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Soldadura con electrodo revestido (página 2)




Enviado por Redro Rodriguez



Partes: 1, 2

Propiedades
operativas en un electrodo de soldadura

Por propiedades operativas de los electrodos durante el
proceso de soldadura se entiende la capacidad de éstos de
permitir el encendido, de mantener la estabilidad del arco, de
garantizar una forma adecuada del cordón y de formar en la
superficie del mismo una capa fácil de
desprender.

Si bien de una parte, la mayoría de los
fabricantes sustentan la calidad de la producción de
electrodos en los parámetros de consumo [5, 16], y
evidentemente en las propiedades del metal depositado que es en
definitiva lo que muestran en sus catálogos; de otro lado,
muchas investigaciones, sin perder de vista estos aspectos,
centran su interés en mejorar estas características
abordándolas desde una perspectiva fenomenológica
(Transferencia Metálica y de Carga, Microestructura del
Metal depositado y la Zona Afectada por el Calor, Transferencia
de elementos de Aleación, Fenómenos de
Dilución y Propiedades de las Escorias) [1, 4, 9, 10,
17].

1.2.1 Parámetros de
consumo

Durante la práctica industrial de la soldadura se
hace necesario normar los tiempos de ejecución de la
misma, determinar parámetros del régimen de soldeo,
establecer el consumo de materiales de aporte o determinar sus
costos. Las características económicas de los
electrodos son evaluadas a través de los parámetros
de consumos siguiendo para ello las instrucciones de la norma
elaborada con este fin [18].

Si bien se brinda especial importancia en esta norma a
las tasas de fusión y de deposición como
principales parámetros, no se contemplan los consumos
efectivos de potencia eléctrica, ni la facilidad de
encendido y reencendido del arco, la facilidad de desprendimiento
de la escoria, aspectos que modifican la operatividad del
electrodo influenciando los costos de las producciones. Por otra
parte, el reencendido y mantenimiento del arco, lo cual tiene
estrecha relación con la estabilidad en la transferencia
de masa y carga a través del arco y la morfología
del cordón.

Desprendimiento de la escoria

Desde el punto de vista de la adherencia mecánica
de la escoria se separan más fácil, aquellas
escorias con poca resistencia, con mayor coeficiente de
dilatación lineal y de alta temperatura de
reblandecimiento, siendo determinada fundamentalmente por su
resistencia mecánica y no por la fuerza de adherencia de
ésta con el metal.

Se plantea por [19] que la mayor adherencia tiene lugar
cuando se forma una capa de óxidos mixtos, de 1,5
Monografias.coma proximadamente,
entre el metal y la escoria. Los óxidos divalentes de
varios metales de transición (fundamentalmente de la
primera serie) que se forman por la oxidación en la
interfase (metal- escoria) se diluyen en la superficie de la
escoria y según su viscosidad se transportan lentamente
hacia el interior de ésta, por lo que no da tiempo a que
su concentración en la superficie sea alta.

Una elevada capacidad oxidante puede empeorar
bruscamente la capacidad de desprendimiento de la costra de la
escoria de la superficie de la costura. En realidad, si la
concentración de los óxidos de hierro en la escoria
es elevada, la oxidación de las capas superficiales del
metal puede ocurrir incluso hasta su solidificación. Sobre
la superficie del metal se forma una fina película de
óxido, compuesta fundamentalmente de FeO cristalizado en
el sistema cúbico. La red cristalina del FeO es una
estructura sobre la base de una red cúbica de Fe-O ?por
eso la película de óxido se agarra
fácilmente sobre la superficie del metal. La presencia en
la superficie de la interfase de la escoria de compuestos
cristalizados en el sistema cúbico, como el FeO, lleva en
su momento a acabar la construcción con estos compuestos
de retícula de óxido de hierro lo que significa un
agarre suficientemente resistente de la escoria con el metal.
Según el sistema cúbico cristalizan compuestos del
tipo espinela, que representan en sí óxidos
complejos de dos y tres valencias en metales; Al, Mg, Fe y
otros.

Cuando las escorias presentan menor densidad
éstas se liberan más fácilmente del metal
flotando sobre su superficie, lo que posibilita la
obtención de cordones de soldadura libres de inclusiones
exógenas.

1.2.3 Estabilidad del arco

Uno de los problemas en la valoración de la
operatividad eléctrica de los electrodos revestidos,
proviene del hecho de que la intensidad de corriente dependa de
la longitud del arco, entre otros factores. Cuando se establece
un arco con un electrodo revestido determinado, es necesario
alimentarlo a medida que se consume, tratando de mantener
constante a la longitud del arco. Al iniciarse el arco de
soldadura, el consumo del electrodo hace que la corredera [20]
baje gravitacionalmente, mientras la punta del electrodo se
consume por el intenso calor del arco.

