Kitabı oku: «Soldadura MAG de estructuras de acero al carbono. FMEC0210»

Capítulo 1

Técnicas operativas de soldeo MAG de perfiles normalizados de acero al carbono

1. Introducción

En el estudio de la soldadura MAG para la fijación de barras de acero con el objeto de fabricar una estructura, se abordarán las técnicas y medios necesarios para el proceso de soldeo de perfiles normalizados. Se comenzará con el estudio de los perfiles normalizados existentes atendiendo a su tipología y características. Se conocerán las técnicas y normas para el punteado, así como las formas de las juntas y su preparación para la unión soldada.

A lo largo del capítulo, también se estudiarán los procesos de instalación y mantenimiento de un equipo de soldeo MAG y los útiles de sujeción. Se aprenderá a seleccionar la forma de transferencia y a regular los principales parámetros en la soldadura MAG de perfiles, como la polaridad, la tensión de arco, la intensidad de la corriente, el diámetro y la velocidad de alimentación del hilo o el caudal de gas.

Además, se abordarán parámetros que deberá regular manualmente el operario que realizará la soldadura, tales como: la velocidad de avance de la pistola, la distancia que se debe dejar entre la boquilla y la pieza a soldar, el sentido de avance y la aportación de material, la inclinación y la posición de la pistola de soldeo.

Finalmente, se verá cómo se debe efectuar la distribución de los diferentes cordones de soldadura, los tratamientos anteriores y posteriores al soldeo y la aplicación práctica del soldeo de perfiles de acero al carbono.

2. Tipos y características de los perfiles normalizados

Un perfil de acero no es más que una barra de gran longitud que en su sección transversal presenta una geometría característica que le permite soportar unos esfuerzos con la mínima cantidad de material posible. Los perfiles de acero al carbono pueden emplearse para trabajos estructurales de compresión, sin embargo el mayor uso de estos perfiles se da en aquellos casos en los que se quiere que el perfil se encuentre sometido a esfuerzos de tracción o flexión.

El uso de perfiles de acero en la fabricación de una estructura presenta la ventaja de realizar construcciones en un menor tiempo del requerido para una estructura similar ejecutada en hormigón. En cambio, los costos de las estructuras de acero suelen ser más elevados. También se pueden emplear perfiles de acero en aquellos casos en los que se quieran salvar grandes luces en una construcción, ya que una viga de acero de gran longitud que ha de soportar un determinado esfuerzo requiere mucho menos material que una viga de hormigón, en la que en algunos casos el propio peso de la viga de hormigón puede hacer su construcción inviable. Además, la construcción en celosía mediante perfiles de acero permite construcciones de estructuras con pilares muy alejados, dejando una gran superficie libre.

Estructura de vigas de acero en celosía

Definición

Luz

En construcción recibe el nombre de luz la distancia que separa dos pilares consecutivos sobre la que descansan una o varias vigas que conectan dichos pilares.

En el mercado existe una gran variedad de perfiles metálicos, cada uno adecuado para soportar de forma óptima un determinado tipo de esfuerzo o condiciones de trabajo. Sin embargo, las medidas y geometrías de dichos perfiles se encuentran normalizadas, con el fin de estandarizar la producción, abaratar costes, establecer los límites de calidad, etc.

Perfil de acero normalizado

Actividades

1. Explicar brevemente para qué se emplean las estructuras en celosía. Buscar algunas imágenes de estructuras o vigas en celosía.

2.1. Tipos y características

Cada tipo de perfil metálico presenta unas características constructivas que lo hacen idóneo para soportar los esfuerzos de un determinado trabajo estructural.

Ejemplo

Los perfiles de acero laminados en “I” de tipo IPN o IPE permiten soportar grandes esfuerzos de flexión a lo largo de su eje longitudinal, con una cantidad mínima de material. En cambio, los perfiles redondos huecos permiten soportar grandes esfuerzos de torsión.

