08 Proceso GTAW - Campus Virtual CETP-UTU

Procesos de soldadura GTAW o TIG (08)
GTAW
(Gas Tungsten Arc Welding)
Soldadura por arco eléctrico con
electrodo de tungsteno y protección
gaseosa, o TIG (Tungsten Inert
Gas).
Nombres corrientes:
• Argón
• TIG
Introducción General:
Es un proceso de soldadura por arco eléctrico en
el cual se obtiene la unión de los metales por
calentamiento de los mismos, fruto de un arco
que se establece entre un electrodo no
consumible de tungsteno y la pieza. La zona de
protección del electrodo y la soldadura se obtiene
mediante un gas inerte, generalmente argón o
una mezcla de gases inertes (Argón y Helio). El
metal de aporte se coloca en el arco eléctrico
logrando la fusión del mismo, y la mezcla de este
con el metal base. La pileta líquida se manipula
controlando la correcta fusión de las partes; el
proceso puede ser usado sin material de aporte.
La soldadura TIG puede ser manual o
mecanizada, y se considera uno de los
procesos de soldadura por arco que permite un
mejor control de las condiciones de operación. Permite la ejecución de soldaduras de alta calidad y
excelente terminación, sobre todo en juntas de pequeño espesor (típicamente en espesores de 0,2 a
3 mm, generalmente menos que 10 mm). Secciones de mayor espesor pueden ser soldadas, pero
en este caso las consideraciones económicas tienden a favorecer los procesos con electrodo
consumible.
La soldadura TIG es utilizada típicamente para aceros inoxidables, o aleados y aleaciones no
ferrosas. Es de uso común para los aceros estructurales, en la ejecución de pasadas de raíz en
soldadura de tuberías, terminando la costura con SMAW (electrodo revestido) o GMAW (semi
automática con alambre macizo). La Tabla siguiente muestra las ventajas y limitaciones del proceso.
•
•
•
•
•
Ventajas y limitaciones
Excelente control de baño de soldadura.
Permite la soldadura de metales sin usar aporte.
Permite la mecanización y la automatización
proceso.
Se utiliza para la soldadura de la mayoría de los
metales.
Produce soldaduras de alta calidad y excelente
•
•
•
Aplicaciones
Soldadura de alta precisión y
calidad.
Soldadura de piezas de pequeños
espesores y tubos de diámetros
reducidos.
Aplicable a la pasada de raíz en al
soldadura de tubos.
Organización: Inspección Especializada de Mecánica General junto al Coordinador Técnico de la Tecnicatura
de Soldadura UTU CETP.
Docente: Tec. Mec. Miguel Eyheralde.
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•
•
•
•
•
terminación.
No genera salpicaduras, excepto por una mala
operación.
Requiere poca o ninguna limpieza después de la
soldadura.
Permite la soldadura en cualquier posición.
La productividad es relativamente baja.
El costo de los repuestos y el equipo es
relativamente alto.
•
Soldadura de aleaciones especiales,
no ferrosas y ferrosas, y aplicable a
materiales no comunes.
Equipo de soldadura:
El equipo básico para realizar una soldadora GTAW consta de:
•
•
•
•
•
Fuente de poder, se trata de un generador que puede ser de corriente continua (DC) y/o
alterna (AC). Los comandos de control propios del proceso GTAW se encuentran en un
cabezal que puede estar, como en la fotografía, incorporado a la fuente, o independiente de
esta.
Cilindro de gas de protección, que utiliza gases inertes como el Argón y el Helio o una
combinación de ambos. En la cabeza del cilindro se ubica un regulador de caudal, un
caudalímetro y un manómetro que nos da presión dentro del tanque.
En la fuente se conecta la torcha, a través de una manguera-cable, que lleva hasta la misma
la corriente eléctrica, el gas protector y, si lo hubiera, el fluido refrigerante (agua).
El circuito se cierra a través del cable de masa, que conecta la fuente a la pieza a soldar.
