arco sumergido

SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO
Definición.
El sistema de soldadura automática por Arco Sumergido permite la máxima velocidad de deposición de metal, entre los sistemas utilizados en la industria, para producción de piezas de acero de mediano y alto espesor (desde 5 mm. aproximadamente) que puedan ser posicionadas por soldar en posición plana u horizontal: vigas y perfiles estructurales, estanques, cilindros de gas, bases de máquinas, fabricación de barcos, etc. También puede ser aplicado con grandes ventajas de relleno de ejes, ruedas de ferrocarriles y polines.
En el sistema de soldadura por Arco Sumergido, se utiliza un alambre sólido recubierto por una fina capa de cobrizado para evitar su oxidación y mejorar el contacto eléctrico.
Generalmente contiene elementos desoxidantes, que junto a los que aporta él fúndente, limpian las impurezas provenientes del metal base o de la atmósfera y aportan elementos de aleación seleccionados según sean las características químicas y mecánicas del cordón de soldadura que se desee.
EL EQUIPO.
El siguiente es el diagrama de los componentes de un equipo de soldadura de arco sumergido.
1- Fuente de poder de CC o CA
(100% ciclo de trabajo).
2- Sistema de control.
3- Porta carrete de alambre.
4- Alambre-electrodo.
5- Tobera para boquilla.
6- Recipiente porta-fundente.
7- Metal base.
8- Fúndente.
9- Alimentador de alambre
VENTAJAS
Entre las principales ventajas podemos citar:
Alta velocidad y rendimiento: con electrodos de 5/32” y 3/16” a 800 y 1000 Amperes, se logra depositar hasta 15 Kg de soldadura por hora. Con electrodos de ¼” y 1300 Amperes, se depositan hasta 24 kg. Por hora (tres a cuatro veces más rápido que en la soldadura manual).
Propiedades de la soldadura: Este proceso permite obtener depósitos de propiedades comparables o superiores a las del metal base.
Rendimiento: 100%.
Soldaduras homogéneas.
Soldaduras 100% radiograficas.
Soldaduras de buen aspecto y penetración uniforme.
No se requieren protecciones especiales.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
De los métodos de soldadura que emplean electrodo continuo, el proceso de arco sumergido desarrollado simultáneamente en EE.UU. y Rusia a mediados de la década del 30,es uno de los mas difundidos universalmente.
Es un proceso automático, en el cual, como lo indica la figura, un alambre desnudo es alimentado hacia la pieza. Este proceso se caracteriza por que el arco se mantiene sumergido en la masa de fúndente, provisto desde la tolva, que se desplaza delante del electrodo.
De esta manera el arco resulta invisible, lo que constituye una ventaja, ya que evita el empleo de elementos de protección contra la radiación ultravioleta y infrarroja, que son imprescindible en otros casos.
Las corrientes utilizadas en este proceso varían en un rango que va desde los 200 hasta los 2000 amperes, y los espesores que es posible soldar varían entre 5 mm y hasta mas de 40mm.
Usualmente se utiliza corriente continua con electrodo positivo, cuando se trata de intensidades inferiores a los 1000 amperes, reservándose el uso de corriente alterna para intensidades mayores, a fin de evitar el fenómeno conocido como soplo magnético.
El proceso se caracteriza por sus elevados regímenes de deposición y es normalmente empleado cuando se puede soldar grandes espesores de acuerdo al carbono o de baja aleación.
CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS SEGÚN AWS
Según la AWS, los alambres se clasifican por dos letras y dos números, que clasifican la composición química de ellos:
EX XX
Letras dígitos
“E” significa electrodo para soldadura de arco
“X” significa el compuesto máximo de manganeso, o sea:
L : 0.60% Mn max.(bajo contenido de manganeso)
M: 1.25% Mn max. (contenido medio de manganeso)
H : 2.25% Mn max. (alto contenido de manganeso)
“XX” números que indican el contenido aproximado de carbono en centésimos de 1%
Si hay un sufijo K este indica un acero o silicio muerto.
Nota: Los alambres se entregan en rollos de 25 Kg. Aproximadamente y con un diámetro interior de 300 mm.
Se pueden encontrar en el mercado con los siguientes diámetros: 5/64”, 3/32”, 7/64”, 1/8”, 5/32”y 1/4".
CLASIFICACIÓN DE FUNDENTES SEGÚN AWS.
Según la AWS el fúndente es clasificado en base a las propiedades mecánicas del deposito, al emplear una determinada combinación fúndente - alambre.
Indica Fúndente
Indica la resistencia mínima a la tracción que debe ser obtenida en el metal depositado con el fúndente y electrodo utilizado.
Indica la condición de tratamiento térmico en que el depósito fue sometido a ensayo. “A”: sin tratamiento térmico; “P” con tratamiento térmico.
Indica temperatura mas baja a la cual el metal depositado tiene una resistencia al impacto.
Clasificación del electrodo (según clasificación AWS)
F X X X - E X X X
Tabla de regulación para soldadura en aceros de mediana y baja aleación
Espesor del material (mm)
Diámetro del electrodo (mm)
Amperaje
Voltaje
Velocidad de avance (m/min)
FUNDENTES PARA RECUBRIMIENTO DURO.
Fundente aglomerado INDURA H-45.
El fundente H-45, de condiciones químicas especiales, está diseñado para relleno y recubrimiento de piezas expuestas a desgaste por abrasión e impacto.