En cuanto a perfiles de acero al carbono, estos se pueden agrupar en:

1 Perfiles de acero laminado.

2 Perfiles de acero armado.

3 Perfiles de acero conformado.

Perfiles de acero laminado

Los perfiles de acero laminado se obtienen mediante la aplicación de presión de unos rodillos hasta conferirle al metal las dimensiones deseadas. Se pueden encontrar perfiles de acero laminado en frío o en caliente. Los perfiles laminados en frío presentan unas características mecánicas mejores que los laminados en caliente. Sin embargo, las presiones que es necesario aplicar para su obtención pueden ser excesivamente elevadas y, por tanto, su construcción es muy lenta, por lo que en esos casos se recurre a calentar el metal para que se vuelva más dúctil, lo que requiere la aplicación de presiones mucho menores. Además, al aplicar calor a los perfiles, se reducen las tensiones internas del perfil, que son consecuencia de los procesos de conformado; por el contrario, se consigue un material menos resistente que uno que no haya sido tratado con procesos de conformado sin calentamiento o en frío.

Los perfiles de acero laminado que se pueden encontrar en el mercado son:

1 Perfil IPN: su geometría en “I” o doble “T” lo hace muy práctico para su empleo en vigas cuyo esfuerzo principal es la flexión.

Perfil de acero normalizado

1 Perfil IPE: este perfil presenta una geometría similar al IPN con la diferencia de que la parte interior del ala es plana y paralela a su parte exterior, con lo que es un perfil ideal en aquellas vigas para realizar uniones mediante atornillado.

Perfiles IPE

1 Perfiles HEB, HEA y HEM: estos perfiles presentan una geometría muy similar a los perfiles IPE o IPN. Sin embargo, la longitud de sus alas es similar a la longitud del alma del perfil, con lo que son perfiles aptos para su empleo en pilares de estructuras, ya que son capaces de soportar esfuerzos de compresión.

1 Perfiles UPN: su geometría es en forma de “U”. Es un perfil idóneo para soportar esfuerzos cortantes o de torsión.

Perfil UPN

1 Perfiles L y LD: son perfiles con geometría en forma de “L”. Se emplean para soportar esfuerzos de tracción en los que pueden existir pequeños esfuerzos de torsión o cortantes. El perfil LD presenta uno de sus lados más largo que el otro.

1 Perfil T: su geometría es similar a una “T” y su empleo es para soportar pequeños esfuerzos de tracción y flexión.

Perfil tipo “T”

Importante

En un perfil metálico, la parte central se denomina alma y sus lados extremos reciben el nombre de alas.

Perfiles de acero armado

Se conocen por perfiles de acero armado a aquellos que se obtienen de la unión soldada de varias láminas de acero al carbono. Mediante esta técnica se puede obtener casi un número ilimitado de geometrías, espesores y dimensiones de los perfiles metálicos. La producción de perfiles de acero armado es más lenta y cara que los producidos mediante laminado.

Los perfiles obtenidos por soldadura presentan deformaciones térmicas en las zonas soldadas de pequeño espesor.

En ciertas ocasiones, es preciso recurrir a la soldadura de perfiles laminados para conseguir un nuevo perfil con propiedades mixtas que presentan los beneficios de cada uno de los perfiles soldados.

Perfil de grandes dimensiones obtenido mediante armado

Perfiles de acero conformados

Los perfiles de acero conformados se obtienen mediante el doblado de planchas o láminas de acero al carbono. El conformado se emplea generalmente para la obtención de perfiles de pequeños espesores y de geometría sencilla (perfiles tipo “C”, “U”, “Z” o “L”).

Perfil conformado tipo C

Los perfiles obtenidos por doblado en frío o conformado presentan unas buenas características mecánicas.

Actividades

2. Buscar varias imágenes de estructuras en las que se distinga el uso de varios de los perfiles anteriormente estudiados.

Se trata de un método de fabricación sencillo que propicia buenas propiedades de resistencia, pero a su vez está muy limitado en cuanto a las geometrías disponibles. Por ejemplo, no sería viable fabricar un perfil en H mediante este procedimiento.

Aplicación práctica

En la realización del proyecto de construcción de una nave se va a instalar una grúa independiente que permitirá el desplazamiento de grandes cargas dentro de la nave. La grúa ha de instalarse en unas vigas carril que permitan soportar todo el peso y los esfuerzos que puedan generarse durante su uso, además de permitir el desplazamiento de la misma a lo largo de su eje longitudinal. Tras analizar los cálculos resulta que no existen perfiles comerciales para el tamaño deseado de viga. Como jefe de proyecto, ¿qué solución o soluciones aportaría a dicho problema?

