Soldadura MAG de estructuras de acero al carbono. FMEC0210

5.2. Alicates

Los alicates son herramientas de agarre y sujeción de pequeño tamaño, que se componen de dos brazos articulados con unas bocas o mordazas en las puntas y son capaces de realizar la sujeción gracias a la fuerza ejercida en sus brazos. Existen diferentes tipos dependiendo del trabajo para el que están diseñados. Los más significativos son:

1 Alicates universales: son los más polivalentes. Su boca está diseñada para poder realizar operaciones de sujeción de piezas planas, redondas y realizar cortes de pequeños materiales como alambres.

2 De punta: son alicates en los que sus bocas acaban en forma de punta. La punta puede ser plana, redonda, alargada, etc. Están especialmente indicados para sujetar piezas pequeñas.

3 Pico de loro: son unos alicates en los que la forma de sus bocas son curvadas, de ahí el nombre. El tamaño de la abertura de las bocas es ajustable en diferentes tamaños y normalmente los brazos articulados son de mayores dimensiones, por lo que ejercen una gran presión entre sus bocas o mordazas.

Los alicates utilizados en labores de soldadura deben ser suficientemente robustos como para soportar impactos o caídas debidas al entorno propio donde se desarrollará el proceso de soldadura. Además, deben presentar tanto protecciones térmicas como eléctricas en los mangos, para evitar que el operario sufra daños.

Alicates de sujeción

5.3. Mordazas

Las mordazas son herramientas de sujeción parecidas a los alicates. Se utilizan para sujetar piezas o mantenerlas unidas. A diferencia de los alicates, al ejercer presión sobre ellas se pueden bloquear, dejando la pieza sujeta sin necesidad de mantener la presión con la mano. Suelen tener un mecanismo de tornillo sin fin que regula la apertura de las mordazas para ajustarse al tamaño de la pieza. Existen de varios tipos dependiendo de la forma de las mordazas (planas, de punta, abiertas, etc.).

Mordazas

La instalación de las mordazas para la fijación de piezas debe realizarse en zonas planas o curvas con calzadores, de forma que se asegure la inmovilidad de la pieza durante los trabajos de soldeo. En ocasiones, las mordazas pueden instalar el conexionado de uno de los polos necesarios para ejecutar la soldadura, por lo que ha de ser de un material conductor que ofrezca poca o ninguna resistencia al paso de la corriente.

5.4. Utillaje específico de fijación

Además de las herramientas para la sujeción anteriormente expuestas, existen utillajes específicos para la fijación de conjuntos de piezas de geometrías complicadas o características especiales. Estos útiles pueden ser de diferentes formas y tamaños, pero normalmente su empleo consiste en el enclavamiento del útil sobre las piezas a ensamblar. De esta forma, se evitan posibles movimientos entre los conjuntos que se están montando.

Utillaje de enclavamiento para un conjunto de piezas

Actividades

7. ¿Qué utillaje de fijación específico se conoce?

8. ¿Qué diferencia existe con el utillaje de fijación común?

Recuerde

Las herramientas para la sujeción son las diseñadas para sujetar o fijar las piezas con las que se está trabajando.

Las más usuales son: tornillos de banco, alicates, mordazas y útiles de fijación.

6. Selección de la forma de transferencia

En función de las características que se quieran obtener en la soldadura, el tipo de unión, el material de aporte, etc., se deberá seleccionar la forma de transferencia más adecuada al proceso que se va a desarrollar.

En un equipo de soldadura MAG se puede realizar la transferencia de material para la soldadura de cuatro formas distintas:

1 Transferencia por pulverización (espray). En este caso, el material se transporta mediante baño fundido, desprendiéndose el material desde el extremo del hilo en forma de pequeñas gotas discontinuas.

2 Transferencia por arco pulsado. Este modo de transferencia es muy similar a la transferencia en espray, pero en este caso las gotas se desprenden de forma controlada en intervalos de tiempo regulares.