Opcionalmente se utiliza una unidad de refrigeración para la torcha, esta permite reducir el
tamaño general de la misma y poder trabajar con altas corrientes en ciclos de trabajo
prolongados. Este equipamiento hace el conjunto manguera torcha mas manejable para el
soldador.
La fuente de energía es similar a la utilizada en SMAW, pero debido a las características del proceso
GTAW, deberá proporcionar una mayor precisión en el ajuste de la corriente eléctrica y permitir
soldar con bajos valores de esta (se puede llegar, dependiendo de la fuente, a trabajar con 5
Ampere).
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A continuación observamos un despiece de una torcha TIG:
A)
B)
C)
D)
E)
F)
G)
H)
Tobera cerámica.
Porta tobera.
Porta tungsteno.
Tapón largo.
Tapó corto.
Aro de teflón.
Pulsador.
Mango.
El conjunto de piezas es mucho más delicado que una pinza SMAW, y requieren mucho cuidado por
parte del soldador, particularmente evitar caídas, pisarlo o tirar bruscamente del mago, esto puede
dañar el ingreso de gas y contactos eléctricos.
El proceso:
El proceso de soldadura por arco eléctrico y electrodo de tungsteno se diferencia de los demás
procesos de soldadura por arco en 2 aspectos fundamentales:
•
•
El electrodo empleado no es consumible.
La soldadura de las partes entre sí, puede realizarse sin agregado de metal de aporte.
Básicamente consiste en un proceso de soldadura por arco en el cual el calor es generado entre un
electrodo no consumible y el metal base (pieza a soldar). Por su modo de operación, el proceso TIG
es similar al de una soldadura autógena, con la diferencia que el calor desarrollado por éste proceso
es producido por una llama oxiacetilénica.
Aclaración de conceptos, Corriente y Polaridad:
Corriente Continua
Se define como corriente continua, aquella que no cambia con el transcurrir del tiempo, o sea, se
mantiene constante. Para que se establezca una circulación de corriente eléctrica, necesariamente
debe existir un polo positivo y un polo negativo en la fuente de poder o máquina de soldar, son los
terminales a los cuales van conectados el electrodo (pinza) y la masa (tierra).
Polaridad
Se define como la conexión del electrodo a uno de los
terminales o polos de la máquina.
- Polaridad Inversa
La polaridad es inversa, cuando el electrodo se encuentra
conectado al polo positivo (+) de la máquina. En este caso
la circulación de la corriente eléctrica (electrones) es desde
la pieza (que está conectada al polo negativo) hacia el
electrodo, o sea, entra en el electrodo (Ver Fig. siguiente).
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- Polaridad Directa
La polaridad es directa, cuando el electrodo se encuentra conectado al polo negativo (-) de la
máquina. En este caso, la circulación de la corriente eléctrica es, del electrodo hacia la pieza que se
encuentra conectada al polo positivo de la fuente (Ver Fig. siguiente).
Corriente Alterna
La
corriente
alterna
cambia
constantemente su signo y valor con el
pasar del tiempo de manera cíclica. Se la
representa tal como indica la figura
contigua, donde un ciclo está compuesto
por 2 semiciclos, uno por encima del eje
horizontal, denominado semiciclo positivo,
y uno por debajo del eje horizontal,
llamado semiciclo negativo.
Una corriente alterna de 50 ciclos,
significa que en 1 segundo cambia 100
veces su polaridad, pasando en forma
alternada de polaridad positiva a negativa. Dicho de otra forma, en un instante la corriente circula
en un sentido y en el instante siguiente lo hace en sentido contrario, y así 100 veces por segundo.
Cabe señalar que en corriente alterna no tiene sentido hablar de polaridad directa o inversa, porque
esta cambia constantemente.
Corriente Pulsante
La corriente pulsante es aquella
que cambia con el tiempo,
aumentando y disminuyendo su
valor, y manteniendo constante
su polaridad.
En una corriente pulsante, los
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períodos pueden ser modificados de acuerdo a la necesidad, tanto en frecuencia (cantidad de
períodos por segundo), como en amplitud (altura de la onda). La incorporación de electrónica cada
vez más compleja a los equipos de soldadura hace que se pueda manejar la “forma de onda” de la
corriente, aumentando notablemente las prestaciones de los mismos.
