M.E.P. Daniel Arias – Cristian Cuppi

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SOLDADURA - DESCRIPCION HISTORICAEl término soldadura lo podemos definir como la unión mecánica mente resistente de dos omás piezas metálicas diferentes. La primera manifestación de ello, aunque poco tiene que vercon los sistemas modernos, se remonta a los comienzos de la fabricación de armas. Lostrozos de hierro por unir eran calentados hasta alcanzar un estado plástico, para ser asífácilmente deformados por la acción de golpes sucesivos. Mediante un continuo golpeteo sehacía penetrar parte de una pieza dentro de la otra. Luego de repetitivas operaciones decalentamiento, seguidos de un martilleo intenso, se lograba una unión satisfactoria. Estemétodo, denominado “caldeado”, se continuó utilizando hasta no hace mucho tiempo,limitando su uso a piezas de acero forjable, de diseño sencillo y de tamaño reducido.El calor necesario para unir dos piezas metálicas puede obtenerse a través de distintosmedios. Podemos definir dos grandes grupos. Los sistemas de calentamiento por combustióncon oxígeno de diversos gases (denominados soldadura por gas), y los de calentamientomediante energía eléctrica (por inducción, arco, punto, etc.).Las uniones logradas a través de una soldadura de cualquier tipo, se ejecutan mediante elempleo de una fuente de calor (una llama, un sistema de inducción, un arco eléctrico, etc.).Para rellenar las uniones entre las piezas o partes a soldar, se utilizan varillas de relleno,denominadas material de aporte o electrodos, realizadas con diferentes aleaciones, en funciónde los metales a unir. En la soldadura, las dos o más piezas metálicas son calentadas juntocon el material de aporte a una temperatura correcta, entonces fluyen y se fundenconjuntamente. Cuando se enfrían, forman una unión permanente. La soldadura así obtenida,resulta tan o más fuerte que el material original de las piezas, siempre y cuando la misma estérealizada correctamente.

SEGURIDAD EN SOLDADURA AL ARCOCuando se realiza una soldadura al arco durante la cual ciertas partes conductoras de energíaeléctrica están al descubierto, el soldador tiene que observar con especial cuidado las reglasde seguridad, a fin de contar con la máxima protección personal y también proteger a las otraspersonas que trabajan a su alrededor.En la mayor parte de los casos, la seguridad es una cuestión de sentido común. Los accidentespueden evitarse si se cumplen las siguientes reglas:

ELEMENTOS DE PROTECCION PERSONAL (EPP)Siempre utilice todo el equipo de protección necesario para el tipo de soldadura a realizar. Elequipo consiste en:

1. Máscara de soldar, protege los ojos, la cara, el cuello ydebe estar provista de filtros inactínicos de acuerdo alproceso e intensidades de corriente empleadas.

2. Guantes de cuero, tipo mosquetero con costura interna,para proteger las manos y muñecas.

3. Coleto o delantal de cuero, para protegerse de sal-picaduras y exposición a rayos ultravioletas del arco.

4. Polainas y casaca de cuero, cuando es necesario hacersoldadura en posiciones verticales y sobre cabeza, debenusarse estos aditamentos, para evitar las severasquemaduras que puedan ocasionar las salpicaduras delmetal fundido.

5. Zapatos de seguridad, que cubran los tobillos para evitarel atrape de salpicaduras.

6. Gorro, protege el cabello y el cuero cabelludo,especialmente cuando se hace soldadura en posiciones.

IMPORTANTE: Se debe evitar tener en los bolsillos todo material inflamable como fósforos,