La estabilidad del arco depende, entre otros factores,
del estado de ionización de los gases comprendidos entre
el ánodo y el cátodo. Por este motivo se puede
influir sobre la estabilidad de encendido del arco mediante la
introducción en el metal de elementos con bajo potencial
de ionización, lo cual casi siempre se logra a
través de la composición del revestimiento, como
bien lo plantea [21]. Como complemento a esto [22] señala
que los iones de los elementos referidos, en su movimiento hacia
el cátodo bombardean la mancha catódica, formando
segmentos, en los cuales decrece bruscamente el potencial de
salida y ocurre la mayor emisión de electrones.

Como ha demostrado [19] la apariencia externa del
cordón en gran medida depende de la uniformidad de
deposición del metal, relacionado con las condiciones de
cristalización del baño. Para una gran movilidad
del baño, por ejemplo, como resultado de la
combustión del carbono o el desprendimiento de los gases
disueltos, el aspecto externo del cordón empeora
significativamente.

La presencia de fluoruros o haluros en el revestimiento
desempeña un papel negativo, como señala [23], lo
cual está condicionado por el arribo a la atmósfera
del arco del anión F- o X-, junto al catión Ca2+.
Por esto la concentración del fluoruro de calcio en
valores excesivos, según [19], hace decrecer
significativamente la longitud del arco (la
estabilidad).

1.2.3.1 Transferencia
Metálica

La transferencia metálica del material de
soldadura del electrodo a la pieza en soldadura puede ser
definida de manera general de dos modos: por cortocircuito (short
circuit) y vuelo libre( transferencia globular y de transferencia
pulverizada (spray)) como refiere [24].

Para evaluar la transferencia metálica por
cortocircuito se tiene en cuenta la frecuencia de cortocircuitos
y el tiempo de cortocircuitos. Como refieren [9, 10] la
frecuencias de Cortos con transferencia metálica (Fm), es
definida como el inverso del tiempo entre cortos superiores a 2
ms y el tiempo medio de duración de los cortos con
transferencia de metal (Tm).

La transferencia de las gotas es gobernada por 2 fuerzas
en direcciones opuestas: la fuerza de gravedad en el sentido del
desprendimiento y la fuerza de tensión superficial que se
opone hasta que la gota haga contacto con el metal del
baño (Ver figura 2 del lado izquierdo), aumentando el
diámetro crítico de la gota [25]. Sin embargo
cuando la fuerza de tensión superficial es en el mismo
sentido del desprendimiento de la gota disminuye el
diámetro crítico provocando un encuellamiento de la
gota favoreciendo la transferencia metálica y reduciendo
el nivel de pérdidas por salpicadura (Ver figura 2 del
lado derecho).

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Figura 2. Direcciones de la acción
de fuerzas principales durante la separación de la gota en
arco [25].

Podemos agregar que en polaridad inversa los iones
voluminosos de Flúor (F-) que descienden hacia la punta
del electrodo realizan un efecto de apantallamiento al paso de
los electrones y reducen el efecto de calentamiento excesivo de
la gota y su pérdida de elementos. A su vez que, como
reporta [24] en este tipo de polaridad las gotas son mayores en
electrodos básicos, lo cual favorece la disminución
de pérdidas .

Propiedades de
las uniones soldadas

1.3.1 Dimensiones de los
cordones

La profundidad de penetración es el
parámetro geométrico principal de una unión
soldada, ya que de ésta depende su homogeneidad y
continuidad. Sobre el mismo van a influir todos los elementos que
constituyan aportes térmicos al baño fundido[26].
Con respecto al ancho del cordón, el mismo constituye un
parámetro que indica el ancho del baño fundido, lo
cual es un indicador de la capacidad del metal en estado
líquido para fundir los bordes a unir.

El aumento de la intensidad de corriente, provoca un
incremento de la profundidad de penetración lo que se
puede explicar por algunos autores [27, 28]. por el aumento de la
energía en la caída catódica (siendo CC+).
El aumento del contenido de oxígeno trae consigo un
aumento del tiempo de permanencia del baño a alta
temperatura y en consecuencia al aumento de la penetración
y el ancho del cordón como refiere [29].

Sobre la forma de la sección transversal del
cordón ejercen gran influencia las propiedades
estabilizadoras del revestimiento, la densidad de la escoria que
se forma y las propiedades de las escorias fundidas. Según
datos de [30] variando la longitud del arco y la profundidad de
su penetración en el metal base se puede variar el
coeficiente de forma del cordón Esto se logra variando las
propiedades estabilizadoras del revestimiento, de tal modo que un
revestimiento con bajas propiedades estabilizadoras lleva a la
disminución de la longitud del arco y la obtención
de un cordón estrecho (b), con gran profundidad
de penetración (hp). Para altas propiedades
estabilizadoras de las escorias fundidas hay un alargamiento del
arco y en consecuencia la obtención de un alto coeficiente
de forma del cordón.