El arco eléctrico en el proceso TIG:
El arco eléctrico se establece como consecuencia de la circulación de corriente eléctrica entre 2
electrodos. La corriente atraviesa una columna de gas en estado ionizado, llamado “Plasma”. El arco
eléctrico está dividido en 3 zonas:
a) Zona Catódica, corresponde al polo negativo del arco.
b) Zona Anódica, corresponde al polo positivo del arco.
c) Zona del Plasma, corresponde al gas en estado ionizado.
Los
electrones,
cuya
carga
es
negativa, provienen de la zona
catódica, (cuyo emisor es el cátodo) y
se mueven conjuntamente con los
iones negativos del plasma hacia el
ánodo, que es el polo positivo. Los
iones positivos del plasma fluyen en
sentido inverso, es decir desde la zona
anódica hacia el cátodo.
A pesar de estos dos tipos de
circulación de cargas eléctricas, el flujo
principal y más intenso de la corriente
en el arco es el producido por el
movimiento de los electrones, que en
definitiva constituyen la corriente
eléctrica.
El arco eléctrico se caracteriza por poseer una elevada intensidad de corriente eléctrica y baja
tensión de arco, por consiguiente requiere una alta concentración de electrones para transportar la
corriente. El calor generado en la zona catódica se debe principalmente al choque producido por los
iones positivos contra la superficie del cátodo. El calor generado en la zona anódica, o sobre el
ánodo, es causado por el choque de los electrones que han adquirido una aceleración durante su
paso a través del plasma por la acción de la tensión del arco, y devuelven la energía cinética
adquirida en forma de calor al hacer impacto contra la superficie del ánodo.
El plasma del arco, es una mezcla de gas atómico neutro y ionizado (excitado). La porción más
caliente del plasma es la parte central de la columna, donde
el movimiento es más intenso. La parte exterior de la
columna del arco es algo más fría.
En las figuras contiguas podemos observa la distribución
porcentual del calor en el cátodo y el ánodo, lo que afectará
la penetración de la soldadura en el metal base:
a) En DCEN (Corriente directa electrodo al negativo) se
obtiene buena penetración, con mayor calor
concentrado sobre la pieza (70%). La punta del
tungsteno permanece más fría (30%) y mantiene su
afilado original. Esta combinación es la usada en la
mayoría de las aplicaciones con proceso GTAW.
b) En DCEP (Corriente directa electrodo al positivo) hay menor penetración, y el calor es mas
intenso en la punta del electrodo, por esto observamos que la punta se redondea.
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c) Trabajando en CA (Corriente alterna) el calor se distribuye entre el metal base y la punta de
tungsteno, obteniendo una combinación de la ventajas de CDEN y CDEP.
Cambiando el gas formador del plasma, se obtiene un cambio en el balance del calor entre el cátodo
y el ánodo.
Conexionado según las distintas aplicaciones
DCEN (Corriente Directa Electrodo al Negativo):
En la mayoría de las aplicaciones se utiliza la fuente con DCEN, con excepción de la soldadura de
aluminio y magnesio, el resto de los metales, incluyendo el acero inoxidable y el titanio, se sueldan
empleando dicha polaridad.
El conectar el electrodo al polo (-) de la máquina permite trabajar con mayores intensidades sin que
se funda el extremo del electrodo, hecho que no ocurre si se lo conecta al polo (+).
DCEP (Corriente Directa Electrodo al Positivo):
La razón del calentamiento y posterior fusión del electrodo se debe al hecho de que en DCEP la
corriente circula, como ya vimos, hacia el electrodo. Los electrones al chocar con el tungsteno
transforman toda su energía cinética en calor, y si se tiene en cuenta que el 70% del calor generado
por el arco eléctrico se concentra en el polo positivo, en este caso se producirá un deterioro del
electrodo de tungsteno.