SOLUCIÓN

Dado que se trata de emplear una viga de unas dimensiones que no se encuentran en el mercado, se podría contactar con algún taller de calderería o de fabricación de acero, para que ejecutase una viga de perfil armado de las dimensiones deseadas.

Otra propuesta sería diseñar una viga carril en celosía que permitiese soportar los esfuerzos deseados.

Como ambos trabajos han de realizarse en un taller de fabricación de acero, pediría presupuestos para ambas soluciones y decidiría la mejor opción en función de los costes y los tiempos de producción.

3. Formas de las juntas

La forma que deben presentar los bordes de las piezas para su unión mediante soldadura recibe el nombre de junta.

Soldado de una junta

Las juntas de los materiales se acondicionan para que la soldadura se realice de la manera más conveniente y garantice la eficacia del método de soldado empleado. La forma de dichas juntas debe facilitar la fusión de los bordes y la raíz, cumpliendo así con el proceso de continuidad de la unión y propiciando que la unión soldada presente una resistencia equivalente al resto de la pieza.

3.1. Tipos de juntas

La elección de la junta que se va a emplear en la unión de dos piezas metálicas dependerá del tipo de proceso de soldadura que se realice, el espesor de la unión, la posición de la pistola de soldeo, los esfuerzos que deban soportar las piezas, el coste de la soldadura, etc.

Las distintas juntas se pueden clasificar en:

1 Junta a tope.

2 Junta a solape.

3 Junta paralela.

4 Junta en cruz.

5 Junta en T.

6 Junta oblicua.

7 Junta angular.

8 Junta múltiple.

Junta a tope

Para realizar una unión mediante soldadura a tope, se deben colocar las piezas a unir en el mismo plano, enfrentando sus bordes, que pueden estar preparados mediante un mecanizado previo. Este sistema puede emplearse tanto para soldaduras por calentamiento y presión, como soldaduras de fusión.

Junta a solape

En las soldaduras a solape las piezas se sitúan una sobre la otra, realizán-dose la unión mediante soldadura por presión o fusión. Esta clase de junta proporciona una gran resistencia y una mayor estanqueidad de las piezas a unir.

Junta paralela

La unión por junta paralela es muy similar a la unión por solape, ya que las piezas a unir se encuentran una sobre la otra. Sin embargo, en el caso de la unión por junta paralela, la soldadura se realiza en el borde lateral de ambas piezas.

Junta en cruz

La junta en cruz permite la unión de dos piezas que se encuentran en un mismo plano con una tercera pieza que se coloca en un plano distinto, normalmente perpendicular.

A la hora de realizar este tipo de soldadura, se debe prestar especial atención a las propiedades del perfil obtenido, en función de las propiedades proporcionadas por el fabricante, ya que se estarían usando en una posición para la cual no están diseñados.

Junta en T

La junta en T se emplea en la unión en ángulo recto de dos piezas donde el lateral de una de ellas apoya sobre la superficie plana de la otra. Esta clase de juntas es muy utilizada para nervios de refuerzo en estructuras metálicas o refuerzos prefabricados.

Junta oblicua

La unión de dos piezas metálicas mediante el soldeo de una junta oblicua permite la fijación de dos piezas formando un ángulo establecido entre los planos rectos de las piezas. Es un caso particular de la junta en T, donde las piezas no se unen formando un ángulo de 90º.

Junta angular

En la soldadura de perfiles metálicos es muy común la unión de superficies que se encuentran en planos totalmente distintos. Para este tipo de ocasiones se utiliza una junta angular, la cual suele ir acompañada de la preparación de una o ambas superficies mecanizando un chaflán que hará la función de alojar el metal fundido, con el objetivo de evitar derrame de material.

Definición

Chaflán

Mecanizado que consiste en devastar o cortar una de las aristas de una pieza para rebajar su altura. Este procedimiento se emplea en soldadura para que, mediante la unión de dos piezas achaflanadas, se constituya un hueco que sirva de depósito para el material de aporte.

