Cuaderno Gmaw

CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW

1. RESUMEN En este trabajo se presenta una descripción del proceso de soldadura por arco con electrodo continuo y protección gaseosa. Si bien este proceso se conoce desde el año 1920 el manejo de los parámetros y la necesidad de suministro de gas ha hecho que su uso se encuentre limitado. En este trabajo se presenta un resumen del proceso con un análisis de parámetros. El objetivo del presente es el uso como material de apunte en los cursos sobre el proceso que dicta este Laboratorio.

2. INTRODUCCION: En el proceso GMAW se genera un arco eléctrico entre un electrodo continuo de metal de aporte y la pileta soldada. Este proceso es usado con la protección de un gas externamente suministrado, y sin la aplicación de presión. La aplicación primaria de este proceso fue en la soldadura de aluminio, por lo que sé denominada MIG (Metal inerte gas). Avances posteriores aplicaron este proceso a la soldadura de aceros con menores densidades de corriente y el uso de gases y mezclas de gases reactivos (CO2). Una variación de este proceso es el uso de un electrodo tubular dentro del cuál hay un núcleo constituido por polvos metálicos (Metal -Cored). El GMAW es un proceso semiautomático, no obstante con una máquina apropiada puede automatizarse. Con este proceso pueden soldarse todos los metales de importancia comercial.

3. VENTAJAS Y LIMITACIONES: Los beneficios más importantes de este proceso son: 1. Es el único proceso de electrodo consumible que puede servir para soldar todos los metales y aleaciones comerciales 2. Por ser el electrodo un alambre continuamente suministrado no existe limitación de tamaño. 3. Permite soldar en todas posiciones. 4. Se logran tasas de deposición superiores al proceso con electrodo revestido. 5. Las velocidades de soldadura son mas altas. 6. Cuando se utiliza transferencia spray, se logra mayor penetración que con la soldadura manual, lo que permite el uso de soldaduras de filete más pequeñas para obtener una resistencia mecánica equivalente

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW 7. No requiere limpieza después de al soldadura ya que no se produce escoria. Algunas de las limitaciones del proceso son: 1. Es más difícil de usar en lugares de difícil acceso porque la torcha debe estar cerca de la unión (entre 10 y 19mm) para asegurar buena protección del metal fundido. 2. El arco de soldadura debe protegerse contra corrientes de aire que puedan dispersar el gas protector, lo que limita su aplicación en la intemperie.

4. FUNDAMENTOS DEL PROCESO El proceso GMAW se basa en la alimentación automática de un electrodo continuo que se protege mediante el uso de gas externamente suministrado. La Figura 1 ilustra el proceso. Una vez que el operador ha hecho los ajustes iniciales, el equipo puede regular automáticamente las características eléctricas del arco. Es por ello que en el proceso semiautomático el soldador solo controla la velocidad de avance y dirección de desplazamiento, así como el posicionamiento de la torcha. Esto hace que la longitud de arco y la corriente (esto es velocidad de alimentación del alambre) se mantienen automáticamente.

FIGURA 1: Proceso GMAW LAB. METALOG. Y SOLDADURA - U. N. COMAHUE

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5. EQUIPAMIENTO El equipamiento necesario para la soldadura GMAW se muestra en las Figura 2. Los elementos del equipo son: 1.- Fuente de poder 2.- Alimentación del electrodo y sistema de control 3.- Torcha y cable4.- Electrodo 5.- Sistema de alimentación del gas de protección.

FIGURA 2: Equipamiento necesario

Hay dos tipos básicos de combinaciones entre unidad de alimentación y fuente de poder que pueden utilizarse en el proceso para obtener la autorregulación de la longitud de arco que se desee. Generalmente se utiliza una fuente de voltaje constante (potencial constante) (por lo que la curva Volt - Amperes es prácticamente horizontal) con una velocidad de alimentación del electrodo constante. Otra alternativa es utilizar, una fuente de corriente constante, con una unidad de alimentación del electrodo que se controla por medio del voltaje del arco. Generalmente se emplea la combinación voltaje constante/ velocidad de alimentación del electrodo constante.