Encendedores, papel celofán, etc. - TALLER DE SOLDADURA EPET N° 8 - Página 2

No usar ropa de material sintético, usar ropa de algodón y calzado apropiado

Protección de la vistaLa protección de la vista es un asunto tan importante que merece consideración aparte. El arcoeléctrico que se utiliza como fuente calórica y cuya temperatura alcanza sobre los 4.000° C,desprende radiaciones visibles y no visibles. Dentro de estas últimas, tenemos aquellas deefecto más nocivo como son los rayos ultravioletas e infrarrojos.El tipo de quemadura que el arco produce en los ojos no es permanente, aunque sí esextremadamente dolorosa. Su efecto es como “tener arena caliente en los ojos”. Para evitarla,debe utilizarse un lente protector (vidrio inactínico) que ajuste bien y, delante de éste, para suprotección, siempre hay que mantener una cubierta de vidrio transparente, la que debe sersustituida inmediatamente en caso de deteriorarse.

Influencia de los rayos sobre el ojo humano:

A fin de asegurar una completa protección, el lente protector debe poseer la densidadadecuada al proceso e intensidad de corriente utilizada. La siguiente tabla le ayudará aseleccionar el lente adecuado:Escala de lentes a usar (en grados), de acuerdo al proceso de soldadura y torchado (arco-aire)

Nota: las áreas marcadas corresponden a los rangos en donde la operación de soldadura no es normalmente usada.

Seguridad al usar una máquina soldadoraAntes de usar la máquina de soldar al arco debe guardarse ciertas precauciones, conocer suoperación y manejo, como también los accesorios y herramientas adecuadas.Para ejecutar el trabajo con facilidad y seguridad, debe observarse ciertas reglas muy simples:

MAQUINA SOLDADORA (Fuente de Poder)Circuitos con Corriente:En la mayoría de los talleres el voltaje usado es 220 ó 380 volts. El operador debe tener encuenta el hecho que estos son voltajes altos, capaces de inferir graves lesiones. Por ello es

- TALLER DE SOLDADURA EPET N° 8 - Página 3

muy importante que ningún trabajo se haga en los cables, interruptores, controles, etc., antesde haber comprobado que la máquina ha sido desconectada de la energía, abriendo elinterruptor para desenergizar el circuito. Cualquier inspección en la máquina debe ser hechacuando el circuito ha sido desenergizado.

Línea a Tierra:Todo circuito eléctrico debe tener una línea a tierra para evitar que la posible formación decorrientes parásitas produzca un choque eléctrico al operador, cuando éste, por ejemplo, lleguea poner una mano en la carcaza de la máquina. Nunca opere una máquina que no tenga sulínea a tierra.

Cambio de Polaridad:El cambio de polaridad se realiza para cambiar el polo del electrodo de positivo (polaridadinvertida) a negativo (polaridad directa). No cambie el selector de polaridad si la máquina estáoperando, ya que al hacerlo saltará el arco eléctrico en los contactos del interruptor,destruyéndolos. Si su máquina soldadora no tiene selector de polaridad, cambie los terminalescuidando que ésta no esté energizada.

Cambio del Rango de Amperaje:En las máquinas que tienen 2 o más escalas de amperaje no es recomendable efectuarcambios de rango cuando se está soldando, esto puede producir daños en las tarjetas decontrol, u otros componentes tales como tiristores, diodos, transistores, etc.En máquinas tipo clavijeros no se debe cambiar el amperaje cuando el equipo está soldando yaque se producen serios daños en los contactos eléctricos, causados por la aparición de un arcoeléctrico al interrumpir la corriente.No es aconsejable regular el amperaje soldando, puesto que se puede dañar el mecanismoque mueve el Shunt.


Circuito de Soldadura:Cuando no está en uso el porta electrodos, nunca debe ser dejado encima de la mesa o encontacto con cualquier otro objeto que tenga una línea directa a la superficie donde se suelda.El peligro en este caso es que el portaelectrodo, en contacto con el circuito a tierra, provoqueen el transformador del equipo un corto circuito.La soldadura no es una operación riesgosa si se respetan las medidas preventivas adecuadas.Esto requiere un conocimiento de las posibilidades de daño que pueden ocurrir en lasoperaciones de soldar y una precaución habitual de seguridad por el operador.

