Ing. Vinicio Acuña
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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS
ESPE SEDE LATACUNGA
PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO METALICO
REVESTIDO (SMAW)
INSTRUCTOR
ING. VINICIO ACUÑA
LOJA 25 AL 29 DE JUNIO DEL 2001
Ing. Vinicio Acuña
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IMPORTANCIA
La soldadura es el método más eficaz para unir materiales metálicos, miremos a nuestro
alrededor: los aparatos domésticos, carpintería metálica (puertas, ventanas, pasamanos, etc.), el edificio más alto del mundo, la industria automotriz, férrea, naval, aérea, los cohetes lunares, los
reactores nucleares y la electrónica son solo unos pocos ejemplos de las grandes avances debido
a la soldadura auque no ocupen un lugar preponderante en los titulares de los medios
informativos.
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Normas De Referencia. Para comprender la soldadura es necesario familiarizarse con algunos
términos utilizados en la industria. La American Welding Society (AWS), American Society of
Mechanical Engineers (ASME), American Petroleum Institute (API), American Water Works
Association (AWWA), American Society for Testing and Materials (ASTM), American Society for Nondestructive Testing (ASNT), Occupational Safety and Health Act (OSHA) entre otras
emiten definiciones, especificaciones, codificaciones, procedimientos y leyes para ejecutar una
soldadura segura y de calidad.
Procesos de Soldadura. Hay muchas formas y tipos de hacer una soldadura. La AWS ha
agrupado los procesos de soldadura (Fig. 1) de acuerdo a varios criterios como modo de
transferencia de energía, atracción capilar, etc.
Fig. 1.- Procesos de Soldadura clasificados según la AWS
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El grupo de soldadura por arco AW es el más popular e incluye distintos procesos y numerosas
variantes como: CAW, SMAW, SAW, GMAW, GTAW, PAW, FCAW, SW, EGW, EW, siendo
el proceso SMAW el más utilizado para la construcción y el mantenimiento.
SOLDADURA POR ARCO METALICO PROTEGIDO
La soldadura por arco metálico protegido, Shielded Metal Arc Welding, (SMAW) es un proceso
que incluye un arco entre un electrodo cubierto y el charco de soldadura. Este proceso se usa con
protección de la descomposición de la cobertura del electrodo, sin la aplicación de presión y con
el metal de aporte proveniente del electrodo. Figura 2
Fig 2.- Proceso SMAW
PRINCIPIO DE OPERACIÓN
El proceso de soldadura por arco metálico protegido (figura 3) consiste en un arco entre un
electrodo cubierto y el metal base. El arco se inicia tocando momentáneamente el electrodo con
el metal base. El calor del arco funde la superficie del metal base para formar un charco fundido.
El metal del electrodo fundido se transfiere a través del arco hacia el charco fundido y se
convierte en el metal de soldadura depositado. El depósito se cubre con la escoria proveniente
del revestimiento del electrodo. El arco y el área inmediata quedan envueltos por una atmósfera
de gas de protección producida por la desintegración del revestimiento del electrodo. La mayor
parte del alma del alambre del electrodo se transfiere a través del arco; sin embargo, pequeñas
partículas escapan del área de soldado en forma de salpicaduras.
Fig. 3.- Diagrama del proceso SMAW
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VENTAJAS Y USOS PRINCIPALES
El proceso de soldadura por arco metálico protegido, es el más popular entre este tipo de
procesos. Tiene una flexibilidad máxima y puede soldar muchos metales en todas las posiciones, yendo desde un espesor mínimo hasta un espesor casi ilimitado. La inversión en equipo es
relativamente pequeña y la mayoría de los soldadores tienen la habilidad necesaria para emplear
este proceso. Se utiliza en las operaciones de manufactura y se usa ampliamente en el trabajo de
campo para construcción y mantenimiento.
LIMITACIONES
Un electrodo se consume hasta dentro de 2plg. (5 cm.) por lo tanto el soldador debe detenerse,
romper la escoria, quitar la colilla del electrodo y colocar un nuevo electrodo en el soporte, esto
ocurre muchas veces durante el día de trabajo y depende del tamaño y la longitud del electrodo.
Ello impide que el soldador logre un factor operativo o un ciclo de trabajo mucho mayor al 25%.
Otra limitación es la utilización del metal de aporte. Las pérdidas de la colilla del electrodo y del
revestimiento permiten una utilización total de electrodo recubierto de aproximadamente 65%.
METALES SOLDABLES
Este proceso puede usarse para soldar la mayoría de los aceros y algunos de los metales no
ferrosos. Su principal uso es para unir aceros, incluyendo aceros suaves o de bajo carbono,
aceros de baja aleación, aceros de alta resistencia, aceros templados y reforzados, aceros de alta
aleación, aceros inoxidables, aceros resistentes a la corrosión, y para soldar hierro fundido y
hierros maleables. Se usa para soldar níquel y aleaciones de níquel y, en menor grado, cobre y
algunas aleaciones de cobre. Puede utilízarse para soldar aluminio, aunque rara vez se le da
dicho uso, pero no para soldar magnesio, metales preciosos o metales refractarios. La Tabla 1
muestra los metales base soldables. La soldadura por arco de metal protegido también se usa
para el recubrimiento.
Tabla 1.- Metales soldables (SMAW). Metal Base Soldabilidad
Aluminios Posible pero no popular
Bronces Soldable
Cobre Posible pero no popular
Cupro-níquel Aceptable
Hierro fundido y maleable Soldable
Hierro forjado Soldable
Inconel Soldable
Níquel Soldable
Monel Soldable
Acero de bajo carbono Soldable
Acero de baja aleación Soldable
Alto y mediano carbono Soldable
Aceros de aleación Soldable
Aceros inoxidables Soldable
RANGOS DE ESPESOR DEL METAL BASE
Los rangos de espesores del metal base que se sueldan por medio del proceso SMAW se muestra
en la Tabla 2. El espesor mínimo que puede soldarse depende principalmente de la habilidad del
soldador. El acero de 1/16 pulgadas (1.6 mm) puede soldarse con un soldador calificado. El
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material más delgado requiere de mayor habilidad y de precauciones especiales. El acero hasta
de ¼ de pulgada (6.4 mm) puede soldarse sin necesidad de trabajos de soldado de ranura si se
proporciona una abertura suficiente en la raíz. El material más grueso requiere de una
preparación conjunta y también se necesitan pases múltiples. La soldadura de filete más grande que puede normalmente hacerse en posición horizontal es de
5/16 de pulgada (8 mm). En posición
vertical se pueden hacer filetes más grandes; sin embargo, la calidad se deteriora cuando los
filetes se hacen de más de 3/8 de pulgada (10 mm) en un solo pase. El espesor máximo es prácti-
camente ilimitado pero requiere de una técnica de pases múltiples.
Tabla 2.- Rango de espesor del metal base
POSICIONES PARA SOLDAR
Este proceso es idóneo para todas las posiciones (figura 4). Que se suelde en posición plana,
horizontal, vertical o sobre cabeza depende del tipo y del tamaño del electrodo, de la corriente de
soldadura y de la habilidad del soldador.
Fig. 4.- Posiciones básicas para soldar
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Las uniones soldadas de tubo son un caso especial y se identifican como posiciones de prueba
(fig. 5)
Fig. 5.- Posiciones para soldar uniones de tubo
Normalmente son uniones biseladas y se indican con la letra G. La posición de prueba 1G es
para soldar tubo con su eje horizontal, pero con la soldadura ejecutada en la posición plana con
el tubo girando bajo el arco. La posición de prueba 2G se conoce como soldadura horizontal en
posición horizontal, pero con el eje del tubo en la posición vertical.
