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Variables del proceso

Las variables primarias en el proceso de soldadura de arco de gas tungsteno son el voltaje del arco (longitud de arco), corriente de soldadura, velocidad de desplazamiento y gas de protección. La cantidad de energía producida por el arco es proporcional a la corriente y al voltaje. La cantidad transferida por unidad de longitud de soldadura es inversamente proporcional a la velocidad de desplazamiento. El arco en helio es mas penetrante que en el argón. Sin embargo, debido a que todas estas variables interactúan fuertemente, es imposible de tratarlas en forma independiente cuando se establecen los procedimientos de soldadura para fabricar juntas específicas.

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

Figura: Típico equipo para soldadura con arco de gas tungsteno

Corriente de arco

Como información general, la corriente de arco controla la penetración de arco, y el efecto es directamente proporcional, y hasta casi exponencial. La corriente de arco afecta al voltaje, con el voltaje a una longitud de arco fija incrementándose en forma proporcional a la corriente. Por esta razón, para mantener una longitud de arco fija, es necesario cambiar el ajuste del voltaje cuando la corriente es ajustada.

Las máquinas de rango medio ofrecen características especiales, como el control de pendiente. Esto se refiere a cómo oscila la onda de corriente cuando la máquina está soldando. La onda de corriente es una línea curva que va hacia arriba, abajo y cruza la línea de base y luego repite el ciclo una y otra vez de forma repetida muchas veces por segundo. Esto es llamado una onda sinusoidal en corriente alterna. Las máquinas de soldar de arco de tungsteno usan tanto corriente continua como corriente alterna, con la corriente alterna usada para metales no ferrosos como el aluminio o magnesio. Una mitad de la onda de corriente alterna es de polaridad directa y la otra de polaridad inversa. La porción de polaridad directa de la onda crea el calor en el arco, mientras que la corriente inversa tiene el efecto de limpiar los óxidos del aluminio que está siendo soldado. Por lo tanto una antorcha de tungsteno en corriente alterna está constantemente oscilando entre un arco caliente y un ciclo de limpieza, pero a amperajes bajos el arco puede ser obstruido en el punto de conmutación o mas aún apagarse. La mayoría de las máquinas de gas de arco de tungsteno tienen un circuito especial en su interior que produce un corriente de alta frecuencia y baja potencia que mantiene el proceso activo en todo momento. El control de alta frecuencia hace fácil de iniciar el arco sin tocar la punta de tungsteno contra la pieza de trabajo, y vuelve la soldadura de arco mas estable.

La mayoría de las máquinas de gas de arco de tungsteno actuales ofrecen corriente alterna de onda cuadrada. La onda sinusoidal tradicional con alta frecuencia sobre sí, crea un montón de interferencia de radio, así como problemas de soldadura sobre el aluminio. Las nuevas máquinas son todas de electrónica de estado sólido, con características que forman una onda con subidas y bajadas en forma cuadrada, en vez de medios ciclos. Esto significa que el control de alta frecuencia interviene menos tiempo, y el mismo tamaño de electrodo puede ser usado para corrientes mas elevadas.

Dijimos que el proceso puede ser usado tanto en corriente continua como corriente alterna, la elección depende en gran medida del metal a ser soldado. La corriente continua con el electrodo negativo ofrece la ventaja de una penetración profunda y elevadas velocidades de soldadura, especialmente cuando se usa helio como gas protector. El helio es el gas de elección para la soldadura mecanizada.

La corriente alterna proporciona una limpieza catódica (deposición electrónica) que remueve óxidos refractarios de las superficies de aluminio y magnesio durante la porción de la onda de corriente alterna en que el electrodo es positivo con respecto a la pieza de trabajo. En este caso, se debe usar argón para protección debido a que la deposición electrónica no puede ser obtenida con el helio. El argón es el gas de elección para la soldadura manual, no interesa si se trabaja con corriente continua o alterna.

Una tercera opción está además disponible, que es la de usar corriente continua con el electrodo positivo. Esta polaridad es usada sólo raramente debido a que la misma causa sobrecalentamiento del electrodo.

Voltaje de arco.

El voltaje medido entre el electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo es comúnmente conocido como voltaje de arco. El voltaje de arco es una variable fuertemente dependiente, afectada por:

  • Corriente de aire
  • Forma de la punta del electrodo de tungsteno
  • Distancia entre el electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo
  • Tipo de gas de protección

El voltaje de arco es cambiado por los efectos de las otras variables, y es usado en la descripción de los procedimientos de soldadura sólo debido a que es fácil de ser medido. Dado que las otras variables tales como el gas de protección, forma del electrodo y la corriente han sido predeterminadas, el voltaje de arco se vuelve una manera que controlar la longitud de arco, una variable crítica. La longitud de arco es importante con este proceso debido a que la misma afecta al baño de fusión, el ancho del baño de fusión es proporcional al largo de arco. Por lo tanto, en la mayoría de las aplicaciones en que no esté involucrada una hoja, la longitud de arco deseada es tan corta como sea posible.

