Selección de un Electrodo para Actividades de Soldadura

Selección de un Electrodo para Actividades de Soldadura
con Arco Eléctrico.
Ing. Jesús Huitzil Pérez.
[email protected]
[email protected]
Lagacero S.A. de C.V., Torreón Coahuila México.
Hola amigos. Es un gran gusto saludarlos.
Quiero compartir con ustedes los puntos más
importantes a considerar para seleccionar un
electrodo que se adecué a la actividad de
soldadura a desarrollar (SMAW, GMAW, FCAW,
GTAW, SAW).
El contenido de la información que comparto
está más orientada hacia metales base de
acero al carbón o de baja aleación, sin
embargo, con un poco de criterio, la misma
puede aplicarse a otro tipo de materiales.
1.- A
ntes que nada, y como previa
introducción, revisando el estándar de términos
ANSI/AWS 3.04-94 An American National
Standard1, un electrodo para actividades de
soldadura es definido como un componente
del circuito de soldadura a través del cual la
corriente se conduce y termina en el arco, la
escoria fundida conductiva o el metal base.
A lo largo de mi experiencia en el área de
soldadura, he encontrado que lo primero que
debemos analizar para seleccionar un
electrodo, es el tipo de metal base a soldar. Es
necesario tener un certificado para obtener
características específicas del tipo de material,
propiedades mecánicas y composición química
entre otras que sean de interés.
Estas características las podemos encontrar
directamente con el proveedor del material
que estamos comprando, sí realmente
conocemos el tipo de metal base que
pretendemos soldar, podemos recurrir a textos
publicados por organismos como ASTM
(American Society for Testing Materials), AISI
(American Iron and Steel Institute), SAE (Society
of Automotive Engineers), etc.
Conocidas estas características, recurrimos al
apoyo de otro tipo de información, que
podemos encontrar a través de la Sociedad
Americana de Soldadura (Ej.: UGFM:1995.
User´s guide to filler metals2, ej.: Specification
for bare aluminum and aluminum-alloy welding
electrodes and rods3), ó por fabricantes de
soldadura de marcas reconocidas a nivel
mundial (Filler Metal Selector Guide de Lincoln
Electric4, Filler Metal Selector de Hobart
Brothers5), para seleccionar el material de
aporte apropiado.
Cuando no podemos tener acceso a este tipo
de apoyo, se debe buscar un electrodo muy
semejante al metal base que tenga
características (mencionadas anteriormente)
similares.
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En el caso muy particular de metales base de
acero inoxidable, no basta con hacer la prueba
del imán para identificar sí es un acero
inoxidable austenítico, ferrítico o martensítico,
ya que para cada tipo, hay una gran variedad
de metales base6. Por tanto y dado que en
ocasiones no se cuenta con las características
particulares del metal base, es recomendable
enviar una muestra a un laboratorio con
equipo
especializado
para
analizarla
(químicamente/mecánicamente).
Es conocido también que existen electrodos
especiales para aplicar en materiales disímiles
(diferentes), sin embargo el metal base no deja
de ser un factor importante a conocer para la
mejor recomendación y aplicación de
soldadura.
2.- O
tros factores que nos ayudan a
determinar el tipo de electrodo son: diseño de
las juntas, espesor del material, posición de
soldadura, corriente de soldadura y
disponibilidad de la fuente de poder.
Para quienes han tenido la oportunidad de
tomar un curso de soldadura en los procesos
mencionados al inicio, notaran la importancia
de considerar el diseño de la unión, ya que en
procesos de soldadura como SMAW (sin
respaldo) se sabe que hay electrodos para
aplicarlos como pase de raíz (fondeo, ej.:
E6010 – tipo de electrodo de enfriamiento
rápido7), de relleno (ej.: E7018 – tipo de
electrodo de bajo hidrógeno7) y que cada uno
tiene una técnica diferente de aplicación.
Debemos considerar el espesor del material
base como un indicativo del diámetro de
electrodo que seleccionaremos para buscar
alta, mediana penetración o el tamaño del
cordón de soldadura apropiado. Lo más obvio
es que sí el material base es muy grueso, se
busca que el diámetro del electrodo a
seleccionar se encuentre lo más cercano a ese
espesor.
Es obvio que no vamos a encontrar un
electrodo con un diámetro de 3/8”
comercialmente, por dar un ejemplo.
