Soldadura por Arco en Protección Gaseosa TIG (GTAW)
TIG (Tungsten Inert Gas). Se utiliza un electrodo no consumible de wolframio o tungsteno con aleación de torio. El arco surge entre el electrodo y la pieza a soldar, protegido con un gas inerte (argón, helio o mezcla). El material de aportación se añade con una varilla metálica (si es necesario).
También es conocido como GTAW (Gas Tungsten Arc Welding).
Se utiliza en espesores de 0,5 a 5 mm, para metales ligeros y de alta aleación.
Componentes del Equipo TIG
- Electrodo no consumible.
- Portaelectrodo (Antorcha).
- Gas de protección.
- Manorreductor/Caudalímetro.
- Fuente de alimentación.
- Pinzas de masa.
- Mangueras.
1. Fuente de Alimentación
La fuente de alimentación está compuesta por los siguientes elementos:
- Un transformador de intensidad constante.
- Grupo rectificador o convertidor que suministra la corriente necesaria. Para aleaciones de aceros se usa Corriente Continua (CC), y para el aluminio y sus aleaciones, Corriente Alterna (CA).
- Generador de alta frecuencia para el cebado del arco, evitando que roce el electrodo y la pieza.
- Un temporizador que permite el paso de gas unos segundos antes (preflujo) y después (posflujo) de cortar el arco, manteniendo la atmósfera protegida.
- Dispositivo que reduce la corriente al finalizar la soldadura.
- Dispositivo para controlar la frecuencia de la corriente.
- Selector para elegir los distintos tipos de soldadura: Corriente Continua Polaridad Directa, Corriente Continua Polaridad Inversa y Corriente Alterna.
Tipos de Polaridad y Corriente
- Polaridad Directa (CCEN): El polo negativo está conectado al electrodo y el positivo a la pieza. Los electrones van del electrodo a la pieza, generando más calor en la pieza, lo que permite que se funda rápidamente. Produce un baño de fusión estrecho y profundo con pocas deformaciones.
- Polaridad Inversa (CCEP): El polo positivo está conectado al electrodo y el negativo a la pieza. Los electrones van de la pieza al electrodo, generando más calor en el electrodo (por ello se deben usar electrodos más gruesos). Produce cordones anchos con poca penetración. Se utiliza para aluminio y magnesio de bajo espesor.
- Corriente Alterna (CA): Se comporta como una mezcla de ambas polaridades; cada medio ciclo cambia la polaridad. Aprovecha la buena penetración de la directa y el efecto decapante de la inversa, pero tiende a generar mucho óxido, suciedad y un arco inestable. Para evitar esto, se usa alta frecuencia. Se emplea para aluminio, magnesio y sus aleaciones.
2. El Electrodo No Consumible
Está compuesto por un material con un punto de fusión muy elevado (3370 °C). Se utiliza tungsteno puro o aleado con torio o zirconio (1 al 2%). También se le conoce como wolframio.
Los diámetros más usados son:
- 1 mm
- 1,6 mm
- 2,4 mm
- 3,2 mm
- 4 mm
- 4,8 mm
El electrodo se consume muy poco durante el soldeo. Es crucial evitar el contacto electrodo-pieza, ya que esto contamina el metal fundido y deja una capa de óxido.
El electrodo de tungsteno debe estar bien afilado, limpio y con apariencia blanca, lo que indica que se está trabajando con la intensidad y caudal de gas correctos. El afilado de la varilla se realiza según la corriente a usar:
- Corriente Continua (CC): Se afila como un lápiz, dejando un cono del doble de longitud que el diámetro de la varilla.
- Corriente Alterna (CA): La punta debe ser un poco redondeada.
3. Electrodos Consumibles (Material de Aportación)
En caso de tener que añadir material de aportación, este debe ser de la misma composición que el material base.
Se utilizan varillas de 900 mm de longitud y diferentes diámetros (0,5; 1; 1,6; 2; 2,4 mm). Deben guardarse en su caja para evitar suciedad y humedad.