Su granulometría de 12 x 65 es menos densa que la de otros fundentes, por lo cual se usa menor cantidad por metro de soldadura.
Usos. Se recomienda para usos con alambres sólidos con diámetros de 0.9 a 4.8 mm., y puede ser usado tanto en soldaduras de un pase como de pases múltiples.
Aplicaciones típicas. - Ruedas Tensoras
- Rodillos guías
- Cigüeñales
- Ejes y poleas
Características típicas del metal depositado. Pruebas de dureza con metal de aporte entregan los siguientes resultados:
Clasificación INDURA Fundente/Alambre
F45/70S-6 F45/EL12 F45/EH14
Recién Soldado 38 Rc 35 Rc 45 Rc
Dureza Típica 45 Rc 38 Rc 80 Rc
Fundente Fundido INDURA - grado 80.
Este fundente está diseñado para mejorar las características mecánicas de la unión soldada y debe ser usado con alto grado de limpieza en el metal base (exento de escamas u óxido)
Usos. Este fundente debe preferirse para uniones de varias pasadas, ya que su composición limita el contenido de silicio y manganeso del metal depositado.
Aplicaciones típicas. - Relleno de Ruedas
- Unión de planchas biseladas.
Características típicas del metal depositado. Pruebas de tracción con metal de aporte según normas AWS A5.17-80 dan los siguientes resultados:
Clasificación AWS Fundente/Alambre
F6A4-EL12 F7A2-EH14
Resistencia a la Tracción 60.250 lbs/pulg² 76.000 lbs/pulg²
Límite de Fluencia 43.750 lbs/pulg² 56.000 lbs/pulg²
Alargamiento en 2” 31% 29%
Reducción de área 58.6% 59.2%
Fundente Aglomerado INDURA H-400/H-800.
El fundente H-400 está diseñado para ser utilizado en uniones de una o varias pasadas. Su granulometría estándar de 12 x 65 es menos densa que la de otros fundentes, de manera que se funde menos cantidad por metro de soldadura.
El fundente H-800 está diseñado para ser utilizado en uniones de una o varias pasadas, lográndose altas velocidades.
Su formulación y granulometría homogénea le confieren excelentes propiedades desoxidantes y fácil remoción de escoria.
Usos. El fundente INDURA H-400 se recomienda para soldaduras de acero dulce y baja aleación, que requieran una resistencia a la tracción mínima de 60.000 o 70.000 lbs/pulg², siempre que se haga la selección adecuada del alambre.
Se recomienda también para soldaduras en lanchas de alto contenido de carbono y azufre.
El fundente H-800 se recomienda para soldaduras de acero dulce y baja aleación que requieran calidad radiográfica y resistencia a la tracción de 60.000 o 70.000 lbs/pulg².
Aplicaciones típicas. - H-400: Construcción de vigas, puentes. Carros de ferrocarril. Estanques
- H-800: Construcción de estanques. Cañerías. Vigas. Balones de gas licuado.
Características típicas del metal depositado. Pruebas de tracción con metal de aporte según normas AWS A5.17-80 dan los siguientes resultados:
Clasificación AWS Fundente/Alambre
F6A4-EL12 F7A2-EH14
Resistencia a la Tracción 69.000 lbs/pulg² 80.000 lbs/pulg²
Límite de Fluencia 54.500 lbs/pulg² 63.500 lbs/pulg²
Alargamiento en 2” 27% 22%
Reducción de área 59.4% 38.8%
Composición química.
F6A4-EL12 F7A2-EH14
Carbono 0.081% 0.064%
Manganeso 0.86% 1.70%
Silicio 0.42% 0.57%
Fósforo 0.014% 0.036%
Azufre 0.019% 0.024%
REQUISITOS BÁSICOS PARA SOLDADURAS SANAS.
I.- El requisito general que siempre hay que aplicar en cuaquier proceso de soldadura es la Limpieza.
Es sabido que las materias orgánicas contaminadoras, las escamas y la oxidación y/o la humedad pueden significar porosidades en el metal depositado. Por esta razón, hay que procurar cumplir los siguientes requisitos:
1.- Usar Alambre limpio, libre de óxido.
2.- Usar una rejilla para impedir que las partículas grandes de escoria, u otros elementos extraños, ingresen y se mezclen con el fundente nuevo.
3.- Siempre debe removerse la oxidación o las escamas excesivas de la unión. Si es necesario precalentar la unión para eliminar la humedad, grasa y/o aceite presente en la misma
II.- La soldadura por arco sumergido es un proceso que provoca una penetración profunda. Para evitar la perforación de las planchas que se están uniendo debe existir un Buen Diseño de la Unión. Práctica común es emplear un respaldo y/o disminuir la separación de la unión.
III.- función importante cumple la Cobertura del Fundente. Una cobertura menor del fundente resulta en destellos, que incomodan al operador y pueden causar porosidades. Caso contrario, un empleo de fundente demasiado profundo produce un cordón angosto y demasiado alto.
IV.- Selección del Fundente y Alambre, los alambres de fundente INDURA pueden emplearse para una amplia variedad de aplicaciones. Cada uno tiene sin embrago, ciertas características que influyen sobre la calidad de la soldadura, o eliminan problemas específicos.
V.- La Conexión a Tierra también influye en el desempeño de la unión de soldadura. Una ubicación inapropiada de la conexión a tierra puede causar o aumentar el soplo del arco, y causar porosidades y una mala apariencia del cordón. Desafortunadamente, no siempre resulta posible determinar a prior el efecto que tendrá la ubicación de la conexión a tierra, lo que hace necesario en algunas ocasiones realizar ensayos de prueba.
TABLA DE REGULACIÓN
SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO.
Espesor del material (mm)
Diámetro del
electrodo
pulg
mm.
Amperaje
Voltaje
Velocidad de avance

