Soldadura con Hilo MIG-MAG

SOLDADURA POR ARCO CON HILO CONTINUO CON PROTECCIÓN DE GAS (G.M.A.W.) o SIN PROTECCIÓN DE GAS (FLUX O SELF SHIELDED WIRE)

 

A. CONSIDERACIONES PRELIMINARES

La soldadura con hilo continuo en atmósfera protectora a menudo se identifica con las siglas M.I.G. (Metal Inert Gas) y M.A.G. (Metal Active Gas) o, genéricamente, con la sigla G.M.A.W. (Gas Metal Arc Welding). La soldadura con hilo continuo es un proceso en el que el calor necesario para la ejecución de la soldadura es suministrado por un arco eléctrico que se mantiene entre la pieza a soldar y el hilo-electrodo. La zona de soldadura es constantemente alimentada con el material de aporte, el hilo electrodo, gracias al relativo soplete, el cual permite que fluya también el flujo de gas, o mezcla de gases, con el objetivo de proteger de la contaminación atmosférica el hilo-electrodo, el baño fundido, el arco y las zonas situadas alrededor del material base. La presencia en el circuito de soldadura de la bombona de gas (gas inerte, activo o mezclas) junto con la utilización de hilos-electrodos macizos, identifica el proceso de soldadura con protección de gas (M.I.G. o M.A.G.)

La ausencia en el circuito de soldadura de la bombona de gas, junto con la utilización de hilos-electrodos con alma, identifica el proceso de soldadura sin protección de gas (SELF SHIELDED WIRE, NO GAS o FLUX); en este caso la protección gaseosa se obtiene gracias a la acción del alma que forma parte del hilo.


B. EL CIRCUITO DE SOLDADURA

El circuito de soldadura está compuesto principalmente por los siguientes elementos:

1. generador

2. soplete con haz de cables

3. alimentador de hilo

4. grupo de enfriamiento por agua

5. bombona de gas con sistema de regulación

6. borne con cable de masa

 

 

 

 

1. Generador
El generador es un dispositivo que tiene la tarea de alimentar la zona de soldadura con el material de aporte, mediante la utilización de un soplete especial, y mantener encendido el arco eléctrico que se forma entre la pieza a soldar y el hilo-electrodo fusible. A diferencia de los generadores de soldadura M.M.A. y T.I.G., en los cuales hay un único parámetro de regulación (corriente de soldadura), en los generadores M.I.G.-M.A.G. hay dos dispositivos de regulación, uno que regula la intensidad del arco eléctrico (tensión de soldadura), el otro que regula la velocidad de aporte del hilo de soldadura (corriente de soldadura).

Los tipos de generadores se enmarcan dentro de dos categorías:

a) generador de corriente continua CC (direct current)
Los generadores de corriente continua son los que tienen más difusión y se caracterizan por una elevada estabilidad; esto se debe a que se basan en el hecho que un arco eléctrico alimentado a tensión constante y generado en un hilo que se aporta a velocidad constante tiende a estabilizarse de manera natural.
Los parámetros de la tensión y de la velocidad del hilo pueden seleccionarse con una cierta tolerancia dada la flexibilidad del proceso. De esta manera, se puede obtener la transferencia de las gotas, del material de aporte al material a soldar, tanto con el procedimiento por inmersión short-arc como con el procedimiento por pulverización spray-arc.

b) generadores de corriente pulsada
En este caso el valor que regula el generador no es la tensión, sino la corriente, que no se mantiene constante sino que se modula con un tren de impulsos (de aquí el nombre "pulsado"). Los impulsos tienen el objetivo de forzar la separación de la gota del material de aporte; en este caso, no se tiene una estabilización natural del arco, por lo tanto los impulsos y la velocidad del hilo deben estar bien sincronizados para obtener una soldadura aceptable.
Tanto en el primer como en el segundo caso, la regulación se confía al menos a dos mandos; las investigaciones más recientes en este sector han permitido desarrollar y comercializar soldadoras de tipo "sinérgico" en las cuales el operador actúa en un solo mando de control.
En el generador, de hecho, el constructor memoriza los parámetros óptimos de soldadura que puede recuperarse y/o ser corregidos por el operador, en función de las necesidades del trabajo a efectuar. La diferente conexión de los polos de la fuente de soldadura al material a soldar identifica dos modos de ejercicio:

i) corriente continua con polaridad directa
Con la polaridad directa el soplete se conecta al polo negativo y el material a soldar al polo positivo de la fuente distribuidora; este tipo de conexión se utiliza sólo en la soldadura con hilos con alma (FLUX).

ii) corriente continua con polaridad inversa
La soldadura con esta modalidad se puede efectuar conectando el soplete al polo positivo de la fuente y la pieza a soldar al polo negativo de la máquina distribuidora; es la conexión que se utiliza con más frecuencia.

