Para realizar la soldadura por arco metálico con gas, el equipo básico necesario es una pistola de soldadura, una unidad de alimentación de hilo, una fuente de alimentación de soldadura, un hilo de electrodo de soldadura y un suministro de gas de protección.
Pistola de soldadura y unidad de alimentación de hiloEditar
La típica pistola de soldadura GMAW tiene una serie de partes clave-un interruptor de control, una punta de contacto, un cable de alimentación, una boquilla de gas, un conducto y un revestimiento para el electrodo, y una manguera de gas. El interruptor de control, o gatillo, cuando es pulsado por el operario, inicia la alimentación de hilo, la energía eléctrica y el flujo de gas de protección, provocando un arco eléctrico. La punta de contacto, normalmente de cobre y a veces tratada químicamente para reducir las salpicaduras, se conecta a la fuente de potencia de soldadura a través del cable de alimentación y transmite la energía eléctrica al electrodo mientras la dirige a la zona de soldadura. Debe estar firmemente sujeta y tener el tamaño adecuado, ya que debe permitir el paso del electrodo manteniendo el contacto eléctrico. En su camino hacia la punta de contacto, el hilo está protegido y guiado por el conducto del electrodo y la camisa, que ayudan a evitar el pandeo y a mantener un avance ininterrumpido del hilo. La boquilla de gas dirige el gas de protección de manera uniforme hacia la zona de soldadura. Un flujo inconsistente puede no proteger adecuadamente la zona de soldadura. Las boquillas más grandes proporcionan un mayor flujo de gas de protección, lo cual es útil para las operaciones de soldadura de alta corriente que desarrollan un mayor charco de soldadura fundida. Una manguera de gas procedente de los depósitos de gas de protección suministra el gas a la boquilla. A veces, también se incorpora una manguera de agua a la pistola de soldar, que refrigera la pistola en operaciones de alto calor.
La unidad de alimentación de alambre suministra el electrodo al trabajo, conduciéndolo a través del conducto y hasta la punta de contacto. La mayoría de los modelos proporcionan el alambre a una velocidad de avance constante, pero las máquinas más avanzadas pueden variar la velocidad de avance en respuesta a la longitud del arco y la tensión. Algunos alimentadores de alambre pueden alcanzar velocidades de avance de hasta 30 m/min (1200 in/min), pero las velocidades de avance para GMAW semiautomático suelen oscilar entre 2 y 10 m/min (75 – 400 in/min).
Estilo de herramientaEditar
El portaelectrodos más común es un portaelectrodos semiautomático refrigerado por aire. El aire comprimido circula por él para mantener temperaturas moderadas. Se utiliza con niveles de corriente más bajos para soldar solapes o juntas a tope. El segundo tipo de portaelectrodos más común es el semiautomático refrigerado por agua, cuya única diferencia es que el agua sustituye al aire. Utiliza niveles de corriente más altos para soldar uniones en T o en esquina. El tercer tipo típico de portaelectrodos es el automático refrigerado por agua, que suele utilizarse con equipos automatizados.
Fuente de alimentaciónEditar
La mayoría de las aplicaciones de soldadura por arco metálico con gas utilizan una fuente de alimentación de tensión constante. Como resultado, cualquier cambio en la longitud del arco (que está directamente relacionado con el voltaje) resulta en un gran cambio en la entrada de calor y la corriente. Una longitud de arco más corta provoca una entrada de calor mucho mayor, lo que hace que el electrodo de alambre se funda más rápidamente y, por lo tanto, se restablezca la longitud de arco original. Esto ayuda a los operarios a mantener una longitud de arco constante, incluso cuando se suelda manualmente con pistolas de soldar de mano. Para conseguir un efecto similar, a veces se utiliza una fuente de potencia de corriente constante en combinación con una unidad de alimentación de alambre controlada por la tensión del arco. En este caso, un cambio en la longitud del arco hace que la velocidad de alimentación del alambre se ajuste para mantener una longitud de arco relativamente constante. En raras circunstancias, se puede acoplar una fuente de potencia de corriente constante y una unidad de alimentación de alambre constante, especialmente para la soldadura de metales con altas conductividades térmicas, como el aluminio. Esto otorga al operario un control adicional sobre la entrada de calor en la soldadura, pero requiere una gran habilidad para realizarla con éxito.
