SMAW (Shielded Metal Arc Welding) o Arco Manual co Electrodo Revestido

SMAW (Shielded Metal Arc Welding) o Arco Manual co
Electrodo Revestido
Uno de los procesos más utilizados en la mayoría de talleres, su sigla SMAW
viene de (Shielded Metal Arc Welding) también es conocido con las siglas MMA
(Manual Metal Arc Welding) se usa en procesos que van desde la carpintería
metálica (puertas, ventanas y rejas) hasta la soldadura de tuberías pasando por la
estructura metálica y reparaciones, en la práctica es conocida como soldadura
eléctrica o de electrodo revestido, es un proceso muy versátil y de costos muy
bajos, en el mercado existen varios tipos de equipos como transformadores,
rectificadores, convertidores (moto soldadora o electro soldadora) e inversores.
Un transformador es un dispositivo que modifica los valores del voltaje y la
corriente de la señal de entrada, está formado por un núcleo de hierro magnético,
que es básicamente dos enrollamientos de cables conductores, formando dos
bobinas, una conocida como primaria o de baja, se conecta a la red de
alimentación, y la otra llamada secundario o de alta, se conecta a la salida del
equipo (porta/electrodo y a la pieza de masa).
Este equipo de soldadura proporciona salida de corriente alterna, lo cual limita el
tipo de consumibles que se puede usar con el mismo, y no tiene grandes
prestaciones en cuanto a la regulación fina de las características del arco de
soldadura.
Los equipos rectificadores constan de un transformador como el indicado
anteriormente complementados con un arreglo de diodos o semiconductores que
dejan pasar la corriente eléctrica en un solo sentido. Esto implica convertir la
corriente alterna de la red, con el voltaje reducido, en corriente continua.
Los convertidores producen corriente continua de baja tensión y están compuestos
por un motor que puede ser eléctrico o de combustión interna, con el cuál es
posible obtener energía mecánica bajo la forma de energía cinética. El movimiento
es transmitido mediante un eje común al generador, que puede ser de corriente
continua llamado dinamo o de corriente alterna. Obteniendo en éste la corriente
adecuada para la soldadura.
El proceso de conversión de AC en DC recibe el nombre de rectificación, mientras
que, al proceso inverso, paso de DC en AC, se la ha asignado el nombre de
inversión. Así pues, los inversores son equipos capaces de transformar la CC en
AC, la frecuencia que manejan estos circuitos es típicamente 10 kHz o mayor
(muy superior a los 50-60 Hz que maneja una red eléctrica típica de distribución),
aunque la alta frecuencia requiere sofisticados componentes y circuitos, ésta
reduce drásticamente el tamaño del transformador reductor, adicionalmente, el
circuito inversor también puede proporcionar características tales como control de
potencia y protección contra sobrecargas.
Los equipos inversores que incorporan
electrónica son manejados por micro
controladores, y las características eléctricas
de la corriente de soldadura pueden ser
cambiadas en base a un programa (software)
en tiempo real, incluso ejecutar cambios en
lapsos de tiempos muy pequeños.
Es muy común la utilización del transformador
y el rectificador por su durabilidad, robustez y
poco mantenimiento, aunque en los últimos
años se ha notado una fuerte tendencia a
Comparación equipos SMAW
cambiar estos equipos por inversores ya que
tienen unas mejores características en comparación, algunas de ellas son:
físicamente más pequeños y más livianos (cerca de 30 % de un equipo
tradicional), un rango más amplio de corrientes de trabajo, menor consumo de
energía, mayor ciclo de trabajo, además de que proporcionan facilidades como
una corriente más alta al inicio del arco, y un descenso en la corriente al momento
de que el electrodo se queda pegado al material.
Descripción física del proceso.
La corriente eléctrica proveniente de una fuente que puede ser directa (CC o DC)
o alterna (AC) genera un arco eléctrico, debido a la pequeña superficie por la cual
pasa este arco se eleva la temperatura
rápidamente y produce (por ionización) una
estabilización. Este aumento de temperatura
en el metal base y en el electrodo hasta el
punto de fusión producen un charco y
generan al mismo tiempo una nube de gases
y una capa de escoria que protegen el metal
fundido del contacto con el oxígeno,
mientras se solidifica creando el cordón de
soldadura.