4. Portaelectrodo (Antorcha o Pistola)
Llamado también antorcha o pistola. Sujeta el electrodo de tungsteno, suministra la corriente de soldadura y asegura la salida del gas. La capacidad de amperaje es de 150 A por aire o 200 A por agua.
La antorcha está formada por una tobera cerámica unida al cuerpo del portaelectrodo. En su interior y centrado se encuentra el mecanismo para sujetar el electrodo.
El electrodo debe sobresalir de la tobera de 3 a 5 mm, y la distancia entre el electrodo y el metal base para el soldeo es de 5 mm.
5. El Gas Protector
El gas usado es el argón, el helio o una mezcla de ambos.
6. El Manorreductor/Caudalímetro
Similar al de los sistemas MIG/MAG.
El caudal de argón es de 6 a 10 L/min y con helio de 15 a 20 L/min, variando el ajuste según el trabajo a realizar. Un caudal insuficiente o excesivo puede contaminar la soldadura.
7. Factores y Parámetros que Intervienen en la Soldadura TIG
- Tipo de corriente: CC o CA en función del material.
- Intensidad de soldadura: Depende del espesor de las chapas a soldar, y está relacionada con el espesor del electrodo.
- Caudal de gas: En función de las chapas.
- Tiempo de desconexión: Es el tiempo que, una vez pulsado el interruptor de la antorcha, la corriente sigue circulando, pero disminuyendo su intensidad.
- Tiempo de posflujo: Una vez terminado el proceso de soldadura, el gas sigue fluyendo durante un tiempo para refrigerar el electrodo e impedir que se contamine. Se denomina posflujo y está relacionado con el diámetro del electrodo.
Soldadura Eléctrica por Resistencia
Se puede considerar como una soldadura autógena sin material de aportación. La soldadura se realiza aplicando presión mientras se aumenta la temperatura de las piezas a unir por debajo del punto de fusión. La temperatura se consigue haciendo pasar una alta intensidad de corriente entre los electrodos.
El efecto se basa en que, al colocar un material entre dos electrodos de diferente polaridad, se provoca un desplazamiento de electrones que atraviesan el material. Cada electrón porta energía cinética que choca con las partículas fijas de la pieza y cede su energía, transformándola en energía calorífica.
Cálculo del Calor Producido (Ley de Joule)
El calor depende de la intensidad, de la resistencia de los metales y del tiempo que circula la corriente (Ley de Joule). La expresión matemática es:
Q = I² · R · T
Donde:
- Q = Calor producido (en calorías).
- I = Intensidad (en Amperios, A).
- R = Resistencia (en Ohmios, Ω).
- T = Tiempo (en segundos, s).
Resistencias en Serie
La resistencia eléctrica total está formada por la suma de cinco resistencias en serie:
- Resistencia de contacto entre el electrodo superior y la chapa de superficie.
- Resistencia de la chapa superior.
- Resistencia de contacto entre las dos chapas. Es la mayor y donde se produce la soldadura.
- Resistencia de la chapa inferior.
- Resistencia de contacto entre la chapa inferior y el electrodo inferior.
Al aplicar fuerza sobre las piezas, se reduce la resistencia de estas.
Ventajas de la Soldadura por Resistencia
- Rapidez en la ejecución.
- No produce deformación por el calor.
- Es fácil de manejar.
- No necesita repasos.
- Es fácil de sustituir en las piezas unidas con este sistema.
Se pueden unir piezas de acero al carbono, acero inoxidable, aluminio y cobre.
Métodos de Soldadura Eléctrica por Resistencia
Existen los siguientes métodos:
- Soldadura por puntos.
- Soldadura por dobles puntos.
- Soldadura por protuberancias.
- Soldadura por empuje.
- Soldadura por roldana o costura.
Otros métodos son:
- Soldadura por chisporroteo.
- Soldadura a tope por resistencia.
- Soldadura por percusión.
1. Secuencia en la Soldadura por Puntos
En la soldadura por puntos se hace circular corriente por el electrodo siguiendo estos pasos:
- Período de Acercamiento o Tiempo de Bajada: Es el tiempo que transcurre entre el acercamiento del electrodo y el paso de la corriente. La presión se eleva rápidamente.
