Soldadura por arco de metal protegido - SMAW

Por arco de metal protegido - SMAW

Por arco de metal protegido - SMAW

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Usos y aplicaciones

Soldadura por arco de metal protegido SMAW (Shielded Metal Arc Welding)

Proceso térmico convencional por fusión para unir metales en posición horizontal que emplea un arco eléctrico que se mueve con una longitud y velocidad determinadas derritiendo y fusionando una porción del metal base y añadiendo continuamente material de aporte a través de un electrodo cubierto.

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1. Soldadura

La soldadura es un proceso de unión entre metales por la acción de calor, con o sin aportación de material metálico nuevo, dando continuidad a los elementos unidos.

Es necesario suministrar calor hasta que el material de aportación funda y una ambas superficies.

La soldadura es un proceso térmico para unir por coalescencia (fusión) dos o más piezas metálicas, mediante material de aportación que al fundirse forma un charco entre las piezas y al enfriarse se convierte en una unión fija llamada cordón.

Se requieren distintas fuentes de potencia para satisfacer las exigencias eléctricas de los diversos procesos de soldadura por arco. Éste tipo de fuente se utilizan para procesos de soldadura por arco de metal protegido (SMAW), arco de metal y gas (GMAW), arco con núcleo de fundente (FCAW), arco de tungsteno y gas (GTAW), arco sumergido (SAW), electroescoria (ESW), electrogas (EGW), arco de plasma (PAW) y soldadura de pernos por arco (ASW).

2. Clasificación de la soldadura

En términos generales se distinguen los siguientes tipos de soldadura.

Soldadura heterogénea. Se efectúa entre materiales de distinta naturaleza, con o sin aporte de material; o entre metales iguales, pero con distinto material de aportación.

Soldadura homogénea. Los metales que se sueldan y el material de aportación, si lo hay, son de la misma naturaleza.

Soldadura autógena. Aquella que se realiza sin material de aportación, de manera que se unen dos piezas de igual naturaleza por medio de fusión de los mismos, que al enfriarse forman un todo.

3. Diseño y preparación de uniones

Las uniones soldadas se diseñan teniendo en cuenta en primer término la resistencia mecánica y la seguridad que la pieza debe ofrecer en las condiciones de servicio a las que se someterá.

Siempre se debe considerar la forma en que se aplicarán los esfuerzos de servicio y la temperatura a la que se expondrá la pieza soldada.

Una unión que soportará una carga dinámica (fuerzas que se producen por el movimiento) puede ser muy distinta de otra permitida bajo carga estática.

La carga dinámica exige considerar la resistencia a la fatiga y a la fractura friable (quebradizo). Esto obliga a diseñar las uniones de modo que se reduzcan o se eliminen los puntos de concentración de esfuerzos. El diseño también debe equilibrar los esfuerzos residuales y lograr un nivel de estos esfuerzos lo más bajo posible.

Además de los requerimientos de servicio, las uniones soldadas deben diseñarse de modo que sean económicas y accesibles para el soldador durante la fabricación. La accesibilidad de las uniones puede mejorar la capacidad del soldador para satisfacer los requisitos de hechura y calidad deseado.

Las geometrías típicas de uniones de soldadura se realizan por biselado para crear un chaflán

4. Tipos de chaflán

En muchas aplicaciones es necesario que los bordes de las piezas tengan chaflán a fin de asegurar que las dimensiones y el ajuste sean correctos, además de poder utilizar técnicas de soldadura apropiadas según la aplicación.

La principal función de los bordes biselados es producir soldadura más robusta en las uniones para que puedan soportar el peso masivo y las cargas de máquinas y estructuras.

Los sistemas actuales de soldadura permiten preparaciones de bordes más sencillos, para espesores delgados menores de 6 mm puede no ser necesario algún tipo de preparación. Para espesores mayores de 6 mm es de vital importancia realizar la preparación de bordes para la posterior unión por soldadura.

La preparación de bordes consiste en crear un chaflán en las uniones a soldar.

En general, la preparación de bordes se agrupan en cuatro tipos de chaflán identificados por las letras: V, K, X, Y.

Donde los tipo “V” e “Y”, presentan la misma forma geométrica según su tipo pero con posición contraria, es decir, son el mismo diseño de borde pero con posición invertida (pieza girada 180°).

El ángulo de inclinación de corte para bisel varia dentro del rango de 15° – 50°.

Tipos de chaflán
Tipo Forma Vista Tipo Forma Vista
VDS
Bisel simple
VAS
Bisel simple
YDS
Bisel y talón
YAS
Bisel y talón
X
Doble bisel
K
Doble bisel y talón

El chaflán en corte recto es la aplicación más utilizada para la preparación de bordes de unión por soldadura, sin embargo también se puede realizar un redondeo de bordes.

Chaflán
S Espesor del material
h Altura de talón
hs Altura de bisel
ls Longitud de bisel
b Anchura de bisel
B Ángulo de bisel

5. Soldadura GMAW

La soldadura por arco de metal protegido SMAW (Shield Metal Arc Welding) es por mucho el más ampliamente utilizado de los procesos de soldadura por arco. Aprovecha el calor del arco para derretir el metal base y la punta del electrodo consumible cubierto.

