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Gases de protección soldadura

24 Oct 2016 por     2 Comentarios    Posteado en: Sin categoría

Generalidades

La función primaria del gas protector es impedir que la atmósfera externa (Aire aprox.78%N2,21%O2,1%Ar )entre en contacto con el metal de soldadura fundido. Esto es necesario porque la mayor parte de los metales, al calentarse hasta su punto de fusión de aire, presentan una marcada tendencia a formar óxidos y, en menor grado, nitruros. Además, el oxígeno reacciona con el carbono del acero fundido para formar monóxido y dióxido de carbono. Estos diversos productos de reacción pueden causar deficiencias de la soldadura, como escoria atrapada, porosidad y pérdida de ductilidad del metal de soldadura. Los productos de reacción mencionados se forman con facilidad en la atmósfera si no se toman precauciones para excluir el oxígeno y el nitrógeno.

Además de proporcionar un entorno protector, el gas protector y la tasa de flujo tienen un efecto importante sobre lo siguiente:

(1) Características del arco.
(2) Modalidad de transferencia del metal.
(3) Penetración y perfil de la franja de soldadura.
(4) Velocidad de soldadura.
(5) Tendencia al socavamiento.
(6) Acción limpiadora.
(7) Propiedades mecánicas del metal de soldadura.

Casi todas son mezclas de gases inertes que también pueden contener pequeñas cantidades de oxígeno o CO2. El empleo de nitrógeno al soldar cobre es una excepción.

LOS GASES PROTECTORES INERTES:

ARGÓN Y HELIO

EL ARGÓN Y helio son gases inertes. Estos dos y sus mezclas se emplean para soldar metales no ferrosos y aceros inoxidables, al carbono y de baja aleación. Las diferencias físicas entre el argón y el helio son la densidad, la conductividad térmica y las características del arco.

El argón es aproximadamente 1.4 veces más denso que el aire, en tanto que la densidad del helio es alrededor de 0.14 veces la del aire. El argón, al ser más pesado, es más efectivo para proteger el arco y cubrir el área de soldadura en la posición plana. El helio requiere tasas de flujo unas dos o tres veces mayores que las usadas con argón para proporcionar una protección equivalente.

El helio tiene mayor conductividad térmica que el argón y produce un plasma de arco en el cual la energía del arco está distribuida de manera más uniforme. El plasma de arco del argón, en cambio, se caracteriza por un núcleo de alta energía y una zona exterior de menor energía. Esta diferencia afecta sobremanera el perfil del cordón de soldadura. Un arco protegido con helio produce un cordón profundo, ancho. Un arco protegido por argón produce un perfil de cordon caracterizado por una penetración tipo “dedo”.

El helio tiene un potencial de ionización mas alto que el del argón y, en consecuencia, un voltaje de arco más alto si todas las demás variables son iguales. Además, el helio puede presentar problemas de iniciación de arco. Los arcos protegidos exclusivamente con helio no presentan transferencia por spray axial verdadera en ningún nivel de corriente. El resultado es que los arcos protegidos con helio producen más salpicaduras y tienen cordones con superficies más ásperas que los protegidos con argón. La protección con argón (incluidas las mezclas con un contenido de argón tan bajo como 80%) producen transferencia por spray axial cuando la corriente está por encima del nivel de transición.

MEZCLAS DE ARGÓN Y HELIO

La protección con argón puro se usa en muchas aplicaciones de soldadura de materiales no ferrosos. El empleo de helio puro generalmente está restringido a áreas más especializadas porque un arco en helio tienen estabilidad limitada. Pese a ello, las características de perfil del cordón de soldadura deseables (profundo, ancho y altura) que se obtienen con el arco de helio muchas veces son el objetivo al usar mezclas de argón y helio como gas protector. Es un mejor perfil de franja aunado a as características de transferencia de metal por transferencia spray deseable del argón.

En la transferencia en cortocircuito se usan mezclas argón-helio con entre 60 y 90 % de helio a fin de obtener un mayor aporte de calor al metal base y mejorar las características de fusión. Con algunos metales, como los aceros inoxidables y de baja aleación, se escogen adiciones de helio en lugar de CO2 porque este último puede afectar adversamente las propiedades mecánicas del depósito.

Las mezclas de argón y 50 a 75% de helio aumentan el voltaje del arco (para la misma longitud del arco) con respecto a la del argón puro. Estos gases se emplean para soldar aluminio, magnesio y cobre porque el mayor aporte de calor (gracias al voltaje más alto) reduce el efecto de la elevada conductividad térmica de estos metales.