SEGURIDAD EN OPERACIONES DE SOLDADURAExisten Determinadas condiciones ambientales y de espacio que deben ser consideradas:Riesgos de Incendio:Nunca se debe soldar en la proximidad de líquidos inflamables, gases, vapores, metales enpolvo o polvos combustibles.Cuando el área de soldadura contiene gases, vapores o polvos, es necesario mantenerperfectamente aireado y ventilado el lugar mientras se suelda.Nunca soldar en cercanía de materiales inflamables o de combustibles no protegidos.

Ventilación:Soldar en áreas confinadas sin la ventilación adecuada puede considerarse una operación deriesgo, porque al consumirse el oxígeno disponible, y a su vez con el calor de la soldadura y elhumo provocado por el proceso, el operador queda expuesto a severas molestias yenfermedades.


Humedad:La humedad entre el cuerpo y algo electrificado forma una línea a tierra que puede conducircorriente al cuerpo del operador y producir un choque eléctrico.El operador nunca debe estar en un pozo o sobre suelo húmedo cuando suelda, como tampocotrabajar en un lugares húmedos.Deberá conservar sus manos, vestimenta y lugar de trabajo continuamente secos.

Seguridad en Soldadura de Tanques o Tambores:Soldar recipientes que hayan contenido líquidos o materiales inflamables o combustibles esuna operación de soldadura extremadamente peligrosa. A continuación se detallan recomendaciones que deben ser observadas en este tipo de trabajo:

Preparar el estanque para su lavado: la limpieza de recipientes que hayan contenidocombustibles debe ser efectuada sólo por personal experimentado y bajo directasupervisión.

No debe emplearse hidrocarburos clorados (tales como tricloroetileno y tetracloruro decarbono), debido a que se descomponen por calor o radiación de la soldadura, paraformar fosfógeno, gas altamente venenoso.

La elección del método de limpieza depende generalmente de la sustancia contenida.Existen tres métodos: agua, solución química caliente y vapor. El proceso consiste enllenar el recipiente a soldar con alguno de éstos fluidos, de tal forma que los gasesinflamables sean desplazados desde el interior hacia el exterior


Carteles de Seguridad:A continuación vemos algunos de los carteles mas comúnmente visto en talleres de soldadura:

COMENZANDO A SOLDAR (PROCESO SMAW)Antes de iniciar el arco eléctrico, Ud. debe conocer que sucederá en la punta del electrodo. Segenerará una temperatura en el orden de los 4.000 °C entre el electrodo y la pieza a soldar. El“flux” o fundente del revestimiento se calentará transformándose en sales fundidas y en vapor.Estas protegerán al metal fundido de la acción de la atmósfera. De allí el nombre de SMAW(Shielded Metal Arc Welding). El gas de protección generado evita la acción de los gases dela atmósfera sobre la soldadura, los que habitualmente causarían incorporación de hidrógenoy porosidad entre otros defectos. Una vez que el metal fundido se solidificó, la escoria tambiénlo hará formando una capa por encima de la soldadura. Esta se podrá retirar con la ayuda deun pequeño martillo con sus terminaciones en punta llamado piqueta.


La soldadura con arco protegido (SMAW) es un tipo de soldadura de uso muy común. Si bienno resulta difícil de ejecutar, requiere de mucha paciencia y práctica para poder adquirir lapericia necesaria. En una gran parte, los resultados obtenidos dependerán de la habilidad delsoldador para controlar y llevar a cabo el proceso de soldadura. La calidad de una soldadura,además, dependerá de los conocimientos que este posea. La pericia solo se obtiene con lapráctica.Hay seis factores importantes a tener en cuenta. Los dos primeros están relacionados con laposición y la protección del operario, y los cuatro restantes con el proceso de soldadura en sí.Los mismos son:

1. Posición correcta para ejecutar la soldadura.2. Protección facial (se debe usar careta de soldador).3. Longitud del arco eléctrico.4. Angulo del electrodo respecto a la pieza.5. Velocidad de avance.6. Corriente eléctrica aplicada (amperaje).