fotos de arco sumergido

fotos

TAMAÑO DEL ELECTRODO

El tamaño del electrodo afecta la forma del cordon de soldadura y la profundidad de penetracion a una corriente determinada. Los electrodos de diametros pequeños se usan con equipo semiatomatico porque asi se tiene mas flexibilidad de movimiento. Tambien se emplean en equipo de potencia paralela y de multiples electrodos. Si embonamiento es deficiente, un electrodo de diametro grande es mejor que una pequeño para cubrir las aberturas de raiz anchas.

El tamaño del electrodo tambien influye en la tasa de deposicion. A una corriente dada, un electrodo de diametro pequeño tiene mayor densidad de corriente y una tasa de deposicion mayor que el mas grueso. Los electrodos de diametro grande pueden transportar mas corriente que los pequeños, y producir una tasa de deposicion mas alta a amperajes elevados. Si la velocidad de alimentacion del electrodo deseada es mas alta o mas baja que la que puede mantener el motor alimentador, puede lograrse la tasa de deposicion deseada cambiando a un electrodo mas grueso o mas delgado.

EXTENSION DEL ELECTRODO

A densidades de corriente por encima de 125 A/mm2 (80000 A/pulg2), la esxtension del electrodo se convierte en una variable importante. Si la densidad de la corriente es elevada, el calentamiento por resistencia del tramo de electrodo que esta entre el tubo de contacto y el arco incrementa la tasa de fusion del electrodo. Cuanto mas larga sea la extesion, mayor sera el calentamiento y la rapidez de fusion.