Por supuesto, existe la posibilidad de poner en corto circuito el electrodo al baño o al alambre de aporte si el arco es muy corto. Sin embargo, con la soldadura mecanizada, usando una protección de helio, alimentación negativa al electrodo con corriente continua, y una corriente relativamente elevada, es posible sumergir la punta del electrodo debajo de la superficie de la placa para producir soldaduras profundamente penetrantes pero angostas a elevadas velocidades. Esta técnica ha sido llamada de arco enterrado.

Velocidad de desplazamiento.

La velocidad de desplazamiento afecta tanto al ancho como a la penetración de una soldadura de gas tungsteno. Sin embargo, su efecto sobre el ancho es mas pronunciado que sobre la penetración. La velocidad de desplazamiento es importante ya que afecta al costo. En algunas aplicaciones, la velocidad de desplazamiento está definida como un objetivo, con las otras variables seleccionadas para que alcancen la configuración de soldadura deseada a dicha velocidad. En otros casos, el desplazamiento puede ser una variable dependiente, seleccionada para obtener la calidad de soldadura y uniformidad necesaria bajo las mejores condiciones posibles con la otra combinación de variables. Independientemente de los objetivos, la velocidad de desplazamiento generalmente es fijada en la soldadura mecanizada mientras que las otras variables tales como la corriente o voltaje de arco son variadas para mantener el control de la soldadura.

Velocidad del alambre

En soldadura manual, la forma en que el metal de aporte es agregado al baño de fusión influencia el número de pasadas requeridas y la apariencia de la soldadura finalizada.

En la soldadura automática y a máquina, la velocidad de alimentación del alambre determina la cantidad de aporte depositados por unidad de longitud de la soldadura. Al decrecer la alimentación de alambre se incremente la penetración y se aplasta el contorno del baño de fusión. Alimentar el alambre muy despacio puede llevar a la socavación, rotura de la línea central y falta de llenado de la junta. Al incrementar la velocidad de alimentación se disminuye la penetración de la soldadura y se produce un baño de soldadura mas convexo.

Equipamiento

El equipamiento para la soldadura de gas de arco de tungsteno incluye antorchas, electrodos y fuentes de alimentación. Los sistemas mecanizados de soldadura de gas de arco de tungsteno pueden incorporar controles de voltaje de arco, osciladores de arco y alimentadores de alambre.

Antorchas de soldadura.

Las antorchas de soldadura de gas de arco de tungsteno mantienen el electrodo de tungsteno que conduce la corriente al arco, y proporcionan los medios para el transporte del gas de protección a la zona del arco.

La mayoría de las antorchas para aplicaciones manuales tienen un ángulo de cabezal (ángulo entre el electrodo y la manija) de 120ª. Las antorchas están también disponibles con cabezales de ángulo ajustable, o de línea recta. Las antorchas manuales con frecuencia tienen llaves auxiliares y válvulas colocadas en sus manijas para controlar la corriente y el flujo de gas. Las antorchas para máquina o de soldadura automática van típicamente montadas sobre un dispositivo que centra la antorcha sobre la soldadura, puede mover la antorcha sobre la junta, o puede cambiar  o mantener la antorcha a una distancia de trabajo.

Figura : La antorcha para la soldadura de gas de arco de tungsteno básica es muy liviana, fácil de mantener confortablemente, y muy durable. Los único “consumible” son los electrodos de aporte, si se usan, y en cierta medida los tungstenos.

Figura: Vista transversal de una típica antorcha que muestra el tungsteno (derecha) y desde arriba hacia abajo; la tapa trasera, collar o anillo de apriete, manguito de anillo de apriete, cuerpo de la antorcha y taza cerámica o boquilla. Para ensamblar, el manguito del anillo es roscado dentro del cuerpo de la antorcha en su parte inferior, la boquilla es roscada hacia adentro en la parte inferior, el anillo de apriete se desliza hacia adentro desde arriba y luego el tungsteno es deslizado hacia adentro y retenido con la tapa trasera.

Hay dos clases básicas de materiales de tungsteno, el tungsteno puro y el tungsteno toriado. El tungsteno puro trabaja bajo todas las condiciones y metales, pero es condición requerida para la soldadura TIG de corriente alterna, mientras que los tungstenos toriados usados para soldadura de corriente continua son usados con frecuencias debido a que produce inicios de arco y penetración ligeramente mejores.

Los tungstenos son algo caros, pero se pueden hacer durar largo tiempo. La agudeza de la punta es importante para un buen inicio de arco y penetración en los aceros, por lo tanto los soldadores disponen de un pequeño stock de electrodos afilados a mano para ser colocados dentro de la antorcha. La mayoría de los soldadores suelen afilar ambos extremos de una punta de tungsteno, de manera que si necesitan en el instante una nueva punta, simplemente aflojan la tapa trasera de la antorcha, sacan el tungsteno y lo reinsertan con la nueva punta hacia abajo. Los buenos soldadores pueden hacer esto en un abrir y cerrar de ojos. Una lija de cinta o piedra esmeril es usualmente usada para obtener agudeza de la puntas de tungsteno, pero las mismas deberán ser de dedicación exclusiva para esta tarea. Una lija usada para alisar acero o aluminio tendrá depósitos sobre sí que pueden contaminar al tungsteno. Afile la punta con una piedra esmeril (como afilando un lápiz) sólo gastando el electrodo a lo largo, lijando desde la punta hacia el cuerpo principal. Si se lija al mantenerla a los costados de la piedra, hará que queden rastros o marcas sobre la punta que pueden contribuir a la dispersión del arco. En teoría, usted debería tener boquillas cerámicas separadas para trabajos en aluminio también, pero muchos soldadores al arco de tungsteno usan la misma boquilla tanto para el aluminio como para el acero. Al ajustar el electrodo en la antorcha, presione toda la antorcha hacia abajo en línea recta contra una superficie sólida ( con la soldadora desconectada) para ver si la punta se desliza hacia adentro. Si se desliza, el tungsteno no fue lo suficientemente ajustado.

