Electrodoss
ELECTRODO OS El electro odo es la parte más importante del circuito de soldad dura. La investigacción, fabricació ón, pruebass y concorrdancia de los electrodo os con los nu uevos metalles es toda una u industria. HISTOR RIA A finales del siglo XIX X se hicieron experimen ntos con un electrodo e de e carbón y el e intenso calor del arco o eléctrico para unir metales. m Unos cuantos años máss tarde, se e sustituyó ó el electrodo o de carbón n con una va arilla o alam mbre de hierro desnud do, lo cua al eliminó la necesida ad de usar una varilla separada para p relleno. A principioss del siglo XX, se de escubrió qu ue se mejo oraban las propiedade es físicas, mecánica as y químicas de la soldadura, si se s aplicaba un recubrim miento sobre e el alambre e de hierro desnudo.. Algunos de e los primero os experime entos incluy yeron envolvver el electro odo desnudo con tela de asbessto y algodón empapada con silicatto de sodio.. Tanto el assbesto (amianto) como el silicato de sodio se utilizan para p dar ressistencia al fuego f y la ide ea de usarlo os fue evitarr que el recu ubrimiento se quem mara demassiado prontto. De esto os primeros s experime entos surgieron los electrodos e actuales. Constan de d un núcle eo de alamb bre metálico o, al cual se e ha agrega ado un recu ubrimiento de produ uctos quím micos selecccionados cuidadosam c mente. En realidad, r au unque los primeros intentos fueron un poco burdo os, los electtrodos modernos incluyyen, entre o otras cosas,, asbesto, algodón y silicato de e sodio. PRODU CCIÓN Los operadores exp perimentado os todavía utilizan los s electrodoss desnudoss (Fig. 13-2 2), en las situacion nes en que cualquier fundente atrapado podría ser pe erjudicial; siin embargo o, sólo los hacen en n raras oca asiones. Con electrodoss desnudos, la soldadu ura pierde algunas cara acterísticas deseable es, como la resistencia. r Aunque en la actualida ad se fabrica an electrodo os con recub brimientos y pueden n ser desnudos o tenerr recubrimientos de mediano a grueso, los de recubrimien nto grueso son los que q más se utilizan. u
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Soldadura por Arco Eléctrico
El recubrimiento de los electrodos se suele aplicar por inmersión o por extrusión. El método más popular es el de extrusión, en el cual se aplica un recubrimiento en forma de pasta al alambre desnudo. Luego, el alambre cubierto con pasta se hace pasar a presión (extruye) a través de un pequeño dado formador circular, que reduce el recubrimiento al tamaño correcto para ese tipo particular de electrodo. Después, el tramo de alambre se pone en contacto con un cepillo de alambre pequeño, de alta velocidad, que raspa la pasta y deja desnudos unos 25 mm (1 in) del electrodo. Este extremo desnudo es el que se sujeta en el portaelectrodo. Después, se van cortando los electrodos con una guillotina pequeña al tamaño deseado y se secan en estufas. Luego, se empacan y embarcan para su distribución. Los dados utilizados en el proceso de extrusión se deben examinar a intervalos frecuentes y con todo cuidado para ver si tienen desgaste o daños, porque cualquiera que esté ligeramente ovalado, producirá electrodos con recubrimiento más grueso en una parte de la circunferencia. Esto producirá un consumo desigual del electrodo, porque un lado se consumirá más pronto que el otro. Ello puede ser de graves consecuencias en soldaduras que necesitan examen con rayos X, pero ocurre rara vez, ya que todos los electrodos se producen en condiciones y con control de calidad muy estrictos. CARACTERÍSTICAS EL ALAMBRE DEL NÚCLEO El alambre del núcleo de un electrodo (Fig. 13-3), en casi todos los casos, se hace con el mismo metal que el de las piezas que se van a soldar. Por ejemplo, el acero dulce se soldaría con el alambre hecho con acero dulce. El alambre sería de aluminio para soldar un metal base de aluminio; para el cobre, se emplearía alambre de núcleo de cobre, etc. La combinación de los elementos utilizados para