LICEO INDUSTRIAL DE SAN MIGUEL AGUSTÍN EDWARDS ROSS – SOFOFA DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES METÁLICAS

CAPACITACIÓN EN:

SOLDADURAS ESPECIALES MIG-MAG Y TIG

MATERIAL DIDACTICO DISEÑADO Y DIBUJADO POR: LUIS HTO. REYES PEDREROS E.I.S.S.M. – AGOSTO - 2007

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SOLDADURA MIG - MAG PRINCIPIO DE LA SOLDADURA "MIG" ( Metal Inerte o Inactivo Gas ) ; MAG ( Metal Activo Gas )

El sistema MIG - MAG, de soldadura, se descubrió a fines de los años 40 en EEUU y por necesidad imperiosa de producción rápida de armado de equipos bélicos en preparación de posibles guerras. Este proceso está definido por la A.W.S. (American Welding Society) como: " Soldadura al arco donde la fusión se produce por el calentamiento con un arco eléctrico entre un electrodo de metal de aporte continuo y la pieza, y donde la protección del arco eléctrico, de contaminaciones atmosféricas, se obtiene por medio de un gas suministrado en forma externa" Estos pueden ser gases inactivos como el Argón, Helio, y mezclas de Argón y Helio, para el sistema MIG , o gases activos como el Dióxido de carbono CO2, y mezclas de Dióxido de carbono, para el sistema MAG ,los cuales están sincronizados con el avance del alambre de aporte por el interior de la pistola de soldar.

ESQUEMA DE SOLDADURA MIG

El sistema MIG se caracteriza fundamentalmente por el material de aporte. Este se presenta en forma de un carrete de alambre de acero cobrizazo, en su parte externa para evitar oxidación, el cual se desliza por el interior de la pistola MIG o portaelectrodos, junto al gas de protección. Este carrete de alambre se presenta comercialmente de diferentes espesores, los más comunes de 0,6 a 1,2 mm. El peso del carrete es aproximado de 15 kilos

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Con este sistema de soldeo se pueden unir piezas de más elevado espesor que con el procedimiento TIG; al mismo tiempo se consigue un gran rendimiento de trabajo, ya que aporta una cantidad de material 10 veces superior al depositado con el electrodo, con lo que se puede efectuar cordones de raíz tan perfectos como con el electrodo manual. El rendimiento de tiempo también es muy superior al tradicional pues al estar protegido con gas el punto de fusión, la soldadura no genera escoria, por lo tanto se ahorra tiempo de descascarado, y como son 15 kilos de alambre se puede trabajar sin tantas detenciones COMPONENTES DEL SISTEMA DE SOLDAR MIG – MAG

Generalmente un sistema de soldar MIG – MAG está compuesto de los siguientes elementos:  Una máquina soldadora o fuente de poder que entregue la corriente necesaria para fundir el alambre y el metal base a soldar  Un alimentador que controle el avance del alambre a la velocidad requerida  Una pistola de soldar que dirija el alambre a la zona de soldar  Un gas protector que evite la contaminación del aire con el baño de fusión  Un carrete de alambre de tipo y diámetro específico  Regulaciones para intensidades amperajes y polaridades de corriente AV. DEPARTAMENTAL 285 – SAN JOAQUÍN – [email protected] – fonos 525 1547 / 525 1680 / 525 1723 MATERIAL DIDÁCTICO DISEÑADO Y DIBUJADO POR: LUIS HUMBERTO REYES PEDREROS – E.I.S.S.M. - 2007

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TIPO DE CORRIENTE QUE UTILIZA ESTE SISTEMA DE SOLDADURA El alambre consumible (electrodo) empleado en el sistema MIG – MAG, siempre o casi siempre va conectado al polo positivo y éste se alimenta con corriente continua (C.C.). No se usa corriente alterna (C.A.), pues su aportación es menor y el arco es muy inestable. El voltaje, amperaje y tipo de gas de protección, determinan la manera en la cual se ransfiere el metal, desde el alambre – electrodo, al baño de la soldadura.