Esquema proceso SMAW
La temperatura alcanzada en el arco eléctrico
supera fácilmente los 5.000 grados centígrados
medidos en su punto central lo que genera una fusión casi instantánea del metal.
Polaridades de trabajo.
Según sea el equipo con el que estemos trabajando, el electrodo a utilizar, la
posición de soldeo, el espesor o el material base, se elige el tipo de polaridad de
trabajo.
El término polaridad es usado para describir la conexión eléctrica de un electrodo
en relación a la terminal de fuente de poder.
Con corriente directa (DC), cuando el electrodo esté conectado al terminal
positivo, la polaridad esta designada como corriente directa de electrodo positivo
(DCEP), cuando el electrodo esté
conectado a la terminal negativa, la
polaridad esta designada como
electrodo negativo de corriente
directa (DCEN) y cuando se usa
corriente alterna (AC) la polaridad
cambia cada mitad de ciclo de 50 o
60 Hz.
Estas polaridades generan que el
arco llegue desde o salga hacia el
Polaridades proceso SMAW
electrodo teniendo como presente que la corriente viaja desde el polo negativo
hasta el positivo.
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La conexión en polaridad directa o normal (direct current electrode
negative - DCEN) se produce conectando el cable del porta electrodo al
polo negativo (-) y el cable de la pinza de masa al polo positivo (+) de la
fuente de soldadura. El arco eléctrico concentra el calor producido en la
pieza favoreciendo la fusión.
La conexión en polaridad indirecta o inversa (Direct current electrode
positive - DCEP) se produce conectando el cable del porta electrodo al polo
positivo (+) y el cable de la pinza de masa al polo negativo (-) de la fuente
de soldadura, produciendo esto que el calor del arco eléctrico se concentre
sobre todo en el extremo del electrodo.
Dependiendo de si se trabaja en DC o AC varían algunas características del
cordón de soldadura y del proceso en sí, por eso hay que tener muy en cuenta lo
siguiente para la elección del mismo.
Revestimientos
Un electrodo revestido está formado por una varilla
(alma) recubierta por una capa (revestimiento)
compuesta por diferentes polvos mezclados
(metálicos y/o no metálicos). Los revestimientos de los
electrodos de acero al carbono determinarán sus
cualidades y aplicaciones y se clasifican en función de
su composición en: Ácidos (A), Básicos (B),
Celulósicos (C), Rutilos (R), Rutilo - Ácidos (RA),
Rutilo - Básicos (RB), Rutilo - Celulósicos (RC), Rutilo grueso (RR). Siendo los
más comunes:
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Los celulósicos cuyo componente principal es la celulosa, que al
descomponerse genera mucho CO2 (dióxido de carbono) y H2 (hidrógeno),
lo cual da una muy buena protección gaseosa. Tiene como característica
distintiva su enfriamiento rápido, motivo por el cual son utilizables en todas
las posiciones, da como resultado una buena penetración y la escoria
producida es escasa y de fácil remoción. Principalmente se usa en la
soldadura de juntas en ductos y donde se requiere ejecutar la soldadura de
raíz (gasoductos, oleoductos, acueductos).
Los rutílicos cuyo componente principal es el óxido de titanio o rutilo
(TiO2), pudiendo contener hasta un 50 % en peso. Son de fácil cebado,
mantenimiento y manejo del arco, y dejan un aspecto muy parejo del
cordón depositado, la característica de este tipo de revestimiento hace que
este electrodo sea de suave fusión y poca penetración. La escoria
producida es bastante densa y de color opaco, más bien oscuro, y se
desprende fácilmente, a tal punto que la capa de escoria comienza a
separarse sola del cordón.
Permiten realizar soldaduras en todas posiciones y usualmente son
empleados en trabajos de herrerías, carpintería metálica y en estructuras
no sometidas a grandes esfuerzos y de poca o muy baja responsabilidad.