No hay posiciones de prueba 3G ni 4G para soldar tubo. La posición de prueba 5G se conoce
como posición horizontal fija, aquí, el eje del tubo es horizontal, pero el tubo no se gira cuando
se efectúa la soldadura. La posición de prueba 6G para el tubo tiene el eje de éste a 45o y el tubo
no se gira mientras se suelda. Para trabajos de calidad a menudo se usa la posición restringida
6G. La accesibilidad restringida la da un anillo de restricción cerca de la soldadura. Se conoce
como 6GR. El eje del tubo puede variar ± 15o para las posiciones de prueba 1G, 2G y 5G, pero
sólo puede variar ± 5o para la posición 6G. El tubo cuadrado y el rectangular se pueden soldar
en posiciones de prueba 2G y 5G.
La posición para soldar siempre se debe describir con exactitud. Es una variante importante en
cualquier procedimiento de soldadura. Es especialmente importante con respecto al
entrenamiento y experiencia de los soldadores, y siempre se debe considerar al seleccionar un
proceso de soldadura.
RANGOS DE ESPESOR DEL METAL BASE
Los rangos de espesores del metal base que se sueldan por medio del proceso SMAW se muestra
en la Tabla 2. El espesor mínimo que puede soldarse depende principalmente de la habilidad del
soldador. El acero de 1/16 pulgadas (1.6 mm) puede soldarse con un soldador calificado.
El material más delgado requiere de mayor habilidad y de precauciones especiales. El acero
hasta de ¼ de pulgada (6.4 mm) puede soldarse sin necesidad de trabajos de soldado de ranura si
se proporciona una abertura suficiente en la raíz.
El material más grueso requiere de una preparación conjunta y también se necesitan pases
múltiples. La soldadura de filete más grande que puede normalmente hacerse en posición
horizontal es de 5/16 de pulgada (8 mm). En posición vertical se pueden hacer filetes más
grandes; sin embargo, la calidad se deteriora cuando los filetes se hacen de más de 3/8 de pulgada
(10 mm) en un solo pase.
El espesor máximo es prácticamente ilimitado pero requiere de una técnica de pases múltiples.
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Tabla 2.- Rango de espesor del metal base
JUNTAS O UNIONES SOLDADAS
El ensamble de la soldadura es un conjunto de dos o más partes metálicas, de la misma o
diferente composición química, y de formas variadas como placas, láminas, tubos, varillas, ejes,
etc. Hay cinco tipos básicos de uniones (fig 8) que son:
Fig. 8.- Cinco diseños básicos de uniones
Unión a tope (B). Partes colocadas aproximadamente en el mismo plano.
Unión a escuadra (C). Partes colocadas aproximadamente en ángulo recto en el filo de ambas.
Unión de canto (E). Partes unidas por el canto de dos o más partes paralelas.
Unión de traslape (L). Partes superpuestas.
Unión en T (T). Partes colocadas aproximadamente en ángulo recto pero en la mitad de una de
ellas.
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Hay diferentes tipos de uniones soldadas y se describen mejor por su sección transversal. La
soldadura de FILETE es la más popular, comprende las uniones en T, a traslape y a escuadra. La
segunda más popular es la de RANURA, comprende las uniones a tope y de canto. Hay otros
tipos de soldadura como: de pestaña, de uña, de canal, de costura, de recubrimiento, de pase directo y de respaldo. Las uniones se combinan con las soldaduras para hacer juntas soldadas.
Figura 9.
Fig. 9.- Uniones de soldadura típicas
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Diseño de las Juntas. Todos los códigos, reglamentos y especificaciones que se aplican a las
construcciones soldadas comprenden información de diseño. En algunos casos se presenta infor-
mación detallada que debe seguir el diseñador para cumplir con los requisitos del código o
reglamento. Esta información comprende principios generales de diseño, espesores mínimos de materiales especiales, tamaños mínimos de soldadura, y cosas por el estilo.
El diseñador es responsable de obtener y estudiar la edición correcta de especificaciones que
cubran el producto diseñado. Se deben aplicar las reglas y condiciones del código.
Reglas de Diseño de Uniones Soldadas. Muchos productos no están amparados por códigos, re-
glamentos o especificaciones. Para tener una guía, los diseñadores deben consultar
especificaciones o códigos que amparen productos semejantes a los que se diseñen. Cuando los
diseñadores no apliquen ciertos códigos o especificaciones se pueden usar las siguientes
directrices para el diseño de las uniones soldadas.
Para ejecutar trabajos en acero suave y de baja aleación (cuando se apliquen códigos o
especificaciones) hay que tener en cuenta lo siguiente:
1. Resistencia de diseño. Cada unión soldada debe diseñarse para cumplir con los requisitos de
resistencia. Se debe tener en cuenta la concentración de esfuerzos debida a cambios abruptos
en la sección transversal, especialmente cuando haya cargas de impacto, de fatiga, o cuando
el trabajo este a baja temperatura.
2. Uniones estandarizadas. Utilizar las uniones soldadas estándar. Han sido diseñadas para
emplear la mínima cantidad de metal de soldadura. Fig. 10
Fig. 10.- Diseños de uniones soldadas
3. Uniones de penetración completa. Los mejores resultados con todo tipo de cargas se han
obtenido con las uniones diseñadas para penetración completa o directa. Para soldaduras en
ambos lados, significa que el lado posterior de la unión se debe esmerilar hasta llegar al
metal limpio antes de depositar el segundo cordón. Las uniones de bisel soldadas de un lado,
hasta una banda de respaldo, con la abertura espécificada de raíz, se deben soldar por
penetración completa.
4. Tiempo de preparación de la unión. Las uniones soldadas se deben seleccionar o diseñar de
modo que necesiten del mínimo de preparación de los lados con respecto al tiempo de
soldadura necesario para llenar la unión. Generalmente es más barato biselar y soldar las
placas delgadas desde un solo lado; sin embargo, para la placa más gruesa requiere menos
tiempo el biselar y soldar en ambos lados. Al comparar las soldaduras de chaflán con las de
bisel, la garganta efectiva de una soldadura de chaflán es menor que las tres cuartas partes del
tamaño de la soldadura, mientras que la de la soldadura de bisel generalmente es igual al
tamaño del bisel.
5. Reducir el exceso de soldadura. El soldar demasiado aumenta los costos de soldadura y
origina una distorsión adicional. Las uniones diseñadas para tener una eficacia de l00%
pueden estar sujetas a todo tipo de cargas; sin embargo, cuando la rigidez sea el principal
requisito se pueden usar satisfactoriamente uniones con una eficacia tan reducida como del
50%.
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6. Uniones a tope. Para uniones a tope de espesor desiguales gradúese la transición eliminando
metal, en lugar de agregar metal de soldadura.
7. Uniones en doble T. Evítense las uniones en doble T o cruciformes siempre que sea posible.
En estas uniones los esfuerzos internos son máximos. 8. Uniones en esquina. Para estas uniones, cuando usen biseles, siempre que sea posible,
prepárese el miembro más delgado.
9. Preparación del bisel para soldadura. Siempre qu sea posible por lo menos uno de los
miembros de una unión debe estar preparado.
10. Posición para soldar. Las construcciones soldada se deben diseñar de modo que la posición
en la que se ejecuten las soldaduras tengan el siguiente orden de preferencia:
(a) Soldaduras de chaflán, en posiciones planas, chaflán horizontal, horizontal, vertical y en
techo o sobrecabeza.
(b) Soldaduras de bisel, planas, vertical, horizontal, sobrecabeza.
11. Soldaduras en lugares cerrados. Siempre que se necesite la soldadura en áreas encerradas o
bolsas, los lugares encerrados deben tener suficientes aberturas para acceso de aire y para
ventilación del soldador.
