Soldadura MAG de estructuras de acero al carbono. FMEC0210

3.2. Preparación de las uniones a soldar

Antes de proceder a la unión de piezas mediante soldadura, es conveniente realizar una serie de operaciones previas que facilitan el proceso de soldeo, así como mejorar las características de la soldadura, en cuanto a su resistencia, estanqueidad, etc. Este proceso de preparación está compuesto por distintas operaciones, las cuales pueden ir desde limpiar y descontaminar la zona a soldar hasta realizar un mecanizado para facilitar el proceso de soldadura.

El mecanizado de los bordes de las piezas metálicas es uno de los principales procesos para la preparación de la junta de soldadura. Generalmente consiste en un chaflán en las piezas que se van a unir. La geometría y espesor del chaflán dependerá del acabado y características que se quiera conseguir con el equipo de soldeo seleccionado.

A continuación, se pueden observar algunas de las geometrías más usuales en el achaflanado de piezas para la mejora del proceso de soldado:

1 Biselado: consiste en realizar una pequeña hendidura en el borde de una de las piezas, de forma que facilite la acumulación de material de aporte de la soldadura.

1 Chaflán en V: consiste en realizar un biselado opuesto en ambas piezas. Esta clase de juntas permite la unión de dos piezas enfrentadas sin que sobresalga excesivamente la soldadura, consiguiendo la continuidad de sus planos. El mecanizado se realiza de forma simétrica en las dos piezas a soldar.

1 Biselado doble: consiste en el mecanizado del borde de una de las piezas, en el que se realiza un doble bisel, por lo que la soldadura ha de realizarse en ambas caras de las piezas a enfrentar.

1 Chaflán en V doble: consiste en realizar un biselado doble a cada una de las piezas que se va a unir por enfrentamiento. El mecanismo se realiza de forma simétrica en las dos piezas soldar.

1 Chaflán en J: consiste en realizar un biselado curvo de uno de los bordes de una de las piezas que se van a unir.

1 Chaflán en U: en este caso se realiza un biselado curvo de cada uno de los bordes de las dos piezas que van a unirse. El mecanismo se realiza de forma simétrica en las dos piezas soldar.

1 Chaflán en J doble: consiste en aplicar un doble achaflanado curvo por ambas caras de uno de los bordes de la pieza.

1 Chaflán en U doble: consiste en realizar un chaflán en J doble para cada una de las piezas que se van a unir. El mecanismo se realiza de forma simétrica en las dos piezas soldar.

1 Rebordeado del canto: consiste en doblar el borde de la pieza para aumentar la superficie de unión de la soldadura.

1 Chaflán escarpado: el chaflán escarpado consiste en un mecanizado de geometría opuesta de los bordes de las piezas que se van a unir, de forma que el hueco en uno de los materiales es rellenado por el borde de la otra pieza.

Nota

En lugar de emplear chaflanes en V o V doble se emplean chaflanes en U o J, bien sean simples o dobles, ya que permiten el ahorro de material de aportación de la soldadura y reducen las deformaciones al emplearse una menor temperatura para el proceso de soldeo.

Aplicación práctica

Está trabajando en el taller y tiene que ejecutar una soldadura a tope de dos planchas de acero al carbono de pequeño espesor. Antes de proceder con la operación de soldado mediante un equipo MAG, debe practicar un mecanizado que facilite la unión. Explique qué tipo de junta va a realizar y exponga los motivos que le han llevado a decantarse.

SOLUCIÓN

Puesto que se va a realizar la unión de dos perfiles de acero al carbono de pequeño espesor, se practicarán chaflanes de tipo U o J en los bordes de las piezas descartando los chaflanes de tipo V o doble V, ya que con ello se conseguirá reducir el calor aportado a la unión, que en el caso de perfiles de pequeño espesor es aconsejable puesto que se reducen las deformaciones producidas por las altas temperaturas generadas por la soldadura. Por otra parte, optaré por una solución de tipo simple para reducir los tiempos y costes de mecanizado, es decir, practicaré chaflanes en ambas piezas, para aumentar la superficie de unión, pero en una de sus caras, con lo que también reduzco los tiempos de soldeo.

3.3. Técnicas y normas de punteado

Mediante el sistema MAG se pueden realizar soldaduras en forma de puntos discontinuos. Además, presenta la ventaja con respecto a la soldadura por puntos mediante resistencia de no requerir el acceso a las dos piezas a unir.