2. Soplete con haz de cables 

El soplete, que permite transferir el metal de aporte a la zona de soldadura, tiene el cuerpo aislado externamente, además permite el paso del hilo-electrodo, del gas y de la corriente.

El asa del soplete contiene un pulsador de mando encargado al encendido de la corriente, a la salida de gas y al avance del hilo-electrodo. El haz de cables está formado por un conductor de corriente, por el agua de enfriamiento así como la vaina guía-hilo. Hay a la venta varios tipos de sopletes o pistolas de soldadura.

Los sopletes enfriados por agua se usan cuando las intensidades de corriente empleadas son tales que generan notables cantidades de energía térmica; deben utilizarse para corrientes de trabajo superiores a 300 A o en el caso de corrientes pulsadas. Los sopletes con auto-enfriamiento se enfrían con el gas de protección y se emplean cuando las corrientes de trabajo son inferiores a 300 A; su utilización está muy difundida.
También los sopletes con cuello de cisne se enfrían mediante el gas de protección y se usan para aplicaciones con baja intensidad de corriente (transferencia por inmersión - short-arc).

3. Alimentador de hilo

El alimentador de hilo es un aparato accionado por un motor cuya función es empujar el hilo-electrodo, antes envuelto en una bobina, hacia el soplete y después hacia la zona de soldadura. La elección del valor de la velocidad de avance del hilo se efectúa actuando sobre el órgano de regulación del motor; una determinada velocidad de avance del hilo implica una determinada velocidad de fusión y por lo tanto un valor definido de la corriente de soldadura. Un elemento distintivo de un alimentador de hilo resulta el número de rodillos preparados para el avance del hilo; los aparatos de 4 rodillos permiten disfrutar de una mayor regularidad de avance del hilo respecto a aparatos de 2 rodillos.

4. Grupo de enfriamiento por agua

La bombona contiene el gas o los gases de protección, como argón, helio, anhídrido carbónico y sus mezclas, y está equipada con un manómetro con un reductor de presión anexo, empleado para señalar la cantidad de gas en el interior de la bombona, así como por una electroválvula, controlada por un pulsador colocado en el soplete, que abre y cierra el flujo de gas dependiendo de cuando se comienza y se termina la soldadura.

 

5. Bombona de gas con sistema de regulación

La bombona contiene el gas o los gases de protección, como argón, helio, anhídrido carbónico y sus mezclas, y está equipada con un manómetro con un reductor de presión anexo, empleado para señalar la cantidad de gas en el interior de la bombona, así como por una electroválvula, controlada por un pulsador colocado en el soplete, que abre y cierra el flujo de gas dependiendo de cuando se comienza y se termina la soldadura.

6. Borne con cable de masa

La pinza con cable de masa permite la conexión eléctrica entre el generador de corriente y el material base a soldar. El cable debe tener un tamaño y una longitud en función del amperaje máximo de la fuente de soldadura.

 


C. LOS GASES DE PROTECCIÓN

Los gases de protección utilizados en los procedimientos de soldadura M.I.G.-M.A.G. se dividen sobretodo en dos categorías: inertes y activos. Pertenecen a la primera categoría el argón, el helio y las mezclas argón-helio mientras que se definen como activos los gases como anhídrido carbónico, las mezclas de argón con oxígeno o anhídrido carbónico.

El Argón (Ar) es un gas inerte, producido por la destilación fraccionada de la atmósfera. Es un gas extraído del aire y por lo tanto puede contener restos de impurezas, como oxígeno, nitrógeno o vapor de agua; en cualquier caso, es adecuado para casi todas las aplicaciones en soldadura.
La utilización de gas en las aplicaciones M.A.G. permite tener una buena estabilidad del arco y un fácil cebado. Considerada además la baja conductividad térmica, la parte central de la columna del arco se mantiene a temperaturas elevadas haciendo más fluidas las gotas de material que transitan en la zona de arco.