La corriente alterna rara vez se utiliza con GMAW; en su lugar, se emplea la corriente continua y el electrodo suele estar cargado positivamente. Dado que el ánodo tiende a tener una mayor concentración de calor, esto da lugar a una fusión más rápida del hilo de alimentación, lo que aumenta la penetración de la soldadura y la velocidad de soldadura. La polaridad puede invertirse sólo cuando se utilizan alambres de electrodos especiales con revestimiento emisivo, pero como éstos no son populares, rara vez se emplea un electrodo cargado negativamente.
ElectrodoEditar
El electrodo es un alambre de aleación metálica, llamado alambre MIG, cuya selección, aleación y tamaño, se basa principalmente en la composición del metal que se va a soldar, la variación del proceso que se utiliza, el diseño de la unión y las condiciones de la superficie del material. La selección del electrodo influye en gran medida en las propiedades mecánicas de la soldadura y es un factor clave de la calidad de la misma. En general, el metal de soldadura terminado debe tener propiedades mecánicas similares a las del material base, sin defectos como discontinuidades, contaminantes arrastrados o porosidad dentro de la soldadura. Para lograr estos objetivos existe una gran variedad de electrodos. Todos los electrodos disponibles en el mercado contienen metales desoxidantes como el silicio, el manganeso, el titanio y el aluminio en pequeños porcentajes para ayudar a evitar la porosidad del oxígeno. Algunos contienen metales desnitrificantes como el titanio y el circonio para evitar la porosidad del nitrógeno. Dependiendo de la variación del proceso y del material base que se suelde, los diámetros de los electrodos utilizados en GMAW suelen oscilar entre 0,7 y 2,4 mm (0,028 – 0,095 pulgadas), pero pueden llegar a ser de hasta 4 mm (0,16 pulgadas). Los electrodos más pequeños, generalmente de hasta 1,14 mm (0,045 in) están asociados al proceso de transferencia de metal en cortocircuito, mientras que los electrodos más comunes del modo de proceso de transferencia por pulverización suelen ser de al menos 0,9 mm (0,035 in).
Gas de protecciónEditar
Los gases de protección son necesarios para la soldadura por arco metálico con gas para proteger la zona de soldadura de los gases atmosféricos como el nitrógeno y el oxígeno, que pueden causar defectos de fusión, porosidad y fragilidad del metal de soldadura si entran en contacto con el electrodo, el arco o el metal de soldadura. Este problema es común a todos los procesos de soldadura por arco; por ejemplo, en el antiguo proceso de soldadura por arco metálico protegido (SMAW), el electrodo está recubierto con un fundente sólido que desarrolla una nube protectora de dióxido de carbono cuando se funde con el arco. Sin embargo, en el proceso GMAW, el alambre del electrodo no tiene un recubrimiento de fundente y se emplea un gas de protección independiente para proteger la soldadura. Esto elimina la escoria, el residuo duro del fundente que se acumula después de la soldadura y que debe desprenderse para dejar al descubierto la soldadura terminada.
La elección de un gas de protección depende de varios factores, sobre todo del tipo de material que se suelde y de la variación del proceso que se utilice. Los gases inertes puros, como el argón y el helio, sólo se utilizan para la soldadura de materiales no ferrosos; con el acero no proporcionan una penetración adecuada de la soldadura (argón) o provocan un arco errático y favorecen las salpicaduras (con el helio). El dióxido de carbono puro, en cambio, permite realizar soldaduras de penetración profunda, pero favorece la formación de óxido, que afecta negativamente a las propiedades mecánicas de la soldadura. Su bajo coste lo convierte en una opción atractiva, pero debido a la reactividad del plasma del arco, las salpicaduras son inevitables y la soldadura de materiales finos es difícil. Por ello, el argón y el dióxido de carbono se mezclan con frecuencia en una proporción del 75%/25% al 90%/10%. En general, en el GMAW de cortocircuito, un mayor contenido de dióxido de carbono aumenta el calor y la energía de la soldadura cuando todos los demás parámetros de soldadura (voltios, corriente, tipo de electrodo y diámetro) se mantienen iguales. A medida que el contenido de dióxido de carbono aumenta por encima del 20%, el GMAW de transferencia por pulverización se vuelve cada vez más problemático, especialmente con diámetros de electrodo más pequeños.