12. Accesibilidad. Todas las uniones deben estar situadas de modo que el soldador tenga espacio
suficiente para soldar, esmerilar, martillar y limpiar la escoria. No debe haber obstrucciones
que eviten que el soldador vea la raíz de la unión.
CIRCUITO DE SOLDADURA
La Figura 11 muestra el diagrama del circuito para la soldadura por arco metálico protegido. El
corazón del sistema de soldadura es la fuente de poder, este elemento del equipo proporciona la
energía eléctrica necesaria para mantener el arco de modo que pueda usarse para soldar. Se
indica también los cables de soldadura que se utilizan para conducir la corriente desde la fuente
de poder hasta el arco. El cable del electrodo forma un lado del circuito y el cable del trabajo es
el otro lado del mismo. Están conectados a los terminales de la máquina de soldar. La soldadura
puede realizarse con corriente alterna (CA) o con corriente directa (CD).
Fig. 11.- Circuito de soldadura
ELECTRICIDAD EN LA SOLDADURA
El circuito de soldadura de arco eléctrico es el mismo que el de cualquier circuito eléctrico, en
los que intervienen tres factores fundamentales:
Corriente: es el flujo de electrones.
Voltaje: es la fuerza que se requiere para hacer que los electrones fluyan.
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Resistencia: es la oposición que presenta todo material al flujo de electrones.
La corriente se mide por la cantidad de electricidad que fluye a través de un alambre en un
segundo; un amperio (A) es la cantidad de corriente por segundo que fluye en un circuito. Se usa
la letra I para designar la corriente en amperios. El voltaje es la fuerza que hace que fluya una corriente, la medida del voltaje es el voltio (V). El
voltaje entre dos puntos dentro de un circuito eléctrico se denomina diferencia de potencial, esta
fuerza se denomina fuerza electromotriz (EMF) (Electromotive Force). La diferencia de
potencial o voltaje hace que fluya la corriente dentro de un circuito eléctrico.
La resistencia es la restricción al flujo de la corriente en un circuito eléctrico; cada componente
del circuito, incluyendo el conductor; tiene alguna resistencia hacia el flujo de corriente (R). La
corriente fluye con mayor facilidad a través de algunos conectores que otros; es decir, la
resistencia de algunos conductores es menor que la de otros. La resistencia depende del material,
del área transversal y de la temperatura del conductor. La unidad de resistencia eléctrica es el
ohm. El cobre se usa ampliamente para los conductores, puesto que tiene la capacidad de
resistencia eléctrica más baja de los metales comunes. Los aisladores tienen una resistencia muy
alta y no conducen corriente.
a) b)
Fig. 12.- Circuito eléctrico de soldadura
El circuito eléctrico simple que se muestra en la figura 12a incluye dos medidores para medir la
electricidad, un voltímetro y un amperímetro. También muestra un símbolo para una batería. La
línea más larga del símbolo representa la terminal positiva. Por fuera de un dispositivo que
establece la EMF, tal como un generador o una batería, la corriente de electrones fluye del
negativo (-) al positivo (+). La flecha muestra la dirección del flujo de corriente.
La resistencia del circuito se muestra por medio de un símbolo de zigzag. La capacidad de una
resistencia puede medirse con un ohmiómetro o un amperímetro conectado en serie. Nunca se
use un amperímetro para medir la resistencia en un circuito cuando está fluyendo la corriente.
La relación de estos tres factores se expresa por la ley de Ohm de la siguiente manera:
I = V / R o también como V = I x R o a su vez R = V / I
donde: 1 = corriente en amperios (flujo)
E = voltaje en voltios (EMF)
R = resistencia en ohms
Se pueden hacer unos cuantos cambios al circuito para representar un circuito de soldadura por
arco. Reemplácese la batería con un generador de soldadura, puesto que ambos son una fuente de
(EMF) (o voltaje), y reemplácese la resistencia con un arco de soldadura, que constituye también
una resistencia al flujo de corriente (Figura 12b). La corriente de electrones fluirá desde el
terminal negativo a través de la resistencia del arco, hacia el terminal positivo.
Cuando se habla de polaridad se usa el término electrodo negativo (DCEN) en lugar de
"polaridad directa" (DCPD) y se usa el término electrodo positivo (DCEP) en lugar de "polaridad
inversa" (DCPI) para evitar confusiones.
El voltímetro que se muestra en la figura mide la salida de la máquina de soldadura y el voltaje a
través del arco que son esencialmente iguales. Antes de que el arco se forme o si el arco se
rompe, el voltímetro leerá el voltaje a través de la máquina sin que fluya corriente dentro del
circuito. Se conoce como voltaje de circuito abierto y es más alto que el voltaje del arco o que el
voltaje a través de la máquina, cuando está funcionando.
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Otra unidad dentro del circuito eléctrico, y que es importante para la soldadura, es la potencia.
La tasa a la que se produce o se utiliza la energía se denomina potencia y se mide en vatios (W).
La potencia de un circuito es el producto de la corriente en amperios multiplicada por el voltaje
en voltios. P = I x V
Donde P = potencia en vatios
1 = corriente en amperios
V = voltaje en voltios
Cuando se suelda usando un electrodo de 1/8 de pulgada a 100 amperios y un voltaje de arco de
25, la potencia sería de 2 500 vatios (W); 2 500 W pueden expresarse como 2.5 kilovatios (kW).
La potencia se mide por medio de un vatímetro, que es la combinación de un amperímetro y un
voltímetro.
Además de la potencia, es necesario conocer la cantidad de trabajo involucrado (W). El trabajo o
la energía eléctrica es el producto de la potencia multiplicada por el tiempo y se expresa como
vatio-segundos, julios o kilovatios-hora.
W = P x t
donde W = trabajo en vatio-segundos o julios o kilovatios-hora
P = potencia en vatios o kilovatios
t = tiempo en segundos u horas
Los cálculos del costo de la soldadura incluyen estas unidades de trabajo, puesto que el vatio-
hora o el kilovatio-hora son unidades comerciales de trabajo y constituyen la base de los cargos
que hace la compañía de servicios de luz y fuerza.
Fig. 13.- Corriente alterna La corriente alterna es una corriente eléctrica que fluye hacia atrás y hacia adelante a intervalos
regulares dentro de un circuito. Cuando la corriente aumenta desde cero hasta un máximo,
regresa a cero y aumenta a un máximo en la dirección opuesta, y finalmente regresa a cero de
nuevo, se dice que ha completado un ciclo. Por conveniencia, un ciclo se divide en 360 grados.
La Figura 13 es una representación gráfica de un ciclo y se denomina onda senoidal El número
de veces en que se repite este ciclo en un segundo se denomina frecuencia y se mide en hertz
(Hz). Cuando una corriente aumenta a un máximo en cada dirección 60 veces por segundo,
completa 60 ciclos por segundo (cps) o tiene una frecuencia de 60 hertz (Hz). La frecuencia de la
potencia eléctrica en Ecuador y América es de 60 hertz; en Europa y África es de 50 Hz.