Figura : La punta de tungsteno en la parte inferior ha sido afilada para obtener una punta mas aguda para su uso en acero, mientras que la de la parte superior es para aluminio, con un extremo en forma de pequeña bola. En teoría, usted podría crear un extremo en forma de bola como este produciendo un arco sobre una pieza de cobre antes de usar el tungsteno sobre aluminio, pero un tungsteno despuntado adecuado se convertirá en una bolita como ésta con un uso de unos pocos segundos en corriente alterna de alta frecuencia para aluminio.

En algún punto, su punta de tungsteno hará contacto con el baño de fusión, esto no es deseable, pero le pasa a cualquiera. Levante el pié del pedal para  cortar el arco, y mantenga fluyendo el gas de protección por algunos segundos hasta que la soldadura se enfríe un poco. Usted no podrá continuar soldando con este tungsteno luego de que el mismo haya tocado tanto el electrodo de aporte como el baño de fusión debido a que el mismo estará contaminado, y el arco no será limpio y estable. La sección quemada y oscura del tungsteno deberá ser recortada con un alicate, y la punta deberá se afilada nuevamente. A pesar de que las puntas de tungsteno no son consideradas como un insumo en el sentido normal de los términos de la soldadura, las mismas se vuelven mas cortas cada vez que se son recortadas y afiladas, y a la larga se vuelven muy cortas para su uso.

Al soldar en esquinas muy ajustadas, se puede usar una tapa trasera corta con un tungsteno truncado, o de otra manera use una tapa larga para protegerse del contacto tanto de una punta de tungsteno de punta afilada (cuando usted ha afilado ambos extremos) sobresaliendo como de una punta de tungsteno caliente. La larga tapa trasera cubre aún una punta de tungsteno nueva de longitud total.

Antorchas enfriadas a gas.

El calor generado en la antorcha durante la soldadura es quitado tanto por enfriamiento por gas o por agua. Las entorchas enfriadas con gas ( a veces conocidas como enfriadas por aire) proporcionan el enfriamiento por el flujo de un gas de protección relativamente frío a través de la antorcha. Las antorchas enfriadas por gas están limitadas a una corriente máxima de soldadura de aproximadamente 200 amperios.

Antorchas enfriadas con agua

Las antorchas enfriadas con agua mantenidas en temperatura por un continuo flujo de agua a través de pasajes en la manija. El agua de enfriamiento entre a la antorcha a través de la manguera de entrada, circula a través de la antorcha, y sale por una manguera de salida. El cable de alimentación de la fuente de poder hacia la antorcha está típicamente incluido dentro de la manguera de salida de agua de enfriamiento.

Collares de apriete

Los electrodos de varios diámetros están asegurados en el soporte de electrodo por collares o anillos de apriete de tamaño apropiado. Estos collares son hechos típicamente de aleación de cobre. El electrodo es asegurado por el collar cuando la tapa de la antorcha es ajustada en su lugar. Un buen contacto entre el electrodo y el diámetro interior de la pinza es esencial para una buena transferencia de corriente y enfriamiento del electrodo.

Boquillas

El gas de protección es dirigido hacia la zona de soldadura por boquillas de gas o tazas que se ajustan al cabezal de la antorcha- Incorporadas además en el cuerpo de la antorcha están los difusores, o inyectores cuidadosamente colocados, que alimentan el gas de protección hacia la boquilla, tobera o taza. Su propósito es asistir en la producción de un flujo laminar al gas saliente. Las boquillas de gas están hechas de varios metales resistentes al calor en diferentes formas, diámetros y longitudes. Estas toberas pueden ser roscadas a la antorcha o mantenidas por ajuste de fricción.

Existen adaptaciones de la antorcha, dependiendo del trabajo a ser llevado a cabo, en que se usan tungstenos de diferentes tamaños, diferentes tapas de gas con formas para diferentes trabajos específicos y diferentes longitudes de tapas traseras dependiendo del espacio disponible y dónde se vaya a llevar a cabo la soldadura. Por ejemplo usted podría usar un tungsteno corto y una tapa trasera corta para adaptarse mejor a una esquina. La forma de la boquilla puede crear una forma y envoltura diferente del gas de protección sobre el área de soldadura. Existe una gran cantidad de modelos, dependiendo del fabricante del equipo de soldadura.

 

 

 

 

 

 

 
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