el recubrimiento produce las características especiales de cada tipo de electrodo. La finalidad del alambre del núcleo es conducir la energía eléctrica al arco y suministrar el metal de relleno o aporte adecuado. RECUBRIMIENTOS El recubrimiento tiene muchas funciones. Si no lo hubiera, el metal fundido se combinaría con el oxígeno y el nitrógeno del aire. Por tanto, es necesario proteger tanto el metal de aporte del electrodo como el metal base fundido que se suelda; éste es la mezcla del metal base fundido y el metal fundido del electrodo que, cuando se solidifica forma la soldadura en si. El arco se puede proteger con una envoltura de un gas inerte, el cual no producirá una reacción química con el metal fundido. El recubrimiento de los electrodos suministra el gas protector. Este es el proceso de soldadura con metal y arco protegido (SMAW). El recubrimiento reduce al mínimo la contaminación con el aire atmosférico, porque produce una protección. Algunos de los elementos utilizados en los recubrir mientes son magnesio, silicatos de aluminio, todos ellos son formadores de escoria. Los fluoruros de calcio, carbonatos.de calcio, ferromanganeso, ferrosilicio y ferrotitanio son agentes fundentes. El silicato de sodio se utiliza corno agente aglutinante. La celulosa, que forma un gas, protege la zona de la soldadura.
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Electrodos
Funciones de los recubrimientos: Las principales funciones de los recubrimientos de los electrodos son: a. reducir al mínimo la contaminación del metal de soldadura con el oxígeno y el nitrógeno atmosféricos; b. compensar las pérdidas de ciertos elementos durante la transferencia del metal a través del arco, porque el recubrimiento incluye aleaciones; c. concentrar el arco en una zona especifica por que forma una taza o copa en la punta del electrodo, que se debe a la fusión más lenta del recubrimiento. ESCORIA El recubrimiento también forma escoria en la parte superior del metal fundido que se suelda, la cual protege al metal fundido durante el enfriamiento y también ayuda a configurar la soldadura. Se elimina después de que se ha enfriado la soldadura. La escoria, además de formar una capa protectora sobre la soldadura también debe poseer las siguientes características: a. tener un punto de fusión mas bajo que el del metal que se suelda. De lo contrario, hay el peligro de que la escoria se solidifique antes que el metal de aporte depositado. b. tener una densidad, en su estado fundido, que sea menor que la del metal de soldadura, para que pueda flotar en la superficie. c. debe tener suficiente viscosidad para que no fluya sobre una superficie muy grande. Sirve para evitar la contaminación del metal de la soldadura con el aire atmosférico. d. no debe contener elementos que produzcan reacciones indeseables con el metal de soldadura. e. se dilatará, pero en forma distinta a la del metal de soldadura, para que se pueda desprender de éste cuando esté frío. f. tener una tensión de superficie que impida la formación de glóbulos grandes. Método de manufactura: a. Extrusión maciza b. Extrusión con refuerzo c. Inmersión Tipo de recubrimiento y escoria: a. Un recubrimiento de celulosa produce una escoria delgada. b. Un recubrimiento de rutilo produce escoria fluida o pegajosa. c. Un recubrimiento de óxido de silicato produce una escoria gruesa o "inflada". d. Un recubrimiento de fluoruro de cal producirá una escoria vidriosa. Posiciones para soldadura en las cuales se puede utilizar un electrodo: a. El numero 1 indica que el electrodo se puede utilizar en todas las posiciones (plana, vertical, horizontal y sobre la cabeza b. El numero 2 indica que el electrodo se puede utilizar plana y horizontal. c. El número 3.indica que el electrodo sólo se puede utilizar en la posición plana. d. El número 4 indica que el electrodo se puede utilizar en: toda posición y vertical descendente
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Soldadura por Arco Eléctrico