Fig. 14.- Inductancia en conductores
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La ley de Ohm se aplica también a los circuitos de corriente alterna porque trata solamente del
voltaje, la corriente y la resistencia; en los circuitos de soldadura de corriente alterna hay otros
factores, y uno de los más importantes es la inductancia. Para entender la inductancia debemos
referirnos al magnetismo. El imán tiene un polo norte y un polo sur, de fuerzas idénticas, entre estos polos hay líneas de
fuerza. Existen líneas de fuerza similares alrededor de los conductores eléctricos que transportan
corriente directa (Fig. 14). Las líneas de fuerza magnéticas crean fuerzas físicas entre los imanes
o los campos magnéticos que circundan a los alambres transportadores de corriente. Las
propiedades magnéticas de un material ferromagnético como el hierro cuando se cubre con una
bobina de alambre, son tales que la combinación producirá un campo magnético mucho más
fuerte que el campo magnético producido por la bobina sola. Los circuitos magnéticos tienen una
inductancia específica. La inductancia expresa los resultados de una cierta disposición de los
conductores, el hierro y los campos magnéticos. La inductancia implica cambio, puesto que
funciona sólo cuando las líneas de fuerza magnéticas cruzan los conductores eléctricos. La
inductancia es importante solamente en los circuitos de corriente alterna o en los circuitos de
corriente directa cuando éstos se conectan o se desconectan. Cuando la corriente se apaga, el
campo magnético se desploma y las líneas de fuerza cruzan los alambres e inducen corriente en
ellos en la misma dirección en la que habían estado fluyendo. Si la bobina se conecta a la
corriente alterna, las líneas de fuerza se acumulan al máximo y posteriormente se desploman
para acumularse entonces en la dirección opuesta al máximo y volver a desplomarse en cada
ciclo. Si otra bobina se coloca sobre el mismo núcleo de hierro y cerca de la primera bobina, las
líneas de fuerza magnéticas cruzarán la segunda bobina e inducirán la EMF en ella. Entre más
cercanas estén las bobinas, o entre más fuertes sean las líneas de fuerza magnéticas, mayor será
la EMF inducida. Este es el principio del transformador y se muestra en la figura 15.
Fig. 15.- Ilustración esquemática de un transformador reductor
Al cambiar el acoplamiento magnético de las dos bobinas podemos controlar la salida de la
segunda bobina (secundario) y con ella la salida del transformador de soldadura. Este acopla-
miento puede alterarse aproximando las bobinas o incrementando la fuerza del campo magnético
entre ellas. La fuerza del campo magnético puede alterarse poniendo una mayor o menor
cantidad de hierro en el área entre las bobinas o ajustando la disponibilidad del campo magnético
en otras formas.
EQUIPO REQUERIDO PARA OPERAR
La máquina de soldar o la fuente de poder es el centro del sistema de soldadura por arco metálico
protegido. Su propósito fundamental consiste en proporcionar energía eléctrica con corriente
adecuada y un voltaje a efecto de mantener un arco de soldadura controlable y estable. Las
características de salida de la fuente de poder deben ser del tipo de corriente constante (CC). El
rango normal de corriente es de 25 a 500 A usando electrodos de tamaño convencional. El
voltaje del arco varía de 15 a 35 V.
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La energía eléctrica para la soldadura por arco se obtiene por generación en el punto de empleo o
utilizando la disponible a partir de la línea de energía transformada. La figura 16 muestra los
principales tipos de fuentes de potencia y un sistema de clasificación.
Fig.16.- Clasificación de las fuentes de potencia para soldadura
Las fuentes de potencia pueden clasificarse como máquinas rotativas, estáticas, máquinas
impulsadas por motor eléctrico, por motor de combustión interna, rectificadoras,
transformadoras, de un solo operador o de operadores múltiples.
Un segundo grupo se conforma por la forma de ajuste de la corriente ya sea por cambio de
fuerza de los campos magnéticos por interruptores o variando la inducción mecánicamente. Los
métodos mecánicos más comunes se describen en la figura 17.
El tercer grupo se diferencia por el tipo de corriente proporcionada, ya sea alterna, directa o
ambas.
En el cuarto grupo la máquina soldadora convencional o de corriente constante (CC) tiene una
curva característica descendiente de voltios-amperios. La fuente de potencia plana o de voltaje
constante (CV) tiene una característica de voltios amperios relativamente plana. Las curvas
reales de CC y CV se muestran en la figura 18.
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Fig. 17.- Medios mecánicos para controlar la salida de tranferencia
Fig. 18.- Arcos y pendientes característicos y estáticos de voltios - amperios
Para el quinto grupo todas las fuentes de potencia de soldadura se evalúan para proporcionar una
corriente de carga específica a una voltaje de carga específico para un ciclo de trabajo dado. La
National Electrical Manufacturers Association (NEMA) o la International Standards
Organization (ISO) especifican dichas evaluaciones que comprende en verificar la corriente de
carga obtenida a partir de la máquina soldadora sin crear un aumento excesivo de temperatura
dentro de la fuente de potencia.
En el sexto grupo están las fuentes de acuerdo a la clase NEMA.
Clase I: salida evaluada al 60%, 80% o 100% del ciclo de trabajo.
Clase II: salida evaluada al 30%, 40% o 50% del ciclo de trabajo.
Clase III: salida evaluada al 20% del ciclo de trabajo.
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El ciclo de trabajo es la relación del tiempo del arco con el tiempo total en un periodo de 10
minutos. La norma ISO usa un periodo de 5 minutos. Las máquinas se evalúan de acuerdo con el
ciclo de trabajo y con el voltaje de carga específico. Las pruebas se corren al ciclo de trabajo
para determinar que las temperaturas no se excedan dentro de la máquina. Algunas veces se requiere una máquina soldadora para producir más de su corriente de salida evaluada. Esto es
posible si se reduce el ciclo de trabajo. Otras veces es necesario una máquina para soldar el
100% del periodo de 10 minutos aún cuando tenga el ciclo de trabajo del 60% . Esto es posible si
la corriente se reduce por debajo de la evaluación. Estas dos situaciones pueden resolverse de la
siguiente manera:
CT deseado (%) = (corriente evaluada)2 / (corriente deseada)
2 x CT evaluado
Por ejemplo, una máquina evaluada en 300A y un ciclo de trabajo del 60% debe operarse a
350A. ¿Qué ciclo de trabajo máximo puede usarse?.
CT deseado (%) = (300)2 / (350)
2 x 0.60 = 44%
Por consiguiente, para usar esta máquina a 350 amperios, el ciclo de trabajo tendrá que reducirse
al 44%. Esto significa soldar 4.4 minutos cada 10 minutos.
La figura 19 reemplaza los cálculos matemáticos.
Fig. 19.- Ciclo de trabajo contra curva de corriente
La siguiente pieza importante del equipo es el soporte del electrodo o llamado portaelectrodos, el
cual manipula el soldador. El soporte sujeta firmemente el electrodo y le transmite la corriente.
Los soportes del electrodo vienen en varios diseños, entre ellos los de pinza, de boquilla o
torcido (figura 20). Los soportes del electrodo se diseñan según su capacidad de transmisión de
corriente. La base para la selección se muestra en la Tabla 3, donde se presenta el nivel de
corriente, el ciclo de trabajo, el tamaño máximo del electrodo y el tamaño del cable que habrán
de usarse. También se proporciona una escala de peso nominal. Los soportes miden de 8 a 14
pulgadas de largo, según la evaluación. Los pesos que sé muestran son sin el cable. Todos los
soportes de electrodo deben estar completamente aislados. Lo recomendable es seleccionar aquel
sostén que sea más ligero y que se ajuste al tamaño requerido del electrodo que se vaya a usar.
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Fig 20.- Soportes del porta electrodos
Los soportes del electrodo se deterioran rápidamente puesto que están muy cerca del arco y
quedan expuestos al intenso calor. Es extremadamente importante mantener los soportes del
electrodo de tal modo que retengan su eficiencia de transmisión de corriente y sus cualidades de
aislamiento. Los fabricantes suministran refacciones para que los soportes puedan ser
reconstruidos y se les pueda dar mantenimiento para un rendimiento máximo.