Junta múltiple

Recibe el nombre de junta múltiple la unión de tres o más piezas por sus bordes en una junta común para todos, permitiendo la realización de cualquier ángulo entre las piezas.

Junta de tapón y ojal

La junta en tapón o en ojal requiere de un mecanizado previo de la pieza que consiste en el taladrado de una de las piezas a unir, para ser rellenado por el material de aporte de la soldadura. Este tipo de soldadura se ha utilizado tradicionalmente para la unión de grandes planchas metálicas que presenten un espesor considerable, el cual dificulta la soldadura por puntos robotizada.

Actividades

3. Realizar un esquema que recoja los tipos de juntas estudiados, ilustrándolo con imágenes.

3.2. Preparación de las uniones a soldar

Antes de proceder a la unión de piezas mediante soldadura, es conveniente realizar una serie de operaciones previas que facilitan el proceso de soldeo, así como mejorar las características de la soldadura, en cuanto a su resistencia, estanqueidad, etc. Este proceso de preparación está compuesto por distintas operaciones, las cuales pueden ir desde limpiar y descontaminar la zona a soldar hasta realizar un mecanizado para facilitar el proceso de soldadura.

El mecanizado de los bordes de las piezas metálicas es uno de los principales procesos para la preparación de la junta de soldadura. Generalmente consiste en un chaflán en las piezas que se van a unir. La geometría y espesor del chaflán dependerá del acabado y características que se quiera conseguir con el equipo de soldeo seleccionado.

A continuación, se pueden observar algunas de las geometrías más usuales en el achaflanado de piezas para la mejora del proceso de soldado:

1 Biselado: consiste en realizar una pequeña hendidura en el borde de una de las piezas, de forma que facilite la acumulación de material de aporte de la soldadura.

1 Chaflán en V: consiste en realizar un biselado opuesto en ambas piezas. Esta clase de juntas permite la unión de dos piezas enfrentadas sin que sobresalga excesivamente la soldadura, consiguiendo la continuidad de sus planos. El mecanizado se realiza de forma simétrica en las dos piezas a soldar.

1 Biselado doble: consiste en el mecanizado del borde de una de las piezas, en el que se realiza un doble bisel, por lo que la soldadura ha de realizarse en ambas caras de las piezas a enfrentar.

1 Chaflán en V doble: consiste en realizar un biselado doble a cada una de las piezas que se va a unir por enfrentamiento. El mecanismo se realiza de forma simétrica en las dos piezas soldar.

1 Chaflán en J: consiste en realizar un biselado curvo de uno de los bordes de una de las piezas que se van a unir.

1 Chaflán en U: en este caso se realiza un biselado curvo de cada uno de los bordes de las dos piezas que van a unirse. El mecanismo se realiza de forma simétrica en las dos piezas soldar.

1 Chaflán en J doble: consiste en aplicar un doble achaflanado curvo por ambas caras de uno de los bordes de la pieza.

1 Chaflán en U doble: consiste en realizar un chaflán en J doble para cada una de las piezas que se van a unir. El mecanismo se realiza de forma simétrica en las dos piezas soldar.

1 Rebordeado del canto: consiste en doblar el borde de la pieza para aumentar la superficie de unión de la soldadura.

1 Chaflán escarpado: el chaflán escarpado consiste en un mecanizado de geometría opuesta de los bordes de las piezas que se van a unir, de forma que el hueco en uno de los materiales es rellenado por el borde de la otra pieza.

Nota

En lugar de emplear chaflanes en V o V doble se emplean chaflanes en U o J, bien sean simples o dobles, ya que permiten el ahorro de material de aportación de la soldadura y reducen las deformaciones al emplearse una menor temperatura para el proceso de soldeo.

Aplicación práctica

Está trabajando en el taller y tiene que ejecutar una soldadura a tope de dos planchas de acero al carbono de pequeño espesor. Antes de proceder con la operación de soldado mediante un equipo MAG, debe practicar un mecanizado que facilite la unión. Explique qué tipo de junta va a realizar y exponga los motivos que le han llevado a decantarse.