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW 5.1 FUENTE DE PODER La fuente de poder suministra la energía eléctrica al electrodo y a la pieza de trabajo a fin de producir el arco. En casi todas las aplicaciones de GMAW se emplea corriente continua electrodo positivo (DCEP), por lo que la terminal positiva se conecta a la torcha y la negativa a la pieza de trabajo. Este modo suele denominarse -polaridad inversa. El término POLARIDAD describe la conexión eléctrica de la a las terminales de una fuente de potencia de corriente continua. La conexión DCEP en GMAW produce un arco estable, una transferencia de metal uniforme, relativamente pocas salpicaduras, y buena penetración. En GMAW la LONGITUD DEL ARCO es la distancia entre el electrodo y la superficie de trabajo, es una variable crítica que debe controlarse cuidadosamente. El VOLTAJE DEL ARCO depende de la longitud de arco así como de muchas otras variables, tales como composición y dimensión del alambre, gas de protección, técnica de soldadura. Con algunas consideraciones podríamos decir que expresa en forma aproximada la longitud física del arco. La figura 3 muestra la terminología utilizada. Si

FIGURA 3: Terminología utilizada en GMAW. todas las variables se mantienen constantes, el voltaje del arco se relaciona directamente con la longitud del arco.

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW La Figura 4 muestra la curva característica de tensión constante. Este sistema compensa las modificaciones en la distancia punta de contacto - superficie de trabajo que ocurren durante las operaciones de soldadura normales incrementando o disminuyendo la corriente de soldadura. La longitud de arco se establece ajustando el voltaje en la fuente de potencia. Una vez fijada no se requiere más modificación durante al ejecución de la soldadura La Figura 5 muestra el mecanismo de auto corrección de una fuente de tensión constante. Al aumentar la distancia entre la punta y la superficie de trabajo, el voltaje y la longitud del mismo tenderán a crecer, sin embargo, la corriente de soldadura disminuye con este ligero aumento del voltaje, lo que compensa el incremento de la extensión del FIGURA 4: Características externas de las fuentes de tensión constante.

electrodo 5.2 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DEL METAL La mejor forma de describir las características del proceso GMAW es en función de tres mecanismos básicos empleados para transferir metal del electrodo: Ø Transferencia en corto circuito Ø Transferencia globular Ø Transferencia Spray El tipo de transferencia depende principalmente de: Ø Magnitud y tipo de corriente de soldadura Ø Diámetro del electrodo Ø Composición química del electrodo Ø Extensión del electrodo

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW Ø Gas de protección CAMBIO INSTANTANEO

CONDICION ESTABLE

LONGITUD DE ARCO, L mm (in) TENSION DE ARCO, V CORRIENTE DE ARCO, A VELOCIDAD DE ALIMENTACION m/mín(ipm) VELOCIDAD DE FUSION m/mín (ipm)

CONDICION REESTABLECIDA

6,4 (1/4)

12,7 (1/2)

6,4 (1/4)

24

29

24

250

220

250

6,4 (250)

6,4 (250)

6,4 (250)

6,4 (250)

5,6 (220)

6,4 (250)

FIGURA 5: Regulación automática de la longitud de arco.

5.2.1 TRANSFERENCIA EN CORTO CIRCUITO Este tipo de transferencia abarca el intervalo más bajo de corrientes de soldadura y de diámetros de electrodos asociados al proceso GMAW. La transferencia en corto circuito produce un charco de soldadura pequeño, de rápida solidificación, que generalmente es apropiado para unir secciones delgadas, soldar fuera de posición y tapar aberturas de raíz anchas. El metal se transfiere del electrodo al trabajo solo durante el período en que está en contacto con el charco de soldadura. El electrodo hace contacto con el charco de soldadura a razón de 20 a más de 200 veces por segundo. La secuencia de sucesos durante la transferencia de metal, y la

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW corriente y el voltaje correspondiente se muestran en la Figura 6. Cuando el alambre toca el metal de soldadura, la corriente aumenta [A, B, C y D Figura 6]; en [D y E] el metal fundido en la punta del electrodo se estrangula, iniciando el arco como se aprecia en [E y F]. La rapidez con que aumenta la corriente debe ser suficiente para calentar el electrodo y promover la transferencia del metal, pero lo bastante baja como para minimizar salpicaduras causadas por la separación violenta de la gota de metal. Este aumento de la corriente se controla a través de la inductancia de la fuente de poder. El ajuste de la inductancia óptimo depende tanto de la resistencia eléctrica del circuito de soldadura como del punto de fusión del electrodo. Una vez establecido el arco, la punta del alambre se funde al tiempo que el alambre se alimenta hasta el siguiente corto circuito en [H] en la figura.