Corriente para soldar: a. Corriente alterna (ca) b. Corriente continúa con polaridad inversa (ccpi) c. Corriente continúa con polaridad directa (ccpd) Tipo de penetración: a. ligera b. mediana c. profunda. IDENTIFICACIÓN Debido a que hay diferentes tipos de electrodos en el mercado, puede haber confusión al seleccionar el correcto para el trabajo que se va a hacer. Por ello, la AWS (American Welding Society) estableció un sistema de numeración, que se utiliza en la industria de la soldadura. Por ejemplo, en la especificación AWS A-5.1 para acero dulce y de bajo contenido de aleación se utilizan los números E6014, E10014, E6011. Estos números se interpretan como sigue:
La letra E indica que el electrodo es para soldadura con arco. 1. Los dos números siguientes (si se usan cuatro dígitos) o tres (si se usan cinco dígitos) multiplicados por 1000, indican la resistencia a la tracción del metal del electrodo en libras por pulgada cuadrada (psi). 2. El penúltimo número indica la posición en la cual se puede usar el electrodo. Ésta puede ser plana, vertical o sobre la cabeza. La posición plana está dividida además en horizontal y hacia abajo. En este caso, el número 1 indicaría que el electrodo se puede usar en todas las posiciones. El' número 2 indicará que el electrodo sólo se puede utilizar en la posición plana (horizontal o hacia abajo). 3. El último número indica las características eléctricas del electrodo, por ejemplo, si es para ca, ce y ce directa o inversa. Sin embargo, este último número ha dejado de ser confiable debido a los tipos de electrodos que se emplean en la actualidad.
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Electrodos
Un electrodo E7024, por ejemplo, tendría las siguientes características: E • electrodo para soldadura por arco 70 • multiplicado por 1 000 es igual una resistencia a la tracción de 70 000 psi 2 • posición plana (horizontal o hacia abaja) 4 • ca y ce (directa o inversa) Por tanto, un electrodo E7024 es para soldadura con arco. Tiene una resistencia a la tracción de 70 000 psi y so lo se debe usar en posición horizontal, hacia abajo o ambas. Se puede usar con ca y ce. Cuando se usa con ce, se puede emplear con polaridad directa o inversa, aunque algunos fabricantes recomiendan sólo polaridad inversa cuando se trabaja con cc
Ultimo digito Tipo de energia
0 A
1
2
3
4
CA CD
CA
CA
CA
Pol. Inv
CD
CD
CD
5 CD Pol. Inv
6
7
CA
CA
CA
CD
CD
CD
Pol. Inv Tipo de escoria
B
Orga
Rutilo
Rutilo
Rutilo
nico
8
Pol. Inv
Bajo
Bajo
mineral
Bajo
Hidro
Hidro
Hidro
geno
geno
geno
Penetrac ion
C
prof
regular
Ligero
Ligero
regular
regular
regular
regular
Tipo de arco
Exca
Exca
regular
blando
blando
regular
regular
blando
regular
vador
vador
Polvo
0 -10%
no
0 -10%
0 -10%
30c-50
no
no
50 %
30-50
de hierro
%
%
En reves.
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Soldadura por Arco Elécctrico
TAMAÑO O Y AMPER RAJE La med dida del elecctrodo que se s debe utillizar depend de de diversos factures: 1.el espe esor del me etal 2.prepara ación de los bordes o filos de la unión 3. la possición de la unión (plan na, vertical,, sobre la cabeza) c 4.la periccia del sold dador En la figu ura 13-6 se e ilustra la forma f como o se determ mina el tamaño del d electrod do. El ampe eraje que se e utilice de ependerá de: d 1.tamaño o del electro odo seleccionado 2.el tipo de recubrim miento del electrodo e 3.la fuente de poten ncia (CA, CCPI, C CCPD D) Además podemos utilizar u la siguiente fórrmula para obtener un n amperaje e aproximad do, siempre y cuando, podrá varia ar, por algu unos de los factores anteriormen nte citados. Recuerde, solo es una aproxximación, pero p es muy y útil. Formula: (diámetro o del electro odo menos 1) por 50 Entonces: (Ø – 1) x 50 = amperaje aproxximado. Debemo os recordar que esta fó órmula se trrabajo solo en milímettros, y si tenemos un diámetro d de electrrodo en pullgadas, deb bemos convertirlos en n mm, multiiplicando la a fracción de d la pulgada por 25,4 y así obtend dremos los mm para el e cálculo.
