Transferencia globular

La transferencia globular se caracteriza por la formación de una gota relativamente grande (con diámetro mayor que el alambre) de metal fundido en el extremo del alambre (Lincoln Electric, 2002). Estas gotas se van formando hasta que caen al baño fundido por su propio peso. La transferencia globular ocurre a niveles de corriente superiores a la de cortocircuito, e inferiores a la transferencia por spray. La transferencia de la gota al baño debido al efecto de la fuerza de gravedad limita el empleo de este modo de transferencia a la soldadura en posiciones planas y horizontales. La transferencia globular puede implicar una velocidad de transferencia de aproximadamente 1 a 10 gotas/s, y el arco tiene una apariencia suave y redondeada. Este tipo de transferencia posee dos variantes:

• Transferencia globular dirigida axialmente (transferencia globular)

• Transferencia globular no dirigida axialmente (transferencia globular repulsiva)

En una primera aproximación, la transferencia globular típica es semejante al goteo de agua en un grifo parcialmente abierto (Modenesi, 2004). El metal líquido se forma en la punta del alambre por la fusión de este y se mantiene unido al alambre por la acción de la tensión superficial. Con un aumento del tamaño de la gota, su peso aumenta y acaba por ocasionar su separación del alambre y la gota de metal líquido se transfiere al baño de fusión por la acción de la gravedad (figura 2.17).

.

38 Plantea Scotti & Ponomarev (2008) que, durante la formación de la gota en la transferencia globular, esta permanece en el electrodo debido principalmente a la acción combinada de fuerzas de tensión superficial y de vaporización. A medida que el volumen de la gota se torna lo suficientemente grande, la fuerza electromagnética y la fuerza de arrastre superan las fuerzas contrarias a la transferencia y causan el desprendimiento (figura 2.18). Este comportamiento justifica la baja tasa de transferencia, debido a que la baja corriente impide alcanzar una alta tasa de depósito del alambre (baja capacidad productiva).

Figura 2.18. Transferencia metálica globular. Vista superior: secuencia de imágenes tomada por cámara rápida; Vista inferior: oscilogramas típicos de este tipo de transferencia (gas de protección Ar + 5%O2; alambre de acero al carbono de 1,0 mm de diámetro; Ua = 28 V; Valim de 5,7 m/min; Is = 164,7 A; Vs de 30 cm/min; DBCP de 18 mm) (Scotti & Ponomarev, 2008)

Plantea Modenesi (2004) que, la frecuencia (F, en Hertz) de la transferencia está dada por la expresión 2. 8.

𝐹 =3𝑓𝑑2

2𝐷3 (2.8)

Donde f es la velocidad de alimentación del alambre, d es el diámetro del alambre electrodo y D es el diámetro medio de las gotas de metal que se transfieren.

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Transferencia metálica globular repulsiva

Con las mismas características de la transferencia globular en cuanto al tamaño de la gota y la frecuencia de transferencia, el modo globular repulsivo ocurre principalmente en soldadura GMAW en polaridad CC- _{(el alambre-electrodo como cátodo) o en la soldadura GMAW en polaridad CC}+_, pero utilizando gases de protección que favorecen el aumento de fuerzas de reacción (Helio y CO2 puro, por ejemplo) (Scotti & Ponomarev, 2008). En estas situaciones, la gota pasa a sufrir una presión elevada sobre una pequeña área en su parte inferior, pudiendo ser empujada hacia arriba y desviada de su trayectoria normal (brazo de palanca), como se muestra en la figura 2.19. Una vez desviada, la gota puede quedar en esta posición durante largos períodos. La fuerza de reacción contrapone las fuerzas favorables a la transferencia, de modo que la gota sólo se desprende cuando alcanza un gran volumen, o sea, cuando la fuerza de la gravedad supera la fuerza de reacción. Las limitaciones de la transferencia metálica globular repulsiva son las mismas que las de la transferencia metálica globular, pero más pronunciadas, y, como resultado, este tipo de transferencia metálica no es deseado en la soldadura GMAW.

Figura 2.19. Transferencia globular repulsiva (Modenesi, 2004)

Según Modenesi (2004), en la soldadura con gas de protección base argón, esta forma de transferencia es observada para corrientes relativamente bajas y tensiones (longitud del arco) elevadas. La soldadura de acero con gases base CO2, la transferencia ocurre incluso con valores elevados de corriente.

Jurandir (2014) indica que este modo de transferencia generalmente se usa solo en la soldadura de acero al carbono, con el empleo del CO2 al 100% como gas de protección. Este modo genera más salpicaduras; sin embargo, cuando se usan corrientes más altas, con protección gaseosa de CO2 y un arco enterrado en el baño de metal líquido producto de la presión del plasma, las salpicaduras

40 pueden reducirse considerablemente, aunque se debe tener precaución porque esto puede resultar en un refuerzo excesivo, si la velocidad de desplazamiento no está controlada.

Oscilogramas típicos de corriente y tensión de soldadura para la transferencia globular en el proceso GMAW son mostrados en la figura 2.20.

Figura 2.20. Oscilograma de corriente en el proceso con transferencia globular: (a) 250 ms y (b) 1,5 ms, alambre ER70S6 de 1,2 mm de diámetro, gas: CO2 (Modenesi, 2004)

En la figura 2.21 se muestran señales obtenidas para el modo de transferencia globular (Arias, 2013). Se puede observar que la señal de corriente tiene un comportamiento sinusoidal mientras que la señal de voltaje tiene un comportamiento de tendencia lineal, la onda de la corriente tiene una amplitud mayor a la onda del voltaje, cuando hay máximos en la corriente hay mínimos en el voltaje y recíprocamente ocurre lo mismo. Por lo que se puede concluir que siempre existe un arco eléctrico,

41 por lo tanto, las variaciones en los niveles de corriente, y voltaje especialmente, son menores que en cortocircuito. La variación en ambas señales se debe a la formación y desprendimiento de la gota de metal líquido y a la trayectoria que esta tiene a lo largo del arco eléctrico.

Figura 2.21. Señal de voltaje y corriente para el electrodo ER70S6 para transferencia globular (Arias, 2013)

A medida que las gotas del metal fundido se desprenden del electrodo, ocurre un cambio casi instantáneo en la extensión del electrodo, lo que resulta en un cambio repentino, aunque pequeño, en la resistencia eléctrica entre el tubo de contacto de la boquilla y el metal base (ASM, 1993). Los resultados son picos en el voltaje del circuito secundario y la corriente de soldadura, acompañados por cambios de presión en el arco. Por lo tanto, tanto el ruido eléctrico como el acústico (figura 2.22) son generados por el proceso GMAW y son característicos del modo de transferencia por gotas.

Figura 2.22. Audio, corriente y voltaje durante la transferencia globular en el proceso GMAW para acero (ASM, 1993)

42 Las formas de onda para la transferencia globular muestran picos prominentes asociados con eventos de transferencia de gota individuales (ASM, 1993). Esto se puede ver en la figura 2.23, la cual muestra la corriente digitalizada por computadora para una soldadura en acero al carbono, donde se ha producido un cambio de transferencia globular a spray a aproximadamente 8 s en la soldadura.

Figura 2.23. Gráfica de corriente digitalizada durante la soldadura GMAW en acero al carbono, en la cual ocurrió una transición de transferencia globular a spray (at ~ t = 8 s) como resultado del aumento de la corriente (ASM, 1993)