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ARCO SUMERGIDO (SAW) PDF E-mail

Descripción

El proceso de soldadura por arco sumergido o método SAW (Submerged Arc Welding), es un proceso en el que el arco se establece entre un electrodo continuo y la pieza a soldar bajo la protección de un polvo granulado denominado flux.

Principio de funcionamiento 

En la soldadura por arco sumergido el electrodo se alimenta hacia la pieza de forma continua y con velocidad controlada, en función del tipo de material a soldar, espesor de la pieza e intensidad de corriente, para mantener constante la longitud del arco. En todo momento se está aportando flux en la cantidad y a la velocidad necesarias a la soldadura, de forma que el calor producido por el arco funde progresivamente parte de este flux. Como resultado, se forma un manto fundente que flota sobre el baño de soldadura, proporcionando así mayor protección al cordón.

  • Durante todo el proceso el arco está cubierto por el fundente, cuyas funciones son:
  • Proporcionar protección, evitando que los gases atmosféricos contaminen el baño de soldadura.
  • Estabilizar el arco.
  • Controlar las propiedades mecánicas del depósito de soldadura.
  • Permitir añadir elementos de aleación.

Una vez que se ha realizado la soldadura, se recoge el flux sobrante y se recicla para un nuevo uso.

Ventajas

  • El arco actúa bajo una capa de flux, evitando las proyecciones y aumentando su estabilidad.
  • Al ser un proceso automático, permite ajustar perfectamente los parámetros de soldeo.
  • El proceso puede utilizarse con altas velocidades de soldeo y elevadas tasas de deposición.
  • El flux actúa como desoxidante, agente limpiador y si se desea, puede aportar elementos de aleación.
  • Puede utilizarse en zonas expuestas al viento.
  • Se obtienen cordones con bajos contenidos en hidrógeno (elemento importante en el proceso de fisuración).
  • Se obtienen soldaduras de buena calidad.

Limitaciones

  • Es necesario un dispositivo para el almacenamiento, alimentación y recogida del flux.
  • Es necesario extraer y eliminar la escoria.
  • El flux está expuesto a posibles contaminaciones, que pueden producir discontinuidades en la soldadura.
  • El proceso no es adecuado para unir materiales de espesores menores de 5 mm.
  • Excepto en aplicaciones especiales, sólo puede aplicarse a las posiciones sobremesa y cornisa.
  • Generalmente se requiere el uso de anillos de respaldo.

Parámetros del proceso 

Para obtener buenas uniones soldadas es fundamental una correcta regulación de los parámetros de soldadura, entre los que destacan:

Intensidad de corriente de soldeo:

Es el parámetro de mayor influencia ya que determina la tasa de deposición e influye en la forma y penetración del cordón. Un aumento de la intensidad, sin variar otros parámetros, da lugar a:

  • Aumento de la penetración.
  • Aumento de la densidad de corriente.
  • Aumento de la velocidad de alimentación del hilo.
  • Aumento de la tasa de deposición.

 

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Una intensidad excesiva de la corriente produce un cordón estrecho con sobreespesor o exceso de penetración. Por el contrario, una intensidad demasiado baja produce arcos inestables y falta de penetración.

Tensión de corriente de soldeo:

Los valores de tensión más habituales suelen oscilar entre 25 y 35 voltios. Un aumento de la tensión, sin modificar otros parámetros, da lugar a:

  • Aumento de la longitud del arco.
  • Aumento de la anchura del cordón.
  • Disminución de la penetración.
  • Aumenta la cantidad de escoria fundida.

 

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Si la tensión es demasiado alta, produce:

  • Cordones demasiado anchos, favoreciendo la formación de grietas.
  • Soldaduras cóncavas con tendencia a agrietarse.
  • Un aumento en el consumo de fundente.
  • Aumento del número de elementos de aleación procedentes del fundente que pasan a formar parte del baño de fusión.
  • Aumenta las mordeduras.

Velocidad de soldeo:

Después de la intensidad es la variable que más afecta al proceso.

Si es demasiado alta, produce:

  • Una disminución del calor aportado por unidad de longitud del cordón de soldadura.
  • Una disminución en la cantidad de metal de aportación depositado.

Por el contrario, si es demasiado baja:

  • El cordón de soldadura tendrá un espesor excesivo, lo que favorece la formación de grietas.
  • Se forman baños de fusión demasiado grandes y es más fácil la inclusión de escoria en el material depositado.

Tipo de corriente:

- Corriente continua:

Con polaridad inversa, produce:

  • Más penetración.
  • Condiciones más estables.
  • Baños más pequeños.

Con polaridad directa, produce:

  • Menor penetración.
  • Mayor velocidad de deposición.

- Corriente alterna:

  • Da lugar a condiciones intermedias entre las propias de la polaridad inversa y directa.
  • Evita el soplado del arco.

Profundidad y anchura de la capa de flux:

Influye sobre la apariencia y ausencia de defectos en el cordón.

Diámetro del electrodo:

El aumento el diámetro del hilo, a igualdad del resto de parámetros da lugar a:

  • Menor penetración.
  • Arcos inestables.
  • Difícil cebado del arco.
  • Se hace más aceptable usar intensidades de corriente mayores.