TIPOS DE TRANSFERENCIA DEL ALAMBRE AL METAL BASE Existen tres tipos básicos de transferencia del metal aportado a la soldadura MIG o MAG:   

Transferencia por Spray Transferencia Globular Transferencia por Cortocircuito

Transferencia Spray El metal es transportado a alta velocidad en partículas muy finas a través del arco. La fuerza electromagnética es bastante fuerte para expulsar las gotas desde la punta del electrodo en forma lineal con el eje del electrodo sin importar la dirección a la cual el electrodo está apuntando. Se tiene transferencia Spray al soldar con ARGÓN, acero inoxidable y metales no ferrosos como el aluminio. Se obtiene gran penetración y una buena acción limpiadora. Al utilizar gas activo CO2 , se requiere amperajes superiores a 200 ( 22 a 500 A ), y una tensión de arco entre 28 a 40 V. Este tipo de transferencia se utiliza para recargues y todas las soldaduras en posición horizontal, ya que se puede utilizar alambres de gran diámetro Resumen de características para que se produzca una transferencia Spray    

Que el alambre esté conectado al polo positivo (+ ) polaridad inversa Que el gas de protección sea Ar, He o mezclas de estos gases Que exista una elevada intensidad de corriente ( amperaje ) Que la tensión ( voltaje ) del arco sea relativamente alta

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Transferencia Globular El metal se transfiere en gotas de gran tamaño. La separación de las gotas ocurre cuando el peso de estas excede de la tensión superficial que tiende a sujetarlas en la punta del electrodo. La fuerza electromagnética que actuaría en una dirección para separar la gota, es pequeña con relación a la fuerza de gravedad en el rango de transferencia globular ( sobre 250 amps.) . La transferencia globular se utiliza para soldar acero dulce en espesores mayores a ½” ( 12,7mm. ), en que se requiere gran penetración. Resumen de características para que se produzca una transferencia Globular  El alambre debe estar conectado al polo negativo ( - ) polaridad directa  La intensidad de corriente ( amperaje ) es inferior a la requerida que para el arco spray Transferencia en corto-circuito El metal no es transferido libremente a través del arco, sino que se deposita cuando la punta del electrodo toca el metal base. Los corto-circuitos producidos por el contacto del electrodo con el baño fundido, ocurren con mucha regularidad hasta 200 o más veces por segundo. El resultado final es un arco muy estable usando baja energía ( inferior a 250 amps. ) y bajo calor. El bajo calor reduce a un mínimo la distorsión y deformación del metal además de otros defectos metalúrgicos perjudiciales. Esta transferencia metálica se obtiene en presencia de dióxido de carbono ( CO2 ) Este es un buen sistema para la soldadura vertical y especial para espesores delgados. Tensiones utilizadas 16 a 23 V. -

Intensidad

40 a 200 A.

Resumen de características para que se produzca una transferencia por corto – circuito  El alambre debe estar conectado al polo positivo ( + ) polaridad inversa  La intensidad de corriente ( amperaje ) debe ser baja  El gas de protección debe ser CO2 o mezclas Ar / CO2  La tensión de arco ( voltaje ) relativamente baja

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TABLA DE APLICACIÓN DE GASES GASES

APLICACIONES

Argón Helio

Aluminio y magnesio Aluminio, magnesio y cobre. Con este gas disminuye el riesgo de porosidad Aluminio, magnesio y aleaciones de cobre

Helio + Argón (80 +20 %) hasta (50 +50 %) Argón + 1 a 2 % de CO2 Argón + 3 a 5 % de CO2 Argón + 20 a 30 % de CO2 Argón + 5 % de O2 + 15% de CO2 CO2 CO2 + 3 a 10% CO2 Argón + 25 a 30% de N2

Aceros inoxidables, aceros aleados y también algunas aleaciones de cobre Aceros inoxidables, aceros aleados y aceros al carbono. Se requiere varillas desoxidantes Aceros, para obtener transferencia por corto circuito. Aceros al carbono, Se requiere varillas altamente desoxidantes Aceros al carbono y débilmente aleados, varilla desoxidante. Esencial uso de varilla especial Aceros al carbono y débilmente aleados, varilla desoxidante. Esencial uso de varilla especial Para soldadura del cobre

ESPESOR DE CHAPA A SOLDAR Y TIPO DE JUNTA Espesor de la chapa en mm. 2a5 6 a 12 12 a 20 20

Tipo de junta I V VoX X

Separación de bordes en mm. 0a2 1a2 1,5 a 3 2a3

Ángulo del bisel 50 a 60° -

AMPERAJES RECOMENDADOS SEGÚN DIÁMETRO DE ALAMBRE MÁS COMÚN Y METAL A SOLDAR Metal base Aceros débilmente aleados Aceros al carbono

Níquel y sus aleaciones Cobre Cobre - níquel Bronces Aluminio

Magnesio

Diámetro del alambre en mm. 0,8 1,2 1,6 0,8 1,2 1,6 0,8 1,2 1,6 1,6 1,6 1,6 0,8 1,2 1,6 1,2 1,6