FIGURA 6: Representación de la transferencia en corto circuito Aunque solo hay transferencia de metal durante el corto circuito, la composición del gas de protección tiene un efecto drástico sobre la tensión superficial del metal fundido. Los cambios en la composición del gas de protección pueden afectar el tamaño de las gotas y la duración del corto circuito. El CO2 en general produce niveles de salpicado elevado en comparación con los gases inertes, pero promueve la penetración.

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FIGURA 7:Efecto de estrangulación durante la transferencia en corto circuito La Figura 7 muestra el efecto de estrangulación electromagnética, esta es la fuerza de "constricción" (pinch) que la corriente ejerce sobre un conductor al fluir por él. Esta fuerza es función de la pendiente de la curva Volt- amper, que cambia la corriente de cortocircuito, una menor corriente de cortocircuito produce un efecto de estrangulación menos intenso. Esta fuerza es importante ya que determina la forma en que una gota fundida se desprende del electrodo, lo que afecta a su vez la estabilidad del arco. 5.2.1.1 CONTROL DE LA INDUCTANCIA Cuando el electrodo produce el corto circuito, la corriente sube rápidamente a un nivel elevado. La inductancia afecta la rapidez de este aumento, por lo regular se mide en Henrys. La curva de la Figura 8, muestra el efecto de la inductancia. La magnitud máxima del efecto de estrangulación está determinada por el nivel de corriente en el cortocircuito final. Sin inductancia, el efecto de estrangulación se aplica con rapidez y la gota fundida será desprendida violentamente del electrodo, con un exceso de salpicadura. Una inductancia mayor produce una reducción en el número de cortocircuitos por segundos y un aumento en el tiempo de "arco encendido". Esto último hace al charco más fluido y produce una franja de soldadura más plana y lisa.

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(a)

(b)

FIGURA 8: (a) Efecto de la inductancia sobre la corriente de soldadura. (b) pendiente de la curva de operación 5.2.2 TRANSFERENCIA GLOBULAR Con polaridad positiva, hay transferencia globular cuando la corriente es relativamente baja sea cual fuere el gas de protección utilizado, pero con CO 2 y helio este tipo de transferencia ocurre para todos los rangos de corriente útiles. La transferencia globular se caracteriza por un tamaño de gota mayor que el diámetro del electrodo. La gravedad actúa fácilmente sobre esta gota grande, por lo que en general solo hay transferencia útil en posición plana. Con gas inerte se puede lograr transferencia globular con corrientes levemente mayores a las de transferencia en corto circuito, se debe tener cuidado de no usar un voltaje bajo ya que puede producir salpicado ni uno muy elevado, que produce falta de penetración. La protección con CO2 produce transferencia globular en forma aleatoria, es por ello que el uso de este gas de protección exige técnicas especiales en la soldadura (enterrar el arco) a fin de evitar el salpicado. 5.2.3 TRANSFERENCIA TIPO SPRAY (AXIAL) La Figura 9 muestra esquemáticamente este tipo de transferencia, la cuál es posible lograr con mezclas ricas en argón. Para ello se necesita utilizar polaridad positiva y un nivel de corriente por encima de la corriente de transición. Por debajo de este nivel tenemos la transferencia globular. La Figura 10 da la relación entre la velocidad de transferencia de gotas de metal de aporte y la corriente de soldadura. La corriente de transición depende de la tensión superficial del metal líquido, es inversamente proporcional al diámetro del electrodo y en menor grado de la extensión LAB. METALOG. Y SOLDADURA - U. N. COMAHUE

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW del electrodo. Varía con al temperatura de fusión del metal de aporte y con el tipo de gas de protección. La Tabla 1 da las corrientes de transición típicas para algunos metales más comunes.

