Fundamentos de Soldadura por Arco

La soldadura por arco es uno de varios procesos de fusión para la unión de metales. Mediante la aplicación de calor intenso, el metal en la unión entre las dos partes se funde y causa que se entremezclen - directamente, o más comúnmente con el metal de relleno fundido intermedio. Tras el enfriamiento y la solidificación, se crea una unión metalúrgica. Puesto que la unión es una mezcla de metales, la soldadura final, potencialmente tiene las mismas propiedades de resistencia como el metal de las piezas. Esto está en marcado contraste con los procesos que no son de fusión en la unión (es decir, soldadura blanda, soldadura fuerte, etc.) en el que las propiedades mecánicas y físicas de los materiales de base no se pueden duplicar en la junta.

Basic Arc-Welding Circuit

Fig. 1 Circuito básico de soldadura por arco

En la soldadura por arco, el intenso calor necesario para fundir el metal es producido por un arco eléctrico. El arco se forma entre el trabajo actual y un electrodo (recubierto o alambre) que es manualmente o mecánicamente guiado a lo largo la junta. El electrodo es una varilla con el simple propósito de transportar la corriente entre la punta y el trabajo. O puede ser una varilla o alambre especialmente preparado que no sólo conduce la corriente, sino también se funde y suministra metal de relleno a la unión. La mayor parte de la soldadura en la fabricación de productos de acero utiliza el segundo tipo de electrodo.


Circuito básico de soldadura
El circuito básico de arco de soldadura se ilustra en la Fig. 1. Una fuente de poder de CA o DC, equipada con lo que pueden ser controles necesarios, está conectada por un cable de trabajo a la pieza de trabajo y por un cable "caliente" a un porta electrodo de algún tipo, que hace contacto eléctrico con el electrodo de soldadura.

Un arco se crea a través de la separación cuando el circuito con energía en la punta del electrodo toca la pieza de trabajo y se retira, y así en estrecho contacto.

El arco produce una temperatura de aproximadamente 6500ºF en la punta. Este calor se derrite tanto en el metal de base como en el electrodo, produciendo una pila de metal fundido a veces llamado "cráter". El cráter se solidifica detrás del electrodo a medida que se mueve a lo largo de la junta. El resultado es una unión por fusión.


Arco Protegido
Sin embargo, la unión de metales requiere algo más que mover un electrodo a lo largo de una unión. Los metales a altas temperaturas tienden a reaccionar químicamente con elementos presentes en el aire como oxígeno y nitrógeno. Cuando el metal en el charco de fusión entra en contacto con el aire, óxidos y nitruros, destruyen la resistencia y dureza de la unión soldada. Por lo tanto, muchos procesos de soldadura de arco proporcionan algunos medios de cubrir el arco y el charco de fusión con un escudo protector de gas, vapor, o escoria. Esto se denomina arco protegido. Este blindaje evita o minimiza el contacto del metal fundido con el aire. El blindaje también puede mejorar la soldadura. Un ejemplo es un fundente granular, que en realidad añade desoxidantes a la soldadura.  

Coating on a coated (stick) electrode provides a gaseous shield around the arc and a slag covering on the hot weld deposit.

Fig. 2 Se muestra cómo el recubrimiento sobre una (barra) de electrodo revestido proporciona un escudo gaseoso alrededor del arco y una escoria que cubre el depósito caliente de soldadura.

La Figura 2 ilustra el blindaje del arco de soldadura y el baño de fusión con un electrodo revestido. El extruido que cubre la varilla de metal de relleno, proporciona un gas de protección en el punto de contacto mientras la escoria protege la soldadura fresca del aire.

El arco en sí es un fenómeno muy complejo. La comprensión profunda de las características físicas del arco es en realidad de poco valor para el soldador, pero un poco de conocimiento de sus características generales te puede ser útil.


Propiedades del Arco

Un arco es una corriente eléctrica que fluye entre dos electrodos a través de una columna de gas ionizado. Un cátodo cargado negativamente y un ánodo cargado positivamente crean el intenso calor del arco de soldadura. Los iones negativos y positivos se hacen rebotar entre sí en la columna de plasma a un ritmo acelerado.

En la soldadura, el arco no sólo proporciona el calor necesario para fundir el electrodo y el metal base, bajo ciertas condiciones también debe proporcionar los medios para transportar el metal fundido desde la punta del electrodo a la obra. Existen varios mecanismos para la transferencia de metal. Dos (de muchos) ejemplos incluyen:

  1. Tensión superficial Transfer®-Una gota de metal fundido toca el baño de metal fundido y se dibuja en ella por la tensión superficial.
  2. Pulverización de arco –La gota se expulsa desde el metal fundido en la punta del electrodo por una partícula eléctrica impulsándola al baño de fusión fundido (ideal para soldadura de cabeza).

La punta de un electrodo se funde bajo el calor del arco y las gotitas fundidas se separan y se transporta a la labor a través de la columna del arco. Cualquier sistema de soldadura por arco en el que el electrodo se funde fuera para formar parte de la soldadura se describe como metal de arco. En tungsteno (TIG) de carbono no hay gotitas fundidas que puedan ser presionadas a través del hueco y sobre la labor. El metal de relleno se funde en la junta por separado en un electrodo o alambre de soldadura.

Gran parte del calor desarrollado por el arco se transfiere al baño de soldadura con electrodos. Esto produce más eficiencias térmicas y menos zonas afectadas por el calor.

Puesto que debe haber un camino ionizado para conducir la electricidad a través de una brecha, al momento de encender la corriente de soldadura con un electrodo “frio” no se iniciará el arco. El arco debe ser encendido. Esto es causado por cualquier suministro de voltaje inicial lo suficientemente alto para causar una descarga o tocar el electrodo en la labor y luego retirarlo cuando el área de contacto se calienta.

La soldadura por arco se puede hacer con corriente directa (DC) o con un electrodo positivo o negativo con corriente alterna (AC). La elección de la corriente y la polaridad depende del proceso, el tipo de electrodo, la atmósfera del arco, y el metal que se esté soldando.