AC (Corriente Alterna, caso aluminio por ej.):
Como ya se mencionó anteriormente, tanto el aluminio como el magnesio no pueden ser soldados
con polaridad directa, sino que debe utilizarse polaridad inversa (electrodo en el polo positivo). La
razón de ello se debe al hecho que dichos metales forman sobre su superficie una capa de óxido que
los protege y para poder romper la misma es necesario producir un bombardeo de iones (cargas
positivas) sobre la misma. Habíamos visto que las cargas positivas circulan en sentido contrario a las
negativas (electrones), entonces para que ello suceda deberíamos conecta el electrodo al polo
positivo, de manera tal que al quedar la pieza conectada al polo negativo los iones se dirigirán hacia
dicha superficie produciendo allí su descarga y consecuente acción de limpieza (eliminación del
óxido).
Si se soldara con corriente continua deberíamos trabajar con amperajes excesivamente bajos, para
proteger el tungsteno, o bien, utilizar diámetros de electrodos muy grandes. Par salvar dicho
inconveniente, se utiliza corriente alterna en lugar de la continua. En corriente alterna, solamente el
50% del tiempo el electrodo trabaja en polaridad positiva, lo cual permite que el mismo se enfríe lo
suficiente como para evitar su deterioro, y además se cumple con el objetivo de limpieza durante el
semiciclo positivo. Se muestra en la siguiente figura el efecto del tipo de corriente y polaridad sobre
la limpieza y penetración de la soldadura.
La Figura A, muestra una soldadura realizada con DCEN donde se observa una buena penetración,
dado que la concentración de calor se origina en la superficie de la junta. No existe acción de
limpieza con ésta polaridad.
La Figura B, indica una soldadura realizada con DCEP, con ésta polaridad se obtiene una buena
acción de limpieza como producto del flujo de los iones del gas argón hacia la superficie de la pieza,
cuyos impactos contra la misma se producen con suficiente fuerza, dando lugar a la destrucción de
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la capa de óxido superficial. Por otra parte, el flujo de los electrones hacia el electrodo causa un
efecto de calentamiento del mismo, produciendo una soldadura con muy escasa penetración.
La Figura C, muestra una soldadura realizada con CA (corriente alterna), donde se combina una
buena limpieza, llevada a cabo durante el semiciclo positivo, y una adecuada penetración obtenida
durante el semiciclo negativo.
P-DC (Corriente Pulsante):
Otra variante de los tipos de corriente utilizada, es la de corriente Pulsante (descripta
anteriormente). Este tipo de corriente tiene la característica de permitir trabajar con energías de
arco suficientemente altas como para fundir el metal de aporte (varilla) y al mismo tiempo mantener
un bajo aporte térmico global durante la soldadura. Este hecho presenta las siguientes ventajas:
•
•
•
Permite realizar la soldadura en espesores muy finos (menores a 1 mm), sin el riesgo de
producir la “pinchadura” o perforación de la junta.
Permite la soldadura de aquellos materiales (inoxidables austeníticos) en los cuales se debe
cuidar que el aporte térmico no exceda los límites establecidos.
• Permite minimizar considerablemente la deformación de la junta.
• Permite un mejor control de la pileta de fusión de la soldadura, desde el punto de vista
operativo.
Trabajando en corriente pulsante, durante el semiciclo de alta corriente (también llamada corriente
de soldadura) se produce la fusión y deposición de la varilla, mientras que durante el semiperíodo de
baja corriente (llamada corriente de base) se produce el enfriamiento de la gota (metal depositado).
Principios de Funcionamiento:
Al presionar el pulsador, que la torcha tiene en su empuñadura, se energiza todo el circuito haciendo
saltar el arco entre el extremo o punta del electrodo no consumible y el metal base. El calor
desarrollado por dicho arco funde el metal base formando un baño de metal líquido. Tanto el
electrodo como el metal fundido, y las áreas
adyacentes, son protegida de la contaminación
atmosférica por una envoltura gaseosa.
Una vez establecido el arco eléctrico, y formado el
baño de fusión, se acerca una varilla (que constituye
el metal de aporte) hasta que la misma toque el arco
(no el tungsteno); por la acción del calor generado
por el arco eléctrico, se funde el extremo de la varilla
depositando una gota de metal fundido, que luego es
trabajada (desparramada) por el soldador usando el
arco eléctrico. La varilla es introducida y retirada del
arco cada vez que una gota es depositada.