 

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La soldadura por arco sumergido se puede aplicar en tres modos, pero teniendo en cuenta que en todos ellos es necesario colocar la pieza de forma que el baño de soldadura permanezca en su sitio hasta su solidificación:

- Soldadura semiautomática:

Se realiza con una pistola soldadora de mano que suministra tanto el electrodo como el fundente. El electrodo se suministra través de un alimentador mientras que el fundente puede suministrarse mediante una tolva de gravedad montada en la pistola o a través de una manguera a presión. Este método requiere manejo manual empleando velocidades de avance moderadas y electrodos de pequeño diámetro. Es una técnica que se encuentra en desuso debido a la incomodidad que supone el manejo manual de la pistola.

- Soldadura automática:

La soldadura la realiza un equipo sin que un operador tenga que controlar y ajustar continuamente los parámetros.

- Soldadura mecanizada: En este caso la soldadura se realiza con un equipo, pero bajo la continua vigilancia de un operador encargado de colocar la pieza a soldar en la posición adecuada y regular los parámetros de la soldadura, además de iniciar y detener el proceso.


Aplicaciones

El proceso de soldadura SAW está destinado fundamentalmente al soldeo de uniones largas, rectas, en horizontal y para espesores superiores a 5 mm, debido a:

  • Su alta tasa de deposición.
  • Gran penetración.
  • Alta calidad de la soldadura.
  • Su capacidad para ser automatizado.

Se utiliza para la soldadura de aceros de baja aleación, pero el desarrollo de nuevos fluxes ha ampliado su campo de aplicación a la soldadura de cobre, titanio y aleaciones de aluminio. Es un proceso muy utilizado en edificación, fabricación de tuberías, estructuras y componentes ferroviarios, construcción de depósitos a presión y en la industria naval.

 

 

 

Equipos

El equipo de soldadura SAW está formado por los siguientes dispositivos:

  • Fuente de alimentación
  • Sistema y panel de control.
  • Cabezal:

          - Sistema de montaje y posicionamiento del cabezal.

          - Sistema de alimentación del alambre.

         - Tolva de fundente y manguera para su conducción.

          - Pistola de soldeo con tubo de contacto.  

  • Equipo accesorio.

          - Posicionador y accesorios de sujeción.

          - Sistemas de seguimiento de la unión.

          - Sistema de desplazamiento.

          - Sistema de recuperación de fundente.

 

- Fuente de alimentación:

En soldeo por arco sumergido se pueden utilizar:

  • Fuentes de corriente continua con características de tensión constante combinadas con un alimentador de alambre de velocidad constante. De esta forma, la fuente controla el voltaje de soldeo, y la velocidad de alimentación del alambre y su diámetro controlan la intensidad de corriente de soldeo.
  • Fuentes de corriente continua con características de intensidad constante combinadas con un alimentador de alambre de velocidad variable que permite el aumento o la disminución de la velocidad del alambre cuando se produce un cambio en la longitud del arco.
  • Fuentes de corriente alterna, su uso se limita a aplicaciones que requieren intensidades de soldeo muy altas, soldeo con electrodos múltiples o aquellas aplicaciones en las que el soplo magnético es un problema.

- Sistemas y panel de control:

Los paneles digitales se suelen emplear en combinación con las fuentes de tensión constante. Se utilizan para controlar:

  • Velocidad de alimentación del alambre.
  • Ajuste de la protección suministrada.
  • Marcha-paro del soldeo.

Los paneles analógicos se emplean tanto con fuentes de intensidad como de tensión constantes. Controlan:

  • Velocidad de alimentación del alambre.
  • Potencia suministrada.
  • Marcha-paro del soldeo.

- Cabezal de soldeo:

Un cabezal de soldeo SAW consta de las siguientes partes:

  • Sistema de alimentación de alambre, formado por un motor reductor, rodillos de arrastre y de presión, enderezador y guía de alambre.
  • Pistola de soldeo con tubo de contacto.
  • Accesorios para el montaje y posicionamiento del cabezal: generalmente dos deslizaderas lineales y una circular con las que se cubren los movimientos ascendente y descendente del cabezal y movimientos derecha, izquierda e inclinación de la pistola.
  • Tolva y manguera de fundente.
  • Sistema de recuperación de fundente.

- Sistemas accesorios:

Estos componentes permiten transportar cabezales y las toberas de recuperación del flux, así como estructuras de diferentes tamaños, como torres y columnas de soldadura, que posibilitan la realización del proceso SAW en piezas de grandes dimensiones.

 

 

 

Consumibles

Como en la mayoría de procesos de soldeo por arco, los electrodos son los principales elementos consumibles

Electrodos

Los electrodos se suministran en forma de hilo macizo o tubular y con flux o polvo metálico alojado en su interior, en carretes de 10 a 500 Kg de peso. También se pueden encontrar electrodos en forma de fleje, especiales para depósitos por recargue, y que se suministran en bobinas.

El diámetro del hilo depende del intervalo en el que se encuentre la intensidad de soldadura.

