los bordes a unir existe una distancia
excesiva, resultando los electrodos de rutilo idóneos en
la soldadura con defectuosa preparación de juntas. La
escoria se elimina con facilidad.

Metal depositado.

Contiene un buen número de inclusiones. El nivel
de impurezas es intermedio entre el que presentan los electrodos
ácidos
y los básicos. El contenido de hidrógeno puede
llegar a fragilizar las soldaduras. El contorno de las costuras
en ángulo oscila entre convexo en el AWS-E-6012 a
prácticamente plano en el AWS-E-6013. en cualquiera de los
casos, el cordón presenta un buen aspecto.

Arco.

Fácil encendido y reecendido, incluso con
elevadas tensiones de vacío en la fuente de corriente. La
pequeña proporción de celulosa del revestimiento
permite una elevada intensidad de corriente. La cantidad de
elementos refractarios del recubrimiento origina un arco
tranquilo, de mediana penetración.

Parámetros de uso.

Tensión de cebado: entre 40 y 50 V.

Se emplean con corriente alterna o con corriente
continua, en ambas polaridades.

Rendimiento gravimétrico.

El rendimiento gravimétrico estándar
está comprendido entre el 90 y el 100%.

Aplicaciones.

Estos electros, fáciles de encender y reencender,
poco sensibles a la humedad, escasas salpicaduras y favorable
eliminación de escoria, que permiten una razonable
velocidad de soldeo constituyen una gama de consumibles muy
apreciada.

Resultan por su fácil manejo en cualquier clase
de montaje, la escasa influencia de las condiciones ambientales y
por ser adecuados para emplearse en todas las posiciones,
idóneos para todo tipo de soldaduras siempre que no se
requiera una elevada tenacidad. Los principales campos de
aplicación son las estructuras
metálicas, en construcciones de calderas y
construcciones navales.

Electrodos
básicos.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al
carbono: AWS-E-7015 (Na) poco frecuentes y AWS-E-7016 (K) muy
utilizados

Características
específicas.

Los componentes principales son el carburo
cálcico y el fluoruro cálcico. El revestimiento,
que no contiene celulosa ni arcilla, proporciona un gas protector
a base de CO2 procedente del mármol y del
fluoruro de silicio formado a partir de la fluorita e espato
flúor, en reacción con el SiO2. Funden a
temperaturas muy elevadas (aprox. 2.000 °C), razón por
la cual necesitan un fundente en su composición, como el
espato flúor.

La elevada proporción de TiO2 y de
silicato potásico, permiten su uso en corriente alterna.
Son fuertemente higroscópicos, por lo que precisan de
ciertas precauciones para evitar que una retención de
humedad origine porosidades en el metal depositado y fisuraciones
bajo el cordón en el soldeo de aceros ferríticos de
alta resistencia o límite elástico.

Escorias.

Pertenecen a los sistemas
CaO-SiO2, 2CaO-SiO2 y 3Cao-SiO2.
La escoria es poco abundante, de color pardo y
aspecto brillante. Su fluidez se controla agregando espato
flúor al revestimiento. Sube a la superficie con rapidez
por lo que son poco probables las inclusiones. Se elimina con
menos facilidad que la de los otros tipos de
electrodos.

Arco.

En general, la velocidad de fusión no es elevada
ni tampoco soportan grandes intensidades de corriente. Ofrecen
una velocidad de soldeo razonable en posición horizontal o
cornisa y más rápida en vertical ascendente, porque
es esta posición admiten una intensidad de corriente
más alta que otros electrodos.

La longitud de arco es más corta que en el caso
de los rutilos. La tensión de cebado es elevada, aprox. 65
V. Por esta razón, algunos fabricantes proceden a
impregnar de grafito, excelente conductor eléctrico, uno
de los extremos del electrodo, para facilitar de esta manera el
encendido del arco. Los básicos son más
difíciles de manejar que los otros electrodos.

Rendimiento gravimétrico.

Oscila en torno al
110%.

Metal depositado.

En el momento de la fusión se produce una
verdadera micrometalurgia, con fijación de elementos
metálicos en el metal fundido. Pueden obtenerse
así, por adición de elementos adecuados tales como
Mn, Cr, Ni, Mo, etc. soldaduras de elevadas
características mecánicas y de alta resistencia
contra determinados agentes corrosivos. El metal depositados se
encuentra prácticamente exento de impurezas, libre de
hidrógeno ( H2 £ 10 ppm) y de porosidad, si el
revestimiento está seco. Posee además una elevada
capacidad de deformación (d
aprox. 30%) y presenta una alta tenacidad.