Al desarrollar un procedimiento, un buen punto de partida es una buena extension del electrodo de unas ocho veces el diametro del electrodo. Conforme se afina el procedimiento, esa longitud se modifica hasta lograr la tasa de fusion del electrodo optimacon un amperaje fijo.

El aumento de la extension del electrdo añade un elemento de resistencia al circuito de soldadura y consume parte de la energia que de otra manera se suministraria al arco. Al bajar el voltaje a travez del arco, disminuyen la anchura y la penetracion de la franja de soldadura.

Como la baja en el voltaje del arco hace mas convexa la franja, esta tendra una forma distinta de la que se obtendria con una extension de electrodo normal.

Cuando se incrementa la extension del electrodo a fin de aprovehar la mayor tasa de fusion, se debe ajustar hacia arriba el voltaje en la maquina de modo que se mantenga la longitud de arco correcta.

La condicion del tubo de contacto afecta la extension efectiva del electrodo. Los tubos de contacto deben cambiarse a intervalos predeterminados a fin de asegurar condiciones de soldadura consistentes.

La tasa de deposicion se pueden incrementar entre un 25% y un 50% empleando extensiones de electrodo largas sin alterar el amperaje de soldadura. En SAW automatica con un solo electrodo, la tasa de deposicion puede acercarse a la del metodo de dos alambres con dos fuentes de poder.

Un incremento en la tasa de deposicion va acompañado por una reduccion en la penetracion, por lo que no se recomienda alargar la extension del electrodo cuando se desea una penetracion profunda. Si hay problemas de fusion de lado a lado de la pieza de trabajo, como puede suceder cuando se sueldan materiales de calibre delgado.

Las que siguen son extensiones de electrodo maximas sugeridad para electrodos de acero solidos para SAW:

1. Para electrodos de 2.0, 2.4, 3.2mm (5/64, 3/32 y 1/8 pulg), 75 mm (3 pulg)

2. Para electrodos de 4.0, 4.8 y 5.6mm (5/32, 3/16 y 7/32 pulg), 125 mm (5 pulg)

ANCHURA Y ESPESOR DEL FUNDENTE

La capa de fundente granular influye en el aspecto y la integridad de la soldadura terminada, asi como en la accion de soldadura. Si la capa granular es muy gruesa, el arco estara demasiado confinado y la soldadura resultante tendra un aspecto acordonado aspero. Los gases generados durante la soldadura no pueden escapar con facilidad, y la superficie del metal de soldadura fundido se distorsiona de manera irregular. Si la capa granular es demasiado delgada, el arco no quedara sumergido por completo en el fundente y habra destellos y salpicaduras. La soldadura tendra un aspecto deficiente, y puede ser porosa.

El espesor del fundente se puede establecer incrementando lentamente el flujo de fundente hasta que el arco de soldadura quede sumergido y ya no haya destellos. Los gases saldran sin violencia a los lados del electrodo, y en ocasiones se encenderan.

Durante la soldadura, el fundente granular no fusionado puede irse retirando a una distancia corta detras de la zona de soldadura una vez que el fundente fusionado se haya solidificado. No obstante, lo mejor puede ser no peturbar el fundente hasta que el calor de la soldadura se haya distibuido uniformemente por todo el espesor de la seccion.

El fundente fusionado no debera aflojarse por la fuerza mientras el metal de soldadura este a alta temperatura por encima de 600ºC (1100ºF. Si se deja enfriar, el material fusionado se desprendera facilmente y podra retiarse con un cepillo con muy poco efuerzo. En algunas ocasiones, se podra desprender por la fuerza una seccion pequeña con objeto de inspeccionar rapidamente el aspecto superficial de la soldadura.

Es importante no recoger materiales extraños al recuperar el fundente no usado. Para este fin se debera limpiar un espacio de unos 300 mm /12 pulg) de anchura a ambos lados de la union soldada antes de depositar el fundente. Si el fundente recuperado contiene trozos fusiondos, se debera pasar por una malla con aberturas no mayores que 3.2 mm (1/8 pulg) a fin de eliminar las particulas gruesas.