Como norma, se emplea la soldadura MAG por puntos para la fijación de piezas de acero de pequeños espesores (no superiores a 5 mm), aunque también se puede utilizar como operación previa a la soldadura de grandes piezas para mantenerlas unidas durante el proceso y evitar deformaciones.

Para realizar soldaduras por puntos con equipos MAG, es necesario disponer de los siguientes elementos adicionales al equipo de soldeo convencional:

1 Sistemas que controlen la velocidad de alimentación del alambre, de forma que asegure el rellenado del hueco con el metal de aporte.

2 Tobera con huecos que permitan al gas protector su salida cuando la boquilla sea presionada contra el material a soldar.

La técnica para realizar una soldadura en forma de punto con un equipo MAG consiste en situar la pistola ejerciendo presión sobre la pieza de menor espesor a unir, e iniciar el arco manteniendo inmóvil la boquilla hasta que el temporizador produce el corte de la corriente.

Para evitar perforaciones en las piezas a la hora de soldar chapas o perfiles de acero al carbono, se deben tener en cuenta los siguientes tiempos a los que se debe establecer el temporizador.

Actividades

4. Exponer brevemente qué diferencias existen entre una soldadura por puntos mediante un equipo MAG y un equipo de soldadura por resistencia. Para ello, buscar información e ilustraciones que faciliten la respuesta.

4. Instalación y mantenimiento básico del equipo de soldeo MAG

La soldadura MAG es un procedimiento en el que se produce un arco eléctrico entre el electrodo y la pieza a soldar, y el cual se desarrolla dentro de una envolvente de gas protector.

El equipo de soldeo MAG se compone de los siguientes elementos:

1 Generador.

2 Fuente de suministro de gas.

3 Unidad de alimentación de hilo.

4 Pistola.

5 Unidad de control.

6 Carrete de alambre o hilo.

7 Regulador del gas de protección.

8 Mangueras y cables.

9 Sistema de refrigeración (si el equipo dispone de dicho sistema).

Generador

El generador o fuente de alimentación produce corriente continua, que genera el arco eléctrico entre el electrodo y la pieza, necesaria para alcanzar la temperatura adecuada que permite fundir el hilo de aporte y establecer la unión de las piezas. Para ejecutar una soldadura de forma correcta con un equipo MAG se debe mantener una tensión y longitud de arco constantes, bien aportando hilo a la misma velocidad de fusión o bien fundiendo hilo a la misma velocidad de alimentación.

Definición

Hilo

Material metálico de aporte que a cierta temperatura se funde para realizar la unión mediante soldadura de dos piezas metálicas.

Se pueden distinguir dos clases de generadores:

1 Generadores de intensidad constante: estos generadores aportan su máxima tensión a circuito abierto y su intensidad máxima cuando el electrodo entra en contacto con la pieza. Para establecer los parámetros de trabajo seleccionados, ha de separarse el electrodo de la pieza.

2 Generadores de potencial constante: estos generadores mantienen constante el voltaje con independencia de la intensidad circulante. La ventaja de estos generadores reside en la aportación de una intensidad casi ilimitada para el fundido del electrodo, por lo que mantiene un arco de longitud constante y permite su autorregulación.

Generador de un equipo de soldadura MAG

El generador utilizado en un proceso de soldadura MAG siempre debe ser de corriente continua, ya que proporcionará un arco eléctrico constante. Utilizar un generador de corriente alterna conllevaría la obtención de una tensión variable, por lo que la longitud del arco eléctrico no sería estable, generando una soldadura MAG incorrecta.

Nota

El fenómeno del arco autorregulado consiste en crear un cortocircuito de tensión muy elevada al entrar en contacto el hilo de aporte con la pieza, generándose un arco instantáneo que produce la fusión del hilo de aporte. Una vez generado el arco manteniendo una intensidad necesaria se consigue la autorregulación que genera una longitud de arco constante.

Fuente de suministro de gas

El gas se mantiene comprimido en una botella que dispone de manorreductor que regula la salida de presión de este. Con un caudalímetro se establece el caudal necesario para la ejecución correcta de la soldadura. El conducto del gas está conectado con la unidad de control, donde una electroválvula accionada por el interruptor de la pistola permite el paso del gas protector durante el tiempo de soldeo. Las botellas de gas comprimido cuentan con sistemas de seguridad para evitar fugas e incluso la explosión del recipiente a presión en caso de exponerlo a altas temperaturas.

Botella de gas para soldadura MAG

Actividades

5. ¿Qué gases de protección se emplean en soldadura MAG? Realizar una búsqueda de los gases más habituales.