Tabla 3.- Tamaño y capacidad de los soportes del electrodo
Los cables de soldadura son conductores eléctricos y normalmente se le denomina cable de
electrodo y cable de trabajo. Estos cables transmiten la corriente de soldadura desde la fuente de
potencia hasta el arco en el punto de soldadura y de nuevo a la fuente de potencia. El calibre de
los conductores y calibres eléctricos se especifica por la American Wire Gauge (AWG)
Tabla 4.- Calibras de cables recomendados para soldadura manual
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La conexión del trabajo, erróneamente denominada tierra o masa, es una parte importante del
circuito de soldadura. Hay varios tipos diferentes de conexiones disponibles los cuales van desde
abrazaderas de resorte hasta conexiones reales soldadas. La figura 21 muestra diferentes tipos y
se evalúan de acuerdo a su capacidad de transmisión de corriente. Estos conectores deben revisarse rutinariamente para ver que no haya caídas de voltaje excesivos. Los conectores para
empalmar longitudes adicionales de deslizamiento están comercialmente disponibles. Estos
permiten aumentar o disminuir rápidamente las longitudes de los cables.
Fig. 21.- Abrazaderas para conexiones de trabajo
MATERIALES DE APORTE
Hay varios tipos de materiales que se usan para producir la soldadura los cuales se definen como
el metal que se va añadir a la unión con una soldadura ordinaria. La American Welding Society
ha emitido 31 especificaciones que cubren los materiales de aporte de los cuales se presenta solo
los de interés para soldadura por arco metálico en la tabla 5.
Tabla 5.- Especificaciones del metal de aporte según la AWS Especificación
de la AWS
Título de la especificación Proceso
A5.1 Electrodos de soldadura por arco recubiertos con acero al
carbono
SMAW
A5.3 Electrodos para soldadura por arco con aleación y de aluminio SMAW
A5.4 Electrodos para soldadura recubiertos de acero al cromo y
cromo-níquel resistentes a la corrosión
SMAW
A5.5 Electrodos para soldadura por arco recubierto con acero de baja
aleación
SMAW
A5.6 Electrodos cubiertos de cobre y aleaciones de cobre SMAW
A5.11 Electrodos para soldadura cubiertos de níquel y de aleaciones de
níquel
SMAW
A5.15 Varillas desnudas y electrodos recubiertos para soldar hierro
fundido
SMAW
La mayoría de los países industrializados publican especificaciones de metales de aporte. La
sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos en su "Código de Recipientes a Presión y de
Calderas" emiten especificaciones de metales de aporte idénticas a las especificaciones de la
AWS. Los números se cambian ligeramente; ASME añade un prefijo con las letras SF al número
de especificación. La International Standards Organization (ISO) emite también especificaciones
sobre metal de aporte. Mucha de las naciones menos industrializadas utilizan las especificaciones
de los países industrializados o las normas de la ISO.
En el caso de aplicaciones especiales, los metales de aporte se prueban y se certifican para
verificar su cumplimiento con una especificación en particular, los productos aprobados se
colocan entonces en una lista de productos calificados (QPL)
Ing. Vinicio Acuña
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El electrodo recubierto es el tipo más popular de metal de aporte que se usa en la soldadura por
arco. La selección de un electrodo cubierto para un trabajo específico se basa en el uso que se le
vaya a dar al electrodo, en la composición y propiedades del metal del soldado depositado. Para
seleccionar de modo adecuado un electrodo es bueno entender la función del revestimiento, la base de la especificación, los factores de uso y las propiedades del metal soldado depositado.
Fig.22.- Sistema de identificación del electrodo
El revestimiento del electrodo proporciona (1) un gas proveniente de la descomposición de los
ingredientes de revestimiento para proteger el arco de la atmósfera, (2) desoxidantes para
depurar y purificar el metal del soldado depositado, (3) formadores de escorias para proteger el
metal del soldado con escoria proveniente de la oxidación atmosférica, (4) elementos de
ionización para hacer el arco más estable y operar con corriente alterna, (5) elementos de
aleación que proporcionan características especiales al metal del soldado depositado y (6) polvo
de hierro para mejorar la productividad del electrodo.
La AWS ha establecido un sistema para identificar y especificar los diferentes tipos de
electrodos y de metales de aporte (Fig. 22). Los electrodos de acero suave y los electrodos
cubiertos con acero de baja aleación están prefijados por la letra E, seguida de un número de
cuatro o cinco dígitos. El prefijo E significa "electrodo". Los dos primeros (o tres primeros)
dígitos indican la fuerza de tensión en miles de libras por pulgada cuadrada del metal de
soldadura depositado. El tercero o cuarto dígito indican la posición para la cual se ha designado
el electrodo. El número 1 significa "todas las posiciones": plana, horizontal, vertical y
sobrecabeza. El número 2 significa solamente la posición horizontal de filete y la posición plana.
El número 4 significa posición vertical con progresión descendente. El cuarto o quinto dígito es
una escala de "usabilidad" que indica el tipo de revestimiento, lo cual a la vez indica el tipo de
corriente de soldadura, el tipo de arco, la penetración y la presencia de polvo de hierro. En los
electrodos de aceros aleados se añade un sufijo al final que indica las adiciones específicas de los
elementos de aleación.
Ing. Vinicio Acuña
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Fig 23.- Detalles del sistema de clasificación para electrodos
El significado exacto de cada número de código se proporciona en la figura 23. Obsérvese que
cuando el cuarto o el quinto digito es cero, el tipo de revestimiento y de corriente que se va a
usar se determinan por el último dígito. Por ejemplo, E6010 indica un revestimiento de sodio con
celulosa y opera sobre el electrodo positivo CD, mientras que el E7018 tiene un revestimiento de
bajo hidrógeno de polvo de hierro y opera en un electrodo positivo CD o CA.
Para identificar los electrodos, cada uno lleva marcado su tipo o lleva impreso un número de
identificación (figura 24). La codificación por medio de colores se usaba anteriormente para
propósitos de identificación pero ya no es popular. La codificación de color se usa aún para
electrodos de recubrimiento. Las propiedades mecánicas del metal de soldadura depositado
deben ser iguales o superiores a las del metal base. El metal del soldado debe tener también
aproximadamente la misma composición y propiedades físicas.
Ing. Vinicio Acuña
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El metal base debe identificarse de modo qué se conozcan sus propiedades mecánicas y su
composición. Si el metal base es acero suave, selecciónese el electrodo E6OXX porque su metal
depositado superará las propiedades mecánicas.
Fig. 24.- Marca impresa en electrodos
SELECCION DEL ELECTRODO
Posición para Soldar. Los electrodos están diseñados para usarse en posiciones específicas. El
tercero (o cuarto) dígito de la clasificación del electrodo indica la posición que ha de adoptarse.
Adáptese el electrodo a la posición para soldar que habrá de encontrarse.
Corriente de Soldadura. Algunos electrodos están diseñados para operar mejor con corriente
directa (CD), y otros con corriente alterna (CA). Algunos operan en las dos. Los dos últimos
dígitos juntos indican qué corriente se ha de emplear. Selecciónese el electrodo de tal manera
que se adapte al tipo de fuente de poder que se vaya a usar.
Diseño y Ajuste de la Unión. Los electrodos de soldadura se diseñan con un arco penetrante,
mediano o suave para lograr una penetración profunda, mediana o ligera. Los dos últimos dígitos
de la clasificación, tomados conjuntamente, indican también este factor. Se deben usar electrodos
de penetración profunda con arco penetrante cuando los filos no estén biselados o cuando el
ajuste sea limitado pero se deben usar electrodos de penetración ligera con arco suave cuando se
suelda sobre material delgado o cuando las aberturas de la raíz son demasiado amplias.
Condiciones o Especificaciones de Servicio. En el caso de soldaduras sujetas a severas
condiciones de servicio, como temperaturas bajas, temperaturas altas, o cargas de choque,
selecciónese el electrodo que se adapte a la composición del metal base, a la ductilidad y a las
propiedades de resistencia al impacto. Los del tipo de bajo hidrógeno son aconsejables.