El Helio (He) es un gas inerte, más bien raro, escasamente presente en la atmósfera y que se obtiene del subsuelo. En consecuencia, es mucho más costoso que el argón.
Las características del helio, comparadas con las del argón, son una menor estabilidad del arco pero una mayor penetración; su utilización es preponderante en el caso de soldaduras en grandes espesores y en materiales con alta conductibilidad térmica, como por ejemplo, el cobre y el aluminio.
Dado que el helio, a diferencia del argón, es menos pesado que el aire y por lo tanto más volátil, es necesaria una mayor cantidad de gas para asegurar una protección adecuada para la zona afectada por la soldadura.

El Anhídrido carbónico (CO2) es un gas activo, está presente en el aire y en el subsuelo. El problema más común causado por este tipo de protección es que provoca la formación de excesivas salpicaduras y que se establece un arco inestable; el mantenimiento de arco más bien corto y con una longitud constante permite en cualquier caso tener un buen control del mismo. Con la protección en CO2 se obtienen normalmente buenas penetraciones.

Mezclas activas A menudo se pueden aprovechar las cualidades de los gases individuales, utilizando como protección gaseosa una mezcla de éstos, como por ejemplo Argón-Oxígeno, Argón-Oxígeno-CO2, Argón-CO2.
Incluso si los gases inertes en estado puro son capaces de llevar a cabo su acción protectora a cualquier temperatura, el añadido de gases activos mejora la estabilidad del arco y la transferencia del metal del hilo-electrodo al baño. Esto se produce sin perjudicar la acción protectora.


D. LOS HILOS DE SOLDADURA

Los hilos pueden distinguirse en base a su composición química, así como a la morfología de su tamaño que puede estar formado por un solo metal (hilos macizos) o presentar un alma interna que contenga gránulos (hilos con alma).
Debe prestarse especial atención a la presencia, en la superficie del hilo-electrodo, de grasas o humedades, ya que estas condiciones podrían provocar grietas, porosidades o hinchazones. Además, un bobinado no homogéneo del hilo-electrodo podría ser la causa de un avance no uniforme del hilo-electrodo, provocando inestabilidad en la soldadura.

Los hilos macizos tienen normalmente la misma composición que el material base, con el añadido de elementos que pueden ayudar en la limpieza del material base. Los diámetros de empleo más común son 0,6 - 0,8 - 0,9 - 1 - 1,2 - 1,6 mm.
Los hilos con alma, con protección gaseosa, no están formados por metal macizo sino que están llenos internamente de polvo granulado (fundente); éste tiene las mismas funciones que el revestimiento de los electrodos revestidos.
El polvo granular o fundente puede tener carácter rutilo, básico o puede ser de un tipo especial.
Los hilos con alma, respecto a los hilos macizos, tienen más estabilidad del arco y penetraciones más profundas, garantizan una mejor estética de la junta, eliminando en muchos casos los trabajos de acabado (Ej. desbarbado con muela de las salpicaduras) y reduciendo el peligro de la formación de defectos como las porosidades; naturalmente la utilización de los hilos con alma hace necesaria la eliminación de la escoria, como en la soldadura por electrodo M.M.A.
Los diámetros de empleo más común son 0,6 - 0,8 - 0,9 - 1,2 - 1,6 mm.


E. EL METAL DE APORTE: MODALIDADES DE TRANSFERENCIA

En el procedimiento de soldadura M.I.G.-M.A.G. las modalidades de la transferencia del metal de aporte del hilo-electrodo (macizo o con alma) al baño de fusión dependen, además de los parámetros eléctricos de soldadura, también del diámetro del hilo, del tipo del generador utilizado y del gas empleado. En base a estos parámetros la transferencia de las gotas puede efectuarse con:
1. Transferencia por inmersión (short-arc, dip-transfer o por cortocircuito).
2. Transferencia por pulverización (spray-arc)
3. Transferencia por impulsos o por arco pulsado (pulsed-arc)

1. transferencia por inmersión (short-arc, dip-transfer o por cortocircuito)
El metal de aporte se transfiere en el baño de fusión bajo la forma de gotas que se inmergen en el mismo baño, creando continuos cortocircuitos.
Esta transferencia short-arc se caracteriza por la presencia de intensidades de corriente de hasta 200 A, por la utilización de hilos macizos finos de 0,6 a 1,2 mm, haciendo de esta manera posible la soldadura de pequeños espesores y la soldadura en todas las posiciones. Se obtiene con generadores en corriente continua.