La soldadura por arco de metal protegido es un proceso en el que se produce coalescencia (unión) de metales por medio del calor de un arco eléctrico que se mantiene entre la punta de un electrodo cubierto y la superficie del metal base en la unión que se está soldando.

El núcleo del electrodo cubierto consiste en una varilla de metal sólida de material estirado o colado, o bien una varilla fabricada encerrada en polvo en una funda metálica. La varilla del núcleo conduce la corriente eléctrica al arco y suministra metal de aporte a la unión. Su principal función es la estabilización del arco y proteger el metal derretido de la atmósfera por medio de gases que se crean cuando el recubrimiento se descompone por el calor del arco.

La protección empleada, junto con otros elementos de la cobertura y de la varilla del núcleo, controlan en gran medida las propiedades mecánicas, la composición química y la estructura metalúrgica del metal de soldadura. La composición de la cobertura del electrodo varía dependiendo del tipo de electrodo.

6. Proceso de soldadura SMAW

La soldadura se inicia cuando se enciende un arco eléctrico entre la punta del electrodo y la pieza de trabajo. El intenso calor del arco derrite la punta del electrodo y la superficie de la pieza de trabajo cerca del arco.

En la punta del electrodo se forman con rapidez pequeños glóbulos de metal fundido cubiertos totalmente por una delgada capa de escoria fundida (la cual flota a la superficie del charco de soldadura porque es más ligera que el metal), los cuales se transfieren a través del chorro del arco hasta el charco de soldadura fundida. De esta forma se deposita metal de aporte conforme el electrodo se va consumiendo.

Debido a que el arco es uno de los elementos más calientes que producen las fuentes de calor (por encima de los 5000 °C en su centro), la fusión del metal base se forma casi instantáneamente al iniciarse el arco.

Si las soldaduras se hacen en posición plana u horizontal, la transferencia de metal es inducida por la fuerza de gravedad, la expansión del gas, fuerzas eléctricas y electromagnéticas y la tensión superficial. Si se suelda en otras posiciones, la gravedad actuará oponiéndose a las demás fuerzas.

La corriente empleada puede ser alterna o continua, dependiendo del electrodo empleado, pero la fuente de potencia debe ser capaz de controlar el nivel de corriente dentro de un intervalo razonable.

La acción de protección del arco, es en esencia la misma para todos los electrodos, pero el método especifico de protección y el volumen de escoria producido varían de un tipo a otro.

La AWS (American Welding Society) y la ASME (American Society Mechanical Engineers) son las máximas autoridades en el mundo de la soldadura que dictan las normas de clasificación de los electrodos para soldadura eléctrica.

Significado de la numeración de los electrodos, basado en la Norma AWS A5.1:

E-6013

  • El prefijo E significa electrodo y se refiere a la soldadura por arco.
  • Los dos dígitos iniciales 60 significa la resistencia a la tracción (tensión).
  • El tercer dígito 1 significa posición para soldar.
  • El cuarto dígito 3 se refiere al tipo de recubrimiento y corriente.
Material de aporte para soldadura
Electrodo Resistencia a la tensión mínima lb/pulg2 Posición Tipo de recubrimiento Tipo de corriente para soldar
E-60 10 60,000 Toda posición Sodio celulosa CDPI
E-60 13 60,000 Toda posición Potasio titanio CA o CD ambas polaridades
E-7018-A1 70,000 Toda posición Bajo hidrógeno polvo Fe CA o CDPI
POSICIÓN
1 Toda posición (plana, vertical, techo y horizintal)
2 Plano y horizontal
4 Toda posición más vertical descendente
TIPOS DE RECUBRIMIENTO Y CORRIETE
Digito Tipo de recubrimineto Corriente para soldar Penetración
1 Potasio celulosa CA o CDPI Penetración
2 Sodio titanio CA o CDPD Mediana
3 Potasio titanio CA o CD ambas polaridades Ligera
4 Titanio polvo fierro CA o CD ambas polaridades Ligera
5 Sodio bajo hidrógeno CDPI Mediana
6 Potesio bajo hidrógeno CA o CDPI Mediana
7 Oxido de fierro polvo Fe CA o CDPD Mediana
8 Bajo hidrógeno polvo Fe CA o CDPI Mediana

CA = Corriente Alterna
CDPI = Corriente directa polaridad invertida (electrodo positivo).<
CDPD = Corriente directa polaridad directa (electrodo negativo).

7. Aplicaciones

La soldadura por arco de metal protegido se emplea para todo tipo de soldaduras cortas en trabajos de producción, para construcción, mantenimiento y reparación.

Se aplica sobre aceros al carbono y de baja aleación, aceros inoxidables, hierro colado, cobre, níquel y sus aleaciones, y para algunas aplicaciones de aluminio.

Los materiales con bajo punto de fusión como el plomo, estaño y el zinc, no se sueldan con éste proceso porque el calor del arco es demasiado para ellos. Tampoco se utiliza sobre metales reactivos como el titanio, zirconio, tántalo y colombio porque la protección es insuficiente para evitar que la soldadura se contamine con oxígeno.