Y los básicos en los que predomina la calcita y la fluorita, contienen
compuestos desoxidantes y en ocasiones además una pequeña proporción
de rutilo. Se les denomina también de bajo hidrógeno, dado que, los niveles
de hidrógeno en la atmósfera del arco son sustancialmente bajos, siendo
este un aspecto de gran importancia, especialmente cuando se deben
ejecutar soldaduras de aceros de media y alta aleación en grandes
espesores o juntas con condiciones severas de restricción, donde la
presencia de hidrógeno en el metal depositado es sumamente perjudicial,
en lo se refiere a posible fisuración por hidrógeno.
La escoria es densa de color pardo oscuro y brillante, la generación de gases no
es tan abundante como en el caso de los celulósicos, debiéndose emplear un arco
muy corto y casi perpendicular al metal base para asegurar la protección del
mismo. El encendido del arco es bastante difícil, requiere de mucha práctica y
habilidad por parte del soldador.
Como característica adversa se tiene que el revestimiento básico absorbe
humedad del medio ambiente con mucha facilidad, por consiguiente, es muy
importante que estos electrodos estén conservados en cajas herméticamente
cerradas, depositadas en recintos climatizados, o en su defecto, colocados en
hornos o termos porta electrodos con temperatura.
Este tipo de electrodo es utilizado masivamente en todas las juntas donde se
requiera una buena penetración y que están sometidas a un alto esfuerzo de
tracción, ya sea de cañerías, equipos petroquímicos (tanques, recipientes a
presión, torres), conjuntos y estructuras, soldaduras de grandes espesores,
materiales de difícil soldabilidad y/o exigencias radiográficas.
El revestimiento Influye directamente sobre la calidad del metal depositado desde
el punto de vista de las propiedades físicas. A través de los elementos que tiene
incorporado el revestimiento podemos obtener, por un lado, dos tipos diferentes de
protección del baño fundido (medio gaseoso y sólido), y por otro lado, la
transferencia de alguno de esos elementos, desde el revestimiento hacia el metal
depositado, que producen un incremento en las propiedades mecánicas de la
soldadura. Adicionalmente se pueden introducir polvos de diferentes metales en el
revestimiento para compensar la pérdida de elementos de aleación que se
produce durante la fusión del electrodo, o para aportar elementos de aleación y
mejorar así las propiedades mecánicas del metal de soldadura, uno de los
elementos que se agregan al revestimiento de los electrodos es el polvo de hierro,
que permite aumentar la cantidad de metal depositado y mejorar el
comportamiento del arco.
Por último es de anotar que el revestimiento es sumamente importante en el
electrodo, podríamos decir que tanto como la misma alma, a continuación damos
una lista de razones del por qué:
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Otorga al arco una mayor estabilidad y produce un aumento del voltaje al
arrancar el mismo (favorece la ionización del arco).
Forma de un cráter en el extremo del electrodo que actúa como cono que
dirige el arco en la dirección deseada, evitando que el arco sea errático,
aumentando la uniformidad del cordón depositado
El revestimiento siendo no conductor, constituye un aislante eléctrico del
alambre.
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Permite la soldadura en posición (contra la gravedad) debido al efecto
retenedor que hace la escoria líquida sobre el metal fundido como
consecuencia de la tensión superficial que posee la misma
Influye sobre el aspecto y la forma del cordón depositado. Una soldadura
realizada con un electrodo desnudo produciría un cordón muy irregular,
angosto, sin penetración y con mucha sobremonta o sobre espesor.
El agregado de polvo de Fe en el revestimiento permite aumentar el
rendimiento de fusión del electrodo.
Provee una protección gaseosa, producto de la descomposición de
materias orgánicas para proteger el arco eléctrico y el baño de fusión del
aire circundante, evitando la oxidación del líquido de la pileta y la porosidad
que producen al reaccionar gases del aire cuando entran en contacto.
Provee una protección sólida, que consiste en formar una capa de escoria
que cubre el metal líquido, durante la solidificación evitando el contacto con
el aire circundante y actuando como capa aislante retardando el
enfriamiento del metal, lo que favorece la no fragilización.
Contiene elementos desoxidantes que durante la fusión reaccionan con las
impurezas presentes en el metal fundido formando compuestos que son
transferidos o pasan a formar parte de la escoria, dejando el metal limpio.
Aporta elementos de aleación que permiten mejorar las propiedades
mecánicas del metal aportado.