3 Transferencia globular. En la transferencia globular se generan grandes gotas de material, normalmente de mayor tamaño que el electrodo o hilo, que caen en la pieza a soldar por su propio peso.

4 Transferencia por cortocircuito. En este sistema el material es transferido mediante salpicaduras generadas por la reacción del gas y la fuerza electromagnética sobre el electrodo.

6.1. Transferencia por pulverización (espray)

La transferencia por pulverización se caracteriza por la generación de pequeñas gotas que al atravesar el arco plasma se proyectan en la superficie de unión. El metal se desplaza a través del arco a gran velocidad debido a las fuerzas electromagnéticas, generándose una fuente de corriente ininterrumpida que crea un arco estable y continuo.

Para establecer el arco se requieren intensidades de corriente muy altas que le confieran gran estabilidad al arco, en cuyo núcleo central de forma cónica se produce el transporte de material.

Nota

Un gas, a elevada temperatura y densidad energética, puede alcanzar un determinado estado en el que se produce la ionización de sus partículas, llamado estado de plasma. Una vez alcanzado dicho estado, se convierte en un material conductor, el cual es capaz de generar un arco eléctrico al hacer pasar una corriente eléctrica a través de él.

Este sistema se selecciona generalmente para la unión de piezas de acero de grandes espesores o que requieren un gran aporte de calor y de material fundido para su rellenado.

Consejo

En la transferencia por pulverización, debido a la gran cantidad de material empleado, se recomienda ejecutar la operación de soldadura en posiciones horizontales, donde el tiempo de solidificación del material de aporte se mantenga sin producir derrames o goteos.

6.2. Transferencia por arco pulsado

En el caso del arco pulsado, la transferencia tiene lugar gracias a una corriente de baja intensidad de aporte continuo, denominada corriente base, que, junto con un pulso de alta intensidad denominado corriente pico, produce la fusión del hilo o material de aporte. La cantidad de gotas que se depositan puede controlarse mediante el número de impulsos de la corriente pico.

Este sistema, al emplear un menor aporte de calor, permite una reducción de las tensiones y deformaciones del material a unir, conservando las características propias del material.

La ventaja de emplear el sistema de transferencia mediante arco pulsado reside en:

1 Reducir el número de proyecciones necesarias para producir la unión.

2 Se puede aumentar la velocidad de soldeo mediante el empleo de diámetros de hilo de aporte mayores.

3 Se pueden soldar pequeños espesores mediante este sistema.

Actividades

9. ¿Qué diferencias existen entre la transferencia de material de aporte por arco pulsado y pulverización?

6.3. Transferencia globular

La transferencia globular consiste en crear una gota de material de aporte mediante una densidad de corriente baja, de forma que, al neutralizar las fuerzas electromagnéticas, el propio peso de la gota y la tensión superficial de la pieza consigan que esta se deposite en el punto de unión deseado. La gota que se genera es de espesor mayor que el diámetro del hilo y a través del gas protector se trata de evitar salpicaduras de material, dirigiendo dichas gotas.

Este método se emplea cuando por diversas causas se necesita realizar una soldadura en la que la aportación de calor ha de ser mínima. Por el contrario, la transferencia de material mediante granos de gran tamaño provoca defectos en la soldadura por falta de penetración o el aumento excesivo del espesor de la soldadura, el cual además de ser menos estético, puede presentar problemas de resistencia cuando se someta la unión a un esfuerzo.

6.4. Transferencia por cortocircuito

Si se aplica una tensión e intensidad de corriente bajas y se establece el contacto del hilo electrodo con la pieza, se genera un pequeño arco que produce el cortocircuito entre el baño y las gotas, produciendo un chorro continuo de material de aporte de forma estable.

El hecho de establecer un arco cortocircuitado permite realizar soldaduras de piezas con espesores muy finos controlando el baño de fusión.