ENVASE ES PARA LOS L ELECT TRODOS En el en nvase del fa abricante se s mencionan los amp perajes mín nimo y máximo que se de eben usar con un ele ectrodo (Fiig. 13-7). Con C el empleo de d esta información, se e debe grad duar la máq quina en un n punto intermed dio entre los dos am mperajes. Forme F el arco, a escucche el sonido y observe el charco de metal fundido. Hay cie ertas señale es que le indicarán si debe e aumentar o disminuirr el amperajje. Cuando se tiene el correcto, se oye un ruido esttable de ch hisporroteo y el charcco está en calma. c Cua ando se su uelda en po osiciones incómodas (vertical o sobre la cabeza), se e acostumb bra reducir el amperaje e entre 10% % y 15%. ELECTRODOS CO ON HIERR RO EN POLV VO Muchoss electrodoss contienen n hierro en polvo en el e recubrim miento. La cantidad c de éste que se s agrega al a recubrim miento pued de variar desde d cantidades muy y pequeñas hasta 50 0%. Cuando o se suelda con c corriente e alterna y electrodoss comunes, existe el pro oblema de la a estabilid dad del arcco. Con una a máquina de ciclo de e trabajo de e 60% y la inversión de e la corrientte alterna, se s intenta cortar el arco 120 vece es por segun ndo. Esto ha ace que se extinga el arco o que se pegue e el electrodo o, pero se elimina con n la adición de hierro e en polvo. Prof. Rodolffo Zúñiga R Mecánica Geeneral X año 6
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La adicción del hierrro en polvo tiene mucha as otras ven ntajas. La prrimera es la fácil elimina ación de la escoria.. En mucho os casos, la a escoria fo orma un rizo o y se sepa ara de la ssoldadura (F Fig. 13-8). Aunque e la escoria no forme el rizo, se pue ede elimina ar con muy poco esfuerzo. La seg gunda venta aja es la velo ocidad. Obsserve la dife erencia entre e la figura 1 13-9 y la figu ura 13-10. La solda adura de la figura 13-9 se hizo con n un electrod do E41012 (E60I2); ( en cambio, la soldadura de la fig gura 13-10 se s hizo con un electrodo o con hierro o en polvo. Con C él se tra abajó 30% más m rápido y el asp pecto de la soldadura s fu ue mejor. Observve la diferencia en los re ecubrimientos que se muestra m en la l figura 13--11.