Precauciones específicas.

Si el electrodo, por su higroscopicidad, ha captado
humedad deposita un metal poco dúctil y, en determinadas
circunstancias, propenso a fisuración bajo el
cordón. Para evitar ambos fenómenos, los electrodos
básicos que hayan estado expuestos a un ambiente
húmedo, deben secarse siguiendo estrictamente las
recomendaciones de su fabricante.

La temperatura de secado en horno o estufa y el tiempo necesario
de permanencia a esa temperatura deben ser los adecuados a la
composición del revestimiento, que sólo el
fabricante conoce la exactitud. En efecto, la humedad absorbida
se encuentra en forma de hidrato lo que requiere temperaturas
elevadas para extraer el agua
atrapada en los cristales.

Aplicaciones.

El campo de aplicación es muy amplio. Una de las
ventajas de los electrodos básicos es que pueden eliminar
el S por su reacción con el Mn, formando compuestos que
pasan a la escoria, por lo que la soldadura realizada con este
tipo de electrodos muestra una gran
resistencia al agrietamiento en caliente.

El metal depositado es poco sensible a la
fisuración, incluso en soldadura sometidas a fuertes
tensiones de embridamiento por condiciones de rigidez. Se
utilizan ampliamente en la soldadura de estructuras
metálicas, recipientes sometidos a presión,
construcción naval y maquinaria. Para
resolver el problema de su fuerte higroscopicidad, actualmente se
están desarrollando electrodos básicos menos
propensos a captar humedad: electrodos LMA (Low Moisture
Absortion).

Electrodos de gran
rendimiento.

Clasificación AWS de electrodos para aceros al
carbono: AWS-E-6027 (ácido), AWS-E-7014 (rutilo),
AWS-E-7018 (básico), AWS-E-7024 (rutilo) y AWS-E-7028
(básico).

Características
específicas.

Se denominan electrodos de gran rendimiento aquellos
que, cualquiera que sea la naturaleza de la composición de
su revestimiento, tienen un rendimiento gravimétrico
superior al 130%. Si en los electrodos clásicos, como
acabamos de ver, el rendimiento suele oscilar entre el 80% y
100%, con esta clase de electrodos se puede llegar hasta el
240%.

El rendimiento de un electrodo viene dado por la
relación del peso del metal depositados al peso de la
varilla fundida. La norma UNE-14.038 versa sobre la
determinación del rendimiento de los electrodos. En
general, para su evaluación
se desprecian 40 mm de su longitud, aproximadamente igual a la
parte desnuda del alma que se aloja en la pinza portaelectrodos
de 450 mm y 310 mm para los que poseen una longitud original de
350 mm.

Esta clase de electrodos fue desarrollada por VAN DER
WILLIGEN en Holanda a partir del año 1.947,
añadiendo polvo de Fe al revestimiento. Parece
lógico suponer que la posición sobremesa es la
más fácil y favorable para la soldadura. En efecto,
en esa posición el metal fundido se beneficia de la
fuerza de la
gravedad y se pueden conseguir las máximas velocidades de
deposición. Después de ésta, la más
ventajosa es la horizontal en ángulo. Por la economía que supone
soldar en ambas posiciones se han desarrollado electrodos
específicos que únicamente pueden emplearse en
estas posturas de soldeo. Pertenecen a este grupo aquellos
electrodos cuya penúltima cifra en su designación
AWS es un 2. Se les llama también electrodos de contacto.
El rendimiento de un electrodo, en general, es función de
la naturaleza del revestimiento, del diámetro y de la
intensidad de la corriente.

Aplicaciones.

Estos electrodos requieren altas intensidades de soldeo
para lograr fundir, además del alma, el polvo de Fe
agregado a su revestimiento, por lo que resulto necesario
fuentes de
energía potentes. Se seleccionan para reducir costes en
soldadura, tanto en construcción naval como en talleres de
calderería pesada.

Los electrodos de contacto se emplean en soldadura por
gravedad mediante unos aparatos mecánicos. En los
astilleros, cada operarios puede controlar 2-4 aparatos
simultáneamente. Los electrodos básicos de gran
rendimiento con elevadas características mecánicas
son utilizadas en construcción off-shore y
calderería pesada, donde se exigen altos valores de
impacto a baja temperatura.