Electrodo y su clasificación.
El diámetro de los mismos se refiere al de la varilla, los diámetros Standard
utilizados son:
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1,6 mm (1/16”)
2,0 mm (5/64”)
2,4 mm (3/3”)
3,2 mm (1/8")
4,0 mm (5/32”)
4,8 mm (3/16”)
5,6 mm (7/32“)
y las longitudes Standard son:
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250 mm (10")
300 mm (12")
350 mm (14“)
450 mm (18”). Existen algunos electrodos específicos cuyas longitudes
alcanzan los 700 mm (28").
Estructura de un electrodo
El Sistema de numeración de la American Welding Society (AWS)
puede informar a los soldadores un poco sobre las especificaciones de los
electrodos, así como las aplicaciones donde funcionarían mejor y como deben
utilizarse para mejorar su rendimiento. Con eso en mente, echemos un vistazo al
sistema y como funciona.
El prefijo "E" designa un Electrodo de Soldadura de Arco. Los primeros dos dígitos
en un número de 4 dígitos y los tres primeros dígitos en un número de 5 dígitos
indican la resistencia mínima a la tensión. Por ejemplo, E6010 indica que el
electrodo cuenta con una Resistencia a la tensión de 60,000 psi (libras por
pulgada cuadrada) mientras que un E10018 cuenta con una Resistencia a la
Tensión de 100,000 psi.
El siguiente digito indica la posición. El "1" se le asigna a los electrodos que
pueden soldarse en todas las posiciones, "2" es para posiciones en plano y
horizontal; mientras que el "4" indica un electrodo que puede ser utilizado para
posiciones en plano, horizontal, vertical y de cabeza. Los últimos 2 dígitos juntos
indican el tipo de recubrimiento y la polaridad correcta de la corriente que utiliza.
Vea el siguiente cuadro:
Dígito
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tipo de Recubrimiento
Sodio de alta celulosa
Potasio de alta celulosa
Sodio alto en titanio
Potasio alto en titanio
Polvo de hierro, titanio
Sodio bajo en hidrógeno
Potasio bajo en hidrógeno
Oxido alto en hierro, Polvo de hierro
Potasio de bajo hidrógeno, Polvo de hierro
Corriente de Soldadura
DC+
AC, DC+ or DCAC, DCAC, DC+
AC, DC+ or DCDC+
AC, DC+
AC, DC+ or DCAC, DC+ or DC-
Como soldador, se tiene preferencia por ciertos electrodos que es probable que se
vea y utilice una y otra vez a medida que avanza sobre sus operaciones diarias.
Una maquina CD produce un arco suave. Electrodos clasificados como CD sólo se
pueden ejecutar en una máquina de soldar CD. Los electrodos que están
clasificados para la soldadura de CA son más tolerantes y también se pueden
utilizar como una máquina de CD. Éstos son algunos de los electrodos más
comunes:
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E6010
Sólo CD diseñado para soldar el paso de raíz en el interior de una pieza de
tubería, el arco es el más penetrante de todos. Es el más indicado para
penetrar a través del óxido, aceite, pintura o suciedad. Es un electrodo para
todas posiciones que los soldadores principiantes usualmente encuentran
muy difícil, pero es amado por los soldadores de tubería en todo el mundo.
Lincoln Fleetweld® 5P+ establece el estándar en esta categoría.
E6011
Este electrodo es utilizado para una soldadura con CA en todas posiciones
o para soldar en oxido, suciedad, metal no tan nuevo. Tiene un arco de
penetración profundo y es a menudo la primera opción para los trabajos de
reparación o mantenimiento, cuando no se tiene una CD disponible. El
producto más común de Lincoln es el Fleetweld® 180para hobbies o
nuevos usuarios. Los usuarios de las industrias prefieren el Fleetweld® 35.
E6011
Este es un electrodo de CA para todas posiciones, es utilizado para limpiar
soldaduras y placas de metal nuevas. Su arco suave tiene pocas chispas,
penetración moderada y una forma fácil de limpiar la escoria. Lincoln
Fleetweld® 37 es el más común de este tipo.