Amperaje ( alambre en polo + ) 70 – 255 105 – 345 250 – 500 75 – 250 100 – 350 300 – 450 110 – 155 140 – 270 120 – 450 290 – 480 225 – 325 220 – 300 55 – 170 80 – 300 150 – 350 200 – 290 235 – 395

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Relación de Intensidad con la Tensión .- La regulación de la Intensidad y la Tensión debe efectuarse conjuntamente, o sea, si se gradúa la Intensidad también debe graduarse la tensión. Se puede saber perfectamente cuándo va fundiendo el alambre correctamente por el sonido uniforme del arco. Cuando se va efectuando un cordón estrecho y muy abultado, es que el alambre se va fundiendo mal, porque la Intensidad ( amperaje ) es muy alta y la tensión, ( voltaje ), muy baja. Si por el contrario obtenemos un cordón demasiado plano y extendido es porque estamos trabajando con un voltaje muy elevado y una Intensidad de trabajo muy baja, lo cual se puede observar también perfectamente porque el alambre se va fundiendo en forma de bolas gordas y produciendo excesivas proyecciones.

TABLA RECOMENDADA DE RELACIÓN AMPERAJE - VOLTAJE Espesor de la Diámetro del Intensidad chapa en mm alambre en mm. en Amperes 2a5 2 a 12 12 a 20

0,8 a 1.0 1,2 1,2 a 1,6

105 - 185 155 - 205 175 - 305

Tensión en voltios

Consumo en lts./ min. de CO2 x m. Lin.

21 - 27 25 – 31 27 - 33

13 a 15

OPERATORIA DE SOLDADURA Hay dos formas de efectuar esta clase de soldaduras: una es soldando de derecha a izquierda y la otra de izquierda a derecha. SOLDADURA DE DERECHA A IZQUIERDA,- Empleando este método de soldeo se le da menos recargue al cordón; por este motivo se debe aplicar en piezas de poco espesor, en piezas cuya soldadura sea en rincón plano, y para realizar el cordón de raíz en piezas biseladas. SOLDADURA DE IZQUIERDA A DERECHA.- Con este sistema de soldeo se recargan más los cordones que se realizan; por eso es recomendable emplear este sistema en la soldadura de piezas de gran espesor Nota: Se debe tener mucho cuidado, al soldar con CO2, de proteger perfectamente la vista , pues la radiación luminosa es mucho más intensa y dañina que la del arco tradicional

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ALGUNOS DEFECTOS, CAUSAS Y REMEDIALES EN LA SOLDADURA MIG - MAG DEFECTOS Porosidad

CAUSAS Mucha corriente de aire El alambre puede estar oxidado o impregnado de aceite o grasas La presión de CO2 es insuficiente

REMEDIAL Evitar soldar expuesto a corrientes de aire Cambiar el carrete y eliminar toda suciedad

Aumentar presión de CO2. El caudal normal es entre 12 a 14 l/mm. El metal base tiene óxido o pintura Eliminar impurezas con escobilla o con soplete Excesiva longitud del alambre fuera Debe regularse el alambre entre 9 y 19 mm de la boquilla fuera de la boquilla Tobera obstruida por partículas Limpiar continuamente la boquilla y aplicar silicona Demasiada inclinación de la boquilla Mantener boquilla a una inclinación de 12° aprox en el sentido de avance Velocidad de avance sin control Regular rodillos de arrastre del alambre Cordón irregular Movimiento de avance en el soldeo Aumentar velocidad de avance demasiado lento Pistola demasiado inclinada Corregir ángulo ideal de inclinación Tensión de trabajo muy baja Elevar tensión Arco eléctrico muy largo Longitud de arco ideal 2 a 3 mm. aproxim. Metal base a temperatura muy Dejar enfriar la pieza intermitentemente según elevada espesor de la pieza Amperaje excesivo Regular según tablas Poca Velocidad de avance excesiva Disminuir velocidad de avance para que el metal penetración base logre calentarse más y el aporte penetre en metal base Bordes de piezas a unir muy juntos Separar bordes según tablas Intensidad de trabajo muy débil Aumentar intensidad según tablas Avance irregular del alambre Regular rodillos y revisar guías Inclinación inadecuada de boquilla Ver tablas Ángulo de bisel muy cerrado Aumentar inclinación Movim. lateral de pistola excesivo Centrar mejor el arco Mordeduras Tensión demasiada elevada Ver tablas Alambre demasiado grueso Ver tablas Intensidad de trabajo muy elevada Bajar amperaje para que menor calentamiento de la pieza Inclinación inadecuada de boquilla Ver tablas Pieza en mala posición en relación Posición de soldeo según diámetro del alambre con diámetro del aporte de aporte Velocidad de avance excesiva Disminuir velocidad de avance Fisuración Intensidad de trabajo excesiva Bajar amperaje para menor calentamiento de la pieza y evitar fisuración Enfriamiento de la pieza muy rápido Evitar corrientes de aire y precalentar la pieza para aminorar velocidad de enfriamiento Metal base con exceso de carbono Utilizar baja intensidad de soldeo. Precalentamiento al metal base Cordón con demasiado metal de Los biseles se deben soldar de varias pasadas aporte no de una sola Exceso de azufre del metal base Utilizar alambre rico en manganeso Costura a soldar sucia Limpieza completa del sector a soldar Soldadura de aceros aleados Aplicar precalentamiento ala pieza y usar alambre de igual composición