FIGURA 9: Esquema de la transferencia globular y axial

Tabla 1: Corrientes de transición de globular a spray para diferentes electrodos

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FIGURA 10: Relación entre corriente de soldadura y transferencia de la gota Este tipo de transferencia sí bien puede aplicarse a cualquier tipo de aleación y en cualquier posición de soldadura, tiene como limitación que los elevados aportes térmicos puede resultar inadecuada para chapas finas y que el charco grande producido dificulta posiciones no planas. Estos inconvenientes han sido subsanados mediante el uso de máquinas que producen formas de ondas y frecuencias cuidadosamente controladas que "pulsan" la corriente de soldadura. En la figura 11 vemos que se suministran dos niveles de corriente; una de fondo baja y constante que mantiene el arco sin proporcionar energía suficiente para que se formen las gotas en la punta del alambre, y una corriente a pulsos superpuesta cuya amplitud es mayor que la corriente de transición necesaria para la transferencia spray. Durante este pulso se forman y transfieren una o más gotas. La frecuencia y amplitud de los pulsos controla la energía del arco, y por lo tanto la rapidez con que se funde el alambre. Existen fuentes que permiten controlar las corrientes de fondo y de pulso (fuentes sinérgicas) apropiada para la velocidad del alambre escogida.

6. VARIABLES DEL PROCESO Establecer adecuadamente un procedimiento de soldadura GMAW implica manejar las siguientes variables, las cuales se encuentran relacionadas entre sí. Ø Corriente de soldadura (velocidad de alimentación del electrodo)

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW Ø Polaridad Ø Voltaje del arco (longitud de arco) Ø Velocidad de avance Ø Extensión del electrodo Ø Orientación del electrodo (ángulo respecto a la dirección de desplazamiento) Ø Posición de soldadura Ø Diámetro del electrodo Ø Composición y caudal del gas de protección.

FIGURA 11: Esquema de la transferencia por arco pulsado. Como ya hemos mencionado, si todas las demás variables se mantienen constantes, la corriente de soldadura varía con la velocidad de alimentación del electrodo. Esta relación se encuentre graficada y es distinta en función de la composición química del electrodo. La Figuras 12, muestran las curvas de relación para electrodos de acero al carbono, de aluminio, de acero inoxidable y de cobre. Como se ha mencionado la extensión del electrodo es la distancia entre el extremo del tubo de contacto y la punta del electrodo. El aumento de la extensión del electrodo produce un aumento en su resistencia eléctrica, esto aumenta la tasa de fusión del electrodo. La mayor resistencia eléctrica hace que aumente la caída de voltaje entre el tubo de contacto y la superficie de trabajo, lo que es detectado por la fuente que reacciona reduciendo la corriente. Esto inmediatamente disminuye la velocidad de fusión del electrodo y se acorta la longitud física del arco. La extensión deseable del electrodo generalmente está entre 6 y 13 mm para la transferencia en corto circuito y entre 13 y 15 mm para los demás tipos de transferencia. Como en todos los procesos de soldadura por arco la orientación del electrodo con relación a la unión afecta la forma y penetración de la soldadura, y el efecto sobre el ancho del cordón es mayor que la tensión del arco o la velocidad de avance. Hay dos relaciones a tener en cuenta: LAB. METALOG. Y SOLDADURA - U. N. COMAHUE

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW 1) El ángulo que forma el eje del electrodo y la dirección de desplazamiento (ángulo de avance). 2) El ángulo entre el eje del electrodo y la superficie de trabajo (ángulo de trabajo) Cuando el electrodo apunta en la dirección opuesta a la de avance se denomina ángulo de arrastre. La Figura 13. La penetración máxima en soldadura plana se obtiene con al técnica de arrastre, empleando un ángulo de arrastre de unos 25º con respecto a la perpendicular. En el caso de la soldadura de aluminio la técnica de ataque ejerce mayor acción limpiadora sobre la superficie de trabajo. Para soldadura de filete el electrodo deberá colocarse a 45º respecto la pieza en vertical.