La varilla no solo se utiliza para incrementar el
aporte, sino también para lograr un manejo del
enfriamiento de la pileta líquida. Esto es fundamental
en materiales de pileta muy caliente y soldaduras en
posición no plana, donde enfriar el baño puede ayudar a
evitar el desprendimiento del mismo.
Se debe tomar la precaución de NO RETIRAR la varilla más
allá del cono de protección gaseosa, a los efectos de evitar
su oxidación (el extremo oxidado de la varilla causa
porosidades en el metal depositado). El avance del arco
para un diestro, es de derecha a izquierda, de manera tal,
que el cordón depositado queda a la derecha del soldador.
La longitud del arco eléctrico, es aproximadamente 1½
veces el diámetro del electrodo de tungsteno, no obstante,
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depende mucho de la mano del soldador. De cualquier manera, la longitud del arco no deberá
exceder los 5mm como máximo, por cuanto un arco muy largo disipa más calor sobre la superficie
del metal base restándole profundidad y fusión dentro del metal. Por otra parte el arco se vuelve
menos estable, aumenta el riesgo de contaminación, tanto del metal de aporte como del baño de
fusión, además de causar una mayor deformación de la junta o costura soldada.
Por otra parte la penetración de la soldadura dependerá también de la velocidad con que se aporta
la varilla, a mayor deposición de material, mayor será el calor absorbido del arco y por consiguiente
menor calentamiento del metal base, reduciendo la penetración.
La apertura del arco o finalización de la soldadura se produce reduciendo lentamente el aporte con
la varilla e inclinando simultáneamente la torcha hacia el cordón depositado, y alejando suavemente
el electrodo de la costura hasta que el arco quede totalmente apagado. Acto seguido se deja que el
gas protector continúe su flujo hacia el baño fundido hasta que éste se torne de color oscuro,
después del cual se corta el flujo gaseoso y se retira la torcha.
Controles del cabezal TIG:
El cabezal TIG constituye la unidad que
ejerce todos los controles sobre los
componentes que regulan el proceso en su
totalidad. (Cabe señalar que algunos
equipos traen incorporados todas
las
funciones del cabezal dentro de la fuente de
poder, por lo tanto algunas fuentes tienen
todos los controles en el panel frontal de la
fuente de soldadura).
Con la incorporación de la electrónica a los
cabezales TIG los controles pueden requerir
la lectura de un manual antes de operarlos.
Dependerá del número de funciones y
procesos con que trabaje el equipo, la
complejidad de los mismos.
Cada equipo requiere del conocimiento previo de los controles por parte del soldador, de forma de
obtener lo máximo del equipamiento con que trabaja, lo cual redundará en una mejor soldadura.
Sería deseable que un cabezal TIG, como mínimo, incorpore los siguientes sistemas, que permitirán
la ejecución de soldaduras de alta performance:
Sistema de Alta Frecuencia (HF)
Se trata de un generador de ondas, muy cortas, cuya frecuencia puede estar entre los 100 y 300
KHz (pudiendo llegar a los 12 MHz) y con voltajes, de pico, del orden de los 10 a 20 Kv (recordemos
que 100 KHz corresponden a un cambios de polaridad que ocurre a 200.000 veces por segundo y 20
Kv son 20.000 Volts).
La finalidad primordial de la unidad de HF es la de producir la ionización del gas protector (argón o
helio) para que éste se constituya en un puente eléctrico (camino) entre la punta del electrodo y la
pieza, permitiendo de ese modo el encendido del arco eléctrico, sin necesidad de abrir el arco a
través de un corto circuito (tocando la pieza con el extremo del tungsteno).
De no disponer de la unidad generadora de HF, el único modo de encender el arco eléctrico es
raspando el electrodo (como si fuera un fósforo) contra la superficie del metal base (maza). En
general esta operación es desaconsejable desde el punto de vista operativo.