- Período de Soldadura: Paso de la corriente. Presión normal.
- Período de Forjado o de Mantenimiento: Tiempo entre el corte de la corriente y el levantamiento de los electrodos. Aumenta la presión, lo que establece una forja para mejorar la resistencia del punto. El tiempo debe ser igual al de soldadura (como mínimo).
- Período de Enfriamiento o Cadencia: Tiempo de separación de los electrodos.
2. Elementos que Componen el Equipo de Soldadura por Resistencia
Los componentes básicos en un equipo de soldadura son:
- Fuente de energía
- Panel de control
- Portaelectrodos
- Electrodos
La Fuente de Energía
Es un transformador de corriente alterna. En el secundario van conectados los electrodos, por conductores de considerable sección.
Transforma la corriente de 380 V en 2 a 5 V, pero con un amperaje alto (hasta 9000 A).
Panel de Control
Tiene varios selectores (digitales o analógicos) que regulan los parámetros de soldadura.
Para realizar la soldadura en panel de aluminio, algunos equipos tienen tecnología inverter con los que pueden trabajar hasta los 5000 Hz.
Los Portaelectrodos
Sujetan los distintos electrodos. Pueden ser accionados de manera hidráulica, neumática o manual, realizando la presión suficiente para que se unan las piezas.
Los Electrodos
Son buenos conductores eléctricos y térmicos (cobre-cromo) con una alta resistencia mecánica para que no se deformen con la presión.
La punta de los electrodos suele ser troncocónica o esférica.
- La troncocónica tiene la ventaja de que se puede preparar la superficie y el diámetro de las puntas para distintos espesores de chapa de manera fácil.
- Las esféricas realizan puntos de soldadura más sólidos.
Las dimensiones de la punta de los electrodos influyen en la densidad de corriente eléctrica para poder realizar la soldadura, que por lo general soporta de 10 a 120 A por mm².
Cálculo del Diámetro de Contacto
El diámetro de la zona de contacto o punta del electrodo debe ser:
D = 2e + 3 mm
Donde e es el espesor de la chapa más fina.
Si se sueldan dos piezas de diferente grosor, pueden existir defectos de calentamiento, ya que la chapa más gruesa tiene más resistencia. Esto se corrige utilizando una punta más pequeña en la chapa gruesa para aumentar la densidad de corriente y distribuir el calor de manera más uniforme.
Otro problema surge cuando se sueldan dos metales de diferente conductividad eléctrica; en este caso, se debe aplicar un electrodo de mayor diámetro sobre el elemento de mayor conductividad para lograr un equilibrio térmico.
Hay diferentes formas de electrodos y portaelectrodos, dependiendo del trabajo a realizar.
Los electrodos deben estar alineados y con las caras de apoyo paralelas en toda su sección.
Para no dejar marca en una de las piezas, se interpone una placa de cobre rojo entre la chapa donde no se quiere dejar huella y el electrodo.
El calor producido en la soldadura aumenta la temperatura del electrodo, lo que provoca un calentamiento excesivo en la zona de contacto y una menor calidad de los puntos.
Para evitar esto, hay equipos con refrigeración que tienen un circuito cerrado con líquido refrigerante que llega hasta los electrodos, movido por una bomba.
En los equipos que no disponen de refrigeración, se utiliza un cubo de agua, sumergiendo el electrodo después de haber esperado unos segundos tras realizar varios puntos.
3. Parámetros que Intervienen en la Soldadura por Resistencia
Los parámetros básicos son:
- La intensidad
- El tiempo de soldadura
- La presión que ejercen los electrodos
Y, dependiendo de la máquina, también:
- Tiempo de rampa
- Tiempo de mantenimiento
- Tiempo de acercamiento
- Impulsos
Acercamiento
Solo se utiliza en equipos que disponen de un circuito neumático o hidráulico para mover las puntas. Representa el intervalo de tiempo que existe entre el momento en que las pinzas empiezan a cerrar los electrodos y el momento efectivo de soldadura. El valor debe ser alto para que las pinzas presionen fuerte antes de que empiece la soldadura; de lo contrario, se producen chispas y proyecciones.