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ACERO AL CARBONO

ALUMINIO ER 4043

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ACERO INOXIDABLE ER3XX

ELECTRODOS DE COBRE

FIGURAS 12: corrientes típicas para distintas velocidades de alimentación en distintos tipos de consumibles

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7. MATERIALES: Daremos a continuación una descripción de los materiales involucrados en el proceso, con una observación acerca de la importancia de los mismos. 7.1 GASES DE PROTECCION La función primaria del gas de protección es impedir que la atmósfera entre en contacto con el metal de soldadura fundido. La Tabla 2 muestra las propiedades físicas de los distintos gases utilizados en soldadura TABLA 2: propiedades de los distintos gases utilizados en soldadura GAS

SIMBOLO QUIMICO

PESO MOLECULAR

GRAVEDAD ESPECIFICA(a)

ARGON Ar 39,95 1,38 DIOXIDO CO2 44,01 1,53 DE CARBONO HELIO He 4,00 0,1368 HIDROGEN H2 2,016 0,0695 O NITROGEN N2 28,01 0,967 O OXIGENO O2 32,00 1,105 (a)a 1atm, 0ºc; aire=1 El gas de protección influye también en: 1) Características del arco 2) Tipo de transferencia 3) Penetración y ancho de la soldadura 4) Velocidad de soldadura 5) Tendencia al socavado 6) Acción limpiadora 7) Propiedades mecánicas del metal de soldadura.

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DENSIDAD (g/l)

POTENCIAL DE IONIZACION (eV)

1,784 1,978

15,7 14,4

0,178 0,090

24,5 13,5

12,5

14,5

1,43

13,2

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ER70S-6

17V -- 210 A --444 cm/mín - Ar/O2

ER70S-6 --17V - 160 A -- 310 cm/mín -- Ar/O2

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Con relación al costo de la soldadura las Figuras 14 corresponden a la incidencia del gas de protección en el costo total, donde vemos que la misma es mínima.

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW FIGURA 14: Incidencia del gas de protección en los costos de la soldadura

ACERO INOXIDABLE 3% GAS 1% ENERGIA LABORES

43% 53% CONSUMIBLES

ACEROS AL CARBONO 3% GAS 2% ENERGIA 18% CONSUMIBLES

77% LABORES

7.1.1 Dióxido de carbono El dióxido de carbono es el único gas de protección reactivo que puede utilizarse solo en GMAW. La mayor velocidad de soldadura, junto con su profunda penetración y su bajo costo ha promovido el uso de este gas como protector. Con CO 2 se puede obtener transferencia en corto circuito o globular. Con transferencia globular para evitar el salpicado se utiliza la técnica de enterrar el electrodo. El dióxido de carbono es relativamente inactivo a temperatura ambiente, cuando es calentado a alta temperatura por el arco de soldadura, el CO 2 se disocia para formar monóxido (CO) y oxigeno, como indica la siguiente ecuación. 2 CO2→ 2CO + O2

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW La atmósfera del arco contiene una considerable cantidad de oxígeno que reacciona con elementos en el metal fundido. La tendencia oxidante del gas de protección CO 2 ha sido reconocida en el desarrollo de los electrodos para GMAW. En suma el hierro fundido reacciona con el CO2 produciendo oxido de hierro y monóxido de carbono, mediante la reacción reversible: Fe + CO2 ⇔ FeO + CO A temperaturas elevadas algo del monóxido se disocia en carbono y oxígeno 2 CO ⇔ 2 C + O2 El efecto del CO2 sobre el acero dulce y el de baja aleación es único. Dependiendo del contenido de carbono original del metal base y del electrodo, la atmósfera del CO 2 puede ser un medio carburizante o decarburizante, o sea, que el contenido de carbono del metal de soldadura podrá aumentar o disminuir dependiendo del carbono presente en el electrodo y en el metal base. Si el carbono en el metal de soldadura esta debajo de aproximadamente 0,05%, la pileta fundida líquida puede tender al picado por carbono desde la atmósfera protectora de CO2. Por otro lado si el contenido de carbono del metal de soldadura es mayor que 0,10%, la pileta fundida puede perder carbono, esta perdida es atribuida a la formación de monóxido (CO), debido a las características oxidantes del CO 2 a altas temperaturas. 7.1.2 Gases Inertes Ar - He El Argón y el Helio son gases inertes, estos dos y sus mezclas se emplean para soldar metales no ferrosos y aceros inoxidables, al carbono y de baja aleación. 7.1.3 Mezclas de gases: Permiten combinar las ventajas de dos o más gases. La Figura 15 ilustran el efecto de los gases de protección sobre el perfil de la pileta. La Tabla 3 da los gases recomendados para la soldadura de aceros, mientras que la Tabla 4 corresponde a metales no ferrosos.