El argón también se suele mezclar con otros gases, oxígeno, helio, hidrógeno y nitrógeno. La adición de hasta un 5% de oxígeno (al igual que las mayores concentraciones de dióxido de carbono mencionadas anteriormente) puede ser útil para soldar acero inoxidable, sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones se prefiere el dióxido de carbono. El aumento de oxígeno hace que el gas de protección oxide el electrodo, lo que puede provocar porosidad en el depósito si el electrodo no contiene suficientes desoxidantes. Un exceso de oxígeno, especialmente cuando se utiliza en una aplicación para la que no está prescrito, puede provocar fragilidad en la zona afectada por el calor. Las mezclas de argón-helio son extremadamente inertes y pueden utilizarse en materiales no ferrosos. Una concentración de helio del 50-75% eleva la tensión necesaria y aumenta el calor en el arco, debido a la mayor temperatura de ionización del helio. A veces se añade hidrógeno al argón en pequeñas concentraciones (hasta un 5% aproximadamente) para soldar níquel y piezas gruesas de acero inoxidable. En concentraciones más altas (hasta el 25% de hidrógeno), puede utilizarse para soldar materiales conductores como el cobre. Sin embargo, no debe utilizarse en acero, aluminio o magnesio porque puede causar porosidad y fragilidad por hidrógeno.
También existen mezclas de gas protector de tres o más gases. Las mezclas de argón, dióxido de carbono y oxígeno se comercializan para soldar aceros. Otras mezclas añaden una pequeña cantidad de helio a las combinaciones de argón y oxígeno. Se afirma que estas mezclas permiten mayores tensiones de arco y velocidad de soldadura. El helio también sirve a veces como gas base, con pequeñas cantidades de argón y dióxido de carbono añadidas. Sin embargo, al ser menos denso que el aire, el helio es menos eficaz para proteger la soldadura que el argón, que es más denso que el aire. Además, puede provocar problemas de estabilidad y penetración del arco, así como un aumento de las salpicaduras, debido a que el plasma del arco es mucho más energético. El helio también es mucho más caro que otros gases de protección. Otras mezclas de gas especializadas y a menudo patentadas afirman tener incluso mayores beneficios para aplicaciones específicas.
A pesar de ser venenoso, se pueden utilizar trazas de óxido nítrico para evitar que se forme el aún más problemático ozono en el arco.
La tasa deseable de flujo de gas de protección depende principalmente de la geometría de la soldadura, la velocidad, la corriente, el tipo de gas y el modo de transferencia del metal. La soldadura de superficies planas requiere un flujo mayor que la soldadura de materiales acanalados, ya que el gas se dispersa más rápidamente. Las velocidades de soldadura más rápidas, en general, significan que se debe suministrar más gas para proporcionar una cobertura adecuada. Además, una mayor corriente requiere un mayor flujo y, por lo general, se necesita más helio para proporcionar una cobertura adecuada que si se utiliza argón. Quizás lo más importante es que las cuatro variantes principales de GMAW tienen diferentes requisitos de flujo de gas de protección: para los pequeños charcos de soldadura de los modos de cortocircuito y pulverización pulsada, suelen ser adecuados unos 10 L/min (20 pies3/h), mientras que para la transferencia globular se prefieren unos 15 L/min (30 pies3/h). La variación de transferencia por pulverización requiere normalmente un mayor flujo de gas de protección debido a su mayor aporte de calor y, por tanto, a un mayor baño de soldadura. Las cantidades típicas de flujo de gas son de aproximadamente 20-25 L/min (40-50 pies3/h).
Impresión 3D basada en GMAWEdit
GMAW también se ha utilizado como método de bajo coste para imprimir objetos metálicos en 3D. Se han desarrollado varias impresoras 3D de código abierto que utilizan GMAW. Estos componentes fabricados con aluminio compiten con los de fabricación más tradicional en cuanto a resistencia mecánica. Al formar una soldadura defectuosa en la primera capa, las piezas impresas en 3D con GMAW pueden separarse del sustrato con un martillo.