Tiempo de Soldadura
Está relacionado con la intensidad. Es el periodo de tiempo durante el cual circula la corriente eléctrica entre los electrodos a través de las piezas a unir. Depende de:
- El espesor de las piezas a unir.
- La constitución del material a soldar.
El tiempo debe ser el menor posible para que el calor que producen los electrones no se disipe y se forme una unión defectuosa.
Presión de Soldadura
El valor de la presión que ejercen los electrodos debe ser regulado en todos los equipos en función de los materiales a soldar y su naturaleza. Si la presión es muy elevada, se produce una huella profunda entre las chapas y debilita la soldadura.
Una baja presión produce salpicaduras de material. La presión recomendada para el acero es de 10 kg/mm².
Corriente de Soldadura
La intensidad eléctrica debe ser la necesaria para que las piezas a unir se fundan, sin llegar a su fusión total.
Los valores de intensidad deben ser muy elevados, ya que dependen de la resistencia eléctrica.
El límite máximo de soldadura se alcanza cuando el material comienza a producir salpicaduras durante el proceso de calentamiento. Una intensidad baja produce soldadura deficiente. Los valores ideales están cerca del límite máximo de soldadura.
La tensión es bastante baja, del orden de 2 V durante el periodo de soldadura, y 12 V en circuito abierto.
Rampa
La corriente programada no circula de forma constante, sino de forma progresiva. La rampa es el tiempo en el que se alcanza el valor programado de corriente de soldadura. El valor inicial es igual a la potencia mínima, pero el valor final corresponde con la potencia programada.
Mantenimiento (Periodo de Forjado)
También denominado periodo de forjado. Se utiliza en equipos cuyas pinzas son accionadas mediante circuitos neumáticos o hidráulicos y representa el tiempo que transcurre entre el final de la soldadura y la apertura de los electrodos.
Impulsos
Dependiendo del material, se puede soldar a intervalos o impulsos para evitar un calentamiento excesivo.
Hay que regular el número de impulsos con el que se efectúa la soldadura. En algunos equipos, el tiempo que debe transcurrir entre cada impulso se denomina tiempo frío o intervalo.
4. Proceso de Regulación de los Parámetros de Soldadura
- Limpiar correctamente las superficies de las chapas y aplicarles una imprimación soldante (imprimación antióxido a base de zinc), impidiendo la oxidación y asegurando baja resistencia. Bajar la escala del tiempo en la máquina.
- Asegurarse de que no exista espacio entre las piezas y que estén planas.
- Efectuar varias soldaduras de prueba aumentando la intensidad hasta obtener el límite de salpicadura. En este momento, retroceder un punto la intensidad.
- Aumentar el tiempo y volver a hacer diferentes soldaduras hasta conseguir una huella del núcleo correcta, tanto en color como en diámetro.
El núcleo debe ser blanco en el centro, rodeado de un círculo azul y una aureola marrón.
Para verificar la calidad, se procede a separar la unión. La soldadura no se debe romper, sino que debe llevarse parte de la chapa.
El punto arrancado debe ser 2 veces el espesor de la chapa más fina más 3 mm.
5. Distancia entre Puntos y Bordes
La fuerza de unión está en función de la distancia entre los puntos. Si la separación es elevada, la unión no es adecuada, pero si se acerca demasiado, se produce una derivación de corriente, disminuyendo la intensidad y dejando los puntos deficientes.
La distancia aconsejable es de 30 a 40 mm de separación entre cada punto y que no coincidan con los puntos anteriores (los que venían de fábrica).
La distancia del punto de soldadura al borde de la pieza debe ser 2,5 veces el diámetro del electrodo. En carrocería se suele dejar una distancia de 10 a 15 mm para espesores de chapas de hasta 1,5 mm.
Una distancia más corta implicaría expulsión del material fundido por la junta, deformaciones en los bordes y deterioro de los electrodos.
10. Proceso Operativo para Realizar la Soldadura por Resistencia
- Seleccionar el brazo adecuado.
- Limpiar y preparar las puntas de los electrodos.
- Limpiar, preparar y proteger con zinc la parte interior de las chapas.