Otra de las funciones importantes de la HF aparece cuando se está trabajando en Corriente Alterna.
Cuando se atraviesa del semiciclo positivo al negativo, necesariamente se pasa por un punto donde
la corriente vale cero (0), o sea, se interrumpe la circulación del flujo eléctrico, y para reiniciar el
mismo sería necesario provocar un corto circuito (trabajando en corriente alterna es prácticamente
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imposible). Gracias a la HF en el circuito de soldadura, la ionización que ésta provoca en los gases
que rodean el arco, permite el reencendido del arco cada vez que la corriente pasa por cero.
Dicho de otro modo, a pesar de la interrupción de la corriente eléctrica, el arco no se extingue
gracias a la presencia del plasma que forman los gases dentro del arco.
Si el control lo permite la HF puede activarse para el inicio del arco o para todo el ciclo de soldadura.
Activa en la apertura del arco.
Activa durante todo el ciclo de soldadura.
Resumiendo podemos decir que la unidad generadora de HF se emplea en un proceso TIG para:
a.
b.
c.
d.
Producir el encendido del arco, sin necesidad de tocar la pieza con el electrodo.
Permitir el reencendido del arco cuando se suelda con Corriente Alterna.
Proporcionar una mayor estabilidad al arco eléctrico.
Asegurar una mejor y más eficiente limpieza (eliminación de los óxidos) en la soldadura de
metales tales como el Aluminio y Magnesio.
Cabe señalar que, como consecuencia del punto (a), se obtienen dos ventajas fundamentales que
consisten en: evitar la contaminación del electrodo de tungsteno con el metal base, y por otro lado,
el deterioro de la punta y posterior desgaste debido al reafilado del mismo en cada interrupción de
la operación de soldadura.
Sistemas de Pre y Posflujo de Gas
Básicamente consiste en un temporizadores que permiten preestablecer tiempos de
salida del gas protector, ya sea, antes del encendido del arco, como después de
extinguido el mismo.
La finalidad del PREflujo de gas, primeramente, es inertizar el espacio entre la tobera
(elemento que rodea el electrodo y a través del cual se dirige el flujo de gas) y la
superficie a soldar; y como segundo objetivo permitir que este gas se ionice bajo la
acción de la alta frecuencia.
La función del POSflujo de gases es la de proteger del aire que los rodea, el baño de
fusión y el electrodo, después de la extinción del arco eléctrico. El posflujo se debe regular de
manera de que se mantenga el tiempo necesario hasta que el baño se haya solidificado y su color
haya adquirido el aspecto de gris oscuro.
El posflujo es importante, no solo para impedir la oxidación del metal y el electrodo, sino también
para ayudar a evitar la formación de una fisura de cráter debido al enfriamiento brusco de la última
porción de pileta líquida que solidifica.
Sistema de Pendiente Final – Anticráter
Esta unidad electrónica de control de la pendiente de la corriente al
finalizar la soldadura, también llamado “Sistema Anticráter”, ha sido
incorporada a los efectos de evitar una brusca interrupción de la corriente
eléctrica del arco en el apagado del mismo.
Durante la operación de soldadura, la intensidad de la corriente en el arco
eléctrico es bastante elevada (90/130 amp.) y produce un aporte térmico
capaz de fundir tanto el metal base como la varilla de aporte. Cuando finaliza la operación de
soldadura o se interrumpe el arco eléctrico, la corriente de soldadura cae a cero en forma abrupta,
causando un rápido enfriamiento de la pileta, o baño de fusión, originando un rechupe en la misma.
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Esto da lugar a la formación de una concavidad en el centro de la pileta, llamado Cráter. Dicho
cráter, bajo determinadas condiciones de esfuerzos, puede conducir a la fisuración de la junta.
El sistema Anticráter, evita la formación del rechupe en la pileta durante la solidificación, haciendo
que la corriente de soldadura, antes de ser interrumpida, reduzca gradualmente su intensidad hasta
Alcanzar un valor de aproximadamente un 30-40% del amperaje de soldadura utilizado.