1 - Posición correcta:Cuando se menciona que el soldador está en la posición correcta, nos referimos a que sedeberá estar en una posición estable y cómoda, preferentemente de pie y con libertad demovimientos.La metodología indica que los pasos correctos a seguir para lograr una posición cómoda, amanera de práctica son los detallados a continuación:

Colocar el electrodo en el portaelectrodo. Tomar el mango portaelectrodo con la mano hábil en una posición cómoda. Obtener un punto de apoyo para tener buena estabilidad. Alinear el electrodo con el metal a soldar. Comenzar a realizar el cordón de soldadura.

Posición del soldador en el banco de trabajo


2 - Protección facial: Cuando se menciona que el soldador deberá tener protección facial, nos referimos al uso decareta de soldador ya sea pasiva o fotosensible. La misma deberá cubrir perfectamente la caray los ojos. Existen infinidad de modelos, sin embargo, para poder disponer de las dos manosen el proceso de soldadura, resultan ideales las caretas abisagradas, las que pueden colocarseen su posición baja con un ligero cabeceo, lo que permite no alterar la posición del electrodoante la pieza, previo al inicio de la soldadura.3 - Longitud del arco eléctrico: es la distancia entre la punta del electrodo y la pieza de metal a soldar. Se deberá manteneruna distancia correcta y lo más constante posible, ya que a medida que vamos realizamos unasoldadura el electrodo se vá consumiendo4 - Ángulo del electrodo respecto a la pieza:El electrodo se deberá mantener en un ángulo determinado respecto al plano de la soldadura.Este ángulo quedará definido según el tipo de costura a realizar, por las características delelectrodo y por el tipo de material a soldar.5 - Velocidad de avance: Para obtener un cordón parejo, se deberá procurar una velocidad de avance constante ycorrecta. Si la velocidad es excesiva, la costura quedará muy débil, y si es muy lenta, secargará demasiado material de aporte.6 - Corriente eléctrica: Este factor es un indicador directo de la temperatura que se producirá en el arco eléctrico. Amayor corriente, mayor temperatura. Si no es aplicada la corriente apropiada, se trabajará fuerade temperatura. Si no se alcanza la temperatura ideal (por debajo), el aspecto del cordónpuede ser bueno pero con falta de penetración. En cambio, si se trabaja con una corrientedemasiado elevada, provocará una temperatura superior a la óptima de trabajo, produciendoun cordón deficiente con porosidad, grietas y salpicaduras de metal fundido.Para formar el arco eléctrico entre la punta del electrodo y la pieza se utiliza el método degolpeado es, como lo indica su denominación, dar golpes suaves con la punta del electrodosobre la pieza en sentido vertical, formando el arco cuando al bajar el electrodo contra lapieza, se produzca un destello lumínico. Una vez conseguido el arco, deberá alejarse elelectrodo de la pieza unos 6 mm para así poder mantenerlo. Luego disminuir la distancia a 3mm (distancia correcta para soldar) y realizar la soldadura. Si el electrodo no se aleja losuficiente, se fundirá con la pieza, quedando pegado a ella.Ahora explicaremos como realizar cordones, ya que resultan básicas e imprescindibles en la mayor parte de las operaciones de soldadura. Los pasos a seguir son los siguientes:

Colocarse la ropa adecuada y el equipo de protección personal (EPP) Ubicar firmemente las piezas a soldar en la posición correcta. Tener a mano varios electrodos para soldar. Colocar uno en el portaelectrodo. Regular el amperaje correcto en el equipo de soldadura y encenderlo. Ubicarse en la posición de soldadura correcta e inicie el arco. Mover el electrodo en una dirección manteniendo el ángulo y la distancia a la pieza. Se notará que conforme avance la soldadura, el electrodo se irá consumiendo,

acortándose su longitud. Para compensarlo, se deberá ir bajando en forma paulatinala mano que sostenga el portaelectrodo, manteniendo la distancia a la pieza.