TABLA 3: gases recomendados para la soldadura de aceros

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW Material Modo de Posición Espesor (mm) transferencia <5 >5 Spray Plana No recomendado 98%Ar-2%O2 Horizontal 92%Ar-8%CO2 92%Ar-8%CO2 Spray Pulsado Todas 98%Ar-2%O2 Acero al 92%Ar-8%CO2 ( p/ Carbono varilla 6mm) 75%ArCortocircuito Todas 75%Ar-25%CO2 25%CO2 92%Ar-8%CO2 100% CO2 Spray Plana No recomendado 98%Ar-2%O2 Horizontal 92%Ar-8%CO2 Aceros baja Spray Pulsado Todas 92%Ar-8%CO2 75%Araleación 25%CO2 Cortocircuito Todas 75%Ar-25%CO2 75%Ar92%Ar-8%CO2 25%CO2 CO2 Spray Plana No recomendado 98%Ar-2%O2 Horizontal Aceros Spray Pulsado Todas 92%Ar-8%CO2 98%Ar-2%O2 inoxidables Cortocircuito Todas 90% He-7,5% Ar - 90% He-7,5% 2,5%CO2 Ar -2,5%CO2 TABLA 4: Gases recomendados para la soldadura de Al, Cu. Ni y sus aleaciones Material Modo de Posición Espesor (mm) transferencia <5 >5 Spray Todas Ar Ar Aluminio y 75%He-25% Ar sus Todas Ar aleaciones Spray Pulsado Ar 75%He-25% Ar Todas Ar Cobre y sus Spray 75%He-25% Ar 75%He-25% Ar aleaciones Todas Ar Spray Pulsado 75%He-25% Ar 75%He-25% Ar Todas Niquel y sus aleaciones

Spray

Ar Todas

Spray Pulsado

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Ar

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Ar 75%He-25% Ar Ar 75%He-25% Ar

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FIGURA 15: Efecto de los gases sobre la penetración en la soldadura

7.2 ELECTRODOS: Las Normas que se utilizan para la clasificación de los electrodos para GMAW incluyen las varillas para GTAW, estas se denominan de acuerdo a los metales base involucrados las cuales son:

ACEROS AL CARBONO: AWS A5.18 ACEROS DE BAJA ALEACION: AWS A5.28 ACEROS INOXIDABLES: AWS A5.9 ALUMINIO Y SUS ALEACIONES: AWS A5.10

7.2.1 CLASIFICACION DE LOS ELECTRODOS: Los electrodos de acero dulce para GMAW se clasifican según: ANSI/AWS A5.18/93, Specification for Carbon Steel Electrodes and Rods for GMAW. La identificación es la dada en la Figura 16. El significado del último dígito en la clasificación se refiere a la performance del electrodo, en la Tabla 5 indicamos el mismo. LAB. METALOG. Y SOLDADURA - U. N. COMAHUE

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW TABLA 5: significado del último dígito NORMA AWS A 5.18 ER70S-2 PRINCIPALMENTE DISEÑADOS PARA SIMPLE PASADAS EN ACEROS CON

ER70S-3 ER70S-4 ER70S-5 ER70S-6

SUPERFICIES CON OXIDOS O LIMPIEZA LIMITADA. RECOMENDADOS PÀRA ACEROS ASTM A36, A285, A515-55 Y A516-70, PUEDEN UTILIZARSE EN PASADAS MULTIPLES SIMPLE Y MULTIPLES PASADAS CON USO IDENTICO AL S-2 SE UTILIZA CUANDO SE REQUIERE MAS DESOXIDACION QUE EL S-2. NO TIENEN REQUISITOS DE IMPACTO SE UTILIZAN CON CO2 Y ALTAS CORRIENTES SIMPLE Y MULTIPLES PASADAS REQUIEREN UNA SUPERFICIE LIMPIA PRESENTAN UNA BUENA APARIENCIA DE PILETA