Gases de Soldadura
La función principal de los gases de protección en el proceso TIG es evitar el contacto del aire
ambiente con el electrodo y el metal fundido, en el momento en que se realiza la soldadura.
El gas empleado también tiene influencia en la estabilidad, características y comportamiento del
arco, y por consiguiente en el resultado de la soldadura.
El efecto de protección del gas depende de:
•
•
•
•
•
El flujo de gas.
El tipo de soldadura.
El tamaño de la cubierta de gas.
La longitud del arco.
La posición de la soldadura.
Los gases más empleados en la soldadura TIG son Argón, Helio, o una combinación de ellos; los
cuales deben tener una alta pureza (normalmente 99.99%).
Para una misma longitud de arco y corriente, el Helio necesita un voltaje superior que el Argón para
producir el arco. Debido a su excelente conductividad térmica, el Helio produce mayor temperatura
que el Argón en el área soldada, por ende se logra una penetración mucho mayor que con el Argón,
resultando más efectivo en la soldadura de materiales de gran espesor, en particular metales como
el cobre, el aluminio y sus aleaciones.
El Argón se adapta mejor a la soldadura de metales de menor conductividad térmica y de poco
espesor, en particular para posiciones de soldadura distintas a la plana. En la siguiente tabla se
describen los gases apropiados para cada tipo de material a soldar.
Cuanto más denso sea el gas, mejor será su resultado a los efectos de protección del arco.
El Argón es aproximadamente 10 veces más denso que el Helio, y un 30% más denso que el aire.
Cuando se utiliza Argón, éste forma una densa nube protectora, mientras que la acción del Helio es
mucho más liviana y vaporosa, la cual se dispersa rápidamente. Por esta razón, serán necesarias
mayores cantidades de gas en caso de usar Helio (puro o mezclas que contengan mayoritariamente
Helio) que si se utilizara Argón.
En la actualidad el Helio ha sido reemplazado por el Argón, o por mezclas de Argón-Hidrógeno o
Argón-Helio. Esto se debe a que estos gases ayudan a mejorar la generación del arco eléctrico y
características de transferencia de metal durante la soldadura, favorecen la penetración
incrementando temperatura producida, el ancho de la zona de fusión, la velocidad de formación de
soldadura; además de reducir la tendencia al socavado.
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Estos gases, también proveen condiciones satisfactorias para la soldadura de la gran mayoría de los
metales reactivos tales como aluminio, magnesio, berilio, columbio, tantalio, titanio y zirconio.
Es de notar que las mezclas de Argón-Hidrógeno o Helio-Hidrógeno, sólo pueden ser usadas para la
soldadura de unos pocos metales, como por ejemplo algunos aceros inoxidables y aleaciones de
níquel.
El electrodo
El electrodo empleado en la soldadura TIG, se diferencia de los empleados en otros procesos de
soldadura por arco eléctrico, porque no se funde con el calor generado por el arco eléctrico, y por lo
tanto no aporta material a la soldadura. Sin embargo, si se selecciona un electrodo incorrecto o se
aplica un amperaje demasiado alto, partículas del electrodo pueden transferirse a través del arco.
El electrodo de tungsteno o wolframio, empleado en la soldadura TIG, es muy duro y altamente
refractario, cuyo punto de fusión se alcanza a los 3400°C. Estos electrodos se fabrican en diámetros
desde 0.5mm hasta 6mm, y pueden ser de tungsteno puro o aleado. A continuación se presenta una
tabla mostrando las corrientes sugeridas según el diámetro y tipo del electrodo.
(Tabla A2 ASME Sección. II, Parte C SFA 5.12)
Notas generales:
- Estos valores se basan en el uso de argón como gas de protección. Otros valores pueden ser empleados, dependiendo del
gas de protección (valores más bajos serían aplicables usando helio como gas), el tipo de equipo, y la aplicación.
- Si no se dan valores implica que no se recomienda su uso.