En la tabla siguiente se muestran los diámetros de hilo aconsejados según la intensidad de corriente.

 

Diámetro(mm) Intervalo de intensidad(A)
1,6 150-300
2 200-400
2.4 250-500
3.2 300-600
4 400-800
4.8 500-1000
5.6 600-1200
6.4 700-1600

Los electrodos se clasifican según su composición química, existiendo electrodos para la soldadura de aceros al carbono, aceros de baja aleación, aceros aleados, aceros inoxidables y otras aleaciones. Estos hilos de acero se encuentran recubiertos de cobre con un triple objetivo: evitar la corrosión, aumentar la conductividad eléctrica y reducir el rozamiento con los rodillos del sistema de alimentación.

Fluxes

Los fluxes son mezclas de compuestos minerales entre los que se encuentran SiO2, TiO2, CaO, Al2O3, MnO, MgO, Na2O. FeO, K2O, Li2O, CaF2, ZrO2. Tienen un aspecto pulverulento formado por granos cuyo tamaño depende del tipo de soldadura.

Las principales funciones del flux son:

  • Proteger la zona del arco del contacto con la atmósfera que lo rodea.
  • Proporcionar desoxidantes y elementos de aleación al cordón.
  • Crear una capa de escoria que proteja al baño de fusión y al cordón durante el enfriamiento.

Atendiendo al proceso de fabricación los fluxes se clasifican en:

  • Fundidos.
  • Cohesionados o sinterizados.
  • Aglomerados.
  • Mezclados mecánicamente.

- Fluxes fundidos:

Se fabrican fundiendo en un horno eléctrico, a una temperatura entre 1500 ºC y 1700 ºC, la materia prima previamente triturada, calcinada y mezclada en seco. La mezcla obtenida después de la fusión se cuela, se enfría rápidamente, se tritura y clasifica según su granulometría.

Las ventajas de este tipo de flux son:

  • Composición química homogénea.
  • No presentan carácter higroscópico.
  • Son adecuados para altas velocidades de soldeo.
  • Permiten el reciclado.

Sus limitaciones son:

  • Aportan una pequeña cantidad de desoxidantes y ferroaleaciones.
  • Tienen una limitación de intensidad de corriente de unos 800 A.

- Fluxes cohesionados o sinterizados:

Se fabrican cohexionando las materias primas pulverizadas y mezcladas en seco con silicato sódico, silicato potásico o una mezcla de ambos. Después de este cohesionado la mezcla húmeda es sinterizada y cocida a una temperatura relativamente baja.

Las ventajas de este tipo de flux son:

  • Aportan mayor cantidad de elementos desoxidantes y elementos aleantes al baño de fusión.
  • Al tener poca densidad permiten una capa de flux más gruesa.
  • La escoria es fácil de eliminar.

Sus limitaciones son.

  • Tienen carácter higroscópico lo que puede dar lugar a la aparición de poros en el cordón.
  • Posibilidad de cambio en la composición del flux, debido a la pérdida de partículas finas.

Fluxes aglomerados:

El proceso de fabricación de estos fluxes es similar al de los cohesionados, con la diferencia de que en este caso se utiliza un aglomerante cerámico, con un secado a temperaturas relativamente elevadas.

Las ventajas de estos fluxes son:

  • Aportan mayor cantidad de elementos al baño que los cohesionados.
  • El consumo de flux es menor.
  • Se pueden utilizar con hilos no aleados.

- Fluxes mezclados mecánicamente:

Se fabrican mezclando distintos tipos de fluxes en las proporciones necesarias para conseguir las propiedades deseadas. Son muy poco utilizados porque:

  • Presentan segregaciones durante el envasado, almacenamiento o manipulación.
  • Pueden tener inconsistencia del flux.

En la tabla siguiente se muestra una lista de fluxes de aplicación industrial con sus características específicas.

TIPO DE FLUX

CLASE

COMPONENTES FUNDAMENTALES

VENTAJAS

LIMITACIONES

Cálcico con altocontenido desílice AglomeradoFundido CaO+MgO+SiO2>60% Alta corriente de soldeo. Admite oxidación en el metal base. Mala tenacidad de la soldadura. Alto contenido en O2 en el metal depositado. Limitado a soldeos donde no se requiere tenacidad.
Silicato demagnesio Fundido MnO+SiO2>50% Alta velocidad de soldeo. Admite oxidación en el metal base. Alta energía de aportación. Resistencia moderada. Facilidad de almacenaje. Alto contenido de O2 e incremento de Si en el metal. Se reduce el contenido en C. Limitado a soldeos donde no se requiere tenacidad.
Aluminatobásico Aglomerado Al2O3+CaO+MgO>45% Buena resistencia y tenacidad en pasadas múltiples. No modifca el contenido de C. No admite oxidación en el metal base. Limitado a soldadura con corriente continua y polaridad positiva. Hay pérdidas de S y Si.Mal desprendimiento de la escoria.
Fluorurobásico AglomeradoFundido CaO+MgO+MnO+CaF2>50% De buena a moderada tenacidad a baja temperatura. Muy bajo O2. Puede presentar problemas dependiendo de la escoria y de la absorción de humedad.