Tratar de mantener una velocidad de traslación uniforme. Si se avanza muy rápido,se tendrá una soldadura estrecha. Si se avanza muy lento, se depositará demasiadomaterial.

Resulta imprescindible realizar la máxima práctica posible sobre las técnicas de costuras ocordones. Una forma de autoevaluar si se consiguió tener un dominio del sistema desoldadura es realizar cordones paralelos en piezas de práctica. Si se logran costuras rectasque conserven el paralelismo sin realizar trazados previos, se puede decir que ya se haconseguido un avance apreciable sobre este tema.Existen varios tipos de oscilaciones laterales. Cualquiera sea el movimiento elegido oaplicado, deberá ser uniforme para conseguir con ello una cordón cerrado, y así facilitar eldesprendimiento de la escoria una vez finalizada la soldadura. A continuación se detallan loscuatro movimientos clásicos, cada soldador elegirá el que le resulte más cómodo para


trabajar.

Movimientos del electrodo para realizar un cordón de soldadura

POSICIONES EN SOLDADURADesignación de acuerdo con ANSI/AWS A 3.0-85.

Plano Horizontal Vertical Sobrecabeza

Uniones de Filete

Uniones Biseladas

ESQUEMAS BASICOS

Tipos de Unión

Tipos de Soldadura


Variaciones de Bisel

ELECTRODOS

Los electrodos están clasificados en base a las propiedades mecánicas del tipo de metal queconformará la soldadura (denominado como núcleo de alambre), del tipo de cobertura orevestimiento que posea, de la posición en que el mismo deba ser utilizado y del tipo decorriente que se le aplicará al mismo. Las especificaciones requieren que el diámetro delnúcleo de alambre no deberá variar en más de 0,05 mm de su diámetro, y el recubrimientodeberá ser concéntrico con el diámetro del alambre central.

Durante años, el sistema de identificación fue utilizar puntos de colores cerca de la zona decontacto a la pinza portaelectrodo (zona sin recubrimiento). En la actualidad, algunasespecificaciones requierende un número clasificatorio o código, el que se imprime sobre elrevestimiento la cobertura, cerca del final del electrodo.


Electrodos con identificación de colores y códigos impresos

Función del revestimiento del electrodoEl revestimiento del electrodo, que determina las características mecánicas y químicas de launión, está constituido por un conjunto de componentes minerales y orgánicos que cumplen lassiguientes funciones:

1. Producir gases protectores para evitar la contaminación atmosférica y gasesionizantes para dirigir y mantener el arco.

2. Producir escoria para proteger el metal ya depositado hasta su solidificación.3. Suministrar materiales desoxidantes, elementos de aleación e hierro en polvo.

Para la soldadura de los aceros, los electrodos se clasifican atendiendo al tipo de revestimientoque incorporan. Así se tiene la siguiente clasificación típica:

Electrodos Celulósicos; Electrodos de Rutilo; Electrodos Básicos;

A continuación se ven ciertas características de los electrodos en lo que se refiere a tipo de escoria generada, metal depositado, tipo de arco eléctrico, características mecánicas del cordón resultante, y sobre aplicaciones y precauciones a tener en cuenta para cada tipo.

Electrodos Celulósicos: Tipo de escoria: este tipo de electrodos genera una escoria poco voluminosa y

de fácil eliminación; Metal depositado: el cordón depositado va a contener gran cantidad de

hidrógeno ocluido Arco eléctrico: posee una gran penetración y abundantes pérdidas por

salpicaduras; Aplicaciones y precauciones: este tipo de electrodos se utilizan principalmente

para soldadura de tuberías, siendo su uso generalizado en soldaduras de oleoductos. Es adecuado su uso para ejecutar soldaduras en posición y producen una gran cantidad de humos.