E7018
Electrodo de bajo hidrógeno, comúnmente requiere una soldadoraCD, para
todas las posiciones, usado cuando la calidad es un problema en los
metales difíciles de soldar. Tiene la capacidad de producir una soldadura de
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metal más uniforme, la cual tiene mejores propiedades de impacto a
temperaturas bajo cero. Los productos Lincoln más típicos son: Jetweld®
LH-78 o nuestro nuevo Excalibur® 7018.
E7024
Típicamente utilizado para hacer soldaduras largas de la mano con CA en
una placa de al menos ¼" de grosor y placas mayores a ½" de grosor.
Lincoln tiene algunos electrodos en esta categoría llamados Jetweld® 1 o 2
o 3.
Otros
Electrodos
Aunque no es tan común, un electrodo puede tener números adicionales
así como E8018-B2H4R. En este caso, "B2" indica la composición química
del depósito de metal de soldadura. "H4" es la designación de hidrogeno
difusible, la cual indica el nivel máximo de difusión de hidrogeno obtenido
con el producto. Y "R" significa la resistencia a la humedad para indicar la
capacidad del electrodo para cumplir los límites de recolección de baja
humedad epecificados bajo pruebas de humidificación controladas.
Algunos electrodos llamados de alto rendimiento contienen polvo de hierro en su
revestimiento estos electrodos pueden llegar a depositar entre un 30% y 70% más
de metal de aporte que un electrodo convencional, en el mismo tiempo
Tabla de electrodos comunes para proceso SMAW
Manipulación y conservación de los electrodos.
Como se indicó en los puntos anteriores la parte más importante de un electrodo
es su revestimiento, ya que la calidad del metal depositado depende
exclusivamente de él, si el revestimiento esta agrietado, desprendido, humedecido
o contaminado con aceite, grasa, pintura o cualquier otra suciedad este permitiría
que se contamine u oxide el alma del electrodo, provocando un depósito con
formación de poros y probable inclusión de elementos extraños incluyendo no
metálicos que pueden afectar las propiedades mecánicas del metal depositado.
Teniendo en cuenta todos estos inconvenientes, es absolutamente necesario que
los electrodos deban ser tratados con mucho cuidado y conservados en recintos
cerrados y climatizados, en lo posible los electrodos deben ser conservados en
sus envases originales, los cuales a su vez deberán estar en perfecto estado,
cerrados herméticamente, sin golpes ni roturas. Las cajas que son abiertas,
necesariamente deberán estar almacenadas en recintos climatizados con
temperatura
y
humedad
controlada.
Si por alguna causa los electrodos se han humedecido o han permanecido
expuestos a la humedad del ambiente por un tiempo prolongado principalmente
los de revestimiento básico porque absorben con mucha facilidad la humedad del
medio ambiente, y en ese caso deberán ser secados en un horno a la temperatura
y tiempo recomendados por el fabricante, antes de ser utilizados nuevamente.
Algoritmo de maneo de electrodos básicos.
Los electrodos de revestimiento celulósico y rutílico, si bien, no requieren ser
mantenidos en termos porta electrodos, deberán estar secos nunca calientes y
deben ser conservados en sus envases originales hasta el momento de su
utilización. Es de anotar que los electrodos de revestimiento Celulósico, requieren
cierto grado de humedad para su operación, si los mismos son resecados causan
salpicaduras, arco agresivo y porosidades en el cordón depositado.
Ventajas y desventajas del proceso.
Como ventajas del proceso podemos listar las siguientes:
INFOGRAFIA
https://www.lincolnelectric.com/es-mx/support/process-and-theory/Pages/awsclassifications-detail.aspx
http://soldadurayestructuras.com/2184409_Procesos-de-soldadura-y-corte.html
https://www.westarco.com/westarco/sp/education/blog/proceso-de-soldadura-arcomanual-con-electrodo-revestido.cfm
https://www.esab.com.ar/ar/sp/education/blog/proceso-soldadura-smaw.cfm
https://www.solysol.com.es/data/documents/soldadura=20electrodo=20rec.doc.pdf
https://www.demaquinasyherramientas.com/soldadura/soldadura-smaw-que-es-yprocedimiento
https://es.slideshare.net/DavidRamirezRivera1/proceso-smaw-43259960