TECNOLOGÍA DEL PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO.

La geometría de la soldadura; en la tecnología de la soldadura es lo primero que se considera.

Figura Nº 1.7. Tipos comunes de juntas de soldadura

(1) La junta de extremo cuadrado. (2) Junta de preparación solo-V. (3) Junta de regazo o traslape. (4) Junta-T.

Las soldaduras pueden ser preparadas geométricamente de muchas maneras diferentes; siendo las básicas los cuatro tipos indicados en la Fig. Nº 1.7.

Existen otras variaciones, como por ejemplo la preparación de junturas doble V, caracterizadas por las dos piezas de material cada una que afilándose a un solo punto central en la mitad de su altura. La preparación de juntas solo U y doble U son también bastante comunes; en lugar de tener bordes rectos como la preparación de juntas solo V y doble V, ellas son curvadas, teniendo la forma de una U. Las juntas de regazo también son comúnmente más que dos piezas gruesas; dependiendo del proceso

usado y del grosor del material, muchas piezas pueden ser soldadas juntas en una geometría de junta de regazo.

A menudo, ciertos procesos de soldadura usan exclusivamente o casi exclusivamente diseños de juntura particulares. Por ejemplo, la soldadura de punto de resistencia, la soldadura de rayo láser, y la soldadura de rayo de electrones son realizadas más frecuentemente con junturas de regazo. Sin embargo, algunos métodos de soldadura, como la soldadura por arco de metal blindado, son extremadamente versátiles y pueden soldar virtualmente cualquier tipo de juntura. Adicionalmente, algunos procesos pueden ser usados para hacer soldaduras multipasos, en las que se permite enfriar una soldadura, y entonces otra soldadura es realizada encima de la primera. Esto permite, por ejemplo, la soldadura de secciones gruesas dispuestas en una preparación de juntura solo V, Fig. Nº 1.8.

Figura Nº 1.8. Juntura solo V

La sección cruzada de una juntura de extremo soldado, con el gris más oscuro representando la zona de la soldadura o la fusión, el gris medio la zona afectada por el calor ZAT, y el gris más claro es el material base.

Después de soldar, un número de distintas regiones pueden ser identificadas en el área de la soldadura.

 La soldadura en sí misma es llamada la zona de fusión; más específicamente, ésta es donde el metal de relleno fue puesto durante el proceso de la soldadura. Las propiedades de la zona de fusión dependen primariamente del metal de relleno usado, y su compatibilidad con los materiales base. Es rodeada por la zona afectada de calor.

 Zona afectada de calor, es el área que tiene su microestructura y propiedades alteradas por la soldadura. Estas propiedades dependen del comportamiento del material base cuando está sujeto al calor. El metal en esta área es con frecuencia más débil que el material base y la zona de fusión, y es también donde son encontradas las tensiones residuales.

Fundamentos de la tecnología de la soldadura de arco eléctrico; se basa en la Física del Arco Eléctrico, el que consiste en:

Arco termoiónico - Electrodo inconsumible de tungsteno (cátodo) - Atmósfera de gas inerte

En este modelo los electrones son emitidos desde el cátodo (-) caliente y son acelerados en el campo eléctrico aplicado entre el electrodo y la pieza. Al colisionar con las moléculas del gas inerte le ceden su energía, aumentando la temperatura de las mismas. Cuando se alcanza la energía térmica suficiente las moléculas de gas se ionizan y el proceso se vuelve auto sostenido.

Los iones positivos producidos en la columna de plasma son acelerados hacia el cátodo, donde ceden su energía por colisión aumentando la temperatura del mismo, permitiendo la continuidad de la emisión termo electrónica. También se la puede definir como el sistema de soldadura eléctrica con electrodo recubierto que se caracteriza, por la creación y mantenimiento de un arco eléctrico entre una varilla metálica llamada electrodo, y la pieza a soldar.

El electrodo recubierto está constituido por una varilla metálica a la que se le da el nombre de alma o núcleo, generalmente de forma cilíndrica, recubierta de un revestimiento de sustancias no metálicas, cuya composición química puede ser muy variada, según la característica que se requieran en el uso. El revestimiento puede ser básico, rutílico y celulósico. Para realizar una soldadura por arco eléctrico se induce una

diferencia de potencial entre el electrodo y la pieza a soldar, con lo cual se ioniza el aire entre ellos y pasa a ser conductor, de modo que se cierra el circuito. El calor del arco funde parcialmente el material de base y funde el material de aporte, el cual se deposita y crea el cordón de soldadura.

La soldadura por arco eléctrico es utilizada comúnmente debido a la facilidad de transportación y a la economía de dicho proceso.

Los elementos de esta soldadura se indican en la Fig. Nº 1.9

Figura Nº 1.9. Elementos de la soldadura de arco eléctrico.

 Plasma: Está compuesto por electrones que transportan la corriente y que van del polo negativo al positivo, de iones metálicos que van del polo positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van ionizando y estabilizándose conforme pierden o ganan electrones, y de productos de la fusión tales como vapores que ayudarán a la formación de una atmósfera protectora. Esta zona alcanza la mayor temperatura del proceso.

 Llama: Es la zona que envuelve al plasma y presenta menor temperatura que éste, formada por átomos que se disocian y recombinan desprendiendo calor por la combustión del revestimiento del electrodo. Otorga al arco eléctrico su forma cónica.

 Baño de fusión: La acción calorífica del arco provoca la fusión del material, donde parte de éste se mezcla con el material de aportación del electrodo, provocando la soldadura de las piezas una vez solidificado.

 Cráter: Surco producido por el calentamiento del metal. Su forma y profundidad vendrán dadas por el poder de penetración del electrodo.  Cordón de soldadura: Está constituido por el metal base y el material de

aportación del electrodo y se pueden diferenciar dos partes: la escoria, compuesta por impurezas que son segregadas durante la solidificación y que posteriormente son eliminadas, y el sobre espesor, formado por la parte útil del material de aportación y parte del metal base, que es lo que compone la soldadura en sí.

 Electrodo: Son varillas metálicas preparadas para servir como polo del circuito; en su extremo se genera el arco eléctrico. En algunos casos, sirven también como material fundente. La varilla metálica a menudo va recubierta por una combinación de materiales que varían de un electrodo a otro. El recubrimiento en los electrodos tiene diversa funciones, éstas pueden resumirse en las siguientes:

o Función eléctrica del recubrimiento o Función física de la escoria

o Función metalúrgica del recubrimiento

1.5 COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LA