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DEFECTOS CAUSAS Inclusiones de Amperaje muy bajo escoria Cordón demasiado ancho Pistola en polo negativo Demasiadas proyecciones Arco demasiado largo Poca velocidad de soldeo

REMEDIAL Amperaje más alto para que la escoria se funda y fluya sobre el baño de fusión Corregir movimiento de avance Colocar pistola con alambre en polo positivo Longitud de arco máximo de 3 mm. Llevar velocidad de soldeo sobre 0,6 mm. para evitar proyecciones Voltaje muy alto Ver tablas Intensidad de soldeo muy alta Ver tablas Excesiva longitud del alambre fuera Debe regularse el alambre entre 9 y 19 mm de la boquilla fuera de la boquilla Gas CO2 muy húmedo Verificar con distribuidor. El gas debe estar seco Perforaciones o Demasiada separación de bordes Corregir separación desfondamiento Intensidad de soldeo muy alta Ver tablas mientras se Avance de pistola muy lento Regular avance de pistola para que caliente suelda menos el metal aportado Tensión de arco muy baja La penetración disminuye al aumentar tensión de soldeo Temperatura de metal base muy alta Soldar en forma intermitente para lograr enfriamiento de pieza Cordón de Poco material de aporte al final del Avance más lento. El cordón de cierre debe cierre sin altura cordón tener mínimo 2 mm. de altura sobre la pieza suficiente Cordón de Diámetro del alambre muy alto Emplear diámetro de alambre más moderado cierre con exceso de mat.. de aporte El avance del soldeo es muy lento Dar mayor velocidad al avance de la pistola

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EJERCICIOS BÁSICOS DE SOLDADURA MIG – MAG

UNIÓN A TOPE , HORIZONTAL

RELLENO DE CORDONES EN DOBLE “T”

UNIÓN VERTICAL DESCENDENTE

UNIÓN VERTICAL ASCENDENTE

UNIÓN A TRASLAPO HORIZONTAL

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SOLDADURA TIG ( Tungsteno Inerte Gas ) Este método de soldadura fue desarrollado a fines de la década de los 30. Patentado por Hobart y Denver, fue empleado por primera vez, a principios de la Segunda Guerra Mundial, para la soldadura del magnesio y aluminio en aeronáutica La sigla TIG , tungsteno inerte gas, significa: Soldadura con electrodo de Tungsteno ( no consumible ), con protección gaseosa Los gases de protección pueden ser Argón ( Ar ), Helio ( He ) o mezclas de ambos Sin embargo el gas más utilizado, por su economía y aplicabilidad, es el Argón

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO El sistema TIG es un proceso de soldadura eléctrica donde se establece un arco entre un electrodo de Tungsteno, no consumible, y la pieza a soldar, utilizando un gas inerte como atmósfera protectora. Esta unión puede realizarse con o sin metal de aportación, siendo muy similar el proceso a la soldadura oxiacetilénica

Con el sistema TIG se pueden soldar diferentes tipos de metales tales como: Aluminio, cobre, magnesio, níquel, acero inoxidable, etc., os cuales son difíciles de unir con los sistemas tradicionales de soldadura

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COMPONENTES DE UN EQUIPO “TIG” DE SOLDADURA