Electrodos de Rutilo:

Tipo de escoria: genera una escoria con una viscosidad adecuada que se elimina con facilidad. Su aspecto es globular;

Metal depositado: el cordón va a presentar un nivel de impurezas intermedios entre ácidos y básicos. No obstante, el contenido de hidrógeno con este tipo de electrodo puede llegar a fragilizar la unión;

Aplicaciones y precauciones: este tipo de electrodos encuentra su aplicación principalmente en la soldadura de aceros. Su consumo actual se estima en un 55%. Tiene un uso generalizado en calderería, construcción naval, estructuras metálicas, etc. Es adecuado para la ejecución de soldaduras en posición.


Electrodos Básicos Tipo de escoria: genera una escoria densa, pero poco abundante que sube a la

superficie del cordón con rapidez. De color pardo y brillante, se elimina de una forma aceptable;

Metal depositado: el cordón se presenta casi exento de impurezas y libre de hidrógeno;

Arco eléctrico: para este tipo de electrodo se puede utilizar tanto con corriente alterna (CA) como continua (CC) en polaridad inversa;

Aplicaciones y precauciones: este tipo de electrodos están recomendado para la soldadura de aceros. Su uso está generalizado en calderería, construcción naval, estructuras metálicas, maquinaria, etc.

Selección del electrodo adecuadoPara escoger el electrodo adecuado es necesario analizar las condiciones de trabajo enparticular y luego determinar el tipo y diámetro de electrodo que más se adapte a estascondiciones.Este análisis es relativamente simple, si el soldador se habitúa a considerar los siguientesfactores:

1. Naturaleza del metal base.2. Dimensiones de la sección a soldar.3. Tipo de corriente que entrega su máquina soldadora.4. En qué posición o posiciones se soldará.5. Tipo de unión, espesores y facilidad de fijación de la pieza.6. La posición en que se encuentra la superficie a soldar (plana, vertical, horizontal,

sobre cabeza)7. Si el depósito debe poseer alguna característica especial, tales como: resistencia

a la corrosión, a la tracción, ductilidad, etc.8. Si la soldadura debe cumplir condiciones de alguna norma o especificaciones

especiales.

Después de considerar cuidadosamente los factores antes indicados, el usuario no debe tenerdificultad en elegir un electrodo, el cual le dará un arco estable, depósito parejos, escoria fácilde remover y un mínimo de salpicaduras, que son las condiciones esenciales para obtener untrabajo óptimo.

Almacenamiento de electrodosTodos los recubrimientos de los electrodos contienen humedad, algunos tipos como loscelulósicos requieren un contenido mínimo para trabajar correctamente (4%), en otros casos,como en los de bajo hidrógeno, se requieren niveles bajísimos de humedad; 0.4% Este tema esde particular importancia cuando se trata de soldar aceros de baja aleación y alta resistencia,aceros templados y revenidos o aceros al carbono-manganeso en espesores gruesos.La humedad del revestimiento aumenta el contenido de hidrógeno en el metal de soldadura yde la zona afectada térmicamente (ZAT). Este fenómeno puede originar fisuras en aceros quepresentan una estructura frágil en la ZAT, como los mencionados anteriormente. Para evitarque esto ocurra se debe emplear electrodos que aporten la mínima cantidad de hidrógeno, yademás un procedimiento de soldadura adecuado para el material base y tipo de unión(precalentamiento y/o post-calentamiento según sea el caso).De todo lo anterior se puede deducir fácilmente la importancia que tiene el buenalmacenamiento de los electrodos. De ello depende que los porcentajes de humedad semantengan dentro de los límites requeridos y así el electrodo conserve las característicasnecesarias para producir soldaduras sanas y libres de defectos.


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