Esta clase de soldadura permite realizar trabajos en posiciones verticales e incluso horizontales bajo techo.

Actividades

10. ¿Qué diferencias se encuentran en la realización de una soldadura mediante transferencia en cortocircuito y otra mediante transferencia globular?

11. Realizar un esquema que recoja los tipos de transferencia en una soldadura MAG y refleje las características principales de cada modo.

Aplicación práctica

En el taller de estructuras donde trabaja, va a realizar la unión soldada mediante un equipo MAG de dos perfiles de acero al carbono. Las especificaciones de la soldadura son:

1 Ejecución rápida.

2 Gran capacidad de penetración.

3 Unión de grandes espesores.

Según su criterio, ¿qué modo de transferencia es el idóneo y por qué?

SOLUCIÓN

Dadas las especificaciones técnicas, el mejor modo de transferir el material de aporte sería por pulverización en espray. Este tipo de transferencia permite unir perfiles de acero de grandes espesores, estableciendo un arco plasma entre la pieza y la boquilla de la pistola de gran capacidad de penetración y muy estable, que permite ejecutar soldaduras de gran calidad a una velocidad considerable.

7. Regulación de los parámetros principales en la soldadura MAG de perfiles: Polaridad. Tensión de arco. Intensidad de corriente. Diámetro y velocidad de alimentación de hilo. Naturaleza y caudal del gas

Para ejecutar la unión mediante soldadura de perfiles de acero al carbono con un equipo de soldadura MAG, se debe seleccionar adecuadamente una serie de parámetros que intervendrán en el proceso de fusión del material de aporte, estableciendo el modo de transferencia de metal, la forma del cordón de soldadura y la capacidad de penetración del mismo.

Los parámetros fundamentales que establecen las características y calidad de una soldadura son:

1 La polaridad

2 La tensión de arco

3 La intensidad de corriente

4 El diámetro y velocidad de alimentación de hilo

5 La naturaleza y caudal del gas protector

7.1. Polaridad

En soldadura MAG solo se emplea corriente continua, ya que la corriente alterna produce un arco eléctrico inestable que acaba con la desaparición del mismo. En el uso de la corriente continua para formar el arco eléctrico, se pueden distinguir dos formas de realizar la conexión, bien estableciendo el polo negativo al electrodo y conectar el polo positivo con la pieza o viceversa. La forma de conectar los terminales eléctricos de una fuente de corriente continua recibe el nombre de polaridad y se pueden distinguir dos tipos de polaridad en un proceso de soldadura MAG:

1 Polaridad directa. Este tipo de polaridad sucede cuando se conecta el terminal negativo al electrodo y el terminal positivo en la pieza que se va a soldar.

2 Polaridad inversa. Ocurre cuando se conecta el electrodo al terminal positivo y la pieza al polo negativo.

En soldadura MAG generalmente se emplea el proceso de polaridad inversa, puesto que permite mantener un arco estable, con una buena transferencia de metal de aportación, que evita las proyecciones de material y establece un cordón de soldadura de gran penetración y de buenas características.

Si, por el contrario, se busca una soldadura MAG de transferencia globular y de mayor deposición de material de aporte en la pieza a soldar, se utilizará polaridad directa para conseguir que la temperatura de la pieza sea mayor que la del hilo, de forma que tarde más tiempo en solidificar y permita la realización de cordones de soldadura más anchos.

Operario soldando

7.2. Tensión de arco

La tensión del arco es un parámetro que se regula desde el generador. La tensión determina la forma de transporte de material y las características de penetración de este en la pieza a soldar, siendo muy baja su capacidad de penetración a tensiones muy elevadas y aumentando la capacidad de penetración a medida que esta disminuye. Con tensiones bajas se establecen cordones estrechos y abultados, mientras que a altas tensiones se generan cordones de soldadura muy anchos.