2. transferencia por pulverización (spray-arc)
Esta modalidad prevé que las gotas de material de aporte no se transfieran por contacto con el baño de fusión sino por efecto de la elevada corriente, y que sean pulverizadas en el mismo baño, creando un flujo continuo de material.
Esta característica se obtiene con generadores en corriente continua cuando las corrientes en juego son elevadas, mayores de 200 A, y los hilos son de diámetro superior a 1 mm. Se genera un baño de fusión muy fluido y de notable penetración, adecuado para la soldadura en posición plana sobretodo en espesores medios y grandes.

3. transferencia por impulsos o por arco pulsado (pulsed-arc)
Este procedimiento se obtiene solamente con generadores en corriente pulsada. Las pulsaciones causan la separación de gotas de pequeñas dimensiones, que permiten obtener la característica del arco por pulverización ( spray arc) incluso con corrientes bajas. El aporte térmico, las dimensiones del baño y la penetración son muy similares a la modalidad spray-arc. Este procedimiento encuentra una amplia aplicación en los materiales como el aluminio o el acero inoxidable, donde el procedimiento short arc no garantiza resultados en la soldadura con una calidad suficiente.


F. SOLDADURA EN M.I.G.-M.A.G. DE LOS MATERIALES

1. Aceros dulces, al carbono
Los aceros al carbono se sueldan en corriente continua con polaridad inversa (hilo-electrodo conectado al polo positivo) aplicando exclusivamente el procedimiento de soldadura M.A.G. Las aplicaciones van desde la utilización de sólo CO2 , a las mezclas Ar-CO2 en varios porcentajes (la más difundida es 80% Argón, 20% CO2 ).
Cuanto mayor es el porcentaje de Argón presente en la mezcla, mejores son las características y la estabilidad de arco.
Las características de la soldadura son muy buenas, sobretodo en short-arc donde se obtienen baños de soldadura consistentes que permiten aplicaciones en todas las posiciones.
La utilización de hilos con porcentaje de silicio y manganeso permiten eliminar las impurezas presentes en el material base y obtener soldaduras de buena calidad.
Es necesario preparar las juntas con bisel con espesores superiores a los 3 mm.

2. Aceros inoxidables
Los aceros al carbono se sueldan en corriente continua o en corriente pulsada con polaridad inversa (hilo-electrodo conectado al polo positivo) aplicando exclusivamente el procedimiento de soldadura M.A.G. El gas de protección empleado debe estar compuesto por mezclas Ar + CO2 o Ar + O. En cualquier caso, el porcentaje de Argón no debe ser inferior al 98% de la mezcla para evitar una fuerte oxidación del cromo presente en el material base. Los espesores de las juntas más allá de los 2,5 mm deben estar biselados. El material de aporte debe ser especialmente adecuado a la calidad del acero inoxidable a soldar.
Para la ejecución de una buena soldadura se aconseja el desbarbado con muela de los puntos.

 



3. Aluminio y sus aleaciones
El aluminio y sus aleaciones se sueldan en corriente continua o en corriente pulsada con polaridad inversa (hilo-electrodo conectado al polo positivo) aplicando el procedimiento de soldadura M.I.G.
El gas de protección empleado es generalmente Argón puro. Pueden utilizarse también Helio o una mezcla Ar + He.
Para la soldadura en plano, independientemente del espesor, se emplea la técnica del spray-arc y/o pulsed-arc; se emplea en cambio la técnica short-arc en la soldadura de espesores finos en posiciones verticales o en ángulo. Consideradas las características del aluminio es aconsejable, en vez del desbarbado con muela, el fresado de los mismos puntos.

4. Otros materiales
El procedimiento de soldadura M.I.G.-M.A.G. se utiliza también en materiales como el níquel y sus aleaciones, el cobre y sus aleaciones; para todos estos se emplea corriente continua con polaridad inversa.
Por lo que se refiere a la soldadura del cobre en espesores superiores a los 5 mm se aconseja la utilización del procedimiento M.I.G. considerando en cualquier caso que las intensidades de corriente deben regularse en base a la posición de soldadura y al espesor de las juntas.
Los gases de protección utilizados en los procedimientos de soldadura M.I.G.-M.A.G. se dividen sobretodo en dos categorías: inertes y activos. Pertenecen a la primera categoría el argón, el helio y las mezclas argón-helio mientras que se definen como activos los gases como anhídrido carbónico, las mezclas de argón con oxígeno o anhídrido carbónico.