ADICIONES DE OXÍGENO Y CO2 AL ARGÓN Y EL HELIO

EL ARGÓN , en menor medida, y el helio puros producen excelentes resultados cuando se sueldan metales no ferrosos. No obstante, la protección de aleaciones no ferrosas con argón puro produce un arco irregular y una tendencia al socavamiento. Las adiciones de 1 a 5% de oxígeno o de 3 a 25% de CO2 producen una notable mejoría en la estabilidad del arco y ausencia de socavamiento al eliminar las divagaciones del arco causadas por el chisporroteo en el cátodo.

La cantidad óptima de oxígeno o CO2 que se añade al gas inerte es función de la condición de la superficie del trabajo (presencia de incrustaciones de forja u óxidos), la geometría de la unión, la posición o técnica de soldadura y la composición del metal base. En general, 2% de oxígeno u 8 a 10% de CO2 se considera un buen término medio para cubrir un intervalo amplio de estas variables.

Las adiciones de dióxido de carbono al argón también pueden mejorar la apariencia del cordón de soldadura al producir un perfil “en forma de pera” de más fácil definición. La adición de entre 1 y 9% de oxígeno al gas mejora la fluidez del charco de soldadura, la penetración y la estabilidad del arco. El oxígeno también reduce la corriente de transición. La tendencia al socavamiento disminuye, pero hay una mayor oxidación del metal de soldadura con una pérdida apreciable de silicio y manganeso.

Las mezclas argón-dióxido de carbono se usan con acero al carbono y de baja aleación, y en menor grado con aceros inoxidables. Las adiciones de dióxido de carbono de hasta el 25% elevan la corriente de transición mínima, aumentan las pérdidas por salpicadura y la profundidad de penetración, y reducen la estabilidad del arco. Las mezclas argón-CO2 se usan primordialmente en aplicaciones de transferencia en cortocircuito, pero también pueden servir para soldadura con transferencia por spray y con arco pulsado.

Se ha usado ampliamente una mezcla de argón con 5% de CO2 para soldar con arco pulsado y alambres sólidos de acero al carbono. Las mezclas de argón, helio y CO2 son las favoritas para soldar con arco pulsado y alambres sólidos de acero inoxidable.

MEZCLAS DE MÚLTIPLES GASES PROTECTORES

Argón-oxígeno-dióxido de carbono

LAS MEZCLAS DE argón con hasta 20% de dióxido de carbono y 3 a 5% de oxígeno son versátiles. Proveen una protección adecuada y características de arco deseables para soldar en las modalidades de spray, cortocircuito y a pulsos. Las mezclas con 10 a 20% de dióxido de carbono no son comunes en Estados Unidos pero sí gozan de popularidad en Europa.

LAS MEZCLAS DE argón, helio y dióxido de carbono se usan para soldar aceros al carbono, de baja aleación e inoxidables en cortocircuito o con arco pulsado. Las mezclas en las que el argón es el constituyente primario sirven para soldadura con arco pulsado, y aquellas en las que el helio predomina se emplean para soldar en cortocircuito.
Argón-helio-dióxido de carbono-oxígeno

LAS MEZCLAS, CONOCIDA comúnmente como INDURMIG, es popular para GMAW de alta deposición empleando el tipo de arco de transferencia de metal con elevada densidad de corriente. Esta mezcla ofrece buenas propiedades mecánicas y operabilidad dentro de un intervalo amplio de tasas de deposición. Su aplicación principal es en la soldadura de materiales base de baja aleación y buena resistencia a la tensión, pero también se ha usado con acero dulce en soldadura de alta producción. Los aspectos económicos son una consideración importante para usar este gas en la soldadura de acero dulce.

DIÓXIDO DE CARBONO

EL DIÓXIDO DE carbono (CO2 ) es un gas reactivo ampliamente utilizado en su forma pura para la soldadura por arco de metal y gas de aceros al carbono y de baja aleación. Es el único gas reactivo que puede usarse solo como protección en el proceso GMAW. La mayor velocidad de soldadura, la penetración más profunda en la unión y el bajo costo son características generales que han promovido el uso del CO2 como gas protector.

Con un escudo de CO2 la modalidad de transferencia de metal es en cortocircuito o bien globular. La transferencia por spray axial requiere un escudo de argón y no puede lograrse con uno de CO2. Con la transferencia globular, el arco es muy brusco y produce abundantes salpicaduras, lo que exige fijar las condiciones de soldadura de modo que produzcan un “arco enterrado” muy corto (la punta del electrodo está por debajo de la superficie del trabajo) a fin de minimizar las salpicaduras.

En una comparación general con el arco protegido por una mezcla rica en argón, el arco protegido por CO2 produce una franja de soldadura con excelente penetración y un perfil superficial más áspero, con una acción de “mojado” muy inferior en los bordes del cordón de soldadura gracias al arco enterrado. Se logran depósitos de soldadura muy íntegros, pero las propiedades mecánicas pueden sufrir menoscabo por la naturaleza oxidante del arco.

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