La tensión permite establecer la longitud de arco:

1 Cuando la tensión es elevada, la longitud del arco es mayor y afecta a una mayor superficie de pieza, estableciendo una zona de fusión poco profunda y amplia. Esta clase de arcos genera soldaduras con proyecciones y mordeduras, debido a la inestabilidad del propio arco.

2 Cuando la tensión es baja, se genera un arco de longitud corta que afecta a una zona muy pequeña de la pieza, la cual se funde rápidamente, aumentando la velocidad de solidificación.

Nota

Las características de soldadura empeoran cuanto mayor es la longitud del arco, además este proceso requiere de la aportación de mayores tensiones.

7.3. Intensidad de corriente

La intensidad es un parámetro que se debe regular junto con la tensión y que se hará en función del diámetro del electrodo, el espesor de la pieza a soldar, el grado de penetración deseada, el calor necesario en el arco, etc.

En soldadura MAG la intensidad de corriente se puede autorregular controlando la velocidad de aportación de hilo. De esta forma se evita que se funda más hilo del que se puede o, por el contrario, que falte material de aportación que pueda producir la fusión de la boquilla de la pistola.

Nota

Dado que el voltaje se mantiene constante durante el proceso de soldadura, cuanto mayor es la velocidad de alimentación del hilo, mayor será la potencia demandada, por lo que la intensidad deberá ser mayor para que se produzca la correcta fusión del material de aporte.

Para conseguir una soldadura con menos defectos y mayor penetración, se debe aumentar la tensión e intensidad de trabajo, con el objeto de producir un mayor aporte de calor y una mayor densidad de soldeo. Además, de esta forma se consigue aumentar la velocidad de trabajo.

A continuación, se recogen los parámetros de tensión e intensidad para cada tipo de transferencia en un proceso de soldadura MAG.

Para la transferencia en arco pulsado se emplea una corriente de baja intensidad que actúa de forma continua (entre 50 y 80 A) y otra de intensidad pico de 250 A, que forma el pulso del arco que funde la gota de material de aporte.

7.4. Diámetro y velocidad de alimentación del hilo

Cuando se va a ejecutar una soldadura con un equipo MAG se debe tener en cuenta el diámetro del electro o hilo ya que, a mayor diámetro, mayor será la cantidad de calor a aportar para producir la fusión de su extremo, lo que se traduce en una menor velocidad de aportación de hilo para unos mismos parámetros de tensión e intensidad.

Generalmente, se recurren a electrodos de diámetros pequeños que favorezcan el proceso de soldadura mediante transferencia de pequeñas gotas en medio de un arco estable.

Para que se produzca una correcta soldadura evitando defectos como exceso de material de aporte, falta del mismo o incluso falta de fusión, la intensidad que circula por el electrodo debe estar acorde con la velocidad de alimentación del hilo. Los equipos de soldadura MAG autorregulan la intensidad de corriente en función del diámetro y la velocidad de aportación de hilo, generando una soldadura sin defectos y de buena calidad.

Si se quiere mantener constante el nivel de aportación de hilo a la soldadura, es necesario que el punto de transferencia sea siempre el mismo, por lo que la curvatura entre el hilo y el tubo de contacto de la pistola debe mantenerse igual en todo el proceso, lo que exige al sistema de alimentación del hilo la precisión necesaria para ejecutar de forma correcta el proceso.

Durante el proceso de alimentación de hilo, la longitud de la varilla influye de forma notoria en la velocidad de ejecución del proceso. Una mayor longitud de la varilla produce la elevación de la temperatura en el extremo del hilo, lo que a su vez genera una mayor velocidad de fusión por lo que se pueden ejecutar soldaduras a mayor velocidad. Como el generador está dotado de autorregulación de la intensidad, al detectar este una mayor longitud de la varilla, disminuye la intensidad de la corriente circulante, adecuando la velocidad de fusión a la velocidad de soldadura, manteniendo la calidad de la soldadura efectuada.

