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Soldadura de tungsteno. Soldadura TIG. Proceso de soldadura con arco de tungsteno en gas inerte (GTAW)

Cuando aquellos que están interesados en la soldadura hablan de las técnicas de fusión, el tema de la soldadura TIG o soldadura con tungsteno y gas inerte es tratado con cierta reverencia. Su reputación con respecto a este tema proviene en gran medida de su historia como método usado para la construcción de una cantidad de aviones famosos. A pesar de ser desarrollada en los 1920s, la soldadura TIG (Tungsten Inert Gas welding) o también GTAW (Gas tungsten arc welding), no fue usada muy usada debido a que el gas helio de protección era demasiado caro. La intensa atmósfera de investigación de la Segunda Guerra Mundial, creó desarrollos posteriores a medida que la aviación se hacía mas y mas liviana, y la soldadura TIG se volvió el método preeminente de unir materiales no ferrosos tales como el aluminio y el magnesio.

La posibilidad de usar helio para proteger un arco soldado y un baño de soldadura fue primero investigada en los 1920s. Sin embargo, poco se hizo con éste método hasta el comienzo de la Segunda Guerra Mundial cuando surgió una gran necesidad en la industria de aeronaves de reemplazar los remaches para unir materiales reactivos tales como el aluminio y el magnesio. Usando un electrodo de tungsteno y potencia de arco de corriente continua, con el electrodo negativo, una fuente de calor eficiente fue producida, y se consiguieron excelentes soldaduras.

Desde los primeros días de la invención, numerosas mejoras han sido hechas al proceso y al equipamiento. Fuentes de potencia para soldadoras han sido desarrolladas específicamente para el proceso. Algunas proporcionan corriente continua pulsante y polaridad variable de corriente alterna como suministro de potencia. El electrodo de tungsteno ha sido aleado con pequeñas cantidades de elementos activos para incrementar su emisividad; esto ha incrementado el inicio del arco, y la vida del electrodo. Los gases de protección han sido identificados para desempeño mejorado de la soldadura.

Aparte de los comienzos románticos, el proceso TIG ha sido considerado muy especial por otras razones. Requiere una considerable práctica ser bueno en este tipo de soldadura, y, debido a que el equipamiento ha sido siempre mas bien caro, un soldador que disponía de uno y era bueno en el oficio desarrollaba gran reputación, particularmente en el campo de materiales esotéricos y la construcción exóticas de aeronaves y autos de competición.

Básicamente una rama de la soldadura por arco, el proceso TIG se hace con una antorcha liviana que usa un electrodo de tungsteno para obtener un arco concentrado e intenso, protegido por un gas inerte. El gas sale de la antorcha, rodeando el electrodo y desplaza el aire de la zona de soldadura para excluir al oxígeno y el nitrógeno que contamina la soldadura.

A pesar de que el helio fue el gas original usado, hoy el argón es el gas de protección usado mas comúnmente para la soldadura TIG. El electrodo de tungsteno no es considerado como un “consumible” en el sentido usual, ya que el metal de aporte es suministrado por separado, con varillas sostenidas a mano, en forma similar a la soldadura oxiacetilénica. En muchas maneras, la soldadura TIG es como una versión de alta tecnología de la antigua soldadura a soplete.

Figura : Vista esquemática de una operación de soldadura con arco de gas tungsteno

La naturaleza concentrada del arco TIG es uno de los puntos fuertes. Soldaduras de gran resistencia y calidad pueden ser hechas sobre materiales delgados, materiales livianos, materiales diferentes, de hecho la mayoría de los materiales, y todos con distorsión o corrupción mínima del metal base adjunto. El proceso no genera chispas o salpicaduras, y las soldaduras son todo lo limpias que puedan ser, que es por lo que éste es el método de elección para construcción de aeronaves en la industria aeronáutica,  en la construcción de autos de carreras, productos inoxidables y de aluminio para medicina, servicios dentales y para tratamiento de alimentos.  No hay presencia de escorias, y debido a que genera muy poco humo, el soldador disfruta de una buena visibilidad del proceso, permitiéndole hacer juntas puy precisas.

Figura: Típico equipo para soldadura con arco de gas tungsteno

El soldador tiene mayor control con el proceso TIG que con la mayoría de los otros métodos de soldadura. El control de amperaje es infinito debido a que los ajustes de la fuente de alimentación, el soldador dispone de un control de pie para operar a medida que suelda.