6. Selección
del tipo de corriente.

La clase de corriente depende fundamentalmente del tipo
de electrodo que se va a utilizar. A pesar de que la corriente
continua es la más común, la amplia gama de
electrodos actualmente en el mercado, que deben utilizarse con
corriente alterna han hecho que crezca el uso de este tipo de
corriente.

El coste de la energía con corriente alterna es
menor que con corriente continua pero representa una parte poco
relevante del coste total de soldadura, no siendo un factor
decisivo la selección del tipo de corriente.

Comparación entre uso de corriente continua y
alterna.

7.
Aplicaciones.

El proceso SMAW se utiliza por su versatilidad en una
amplia gama de aplicaciones tanto en taller como en obra en la
soldadura de materiales de espesor superior a 1,5 mm. Los
sectores de mayor aplicación son la construcción
naval, de máquinas,
estructuras, tanques y esferas de almacenamiento,
puentes, recipientes a presión y
calderería, etc. La selección de los electrodos
tiene una influencia decisiva en la calidad y el
coste de la soldadura.

Para el usuario, es muy importante disponer de una
correcta relación de electrodos con finalidades
específicas. En este sentido, los catálogos y
folletos que editan los fabricantes suelen contener información hacer de diámetros,
parámetros de uso, revestimientos y precauciones sobre el
almacenaje y funcionamiento de cada uno de sus productos. Se
expondrá a continuación dos aplicaciones, la
primera por su novedad y la segunda por lo generalizado de su
uso.

SOLDADURA BAJO AGUA.

Introducción.

Los propietarios de instalaciones marinas saben por
experiencia que la soldadura realizada por buzos en contacto con
el agua ofrece
una deficiente calidad desde el punto de vista
metalúrgico. En aquellas condiciones, es muy
difícil cumplir las exigencias de la especificación
1104 del American Petroleum Institute, API.

La idea de soldar en seco en una cámara
hiperbárica fue el resultado de los experimentos
llevados a cabo por EDWIN LINK en el año 1.966. El
objetivo era
conseguir una soldadura en un ambiente a
presión superior a la atmosférica, o
hiperbárico, que pudiese satisfacer los requisitos de la
API 1104. Desde esa fecha, el proceso ha evolucionado y
está sujeto a continuos avances en cuanto a desarrollo de
nuevas técnicas y
equipos.

Definición.

La soldadura hiperbárica es un proceso de
soldadura realizada en seco y a presión ligeramente
superior a la columna de agua correspondiente a la profundidad a
la que se está trabajando y en la que el soldador opera en
seco dentro de una cámara o habitáculo dotada con
un sistema de máscaras orales/nasales diseñado
especialmente para soldadores, mecanismo de expulsión de
gases, iluminación y control del
ambiente junto con el equipamiento típico inherente a la
operación a practicar.

Proceso de soldadura.

Las primeras soldaduras se hicieron totalmente con el
proceso TIG. Recientes investigaciones
aconsejan como mejor combinación, TIG para la pasada de
raíz y SMAW para las pasadas de relleno. Hasta el momento
se han desechado otros procesos de
soldeo a causa de los reducido del recinto y la necesaria
operatividad del soldador.

Debido a la precisión en el interior de la
cámara hiperbárica y a su elevada humedad relativa,
esta soldadura presenta variables que
la hacen distinta a la realizada en condiciones
atmosféricas estables. Estas variables
son:

• Modificación de la estructura
  del arco eléctrico, siendo necesario una mayor
  tensión para mantener su estabilidad.
• Mayor penetración.
• Mayor producción de escoria.
• Mayor producción de humos, que dificultan la
  visibilidad. A profundidades de 75 m y mayores llegan incluso a
  impedir la observación del arco.
• Velocidades de enfriamiento elevadas debido al alto
  poder
  refrigerante de la mezcla de gas helio que se utiliza para
  presurizar la cámara.
• Cuando se suelda por el proceso de SMAW se producen
  fenómenos de difusión química que influyen
  en las reacciones metalúrgicas en el sentido de aumentar
  el contenido en C y disminuir el de Mn y Si.
• Mayor absorción de gases por el metal fundido,
  por soportar una presión mayor.

Equipo necesario.