Los electrodos se fabrican en tamaños estándares de 0,9, 1,2 a 2,4mm de diámetro. Las propiedades de la soldadura pueden variar apreciablemente dependiendo del tamaño de electrodo, corriente de soldadura, espesor de la placa, geometría de la junta, precalentamiento, temperatura entre pasadas, condición superficial, composición del metal base y diferencias con el metal depositado y gas de protección. Los electrodos de aceros de baja aleación se clasifican según la Norma ANSI/AWS A5.28-96, Specification for Low Alloy Steel Electrodes and Rods for GMAW, se obtienen depósitos de soldadura con composiciones químicas y propiedades mecánicas similares a los electrodos SMAW. Son utilizados en soldadura de baja aleación de similar composición química. La Tabla 6 da el significado del último dígito y la Tabla 7 algunas composiciones químicas de estos electrodos. Debemos destacar que la Norma clasifica los electrodos en base a lo siguiente: (1) Cuando el CO2 se utilice como un gas de protección separado. (2) Tipo de corriente (3) Posición de soldadura (4) Composición química del metal de soldadura (5) Propiedades mecánicas del metal de soldadura

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW TENSION DE ROTURA DEL METAL DE SOLDADURA EN K psi

ERXXS- X INDICA CONDICIONES OPERATIVAS Y COMPOSICION QUIMICA DESIGNA AL ELECTRODO SOLIDO EL METAL DE APORTE PUEDE UTILIZARSE COMO ELECTRODO O VARILLA

FIGURA 16: Clasificación de los electrodos de aceros al carbono para GMAW TABLA 6: Significado del último dígito Norma AWS A5.28 NORMA AWS A 5.28 (1/2Mo) LA ADICION DE Mo INCREMENTA LA RESISTENCIA DEL METAL DE ER70S-A1 ER80S-B2 ER70S-B2L ER90S-B3 ER80S-B3L ER80S-NiX ER80S-D2 RE90S-D2 ER100S-1 ER110S-1 ER120S-1 ER80S-B6 ER80S-B8 ER90S-B9

SOLDADURA A ELEVADA TEMPERATURA (1-1/4Cr-1/2Mo) SE UTILIZAN EN ACEROS RESISTENTES A ELEVADA TEMPERATURA Y A LA CORROSION. TAMBIEN EN SOLDADURA DE DISIMILES (1-1/4Cr-1/2Mo) SON IDENTICOS A LOS ANTERIORES SOLO QUE TIENEN BAJO NIVEL DE CARBONO (<0,05%) Y MENOR RESISTENCIA MECANICA SE UTILIZAN EN SOLDADURA DE ACEROS 2-1/4Cr-1Mo PARA ALTA TEMPERATURA Y PRESION. SE CLASIFICAN LUEGO DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS POST-WELDING (2-1/4Cr-1Mo) SON IDENTICOS A LOS ANTERIORES SOLO QUE TIENEN BAJO NIVEL DE CARBONO (<0,05%) Y MENOR RESISTENCIA MECANICA- EXHIBEN MEJOR RESISTENCIA A FISURAS (x=1,2,3) SE UTILIZAN CUANDO SE REQUIERE BUENA TENACIDAD A BAJA TEMPERATURA (1/2Mo) LA DIFERENCIA EN LAS PROPIEDADES SE DEBE AL GAS DE PROTECCION. CONTIENE Mo PARA INCREMENTAR LA RESISTENCIA MECANICA Y ALTO NIVEL DE DESOXIDANTES (Mn Y Si) PARA EVITAR LA POROSIDAD CUANDO SE UTILIZA CO2 DEPOSITAN UN METAL DE SOLDADURA DE ALTA RESISTENCIA Y TENACIDAD PARA APLICACIONES CRITICAS, DESARROLLADOS ORIGINALMENTE PARA ACEROS HY80 Y HY100. (5Cr-1/2Mo) SE UTILIZAN EN LA SOLDADURA DE MATERIALES DE SIMILAR COMPOSICION QUIMICA. SON TEMPLABLES AL AIRE Y POR LO TANTO REQUIEREN PRECALENTAMIENTO Y POST- WELDING (9Cr-1Mo) SE UTILIZAN EN LA SOLDADURA DE MATERIALES DE SIMILAR COMPOSICION QUIMICA. SON TEMPLABLES AL AIRE Y POR LO TANTO REQUIEREN PRECALENTAMIENTO Y POST- WELDING (9Cr-1Mo-0,2v-0,07Nb)) IMPARTEN TENACIDAD, RESISTENCIA A LA CORROSION A ELEVADA TEMPERATURA Y A LA FATIGA

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7.3 DISEÑO DE JUNTA EN EL METAL BASE El diseño de junta debe permitir que se pueda mantener una extensión del electrodo constante, un adecuado acceso a la raíz y que se pueda manejar fácilmente el electrodo durante la realización de la unión. La Figura 17, muestra los diseños de junta típicos para soldaduras GMAW.