Eficiencia en la Producción y Condiciones de Trabajo. Algunos electrodos están diseñados
para altas tasas de deposición pero pueden usarse tan sólo bajo ciertos requisitos específicos de
posición. Si pueden usarse, selecciónense los tipos de polvo altos en hierro EXX24, 27, 28 ó 48.
Se pueden presentar otras condiciones que hagan necesario experimentar para determinar el
electrodo más idóneo.
En cuanto a la demanda de los electrodos cubiertos, los de acero suave se clasifican en cuatro
grupos generales:
F-1, Grupo de alta deposición: tipos de polvo de hierro.
F-2, Grupo de penetración suave: tipos rutilos (titanio).
F-3, Grupo de penetración profunda: tipos de alta celulosa.
F-4, Grupo de bajo hidrógeno: tipos de cal.
La Figura 25 es una guía para ayudar en la selección del electrodo cubierto para trabajos
específicos de soldadura, basándose en la posición para soldar, el espesor del metal y el tipo de
unión.
Los electrodos que están dentro del mismo agrupamiento operan y se manejan del mismo modo.
Los números F corresponden al sistema de clasificación usado en la Sección IX del Código de
Calderas de la ASME.
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Fig. 25.- Guía para seleccionar electrodos de acero suave
Tasas de Deposición. La tasa de fusión del electrodo está relacionada con la corriente de
soldadura. Una porción de la energía del arco se usa para fundir la superficie del metal base y
otra para fundir el electrodo. El revestimiento del electrodo también afecta las tasas de
deposición. Los tipos de óxido de hierro y los tipos de polvo de hierro tienen tasas de deposición
más altas. La relación de fusión a corriente es directa (figura 26). Con una corriente más alta, la
densidad de corriente del electrodo aumenta y ello incrementa la tasa de fusión lo cual a su vez
incrementa la tasa de deposición. El tamaño lo determina el trabajo, la posición para soldar, el
detalle de la unión y la habilidad del soldador.
Fig. 26.- Tasas de deposición para varios amperios
Calidad de los Trabajos. La calidad del trabajo de soldadura depende del diseño de la unión, del
electrodo, la técnica y la habilidad del soldador. Si los detalles de la unión se alteran
Ing. Vinicio Acuña
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notablemente respecto de los establecidos para el diseño, se puede producir una calidad más
baja. El ajuste de las uniones debe acoplarse al diseño. Algunos electrodos depositan un metal
soldado de mayor calidad que otros, basándose en sus especificaciones.
PROGRAMAS DE SOLDADURA
Los programas de soldadura son tablas de parámetros operativos que proporcionan trabajos de
alta calidad en condiciones normales. Los programas estrictos de soldadura no son tan
importantes para la soldadura manual por arco metálico protegido como para la soldadura
semiautomática y automática, por varias razones. Primero, en la soldadura manual el soldador
controla más las condiciones de soldadura por la manipulación del arco que en cualquiera de los
otros procesos de soldadura por arco. El soldador controla directamente el voltaje del arco y la
velocidad de desplazamiento e indirectamente la corriente de la soldadura. Segundo, en la
soldadura por arco metálico protegido, las lecturas del medidor se usan rara vez para la
duplicación de los trabajos. Se piensa que las condiciones de soldadura recomendadas para los
diferentes tipos de electrodos son suficientes para la mayoría de las operaciones (figura 27).
Fig. 27.- Condiciones de soldadura recomendadas para electrodos recubiertos
Sin embargo, cuando se necesita información más completa se deberán ver los datos
proporcionados por la figura 28. Los arreglos que se presentan en estas tablas proporcionan un
buen punto de partida cuando se suelda por primera vez sobre una nueva aplicación. No son
necesariamente los únicos a que deba uno ajustarse en cada situación. Por ejemplo, para un
trabajo de alta producción, los arreglos pueden ampliarse considerablemente en comparación con
los del cuadro. Factores tales como la apariencia del trabajo de soldado, la habilidad del soldador
y el nivel de calidad propiciarán que haya variaciones. A medida que los requisitos de una nueva
aplicación se vayan conociendo mejor, los arreglos podrán ajustarse de modo que se obtengan
condiciones óptimas de soldadura. Es necesario hacer ensayos antes del establecimiento de un
procedimiento firme para aplicaciones específicas.
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Estas tablas se basan en la soldadura de aceros suaves bajos en carbono con condiciones
normales y muestran los tipos de electrodos sugeridos para distintos tipos de trabajos. Se pueden
usar otros tipos de electrodos y de uniones. Están hechos de modo consistente según el tipo de
soldado y la posición para soldar y además por un soldador de habilidad normal.
Fig. 28.- Programas de procedimientos de soldadura
INDICACIONES PARA EL USO DEL PROCESO
Hay una relación entre la corriente de soldadura, el tamaño de los electrodos y la posición para
soldar. Deben seleccionarse de tal modo que el soldador mantenga el charco del metal fundido
bajo completo control en todo momento. Si el charco se vuelve demasiado grande, se volverá
inmanejable y el metal fundido queda fuera de control, particularmente en la soldadura fuera de
posición. El soldador debe mantener el sonido uniforme como de fritura y crujido que se produce
durante los procedimientos correctos. La forma del charco fundido y el movimiento del metal en
la parte trasera del mismo sirven como guía para verificar la calidad del trabajo. Los rizos que se
producen en el reborde deben ser uniformes y éste debe ser suave, sin traslapes o
adelgazamientos en la parte inferior.
Los siguientes siete factores son esenciales para lograr una soldadura de calidad.
1. Tipo correcto de electrodo. Es importante seleccionar el electrodo correcto para cada trabajo
2. Tamaño correcto del electrodo. En la elección del tamaño del electrodo interviene la
consideración del tipo de electrodo, la posición para soldar, la preparación de la unión, el
tamaño del trabajo soldado, la corriente de soldadura, el espesor o masa del metal base y la
habilidad del soldador.
3. Corriente correcta. Si la corriente es demasiado alta, el electrodo se funde muy rápidamente
y el charco fundido será grande e irregular y difícil de controlar. Si la corriente es demasiado
baja, no habrá suficiente calor para fundir el metal base y el charco mancomunado fundido
será muy pequeño y se apilará volviéndose irregular (figura 29a).
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Fig. 29.- Velocidad variable de desplazamiento de la soldadura y corriente usando un
electrodo cubierto E7024: a) velocidad de desplazamiento constante, corriente cambiante, b)
todos los rebordes 160A, velocidad de desplazamiento cambiante.
4. Longitud correcta del arco. Si el arco es muy largo, el metal fundirá el electrodo en glóbulos
grandes que se balancean de lado a lado produciendo un reborde amplio, irregular, con
salpicaduras y con una fusión deficiente con el metal base. También puede dar como
resultado porosidad, especialmente con electrodos de bajo hidrógeno. Si el arco es muy
corto, no habrá suficiente calor en él al inicio como para fundir lo suficiente el metal base,
por lo que el electrodo a menudo se pegará al trabajo.
5. Velocidad de desplazamiento correcta. Cuando la velocidad es muy rápida, el charco de
soldadura se congela demasiado rápido. No se permite que las impurezas y lós gases se
liberen. El reborde es estrecho y los rizos tienen puntas. Cuando la velocidad es muy baja, el
metal se acumula, el reborde es alto y amplio con un rizo más bien recto (figura 29b). Los
factores tales como corriente correcta, longitud de arco correcta (o voltaje) y velocidad
correcta de desplazamiento se relacionan todos con el consumo de calor. Un soldador
experimentado ajusta estos factores para lograr un soldado óptimo en cada condición posible.
Si consulta la figura 30, el soldador que está siendo adiestrado puede aprender a ajustar estos
factores de modo que se obtenga el mejor trabajo de soldado posible.