Ambos electrodos son de la misma med dida, pero el e de la derrecha tiene hierro en polvo p y un recubrim miento much ho más gru ueso. Debid do a la proffunda taza o concavid dad que se forma en el e extremo del electrod do, se pued de trabajar con un amp peraje much ho mayor qu ue con los electrodos e sin hierro en n polvo. En la figura f 13-12 2 se muestrra la excele ente ductilid dad de esto os electrodo os. Se corrrió un cord dón sobre una pieza de metal y despuéss se dobló ésta é a la fo orma ilustra ada. Otra ve entaja de lo os electrodo os con hierrro en polvo o es la facilidad con qu ue se puede en usa ar. Pero, debido al ma ayor amperaje, mayo or velocidad y charco má ás gra ande que producen, p s se pue eden experimenta e ar cierta dificultad d para segu uir form mas curvas, como la ilu ustrada en la figura 13--13. La as soldadurras hechass con electrrodos con hierro en polvo tienden a dejar lige eramente có óncava la ca ara, como se ilustra a en la figura a 13-14. Pero, como pu uede verse, siempre hay fusión com mpleta en la a raíz de la unión. Lo os electrodo os con hierrro en polvo se suelen utilizar con ca, debida al alto amp peraje que requieren. Producen n un arco más m suave que los electtrodos sin hierro en polvo. ELECT TRODOS DE D BAJO HIDRÓGENO O Otro ele ectrodo que e se ha hech ho popular en e la industrria es el de bajo b hidróge eno.(La pres sencia del hidrógen no en el me etal fundido o aumenta la tendencia a a que se formen porrosidades Durante D la solidifica ación del me etal de la so oldadura. También aum menta las posibilidades p s de roturas s o grietas debajo del d cordón. Por lo tanto, el recub brimiento de e bajo hidró ógeno se h hace para tenor t bajo contenid do de humed dad, lo cuall impide la introducción n del hidroge eno del elecctrodo a la soldadura Es poco todo lo que se dice de la l importanccia de mante ener seco este e tipo de e electrodo. En E muchos Prof. Rodolffo Zúñiga R Mecánica Geeneral X año 7
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trabajos grandes de e soldadura a, hay que conservarlo c os en estufa as calientes hasta el momento que se van v a usar. Estos electrodos se utilizan pa ara trabajoss de alta ca alidad o pa ara soldar aleacion nes de aceros. La técnica para el uso de lo os electrodo os de bajo hidrógeno, h aunque no o es difícil, difiere en algunoss aspectos de la utilizzada con otros electrod dos. Por ello, son convenientes algunass sugerenccias práctiicas para su uso. Ángulo o del electrrodo. El áng gulo es similar al utiliza ado con otro os electrodos. Pero, sii se varía mucho m el ángulo, á pue ede ocasionar arco in nestable, accabado defficiente y porosidad. Longitu ud del arco o. Si el arco o se mantie ene muy corrto, como se e indica en la figura 13-15, será esttable y habrrá protecció ón completa a. Un arco largo occasionará porosidad. p Nota; Pa ara los electtrodos con id dentificación de CSA, las letras CH señalan h hidrógeno controlad do. Movimie ento de costura. c El movimien nto de oscilació ón debe se er lo más pequeño que q se pueda. Son S preferiibles los co ordones se encillos para mantener un arco corto. Se deben n evitar las costu uras anchass (Fig. 13-1 16).
La ventaja principa al de los ele ectrodos de e bajo a calidad de e la soldadu ura; pero, si no se observan unass cuantas hidrógeno es la alta ndrá porosid dad. Las sig guientes de eficiencias n no necesariiamente precaucciones senccillas, se ten ocasion nan soldadu uras porosa as, pero dessde luego aumentarán a n la posibili dad de porosidades. 1. Los ellectrodos húmedos occasionarán porosidad al a comienzo o de la solda adura, aunqu ue desap parecerá cua ando se han n consumido o alrededorr de 25 mm (1 in) del electrodo. 2. Un arcco largo o la a escoria attrapada oca asionarán porosidad. 3. Si el amperaje a ess muy bajo, el arco no o calentará el metal. La a soldadura se endurecerá con demassiada rapide ez y atraparrá gases de entro de ella a. 4. Si se suelda s un metal m que tiene una ca apa gruesa de costra o herrumbre, se ocasion nará porosiidad. La porrosidad quizzá no se apre ecie en los primeros p corrdones, pero o aparecerá á en capas múltip ples. 5. Si se usa u un electtrodo muy grande g con hierro h en po olvo, se pue ede ocasion nar porosida ad en las soldad duras de file ete. El recub brimiento grrueso tocará á los lados de d la unión T y evitará que se pueda a mantener un arco corrto. Una pasada por la a raíz con un n electrodo más peque eño elimin nará la poro osidad y permitirá buena penetrac ción. 6. La polaridad inco orrecta puede dar orige en a porosidad en la soldadura. S Se recomien nda ce con polarid dad inversa.. Prof. Rodolffo Zúñiga R Mecánica Geeneral X año 8