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW FIGURA 17: Diseños de juntas recomendados para GMAW

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW TABLA: 8: Efecto de los cambios de variables del proceso sobre los atributos de la soldadura VARIABLE DE SOLDADURA QUE CAMBIA

CAMBIO DESEADO PENETRACIÓN VELOCIDAD DE DEPOSICIÓN TAMAÑO DE PILETA ANCHO DE PILETA INCREMENTA DISMINUYE INCREMENTA DISMINUYE INCREMENTA DISMINUYE INCREMENTA DISMINUYE

CORRIENTE Y VELOCIDAD DE ALIMENTACIÓN DEL ALAMBRE TENSIÓN

VELOCIDAD TRABAJO

DE

*

EXTENSIÓN DEL ELECTRODO

*

DIAMETRO DEL ALAMBRE GAS DE PROTECCIÓN

ÁNGULO DE LA TORCHA

arrastre

empuje

empuje

Arrastre

No afecta Incremento

Disminuye

Pequeño efecto * Si los niveles de corriente son mantenidos por ajuste de la velocidad de alimentación del alambre.

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8. CALIDAD DE LA SOLDADURA Depende del tipo de electrodo utilizado, condición del metal base, diseño de junta y condiciones de soldadura. Las Figuras 18 indican los posibles problemas que pueden aparecer en estas soldaduras y las probables soluciones. La Tabla 8 muestra el efecto que ejercen en esta soldadura la modificación de los distintos parámetros involucrados.

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CUADERNO F.I. Nº 1-2001 SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO GAS-METAL ARC WELDING - GMAW FIGURA 18: Problemas y soluciones en soldadura GMAW

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9. REFERENCIAS: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

Welding Handbook- Vm 2 - VIII Ed AWS. Metals Handbook- Vm 6 - X Ed. AWS A5.18-95. Specification for carbon steel electrodes for GMAW. AWS A5.28-80 Specification for low alloy steel electrodes for GMAW. Soldabilidad de los aceros - Manuel Reina Gomez ED: LORMO

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10. INDICE 1.

RESUMEN _______________________________________________________________1

2.

INTRODUCCION: _________________________________________________________1

3.

VENTAJAS Y LIMITACIONES: ______________________________________________1

4.

FUNDAMENTOS DEL PROCESO ____________________________________________2

5.

EQUIPAMIENTO __________________________________________________________3 5.1 FUENTE DE PODER___________________________________________________________4 5.2 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DEL METAL ______________________________5 5.2.1 5.2.2 5.2.3

TRANSFERENCIA EN CORTO CIRCUITO ________________________________ __________ 6 TRANSFERENCIA GLOBULAR ________________________________ ____________________ 9 TRANSFERENCIA TIPO SPRAY (AXIAL) ________________________________ ___________ 9

6.

VARIABLES DEL PROCESO _______________________________________________11

7.

MATERIALES: ___________________________________________________________16 7.1 GASES DE PROTECCION_____________________________________________________16 7.1.1 7.1.2 7.1.3

Dióxido de carbono ________________________________ _______________________________ 20 Gases Inertes Ar - He________________________________ ______________________________ 21 Mezclas de gases:________________________________ ________________________________ _ 21

7.2 ELECTRODOS: ______________________________________________________________23 7.2.1

CLASIFICACION DE LOS ELECTRODOS: ________________________________ __________ 23

7.3 DISEÑO DE JUNTA EN EL METAL BASE_______________________________________26 Incremento

Disminuye _______________29

8.

CALIDAD DE LA SOLDADURA ____________________________________________31

9.

REFERENCIAS:__________________________________________________________34

10. INDICE _________________________________________________________________35

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