6. Angulo correcto del electrodo. El ángulo del electrodo es importante, particularmente en la
soldadura de filete y en la de ranura profunda. Generalmente, cuando se hace un filete el
electrodo debe mantenerse de tal modo que divida en dos el ángulo que está entre las placas y
que es perpendicular a la línea del trabajo de soldado. Cuando ocurre un adelgazamiento en
la parte inferior del miembro vertical, bájese el ángulo y diríjase el arco hacia el miembro
vertical.
7. Patrón correcto de manipulación. Se usan diferentes patrones de manipulación para distintos
tipos de electrodos, distintos diseños de trabajos soldados y distintas posiciones para soldar.
El conocimiento de los diferentes patrones se adquiere a través de un buen programa de
adiestramiento en soldadura.
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Fig. 30.- Ejemplos de soldadura con procedimientos equivocados
Ruptura del Arco. Al romper el arco es importante saber si se restablecerá inmediatamente con
el siguiente electrodo y continuará, o si es el extremo de una soldadura. Si el trabajo de soldado
ha de continuar el cráter debe permanecer y es necesario romper el arco rápidamente. Si se trata
del extremo del trabajo de soldado, el arco no debería romperse hasta que el desplazamiento se
haya detenido momentáneamente para permitir que el cráter se llene.
Cuando se usa el forjado, su amplitud y la pausa al final del mismo, así como otros movimientos,
se vuelven importantes. El soldador debe hacer pausa en cada extremo del forjado para permitir
que haya una completa fusión hacia el lado. El soldador debe moverse rápidamente a través del
centro del trabajo de soldado puesto que el calor se concentra más en el centro que en las orillas.
La amplitud del forjado para electrodos bajos en hidrógeno, no debería exceder de dos y media
veces el diámetro del alma del alambre. En el caso de otros tipos de electrodos, esta puede
duplicarse.
Ing. Vinicio Acuña
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EVALUACION Y CONTROL DE CALIDAD DE LA SOLDADURA
"Calidad de soldadura" es una expresión cuyo significado depende del uso final que se de a la
soldadura. Las soldaduras de calidad pueden clasificarse como "buenas" y "muy buenas". Las soldaduras buenas son las que cumplen con los requisitos de aspecto y que a la vez se comportan
de acuerdo con lo previsto hasta que son retiradas del servicio por decisión del usuario. Las
soldaduras muy buenas son las efectuadas bajo condiciones de intenso control de calidad y para
las cuales la única diferencia es el aumento del costo de producción. Todo método de inspección
que no sirva algún objetivo útil es innecesario y representa un desperdicio. Cualquiera que sea la
configuración de la junta o el procedimiento de aplicación, deben calificarse los procedimientos
de soldadura antes de aplicarse. Si no es posible probar el procedimiento en partes reales de
producción, deben soldarse imitaciones de la junta en cuestión, usando el mismo tamaño, tipo y
forma de la pieza de trabajo y del metal de aporte. Si el soldador que ha de ejecutar el trabajo
califica también el procedimiento, la calidad de las soldaduras producidas puede usarse también
como verificación final de la habilidad del soldador (certificación del soldador).
Pruebas Destructivas. El metal de las soldaduras se puede probar del mismo modo que los
metales. Las pruebas mecánicas se emplean para calificar los procedimientos de soldadura, los
trabajos soldados, los procesos de soldadura, y para determinar si los electrodos y metales de
aporte cumplen con los requisitos de las especificaciones. Las soldaduras en las construcciones
soldadas se prueban a menudo para asegurar su resistencia, tenacidad y calidad mediante pruebas
mecánicas. Figura 34
Fig. 34.- Fuerzas externas aplicadas a los metales
Las pruebas mecánicas son pruebas destructivas porque la construcción o la unión soldada se
destruye al hacer la probeta de prueba. También resultan caras porque implica la preparación del
material, el hacer ensayos, cortes y a menudo el maquinado de las probetas de prueba, y
finalmente se les prueba mecánica o destructivamente. Figura 35
Fig. 35.- Pruebas de Impacto (izquierda) y Charpy (derecha)
Pruebas No Destructivas. Las pruebas no destructivas se llaman también exámenes o
evaluaciones no destructivos, o inspección no destructiva. En cualquier caso, esta técnica
consiste en aplicar principios de física para detectar defectos o discontinuidades en los
materiales, sin afectar su utilidad. Hay varios métodos o técnicas de examen. De ellos, la
Ing. Vinicio Acuña
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inspección visual es la más importante y la que se usa más ampliamente. Se ha acelerado
considerablemente el crecimiento de las pruebas no destructivas por la necesidad de productos de
más alta calidad y mejor confiabilidad.
En el campo de la soldadura hay cuatro pruebas no destructivas que son las que se utilizan más ampliamente (figura 36); el examen con penetrantes, ya sea colorantes o por fluorescencia, el
examen con partículas magnéticas, el examen ultrasónico y los exámenes radiográficos. Cada
una de estas técnicas tiene sus ventajas específicas, así como sus limitaciones (Tabla 6). Aquí se
comparan las distintas técnicas con la prueba visual para proporcionar una guía en la selección.
Para mayor información consultar el folleto de la AWS "Guide for the Nondestructive Inspection
of Welds".
Fig. 36.- Pruebas no destructivas
CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD
Cuando se siguen medidas de precaución, la soldadura es una ocupación segura, se han
promulgado leyes que prescriben disposiciones de seguridad y la publicación de avisos de
protección para asegurar la eliminación de riesgos contra los trabajadores. La Occupational
Safety and Health Act (OSHA) (Ley de Seguridad y Salud Ocupacionales) afirma que las
operaciones de soldadura constituyen peligros potenciales provenientes de los humos, gases,
descargas eléctricas, radiaciones de calor y algunas veces del ruido. Todo el personal debe ser
advertido contra estos peligros potenciales cuando ello sea aplicable por medio del uso de
etiquetas preventivas adecuadas.
Los peligros más o menos peculiares a la soldadura son los siguientes: descarga eléctrica,
radiación de arco, contaminación del aire, incendio y explosión, gases comprimidos, limpieza de
la soldadura, otros peligros relacionados con procesos u ocupaciones especificas. Se dispone de
información adicional en la publicación de la AWS titulada "Efectos de la soldadura sobre la
salud".
Seguridad en el Lugar de Trabajo de la Soldadura. Los soldadores y otros empleados tienen la
obligación de aprender y usar prácticas seguras, así como de obedecer reglas y disposiciones de
seguridad. Son responsables del uso adecuado del equipo y de los materiales. Tienen la
obligación de aprender prácticas seguras y de obedecer las reglas y disposiciones de seguridad, y
Ing. Vinicio Acuña
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se espera que trabajen observándolas. Es responsabilidad de los supervisores hacer respetar las
reglas y las disposiciones de seguridad.
No se debe permitir que los materiales combustibles se reúnan dentro o cerca del lugar de trabajo
de la soldadura. Las mismas buenas prácticas de orden y limpieza del manejo de un hogar deben emplearse siempre en el taller de soldadura. Se deben proporcionar dispositivos de seguridad
adecuados, tales como los apropiados extintores contra incendio, equipos de protección y de
primeros auxilios, etc., más el adiestramiento del personal para utilizar el equipo de modo
correcto. Sólo se deberá usar el equipo aprobado, adecuadamente instalado y conservado en
buenas condiciones de trabajo.
Exposición al Calor. Algunas veces se requiere que los soldadores trabajen dentro de recintos
sometidos a precalentamiento. Las temperaturas que se requieren para el soldado de materiales
especiales pueden ser muy altas, por lo que el soldador debe estar protegido para que no tenga
contacto con el metal caliente. Se deben tomar precauciones especiales y adoptar procedimientos
adecuados para proteger al soldador contra el calor. Las ropas de protección deben llevarse
puestas, lo cual ayudará a aislar al soldador del calor excesivo.