- Regular la máquina utilizando como prueba chapas del mismo material y grosor.
- Marcar los puntos donde se realizará la soldadura.
- Sujetar las chapas utilizando pinzas de plástico para no desviar la corriente eléctrica.
- Asegurarse de que no hay separación entre las chapas a unir.
- Si se utilizan portaelectrodos, apoyar el electrodo fijo en la chapa en el punto donde se tiene que realizar la soldadura y accionar la pinza para que se acerque al electrodo móvil.
- Si se utiliza soldador de empuje, poner masa lo más cerca posible a la zona de soldar.
13. Normas de Seguridad e Higiene en Soldadura por Resistencia
Es importante tener en cuenta las siguientes consideraciones:
- Utilizar gafas transparentes y guantes de protección.
- Comprobar que los conectores eléctricos y la toma de masa estén en buen estado.
- Estos equipos generan grandes campos magnéticos, por lo que no es recomendable llevar tarjetas, móviles, marcapasos, etc.
- No utilizar la manguera por encima del cuerpo.
- No utilizar máquinas con el suelo mojado.
Sustituciones Parciales y Uniones Amovibles
Introducción a las Uniones Fijas
Las uniones fijas pueden ser engatilladas, pegadas o soldadas.
Los métodos de sustitución más usados son:
- Cortado
- Despuntado
- Desengatillado
Sustituciones Parciales
Son aquellas operaciones en las que no se cambian piezas completas, sino solo parte de ellas.
Solo se pueden realizar si el fabricante lo contempla en sus manuales, donde detallan qué elementos y por dónde se puede realizar la intervención.
Una vez terminada la reparación, la calidad del acabado debe ser igual o similar que si se hubiese sustituido la pieza completa.
Las sustituciones parciales se realizan en aquellas piezas en las que se emplearía mucho tiempo en desmontarlas o en piezas donde se puede aprovechar la mayor parte de la estructura original.
1. Interpretación de las Líneas de Corte
Las formas de representar las líneas de corte son: con líneas de ejes, líneas de cotas o líneas de trazos.
Algunos fabricantes tienen diseñadas unas plantillas, las cuales son fáciles de usar y determinan correctamente la línea de corte en función de la pieza a cambiar. Las líneas de corte deben realizarse tanto en la pieza a sustituir como en la de recambio, partiendo del mismo punto de referencia.
2. Proceso Operativo Genérico de las Sustituciones Parciales
- Analizar las deformaciones y decidir si la sustitución será completa o parcial.
- Comprobar si existe la posibilidad de realizar el cambio parcial (según manuales del fabricante).
- Comprobar el despiece del recambio para saber si existe la sección de pieza que se quiere cambiar, o adquirir la pieza completa y prepararla.
- Leer el método de reparación propuesto por el fabricante.
- Desmontar piezas anexas.
- Preparar los Equipos de Protección Individual (EPIs).
- Proteger las zonas cercanas a la reparación.
- Decapar las zonas afectadas por la pieza:
- Si la zona a reparar solo tiene pintura, no utilizar nunca un disco abrasivo, sino un disco de fibra de nailon o una lijadora de anclaje.
- Si la zona está protegida con pintura antigravilla, utilizar primero un disco radial de alambre.
- Analizar las zonas donde se tiene que realizar la línea de corte.
- Marcar las líneas de corte.
- Realizar el corte y despuntar los puntos de soldadura.
- Extraer la sección de pieza a cambiar, repasando y dejando perfecta la zona de anclaje.
- Cortar la pieza de recambio un poco más larga que la sección desmontada. Sujetar las piezas con una mordaza para realizar las comprobaciones oportunas.
- Extraer la pieza de recambio y realizar el corte final:
- Si el acoplamiento es a tope: cortar siguiendo la línea marcada con rotulador.
- Si es a solape: dejar el espacio necesario para realizar el escalón y hacer los orificios para soldeo a tapón.
- Acoplar la pieza preparada y verificar su perfecto anclaje.
- Preparar la pieza en función del sistema a soldar.
- Pulir los puntos de soldadura y aplicar los productos de protección.