El equipo para la realización de este tipo de
soldadura consiste en:

Una habitación de chapa de acero totalmente
soldada llamada cámara hiperbárica. Este
compartimiento posee los medios
necesarios para poder alinear las tuberías a reparar o
unirlas por medio de tenazas accionadas con dispositivos
hidráulicos.

La cámara se encuentra centrada entre el
mecanismo de tenazas y está provista de tanques laterales
de flotación. Estos tanques se utilizarán para la
maniobra de inmersión y estabilidad del conjunto. Por
medio de juntas especiales se sella el compartimiento y se
procede al vaciado de agua. Dentro de la cámara se
mantiene una atmósfera inerte para eliminar el peligro de
incendio. Los soldadores respiran una mezcla de gases a
través de un sistema de máscaras.

El sistema está conectado a la superficie por
medio de una manguera, a modo de cordón umbilical, por
donde se envían a la máscara gases para la respiración, gases para el soldeo y para el
precalentamiento de la junta cuando sean necesarios, energía
eléctrica para iluminación, comunicaciones
telefónicas y energía para la soldadura. Existe un
módulo de control en la
superficie para coordinar todas las fases y operaciones y
vigilar el estado
físico de los soldadores. Normalmente, estas
cámaras se fabrican de forma que sean fácilmente
transportables por camión, ferrocarril, avión,
etc.

Montajes y reparación de tuberías y
plataformas.

Las plataformas marinas de extracción de crudo de
petróleo,
estructuras y líneas submarinas que se hayan y necesitan
reparaciones o modificaciones a causa de deformaciones debidas a
colisiones, efectos climatológicos u otros factores, se
pueden reparar utilizando las cámaras
hiperbáricas.

Estos compartimientos se construyen de acero y se
sitúan empernados y sellados alrededor de la
tubería o estructura. Para contrarrestar la tendencia a la
flotabilidad de la cámara se utilizan cables de
sujeción, tenazas o partes fijas o lastre, en
función de la geometría
del conjunto.

Una reparación típica incluye:

• corte y preparación de bordes;
• empalme por soldaduras en ángulo o a
  tope;
• amolado para la eliminación de la
  escoria.

Normalmente se emplea soldadura TIG para la primera
pasada y soldadura con electrodos manuales de bajo
contenido de hidrógeno o básicos para el relleno
del resto de la junta. Las soldaduras en ángulo se
realizan exclusivamente por SMAW. El proceso TIG, aunque
más lento, facilita un buen ajuste y produce una soldadura
de buena calidad. El proceso de soldadura SMAW se emplea por su
facilidad de aplicación, por el poco equipamiento pues
aquí la libertas de movimientos es esencial y
fundamentalmente por su rapidez.

Campo de aplicación.

Actualmente las técnica de cámara
hiperbárica o soldadura bajo presión con medios humanos
llegan hasta los 200 m de profundidad. Por los ensayos
realizados se prevé que el límite de
utilización puede estas en los 300 m pues por el momento a
mayor profundidad los problemas
metalúrgicos y la utilización de buzos las hacen
inviables, debiendo acudirse a otras técnicas.

SOLDADURA DE ESTRUCTURAS
METÁLICAS SOMETIDAS A CARGAS
ESTÁTICAS.

En la construcción de naves industriales a base
de estructuras metálicas el autor recomienda seguir la
Norma UNE-14.035 para el cálculo de
los cordones de soldadura. Cuan la estructura pueda prefabricarse
en taller, es posible la utilización de los procesos GMAW
y SAW, que por su automatismo presentan ventajas
económicas. Si ha de construirse en obra, es inevitable el
uso total o parcial del proceso SMAW.

Desde el punto de vista constructivo, es
técnicamente aceptable el uso de electrodos de rutilo, que
presentan ventajas de rapidez y economía sobre los
electrodos básicos, aunque estos últimos son
aconsejables si se exige una buena tenacidad a las uniones
soldadas, de acuerdo con la climatología del lugar de
emplazamiento o las cargas dinámicas asociadas a la
sustentación de la estructura. Ante la dificultad de
realización de ensayos no
destructivos, se recomienda utilizar una garganta mínima
de 5 mm para aseguras la fusión.

Asimismo, resulta una buena práctica
añadir 1mm como mínimo a la garganta resultante del
cálculo, en concepto de
sobreespesor disponible para corrosión durante la vida de la
estructura.

Autor:

José Ramírez

Universidad Central de Venezuela.
Facultad de Ingeniería.

Escuela de Ingeniería Mecánica.