En el momento en que el fabricante lo empaca el fundente esta bien seco. Si se le expone a la humedad elevada, se debera secar en una estufa antes de usarse. La humedad del fundente causa porosidad en la soldadura. Siempre deben seguirse las recomendaciones del fabricante.

variables de operacion para el proceso saw arco sumergido

El control de las variables de operacion en al soldadura por arco sumergido es indispensable para obtener tasas de producion elevadas y soldaduras de buena calidad. Estas variables, en aroximado de importancia, son las siguientes:

1. Amperaje de soldadura

2. Tipo de fundente y distribuccion de particulas

3. Voltaje de soldadura

4. Velocidad de soldadura

5. Tamaño del elerodo

6. Extencion del electrodo

7. Tipo de electrodo

8. Anchura y espesor de la capa del fundente

Eloperador sebe saber que efecto tienen las variables sobre la accion de la soldadura, y como ajustarse.

AMPERAJE DE SOLDADURA

La corriente de soldadura es la variable mas influyente porque controla la rapidez con que se funde el electrodo, y por lo tanto la tasa de deposicion, la profundidad de penetracion y la cantidad de metal base fundido. Si la corriente es demasiado alta a una velocidad de desplazamiento determinada, la profundidad de penetracion sera exsesiva. La soldadura serultante puede tender a atravesar de lado a lado al metal base que se esta uniendo. Una corriente alta propicia el desperdicio de electrodos al reforzar demasiado la soldadura, lo que incrementa la contraccion de la soldadura y causa distorciones.

Si la corriente es demasisado baja, el resultado puede ser una penetracion insuficiente o una fusion incompleta.

Tres reglas relativas a la corriente de soldadura son:

1. Si se incrementa la corriente aumenta la penetracion y la tasa fusion

2. Una corriente demasiado alta produce un arco excavador y socavamiento, o una franja alta y angosta

3. Una corriente de soldadura demasiado baja produce un arco inestable.

VOLTAJE DE SOLDADURA

El ajuste del voltaje de soldadura hace variar la longitud del arco entre el elctrodo y el metal de soldadura fundido. Si se incrementa el voltaje global, la longitud del arco aumentara; si se reduce el voltaje global, el arco se hara mas corto.

El voltaje casi no afecta la tasa de deposicion del electrodo, que depende de la corriente de soldadura. El voltaje determina sobre todo la forma de la seccion transversal de la franja de soldadura y el aspecto externo de esta ultima.

Las consecuencias de incrmentar el voltaje de soldadura manteniendo constantes la corriente de soldadura y la velocidad de desplazamiento son:

1. Una franja de soldadura mas plana y ancha

2. Mayor consumo de fundente

3. Tendencia a reducir porosidad causada por orin o incrustaciones en el acero

4. Se tapa mejor una abertura de raiz excesiva caundo el embonamiento es deficiente

5. Mayor absorcion de elmentos de aleacion de un fundente de aleacion

Las cosecuencias de un voltaje de arco exsesivo son;

1. Franja de soldadura ancha propensa al agrietamiento

2. Problemas para eliminar la escoria en las soldaduras de surco

3. Soldadura concava que puede ser propensa al agrietamineto

4. Mayor socavamiento en los bordes de las soldaduras de filete

VELOCIDAD DE DESPLAZAMINETO

Los efectos de alterar la vel0ocidad de desplazamiento se ajustan a un patron general. S i se aumenta la velocidad, se reduce el aporte de calor por unidad de longitud de la soldadura y se deposita menos metal de aporte por unidad de longitud de la soldadura, con lo que e reduce el esfuerzo de esta ultima.

La penetracion de la soldadura acusa mas efectos por la velocidad de desplazamiento que por otra variable excepto la corriente. Esto no sucede a velocidades excesivamente bajas, cuandoel charco de soladura queda debajo del electrodo. Una velocidad excesiva puede causar socavamiento.

La velocidad del recorrido puede ajustarse para controlar el tamaño y la penetracion de la soldadura. En ese sentido esta relacionadad con la corriente y el tipo de fundente. Una velocidad de desplazamiento excesiva promueve el socavamiento, porosidad y la irregularidad en la forma de la franja. Si lavelocidad es relativamente baja, los gases tienen tiempo de escapar del metal fundido yu se reduce la parosidad. Una velocidad demaciado alta produce una franja de forma convexa propensa al agrietamiento, una exposicion excesiva del arco, lo que resulta molesto para el operador y un charco de soldadura grande que fluye alrededor del arco y porduce una franja aspera con inclusiones de escoria.