Recurramos a un electrodo con el diámetro
más grande que se comercializarse en su zona.
Existen otras herramientas que nos permiten
determinar el tamaño del electrodo, entre las
que podemos mencionar textos como el
Manual de Soldadura8, The Procedure
Handbook Arc Welding7 o medios electrónicos
(de fabricantes de fuentes de poder) que
además
proporcionan
información
de
parámetros de soldadura para procesos como:
GMAW, SMAW, FCAW, GTAW Welding
Calculator9-12, etc.
Estos medios de información han trabajado por
mucho tiempo en la realización de pruebas de
soldadura no solo para determinar el tamaño
del electrodo a usar sino que también nos
brindan información de los parámetros de
soldadura que se deben utilizar para un
diámetro
de
electrodo
determinado
(parámetros sugeridos aproximados).
La posición de soldadura, para algunas
personas suele ser un dolor de cabeza, pero
no vamos a ocuparnos por lo pronto de esta
situación, sino más bien, de la configuración
con la cual ha sido fabricado el electrodo para
asumir dicha aplicación de soldadura.
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La Sociedad Americana de Soldadura hace una
descripción detallada de la nomenclatura que
se debe colocar a los electrodos cuando son
fabricados.
Para entender un poco más voy a exponer el
caso de electrodos para SMAW (Stick) y en
donde un dígito de esa nomenclatura (letras y
dígitos) nos indica sí el electrodo lo puedo
aplicar en todas las posiciones de soldadura
(de acuerdo a AWS esto se representa por el
número 1) ó en posiciones de soldadura plana
u horizontal sobre filetes (de acuerdo a AWS
esto se representa por el número 2)13,14.
AWS E6010
AWS E7024
Estaremos cometiendo un error sí no ponemos
atención a esta situación. Por ejemplo, el
electrodo E7024 es un producto que se
caracteriza por pertenecer a un tipo de
electrodo de alto depósito. Imagínate estar
soldando con este electrodo cuando tu pieza
de trabajo haya quedado en una posición de
soldadura sobre-cabeza.
Dentro de los parámetros de soldadura, la
corriente (amperaje) es una de las principales
variables a controlar en nuestro proceso de
soldadura. Debemos conocer que para cada
tipo y diámetro de electrodo, existe un rango
de corriente, recomendado por los fabricantes
de soldadura.
Podemos encontrar esta corriente realizando
pruebas y examinando cada una de ellas para
evaluar los resultados, sin embargo hoy en día
los medios informáticos nos facilitan dicha
información9-12.
La corriente disponible a través de las fuentes
de poder puede ser tanto corriente alterna
como corriente directa (en estados unidos es
común llamar ésta última como corriente
constante). Solo por dar un ejemplo, el
electrodo E6010 trabaja con polaridad directa
electrodo al positivo (CD+).
Si disponemos de una fuente de poder de
corriente alterna y pretendemos utilizarla para
soldar con el E6010, lo vamos a poder hacer,
sin embargo la configuración de su pasta no
fue formulada para desempeñarse bien en esta
polaridad. Por lo que el resultado en la
aplicación puede arrojarnos defectos en la
soldadura (inclusiones de escoria).
De acuerdo a AWS, el último dígito de la
nomenclatura que (electrodos para Stick) se
indicó anteriormente, representa la polaridad
con la que se deberá utilizar ese electrodo.
Aquí una descripción de ello:
Donde: AC significa Corriente Alterna (alternating
current); DCEP corriente directa electrodo al
positivo (direct current electrode positive); DCEN
corriente directa electrodo al negativo (direct
current electrode al negative) 14.
Con esto explicamos, para el caso del proceso
STICK, porque debemos conocer nuestra
fuente de poder, no solamente para identificar
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los riesgos que implica utilizarla, sino más bien,
para saber sí es viable para tal o cual electrodo.
La
estabilidad
del
arco
cambia
significativamente cuando escogemos una
fuente de poder cuya corriente no está
especificada para determinado electrodo.
La tecnología que pueda disponer la fuente de
poder es un plus que sin lugar a duda traerá
grandes ventajas en nuestras aplicaciones de
soldadura.
3.- A
parte del costo de soldadura,
claves, especificaciones y requisitos de
producción, otro factor que resulta de gran
interés en la selección del material de aporte
(electrodo) y al que daremos énfasis también,
es el uso del producto soldado.