ALTA FRECUENCIA En algunos equipos TIG vienen incorporadas unidades de alta frecuencia (H F), las cuales consisten en una alteración regulada del ciclo normal de la corriente alterna (CA), la cual es de 50 ciclos por segundo aumentándola en millones de veces, de (+) a (-) La alta frecuencia tiene dos aplicaciones importantes en la soldadura TIG:  Encender el arco desde 3 a 12 mm. de distancia del metal base, sin tocar el electrodo de tungsteno, para evitar su contaminación.  Decapar el óxido de algunos metales y permitir su soldadura ( aluminio y otros ) GASES DE PROTECCIÓN Para protección de la soldadura TIG deben usarse gases inertes tales como: ARGÓN y HELIO y mezclas de ellos. Las funciones de estos gases son:  Entregar una atmósfera ionizable para formar el arco  Proteger el baño de soldadura de la contaminación por oxígeno o nitrógeno  Permiten soldar Aluminio, Magnesio y Cobre en espesores inferiores a 4 mm. El gas más utilizado es el Argón por las siguientes propiedades:  Más económico y de más fácil extracción  Arco suave, silencioso, de fácil inicio y excelente para soldar en posición  Acción decapante mayor en C.A. sobre aluminio AV. DEPARTAMENTAL 285 – SAN JOAQUÍN – [email protected] – fonos 525 1547 / 525 1680 / 525 1723 MATERIAL DIDÁCTICO DISEÑADO Y DIBUJADO POR: LUIS HUMBERTO REYES PEDREROS – E.I.S.S.M. - 2007

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PISTOLA O TORCH

Técnicamente es una prensa cónica que asegura firmemente el electrodo de tungsteno que conduce la corriente. Este electrodo va protegido por una tobera de cerámica, la cual soporta altísimas temperaturas, por donde concéntricamente circula el gas de protección. Existen dos tipos de pistolas o torch, atendiendo al sistema de refrigeración utilizado por ellas:  Pistola refrigeradas por aire de 15 a 250 Amps.  Pistola refrigeradas por agua de 250 a 500 Amps.

COMPONENTES DE UNA PISTOLA TIG.-

Cuando el equipo de soldar TIG cuenta con un máximo de 250 Amperes la pistola se refrigera con el mismo gas de protección, no necesitando aditamentos especiales. Cuando el equipo de soldar TIG funciona con más de 250 Amperes, necesita contar con un sistema especial de circulación de agua como refrigerante, lo cual requiere de pistolas especiales con ductos o mangueras adicionales para dicha circulación. La pistola del esquema funciona con refrigeración de gas (Ar o He)

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ELECTRODOS DE TUNGSTENO Los electrodos no consumibles para soldadura TIG son fabricados de tungsteno y aleaciones con otros metales especiales El tungsteno ( W ) Funde a los 3.410 ° C, punto de fusión mayor que de cualquier otro metal ( el acero funde a los 1.350°C ). Existen cuatro tipos de electrodos de tungsteno clasificados que se emplean en la soldadura TIG.

A.W.S.

TIPO

EWP Tungsteno puro EWTh 1 Tungsteno – Torio 1% EWTh 2 Tungsteno – Torio 2% EWZr 2 Tungsteno – Circonio Diámetros comunes Largos comunes

COLOR DE IDENTIFICACIÓN Verde Amarillo Rojo Café 1/16 “ a 1/8 “ 3“a 7“

APLICACIÓN Aluminio Acero inoxidable Acero inox.- aluminio Aluminio - Magnesio

PREPARACIÓN DEL ELECTRODO

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ENCENDIDO DEL ARCO En el sistema de soldar TIG existen dos métodos básicos para establecer el arco: 

Encendido por contacto.- Con el electrodo de tungsteno se toca el metal a soldar suavemente, al producirse la chispa se levanta levemente el electrodo continuando con la soldadura. Esto es común en los equipos que no poseen alta frecuencia. Su desventaja consiste en : El electrodo se contamina con el metal base; erosión del electrodo; no es seguro su encendido, etc. Se presta para soldar el acero inoxidable.



Encendido por alta frecuencia (HF).- En este sistema un voltaje alto con una frecuencia de millones de ciclos por segundo se conecta a través del arco. El arco se establece al acercar el electrodo al metal a soldar, saltando la chispa por alta frecuencia desde tres a 12 mm de separación, dependiendo de la regulación de intensidad de alta frecuencia (HF). Ventajas: encendido sin contaminación y exacto; seguro y simple. Uno de los metales que siempre necesita alta frecuencia para su soldadura es el aluminio

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RANGOS DE AMPERAJES SEGÚN DIÁMETRO ELECTRODO Diámetro electrodo Pulgadas 0.031 0.046 0.062 (1/16) 0.093 (3/32) 0.125 (1/8)

mm. 0.8 1.2 1.6 2.4 3.2

Capacidad máxima de amperaje Torio Circonio CC CA CA 45 30 70 40 40 145 55 55 240 90 90 380 140 150

EJERCICIOS BÁSICOS DE SOLDADURA TIG EN ACERO INOXIDABLE Y ALUMINIO

DEPOSITO DE CORDONES SIN APORTE

UNIÓN ATOPE SIN MATERIAL DE APORTE

UNIÓN A TOPE CON MATERIAL DE APORTE

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