Unidad de alimentación de hilo

La unidad de alimentación de hilo o alambre consta de un sistema que permite abastecer de material de aporte a la soldadura. Del correcto suministro de la cantidad de alambre necesario depende la uniformidad y calidad de la soldadura, siendo una velocidad constante el requisito óptimo para cumplir con las características especificadas.

Por lo general, los sistemas encargados de la alimentación del hilo trabajan a velocidades constantes previamente fijadas al inicio de la soldadura, que permiten desenrollar de forma adecuada el hilo que se encuentra arrollado en la bobina.

Pistola

La pistola de soldar de un equipo MAG realiza las siguientes funciones:

1 Permite dirigir el alambre o material de aporte.

2 Establece el arco eléctrico entre el electrodo y la zona de soldadura.

3 Abastece de gas protector al proceso.

4 Permite iniciar e interrumpir el proceso de soldadura.

Las pistolas empleadas en la soldadura MAG son complejas y algunos equipos pueden montar sistemas de refrigeración. Con el gatillo de la pistola se puede controlar el paso de la corriente, el sistema de alimentación de hilo y el aporte de gas protector.

Los elementos de los que se compone una pistola MAG son:

1 La boquilla, cuya construcción se realiza generalmente en cobre.

2 El tubo de contacto, que permite guiar al electrodo a través de la boquilla y aporta el suministro de corriente.

3 El tubo de alimentación de hilo procedente de la bobina.

4 La tubería de suministro de gas de protección.

Unidad de control

La unidad de control está compuesta por un panel que permite maniobrar y establecer de forma manual todos los parámetros necesarios para la ejecución correcta de la soldadura; como por ejemplo la tensión, intensidad o velocidad de abastecimiento del hilo. En algunos casos, los paneles de control permiten seleccionar de manera automática parámetros como la intensidad de corriente en función del diámetro del alambre, o la velocidad de alimentación del mismo.

Nota

Un soldador debe conocer los elementos que conforman un equipo de soldadura para realizar un correcto mantenimiento de los dispositivos a nivel de usuario, siendo capaz de realizar acciones como: sustituir el hilo del carrete cuando se acabe o limpiar la boquilla en caso de que se atasque.

Carrete de hilo

El hilo o material de aporte se presenta arrollado en un carrete para ser instalado en el sistema de alimentación de abastecimiento del equipo de soldeo.

El diámetro y la composición del alambre varían en función de las características que se quieran conseguir en la soldadura. El alambre se desenrolla del carrete mediante un sistema de arrastre compuesto por dos rodillos, tal como se puede apreciar en la siguiente figura.

Actividades

6. ¿Cuál es el material empleado como hilo de aporte en la soldadura MAG?

Regulador de gas protector

El gas protector se canaliza desde la botella mediante una manguera o tubería, la cual instala dispositivos de reducción de presión y caudalímetro, que junto con la pistola permite regular los parámetros de paso de gas protector. Seleccionar adecuadamente estos parámetros es muy importante para obtener una unión soldada sana, libre de óxido y resistente, la cual asegure una unión de forma correcta con el paso del tiempo.

Regulador de gas protector

4.1. Mantenimiento de un equipo de soldeo MAG

En los equipos de soldeo MAG se debe realizar un correcto mantenimiento que permita obtener soldaduras de alta calidad, reducir tiempos por averías, reducir costes por pérdidas de sobrantes, evitar desperfectos que generen soldaduras incorrectas, etc.

Para el mantenimiento de un equipo de soldeo MAG se deben ejecutar los siguientes pasos:

1 Comprobar el correcto funcionamiento de la fuente generadora de corriente. La fuente de alimentación debe estar calibrada para generar una corriente continua de electricidad, evitando fluctuaciones en el arco. También deberá comprobarse el reostato del generador que permite controlar el voltaje de la máquina.

2 Comprobar el correcto funcionamiento del sistema de alimentación de alambre. Este sistema debe desenrollar de forma continua el hilo metálico arrollado en el carrete. Se debe comprobar que la velocidad de los rodillos sea continua sin que se produzcan saltos que generen errores en la aportación del material. También se debe comprobar que se pueden seleccionar distintas velocidades en función de las características deseadas en la soldadura.

3 Comprobar el correcto estado de los motores de arrastre del hilo y limpiar los rotores de suciedad y material acumulado que pueda producir averías en el motor, produciendo su calentamiento o atascándolo.