Para comprender este último punto, dirijamos
nuestra atención a electrodos especializados
como recubrimientos duros15,16, se darán
cuenta que algunos productos base son
sometidos a trabajos donde los mismos están
en contacto metal con metal, o la pieza está
sometida a abrasión o a impactos severos
(recubrimientos duros).
No vayamos más lejos, y piensen en los aceros
inoxidables, algunos van a ser utilizados para
contener o transportar soluciones ácidas o
simplemente darán forma a un producto que
no demande fabricarlo bajo alguna norma
estricta (ejemplo, un mueble de cocina).
Lo mismo pasa con productos de acero al
carbón en donde algunos son utilizados para
cosas tan simples como escaleras, barandales,
puertas y ventanas o en sus casos más
extremos, para tuberías que estará sometida a
alta presión.
C
onclusiones
1.- Cada aplicación debe ser evaluada para
examinar factores como los que se
describieron en este documento, sin embargo,
hay otros factores que también debemos
cuestionarnos: ¿Existe riesgo de grieta en el
(los) metal(es) base?, ¿Qué propiedades
mecánicas son requeridas? y, ¿Existe limitación
en el calor de entrada?.
Teniendo respuesta a este conjunto de
factores, es posible seleccionar un tipo de
electrodo para proveer un desempeño óptimo
a un “precio económico”.
2.- Una mala selección de material de aporte
puede originar defectos graves en las uniones
de soldadura o pérdidas económicas a las
empresas. Un caso real se presentó este año
en una empresa de la región con pérdidas de
$70,000.00 pesos al año.
No vamos a entrar a detalle pero se estaba
utilizando un electrodo para hierro colado
(99% Ni – para la raíz) en la unión de acero
ASTM A36 (PTR). Después de aplicar este como
raíz colocaban otro electrodo (E7018 – para
dar vista), el cual sí esta especificado para este
tipo de material.
3.- Ahora podemos comprender la magnitud
de los puntos que se consideran esenciales
para selección un material de aporte.
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11.
REFERENCIAS
1
American Welding Society. Standard Welding Terms
and Definitions. (ANSI/AWS A3.0-94),1994.
2.
AWS User´s Guide to Filler Metals. AWS UGFM 2010
and American National Standard.
3.
AWS A5.10/A5.10M 1999 (R2007) An American
National Standard. Specification for bare aluminum and
aluminum alloy welding electrodes and Rods.
4.
Filler Metal Selector Guide. The Lincoln Electric
Company. C1.50 1/05.
5.
Filler Metal Selector – Hobart Brothers Performance
Welding
Products.
http://www.hobartbrothers.com/products/productsearch.html.
6.
Stainless Steels Properties – How To Weld Them
Where To Use Them. Damian Kotecki, PhD., and Frank
Armao, Senior Application Engineer. The Lincoln Electric
Tig
Welding
Calculator.
http://millerwelds.com/resourses/calculators/tigamperag
e_calculator.php.
12.
Stick
Welding
Calculator.
http://millerwelds.com/resourses/calculators/stick_amper
age_calculator.php.
13.
4.1-1 Arc Welding Consumables. The Procedure
HandBook of Arc Welding. The Lincoln Electric
Company. Thirteenth Edition. Cleveland Ahio, 1995.
14.
Posters/charts/other – Hobart Brothers Performance
Welding
Products.
http://www.hobartbrothers.com/support/posterscharts.html.
15.
Hardfacing Guide. Product and Procedure Selection.
The Lincoln Electric Company. Cleveland Ohio. C7.710
1/05.
16.
Quick Reference Product Guide. Stoody – Signature
Products Hardfacing & Welding Wire. www.stoody.com.
Company. C6.4000 8/04.
7.
6.2-1. Welding Carbon and Low-Alloy Steels with the
Shielded Meta-Arc Process. The Procedure HandBook of
Arc Welding. The Lincoln Electric Company. Thirteenth
Edition. Cleveland Ahio, 1995.
8.
Manual de Soldadura Tomo 1. American Welding
Society, Octava Edición, R.L, O’Brien. Prentice Hall,
México, 1996.
9.
MIG
Welding
Calculator.
http://millerwelds.com/resourses/calculators/mig_solid_a
mperage_calculator.php.
10.
Flux
Cored
Welding
Calculator.
http://millerwelds.com/resourses/calculators/mig_flux_a
mperage_calculator.php.
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