SOLUCIÓN

Puesto que se va a realizar la unión de dos perfiles de acero al carbono de pequeño espesor, se practicarán chaflanes de tipo U o J en los bordes de las piezas descartando los chaflanes de tipo V o doble V, ya que con ello se conseguirá reducir el calor aportado a la unión, que en el caso de perfiles de pequeño espesor es aconsejable puesto que se reducen las deformaciones producidas por las altas temperaturas generadas por la soldadura. Por otra parte, optaré por una solución de tipo simple para reducir los tiempos y costes de mecanizado, es decir, practicaré chaflanes en ambas piezas, para aumentar la superficie de unión, pero en una de sus caras, con lo que también reduzco los tiempos de soldeo.

3.3. Técnicas y normas de punteado

Mediante el sistema MAG se pueden realizar soldaduras en forma de puntos discontinuos. Además, presenta la ventaja con respecto a la soldadura por puntos mediante resistencia de no requerir el acceso a las dos piezas a unir.

Como norma, se emplea la soldadura MAG por puntos para la fijación de piezas de acero de pequeños espesores (no superiores a 5 mm), aunque también se puede utilizar como operación previa a la soldadura de grandes piezas para mantenerlas unidas durante el proceso y evitar deformaciones.

Para realizar soldaduras por puntos con equipos MAG, es necesario disponer de los siguientes elementos adicionales al equipo de soldeo convencional:

1 Sistemas que controlen la velocidad de alimentación del alambre, de forma que asegure el rellenado del hueco con el metal de aporte.

2 Tobera con huecos que permitan al gas protector su salida cuando la boquilla sea presionada contra el material a soldar.

La técnica para realizar una soldadura en forma de punto con un equipo MAG consiste en situar la pistola ejerciendo presión sobre la pieza de menor espesor a unir, e iniciar el arco manteniendo inmóvil la boquilla hasta que el temporizador produce el corte de la corriente.

Para evitar perforaciones en las piezas a la hora de soldar chapas o perfiles de acero al carbono, se deben tener en cuenta los siguientes tiempos a los que se debe establecer el temporizador.

Actividades

4. Exponer brevemente qué diferencias existen entre una soldadura por puntos mediante un equipo MAG y un equipo de soldadura por resistencia. Para ello, buscar información e ilustraciones que faciliten la respuesta.

4. Instalación y mantenimiento básico del equipo de soldeo MAG

La soldadura MAG es un procedimiento en el que se produce un arco eléctrico entre el electrodo y la pieza a soldar, y el cual se desarrolla dentro de una envolvente de gas protector.

El equipo de soldeo MAG se compone de los siguientes elementos:

1 Generador.

2 Fuente de suministro de gas.

3 Unidad de alimentación de hilo.

4 Pistola.

5 Unidad de control.

6 Carrete de alambre o hilo.

7 Regulador del gas de protección.

8 Mangueras y cables.

9 Sistema de refrigeración (si el equipo dispone de dicho sistema).

Generador

El generador o fuente de alimentación produce corriente continua, que genera el arco eléctrico entre el electrodo y la pieza, necesaria para alcanzar la temperatura adecuada que permite fundir el hilo de aporte y establecer la unión de las piezas. Para ejecutar una soldadura de forma correcta con un equipo MAG se debe mantener una tensión y longitud de arco constantes, bien aportando hilo a la misma velocidad de fusión o bien fundiendo hilo a la misma velocidad de alimentación.

Definición

Hilo

Material metálico de aporte que a cierta temperatura se funde para realizar la unión mediante soldadura de dos piezas metálicas.

Se pueden distinguir dos clases de generadores:

1 Generadores de intensidad constante: estos generadores aportan su máxima tensión a circuito abierto y su intensidad máxima cuando el electrodo entra en contacto con la pieza. Para establecer los parámetros de trabajo seleccionados, ha de separarse el electrodo de la pieza.

2 Generadores de potencial constante: estos generadores mantienen constante el voltaje con independencia de la intensidad circulante. La ventaja de estos generadores reside en la aportación de una intensidad casi ilimitada para el fundido del electrodo, por lo que mantiene un arco de longitud constante y permite su autorregulación.