Con un buen manejo de la antorcha, el soldador TIG puede soldar materiales delgados a otros de gran espesor, acero a acero inoxidable, acero a hierro fundido y otras varias situaciones inusuales que hacen que un buen soldador TIG sea considerado casi un mago. casi un mago.

Con la soldadura TIG hay solo unas pocas desventajas. Hay pocos trabajos que el soldador TIG no puede hacer, pero hay algunos en que otras técnicas son mas adecuadas por razones prácticas, no por la diferencia de calidad o resistencia de soldadura.  Para trabajos grandes, como soldar el tráiler de un camión o grandes estructuras metálicas hechas con tubos de acero, la soldadura TIG es simplemente demasiado lenta, ya que una soldadora MIG haría el trabajo mas rápido. Para trabajos al aire libre, nuevamente la  soldadura por arco o de alambre con núcleo de fundente MIG son la mejor elección, ya que no están afectados por corrientes de aire.

Descripción del proceso.

El equipamiento típico usado para el proceso de soldadura de arco de tungsteno es ilustrado en la figura siguiente. El proceso usa un electrodo de tungsteno no consumible ( o aleación de tungsteno) colocado en una antorcha. El gas de protección es alimentado a través de la antorcha para proteger al electrodo, al baño de fusión y al metal en solidificación de la contaminación de la atmósfera. El arco eléctrico es producido por el pasaje de corriente a a través del gas de protección ionizado y conductivo. El arco se establece entre la punta del electrodo y la pieza de trabajo. El calor generado por el arco funde al metal base. Una vez que el arco y el baño de fusión son establecidos, la antorcha es movida a lo largo de la junta y el arco progresivamente funde las superficies enfrentadas. El alambre de aporte, si es usado, es usualmente agregado al borde de inicio del baño de soldadura para llenar la junta.

Ventajas

Las siguientes son algunas de las ventajas del proceso de arco de gas tungsteno:

  • El mismo produce soldaduras de calidad superior, generalmente libre de defectos.
  • Es un proceso libre de las salpicaduras que ocurren con otros procesos de soldadura de arco
  • El mismo puede ser usado con o sin metal de aporte, según se requiera en la aplicación específica.
  • El mismo permite excelente control de penetración de paso de soldadura
  • Puede producir soldaduras autógenas económicas a elevadas velocidades
  • Puede usar fuentes de alimentación de potencia relativamente baratas
  • El proceso permite controlar las variables de la soldadura
  • Se puede usar para soldar casi todos los metales, incluyendo juntas de metales disimilares
  • Permite que la fuente de calor y las adiciones de metal de aporte sean controladas independientemente

Limitaciones

Las siguientes son algunas de las limitaciones del proceso de arco de gas tungsteno:

  • Los regímenes de deposición son menores que los regímenes posibles con los procesos de soldadura de arco por electrodo
  • Existe la necesidad de un poco mas de destreza y coordinación de soldadura que con la soldadura de arco de metal gas o soldadura de arco de metal protegida para la soldadura manual.
  • Es menos económica que los procesos de soldadura de arco con electrodo consumible para secciones mas gruesas que 10 mm
  • Existe dificultad en proteger la zona de soldadura apropiadamente en ambientes inestables

Problemas potenciales con el proceso incluyen:

  • Inclusiones de tungsteno pueden ocurrir si el electrodo se deja tocar al baño de soldadura
  • Contaminaciones del metal de soldadura pueden ocurrir si no se mantiene una correcta protección del metal de aporte mediante una corriente de gas que no sea mantenida.
  • Hay poca tolerancia a los contaminantes sobre metales de aporte o metal base.
  • Posible contaminación o porosidad puede ser causada por pérdida de refrigerante en antorchas enfriadas por agua.
  • Explosión de arco o desviación de arco, como en otros procesos.

Este proceso ha sido llamado Heliarc (una marca registrada por Union Carbide Corporation), que debe su nombre a la protección de gas usada originalmente, y soldadura TIG (tungsten inert gas), sin embargo la terminología usada en Estados Unidos para este proceso es GTAW (gas tungsten arc welding), dado que mezclas de gas que no son inertes pueden ser usadas en ciertas aplicaciones.

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