7.5. Naturaleza y caudal del gas

Durante el proceso de fusión de metal de aporte es necesario establecer una atmósfera inerte controlada, la cual presente ausencia de oxígeno libre para evitar que reaccione con el metal oxidándolo, de forma que se obtenga una soldadura sana con las características deseadas. En una soldadura MAG el gas protector se suministra a través de la boquilla de la pistola. El diseño de dicha boquilla permite establecer un entorno favorable para la consecución correcta de la soldadura bajo gas protector.

El gas protector empleado en la soldadura influye notablemente en la forma de transferencia de material y en el aspecto del cordón. El caudal debe ser el correcto para proporcionar la protección suficiente que evite la existencia de poros y sopladuras en la soldadura. Si el caudal de gas de protección es excesivo se generan turbulencias que dan lugar soldaduras defectuosas.

En soldadura MAG se emplean gases o mezclas de gases activos. Si se desea realizar la soldadura de aceros al carbono mediante transferencia en cortocircuito, se deben emplear como gases protectores el CO₂ y el argón. A continuación, se desarrollan las características de los gases y las mezclas de gases que se usan en soldadura MAG:

1 Empleando argón con un 20 % de CO2 se consiguen una buena fusión y penetración del material de aporte que permite obtener soldaduras carentes de salpicaduras y un proceso de ejecución a una velocidad elevada.

2 Empleando una mezcla de argón y CO2 al 50 %, se consigue un control muy preciso del arco, lo que permite realizar soldaduras verticales de gran calidad.

3 Si únicamente se emplea CO2 como gas protector se obtendrá una soldadura de calidad aceptable a un costo reducido, pero con una mayor proporción de salpicaduras.

Si se quiere realizar una soldadura MAG mediante transferencia pulverizada, el gas protector que se debe emplear será CO₂, con el que se conseguirá una soldadura de calidad a un bajo coste. Este método puede emplearse bien para soldadura manual o bien para soldadura automática, con la que se eleva la velocidad de producción de la soldadura.

Caudal del gas protector

El caudal óptimo de gas protector dependerá de factores como la posición de soldeo, el tipo de junta, la naturaleza del gas, el diámetro del hilo de aporte y el material a soldar. El caudal que suele emplearse en soldadura MAG está comprendido entre 14 y 17 litros de gas por minuto. El caudal correcto de gas es aquel que evita la decoloración de la soldadura, porosidades o salpicaduras.

Importante

Se debe ajustar la boquilla de forma correcta para que la salida de gas consiga una protección adecuada, manteniendo el arco dentro de la zona de trabajo del gas protector, pero a la vez evitando que genere problemas en el metal fundido tales como derrame, poros o inclusiones.

La distancia entre la boquilla y la pieza es un parámetro muy importante, ya que una distancia excesiva puede producir la pérdida de protección que confiere el gas al proceso de soldadura.

Aplicación práctica

La fábrica donde trabaja se dedica a la construcción de estructuras metálicas para edificios y naves industriales. Va a realizar un cordón de soldadura en un perfil metálico de acero al carbono de gran espesor. Seleccione los parámetros principales para la ejecución de la soldadura.

SOLUCIÓN

Los parámetros que debo tener en cuenta para la ejecución de la soldadura son:

1 La polaridad: emplearé una polaridad inversa, ya que me va a permitir mantener un arco estable.

2 El modo de transferencia: seleccionaré una transferencia en espray. Para ello estableceré una tensión comprendida entre los 24 y los 40 V, y una intensidad de entre 150 y 500 A.

3 El diámetro del hilo o electrodo: emplearé un diámetro de hilo medio con una velocidad de aportación rápida.

4 Gas de protección: emplearé una mezcla de gas de argón al 20 % y CO2, con lo que obtendré una buena soldadura con una gran capacidad de penetración.

5 Caudal del gas: estableceré un aporte de gas de 15 litros por minuto.

Con estos parámetros ejecutaré un cordón de soldadura de calidad que producirá una unión fuerte de los perfiles de acero.