La influencia de la tensión del arco sobre la
forma geométrica de la costura depende de forma
proporcional de la longitud del arco y además de la
composición de los gases que están en la zona del
arco. El incremento de la tensión del arco hace que
aumente la movilidad del mismo, como resultado de esto crece
considerablemente el ancho de la costura, permaneciendo casi
constante la profundidad de fusión dentro de los
límites normales que tienen lugar en la práctica.
Al incrementar el espesor del metal a soldar, aumenta la
intensidad de la corriente y esto debe ir acompañado del
aumento de la tensión del arco.

Estructura de la unión
soldada

La unión soldada se divide en dos
regiones: el metal de soldadura (MS) y la zona afectada por el
calor (ZAC) en el material base (MB), tal como se esquematiza en
la figura 3.

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Figura 3. Zonas de la unión
soldada

La Zona fundida es la región que alcanza la
fusión completa. Desde el punto de vista
metalúrgico en la misma ocurre un proceso de
solidificación de relativa complejidad con la presencia de
una microestructura primaria de granos columnares cuya
morfología depende del modo de solidificación. A
partir de la estructura primaria y como consecuencia de las
subsiguientes transformaciones de estado sólido aparece
una microestructura secundaria que confiere buena parte de las
propiedades mecánicas del metal de soldadura y
consecuentemente de la unión soldada. Por su parte esta
zona es resultado de un proceso de dilución entre el
material o metal de aporte y el metal base [31].

La ferrita acicular es la fase mas comúnmente
encontrada como producto de la descomposición de la
austenita en la soldadura de aceros al C-Mn y de baja
aleación. Es de considerable importancia
tecnológica, ya que provee una microestructura
relativamente tenaz y resistente. Se forma en un intervalo de
temperaturas donde las transformaciones reconstructivas se
vuelven relativamente lentas, y dan lugar a las transformaciones
del tipo cooperativas como la ferrita Widmanstatten, la bainita o
la martensita. La ferrita acicular y la bainita se forman en el
mismo rango de temperaturas y mediante el mismo mecanismo de
transformación. La principal diferencia entre ambas fases
reside en que la nucleación de ferrita acicular se inicia
en las inclusiones presentes en el acero, mientras que la
nucleación de bainita ocurre en los límites de
grano de la austenita. La bainita presenta una morfología
de paquetes compuestos por placas paralelas con desorientaciones
cristalográficas bajas, mientras que la morfología
de la ferrita acicular es por lo general más
caótica con placas orientadas en diferentes direcciones
[32].

En esta zona, su formación es favorecida por la
presencia de precipitados y, particularmente, de numerosas
inclusiones resultantes de la presencia de oxígeno, en
general, en cantidades superiores a los del metal base [33]. Este
fenómeno, se puede observar en la micrografía que
se muestra en la figura 4, presentada con dos resoluciones
diferentes.

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Figura 4. Microestructura del
cordón donde aparece la formación de la ferrita
acicular a partir de las inclusiones.

En la figura 5, se muestra de forma esquemática
la formación de las diferentes fases, en el cordón
de soldadura durante el enfriamiento, en el intervalo de
temperatura desde 800-500 ºC según el efecto que
pueden tener los diferentes factores en la formación de la
ferrita acicular [34, 35] Como se puede apreciar un aumento del
tamaño de grano austenítico conjuntamente con un
contenido significativo de elementos de aleación favorece
a la transformación perlítica, sin embargo existe
una relación entre elementos de aleación, tiempo de
enfriamiento, contenido de oxígeno y tamaño de
grano donde se logra la formación de un volumen
considerable de ferrita acicular.

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Figura 5. Representación
esquemática del efecto de los diferentes factores en la
formación de la ferrita acicular.

Conclusiones

  • 1) La calidad de la producción de
    electrodos en los parámetros de consumo y
    evidentemente en las propiedades del metal depositado centran
    su interés en mejorar estas características,
    abordándolas desde una perspectiva
    fenomenológica (Transferencia Metálica y
    Transferencia de elementos de Aleación).

  • 2) Los procesos metalúrgicos que tienen
    lugar en el baño de soldadura, sin aislar los
    contenidos de los elementos aleantes, influyen decisivamente
    en la transferencia de los elementos al metal del
    cordón y consecuentemente en las propiedades
    operativas como la geometría de los cordones y la
    productividad.

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Autor:

Kenia Sota Sol*

Yanelis Ríos Vizcaíno**

Amado Cruz Crespo***

Pedro Antonio Rodríguez
Peña****

* Empresa del Transporte, Villa
Clara

** Unidad Básica empresarial "Enrique
Villegas"

***Universidad Central "Marta Abreu" de Las
Villas.

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