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Clasificación de los electrodos según norma AWS
La norma AWS A5.12 clasifica los electrodos de tungsteno según la siguiente denominación:
La misma norma identifica cada tipo de electrodo con un determinado color, según sea su
clasificación. La tabla siguiente indica los tipos de electrodos y su correspondiente color:
Elección de los mismos:
La elección del tipo de electrodo va a depender en gran medida del tipo de material que se quiere
soldar, del tipo de corriente con que se va a trabajar y de las características operativas.
La selección del diámetro del electrodo se deberá efectuar teniendo en cuenta que el mismo, no
debe ser ni tan pequeño, que se corra el riesgo de fundir el extremo del mismo, ni tan grande que
conduzca a una inestabilidad del arco (para una corriente de soldadura dada), como consecuencia
de la disminución de la emisión electrónica debido al bajo calentamiento del electrodo.
Aspectos operativos:
La punta de los electrodos inicialmente no tiene forma. Por eso, antes de ser usados se les debe dar
forma, ya sea por mecanizado, desbaste o fundiéndolos. Las
formas pueden ser de tres tipos: en punta, media caña y bola, y
dependerán del uso que se le de a las mismas.
En cuanto al Afilado es aconsejable realizar el mismo longitudinal al
electrodo (ver imagen), de forma de favorecer el pasaje de la
corriente.
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Metal de aporte – Varillas Tig
En el proceso GTAW puedo no usar material de aporte, usar de aporte el mismo metal base o pieza
a soldar adecuadamente preparada (tiras de metal base por ejemplo), o varillas de aporte
estandarizadas que se adicionan al baño de soldadura, cuyo mecanismo ya había sido explicado
anteriormente.
Dependiendo del tipo de material base a soldar, se deberá seleccionar la varilla adecuada que reúna
las propiedades físicas y químicas adecuadas para realizar una buena soldadura. En la mayoría de
los casos se consiguen varillas en el mercado cuyas propiedades mecánicas permiten su utilización
en un amplio espectro de materiales base, y que se encuentran clasificadas por códigos y normas
internacionales, tales como, la AWS, DIN, etc.
Clasificación de las Varillas de Aporte según AWS.
Las varillas se identifican según AWS (American Welding Society) con letra y números cuyo
significado se indica a continuación.
AWS agrupa las varillas de aportes TIG según distintos tipos identificados con un número A 5.xx
(correspondiente a la identificación SFA 5.xx según ASME Sec. II Parte C).
A continuación se presentan algunos grupos, los más usados con su respectiva aplicación:
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A5.18 -A5.28 -A5.9 -A5.10 -A5.14 --
Varillas para soldadura de Aceros al Carbono de mediana resistencia.
Soldadura de Aceros de Baja Aleación y Aceros de Alta Resistencia.
Soldadura de Aceros inoxidables
Soldadura de Aluminio y sus aleaciones.
Soldadura de Níkel y sus aleaciones.
A continuación se presenta una tabla con las varillas TIG más usuales, y un detalle de sus
aplicaciones, clasificadas según AWS.
Organización: Inspección Especializada de Mecánica General junto al Coordinador Técnico de la Tecnicatura
de Soldadura UTU CETP.
Docente: Tec. Mec. Miguel Eyheralde.
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NOTA: Los consumibles citados en la tabla precedente, son los más usuales de cada uno de los grupos AWS. Para mayor
información se deberá recurrir al código ASME Sección II Parte C.
Organización: Inspección Especializada de Mecánica General junto al Coordinador Técnico de la Tecnicatura
de Soldadura UTU CETP.
Docente: Tec. Mec. Miguel Eyheralde.
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Referencias Bibliográficas:
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Tecnologia de Soldagen, “Prof. Paulo Villani Marques” (Universidad Nacional de Minas Gerais).
-
Código ASME Sección II Parte C, “Specifications for Welding Rods, Electrodes and Filler
Metals”.
-
Especificaciones AWS (American Welding Society) para consumibles de soldadura, AWS A
5.XX.
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Imágenes de dominio público extraídas del World Wide Web (www).
Organización: Inspección Especializada de Mecánica General junto al Coordinador Técnico de la Tecnicatura
de Soldadura UTU CETP.
Docente: Tec. Mec. Miguel Eyheralde.
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