4 Comprobar el estado de las mangueras y cables, asegurarse de que no existen fugas de gas protector o la existencia de cables pelados que puedan provocar accidentes eléctricos. Mantener correctamente enrollados los cables y mangueras, evitando colocaciones y retorcimientos que puedan provocar el corte del suministro o crear situaciones de peligro. Evitar el trazado de los conductores por zonas de paso.

5 Comprobar la boquilla y la pistola de soldar. Realizar una inspección visual que confirme el correcto estado de la pistola de soldar, asegurándose de que no existen elementos externos que puedan obstruir el paso del gas por los orificios de salida, comprobar que no existen golpes o daños en la boquilla, asegurarse de que no existen dobleces o abolladuras en los conductos. En caso contrario, sustituir por otra boquilla nueva.

6 Comprobar el funcionamiento de los caudalímetros y manorreductores. Asegurarse de que las botellas de almacenamiento de gas no presentan fugas y que se encuentran dentro de los niveles deseados.

Aplicación práctica

Imagine que trabaja en el área de mantenimiento de un taller metálico y se dirige a inspeccionar uno de los equipos de soldadura MAG. El procedimiento que lleva a cabo es el siguiente:

1 Comprobar el correcto funcionamiento de la fuente generadora, la cual debe estar calibrada para generar un arco estable de corriente alterna.

2 Comprobar el sistema de alimentación de alambre, que debe desenrollar el electrodo de forma discontinua, en función de la cantidad de material de aporte necesario.

3 Comprobar el estado de las mangueras y cables y anudarlos para evitar que se desenrollen.

4 La boquilla de soldar presenta una abolladura fruto de un golpe, con lo que habrá que enderezarla a su forma original, calentando la boquilla y moldeándola con un cincel y un martillo.

5 Comprobar el funcionamiento de los caudalímetros y manorreductores, para asegurarse de que no existen fugas.

El proceso de inspección y mantenimiento descrito recoge una serie de errores. Detéctalos y corrígelos.

SOLUCIÓN

Primero, la fuente generadora debe producir un arco mediante corriente continua en lugar de alterna.

El sistema de alimentación de alambre debe suministrar este de forma continua.

Las mangueras y cables no deben anudarse, sino arrollarse de forma que no se retuerzan los cables y conductos pudiendo producir el corte de suministro.

Finalmente, si la boquilla de soldar presenta abolladuras o desperfectos graves, ha de ser sustituida por otra y no intentar arreglarla.

5. Instalación de los útiles de sujeción

Además del equipo de soldadura anteriormente estudiado, el proceso de soldeo requiere una serie de útiles que faciliten la sujeción o el agarre de las piezas que van a ser fijadas. Los perfiles de acero normalizados pueden presentar unas formas estandarizadas que en ocasiones pueden ser un inconveniente para ser apoyadas o fijadas durante el proceso de soldadura en fábrica. Además, estos perfiles pueden ser de tamaños y pesos considerables, dificultando aún más el proceso de agarre.

Las herramientas diseñadas para sujetar o fijar las piezas con las que se está trabajando pueden ser de diferentes formas y tamaños dependiendo del tipo de trabajo a desempeñar o de la pieza a sujetar. Los más utilizados son: tornillo de banco, alicates y mordazas. En algunas ocasiones son estos mismos utensilios los encargados de conectar eléctricamente la pieza con el equipo de soldeo.

5.1. Tornillo de banco

El tornillo de banco es una herramienta que permite sujetar los perfiles a la bancada en la cual se va a ejecutar la soldadura. Está fabricado de acero y tiene aspecto robusto. Consta de dos mordazas, una fija y otra móvil que se acciona mediante un husillo de tornillo sin fin. Normalmente está fijado al banco mediante tornillos que aseguran su firmeza. El sistema de funcionamiento consiste en introducir la pieza entre las mordazas y girar el husillo, provocando el cierre de estas. La fuerza de fijación dependerá del apriete del husillo. En ocasiones en que se quiera fijar una pieza delicada o de una geometría complicada, se pueden utilizar unas protecciones para las mordazas de un material más blando o moldes calzadores con la forma deseada.

El tornillo de banco ha de ser instalado en una superficie que presente suficiente resistencia como para soportar las fuerzas a las que será sometida la pieza. Debe realizarse un correcto apoyo del tornillo de banco, de forma que se eviten superficies abombadas o curvas que puedan producir inestabilidad en el agarre de la pieza. Debe preverse, en su instalación, la libertad de giro de su tornillo, sin que existan obstáculos que puedan dificultar las labores de fijación de la pieza. El tornillo de banco debe presentar unas características y resistencias acordes a los trabajos que se van a ejecutar en la bancada.

Tornillo de banco