Ropas Protectoras. Los soldadores deben llevar ropas de trabajo o de taller sin aberturas o
desgarres para evitar que los rayos de los arcos tengan contacto con la piel. Si los rayos del arco
hacen contacto con la piel durante cierto tiempo, se producirán dolorosas "quemaduras de arco".
Las personas que trabajan cerca de la soldadura de arco también deben llevar ropa de protección.
Fig. 31.- Ropa protectora para soldadores
En el caso de soldaduras menores, normalmente de 200 A o menos, el nivel de protección puede
reducirse. La ropa de lana es mucho más satisfactoria que la de algodón puesto que no se
desintegra por la radiación del arco ni tampoco se incendia tan rápidamente. En el caso de
trabajos mayores, se requieren ropas con una protección más completa, guantes de piel estilo
manopla, chamarra de piel, delantal de piel, y polainas, los cuales protegen también contra las
chispas y el metal fundido. Cuando se suelda en la posición vertical o sobrecabeza, este tipo de
ropas es necesario. En todos los casos se debe usar casco. Se recomiendan zapatos tipo bota que
protejan los dedos del pie. Los guantes de cuero no deben usarse para tomar piezas calientes pues
Ing. Vinicio Acuña
32
ello causará que la piel se endurezca y se rompa. Los guantes deben estar limpios y sin aceite.
Deben verificarse los cascos para soldadura, que no presenten rajaduras; los lentes de filtro
deben sustituirse o reponerse.
Hay que colocar avisos en el departamento de soldadura que señalen las precauciones que deberán tomar los empleados y los visitantes dentro del taller. Estos avisos deben estar de
acuerdo con la Norma de la ANSI "Especificaciones para los avisos de prevención de
accidentes". El departamento de soldadura también debe poner avisos advirtiendo a la gente que
use marcapasos que no entre o que tome precauciones especiales.
Las siguientes reglas, "Precauciones de seguridad para soldadura por arco" deben practicarse en
el taller de soldadura.
1. Asegúrese que su equipo de soldadura por arco esté adecuadamente instalado y conectado a
tierra y que esté en buenas condiciones de trabajo.
2. Revisar los aislamientos de los cables eléctricos al comenzar cada tarea desechando todos
aquellos que no están en perfecto estado o que no tengan una capacidad suficiente.
3. Se evitara que los cables descansen sobre objetos calientes, charcos, bordes afilados o
cualquier otro lugar que pudieran dañarlos.
4. Se evitara que pasen vehículos por encima o que sean golpeados o que las chispas de
soldadura caigan sobre los cables.
5. Cuando los cables de soldar opongan resistencia al manejarlos, no se tirara de ellos.
6. El cable de masa se conectara sobre la pieza a soldar o lo más cerca que sea posible.
7. Antes de realizar cualquier modificación en la maquina de soldar se cortará la corriente,
incluso cuando la movemos.
8. No dejar conectadas las maquinas de soldar en los momentos de suspender
momentáneamente las tareas.
9. Use siempre ropas de protección apropiadas para la soldadura que vaya a realizar.
10. Lleve siempre protección ocular adecuada cuando vaya a soldar, rociar, cortar o pulir.
11. Evite respirar el aire con humo directamente sobre el arco.
12. Mantenga su área de trabajo limpia y libre de riesgos. Asegúrese que no haya ningún
material flamable, volátil o explosivo dentro o cerca del área de trabajo.
13. No suelde en un espacio cerrado sin tomar precauciones especiales.
14. No suelde recipientes que hayan contenido combustibles sin antes tomar precauciones.
15. No suelde recipientes o compartimientos sellados sin proporcionar respiraderos y tomar
precauciones especiales.
16. Cuando sea necesario soldar en un área húmeda o mojada, calce botas de hule y párese en
una plataforma seca y aislada.
17. Cuando el portaelectrodo no esté en uso, cuélguelo en sus ménsulas respectivas. Nunca
permita que toque un cilindro de gas comprimido.
18. Deseche las colillas de electrodos en el recipiente adecuado, pues las colillas que queden en
el suelo representan un riesgo.
19. Proteja a los demás de los rayos de luz producidos por su soldadura por arco.
20. No suelde cerca de operaciones de desengrasado.
21. Cuando trabaje a distancia del suelo asegúrese que el andamio, la escalera y la superficie de
trabajo estén sólidamente afianzados.
Riesgo de Radiación del Arco. El arco eléctrico es una fuente de luz muy poderosa: visible,
ultravioleta e infrarroja. Es necesario que los soldadores y demás personas que estén cerca de un
arco de soldadura lleven la protección conveniente contra la radiación del arco.
La brillantez y el espectro exacto de un arco de soldadura dependen del proceso de soldadura, de
los metales del arco, de la atmósfera y longitud del mismo, y de la corriente de soldadura.
Mientras más altos sean la corriente y el voltaje del arco, más intensa será la luz proveniente del
arco.
Ing. Vinicio Acuña
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Al igual que toda emisión, la radiación de la luz del arco disminuye al cuadrado de la distancia.
Aquellos procesos que producen humo alrededor del arco tienen menor brillo puesto que el
humo actúa como filtro. El espectro del arco de soldadura es similar al del Sol. El calor emana
del arco bajo la forma de radiación infrarroja. Esta es inofensiva siempre y cuando se tenga la adecuada protección óptica y de ropa.
Para minimizar la radiación de luz, se deberían colocar filtros alrededor del área de soldadura de
modo que las personas que estén trabajando cerca queden protegidas del arco.
Los soldadores deben usar caretas protectoras para soldar con filtros o gafas especiales. Las
caretas para soldar deben estar en buenas condiciones, pues si hay aberturas o rajaduras la luz del
arco pasa y produce molestias. Las caretas para soldar de frente curvo son preferibles a las de
frente recto porque reducen la cantidad de humos que llega a la zona de respiración del soldador.
La figura 32 muestra los tipos de caretas que se ajustan a las normas OSHA. Se recomienda la
fibra de vidrio por su poco peso. Los vidrios o placas de filtro vienen en varias densidades
ópticas dependiendo de la porción de los rayos del arco que filtren. El número del filtro que se
vaya a emplear depende del proceso de soldadura, del tipo de metal base y de la corriente de
soldadura.
Fig. 32.- Protectores para los ojos según las normas OSHA
La figura 33 muestra los números correctos para el filtro de acuerdo con la Norma "Práctica para
la protección ocupacional y educacional de los ojos y de la cara". Se debe colocar una placa
transparente sobre la parte exterior del filtro para protegerlo de salpicaduras de soldadura. Se
utilizan placas de plástico o de vidrio. Algunos soldadores también usan lentes amplificadores
debajo del filtro para tener una visión más clara. El vidrio del filtro debe ser templado de modo
que no se rompa si llega a ser golpeado por objetos voladores.
Hay un tipo reciente de filtro que lleva intercalada una capa delgada de cristales líquidos entre
dos piezas de vidrio transparente. Los cristales líquidos empleados tienen la característica de que
cuando una señal eléctrica los atraviesa, cambia su capacidad para transmitir la luz. Cuando se
alteran eléctricamente, los cristales líquidos producen una pantalla con la misma densidad
aproximada que el filtro de vidrio para soldadura. Un fotosensor colocado en la careta es
activado por la luz proveniente del arco. Una centésima de segundo después esta señal es
transmitida a través de los cristales líquidos, que alteran la densidad del filtro.
Hay otro tipo de filtro que se vuelve más oscuro cuando se expone a la luz brillante del arco.
Estos filtros se están volviendo cada vez más populares puesto que eliminan la necesidad de abrir
y cerrar o de quitarse y ponerse la careta.
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Fig. 33.- Numeración del filtro recomendado para diferentes procesos de soldadura
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