Generador de un equipo de soldadura MAG

El generador utilizado en un proceso de soldadura MAG siempre debe ser de corriente continua, ya que proporcionará un arco eléctrico constante. Utilizar un generador de corriente alterna conllevaría la obtención de una tensión variable, por lo que la longitud del arco eléctrico no sería estable, generando una soldadura MAG incorrecta.

Nota

El fenómeno del arco autorregulado consiste en crear un cortocircuito de tensión muy elevada al entrar en contacto el hilo de aporte con la pieza, generándose un arco instantáneo que produce la fusión del hilo de aporte. Una vez generado el arco manteniendo una intensidad necesaria se consigue la autorregulación que genera una longitud de arco constante.

Fuente de suministro de gas

El gas se mantiene comprimido en una botella que dispone de manorreductor que regula la salida de presión de este. Con un caudalímetro se establece el caudal necesario para la ejecución correcta de la soldadura. El conducto del gas está conectado con la unidad de control, donde una electroválvula accionada por el interruptor de la pistola permite el paso del gas protector durante el tiempo de soldeo. Las botellas de gas comprimido cuentan con sistemas de seguridad para evitar fugas e incluso la explosión del recipiente a presión en caso de exponerlo a altas temperaturas.

Botella de gas para soldadura MAG

Actividades

5. ¿Qué gases de protección se emplean en soldadura MAG? Realizar una búsqueda de los gases más habituales.

Unidad de alimentación de hilo

La unidad de alimentación de hilo o alambre consta de un sistema que permite abastecer de material de aporte a la soldadura. Del correcto suministro de la cantidad de alambre necesario depende la uniformidad y calidad de la soldadura, siendo una velocidad constante el requisito óptimo para cumplir con las características especificadas.

Por lo general, los sistemas encargados de la alimentación del hilo trabajan a velocidades constantes previamente fijadas al inicio de la soldadura, que permiten desenrollar de forma adecuada el hilo que se encuentra arrollado en la bobina.

Pistola

La pistola de soldar de un equipo MAG realiza las siguientes funciones:

1 Permite dirigir el alambre o material de aporte.

2 Establece el arco eléctrico entre el electrodo y la zona de soldadura.

3 Abastece de gas protector al proceso.

4 Permite iniciar e interrumpir el proceso de soldadura.

Las pistolas empleadas en la soldadura MAG son complejas y algunos equipos pueden montar sistemas de refrigeración. Con el gatillo de la pistola se puede controlar el paso de la corriente, el sistema de alimentación de hilo y el aporte de gas protector.

Los elementos de los que se compone una pistola MAG son:

1 La boquilla, cuya construcción se realiza generalmente en cobre.

2 El tubo de contacto, que permite guiar al electrodo a través de la boquilla y aporta el suministro de corriente.

3 El tubo de alimentación de hilo procedente de la bobina.

4 La tubería de suministro de gas de protección.

Unidad de control

La unidad de control está compuesta por un panel que permite maniobrar y establecer de forma manual todos los parámetros necesarios para la ejecución correcta de la soldadura; como por ejemplo la tensión, intensidad o velocidad de abastecimiento del hilo. En algunos casos, los paneles de control permiten seleccionar de manera automática parámetros como la intensidad de corriente en función del diámetro del alambre, o la velocidad de alimentación del mismo.

Nota

Un soldador debe conocer los elementos que conforman un equipo de soldadura para realizar un correcto mantenimiento de los dispositivos a nivel de usuario, siendo capaz de realizar acciones como: sustituir el hilo del carrete cuando se acabe o limpiar la boquilla en caso de que se atasque.

Carrete de hilo

El hilo o material de aporte se presenta arrollado en un carrete para ser instalado en el sistema de alimentación de abastecimiento del equipo de soldeo.

El diámetro y la composición del alambre varían en función de las características que se quieran conseguir en la soldadura. El alambre se desenrolla del carrete mediante un sistema de arrastre compuesto por dos rodillos, tal como se puede apreciar en la siguiente figura.

Actividades

6. ¿Cuál es el material empleado como hilo de aporte en la soldadura MAG?

Regulador de gas protector

El gas protector se canaliza desde la botella mediante una manguera o tubería, la cual instala dispositivos de reducción de presión y caudalímetro, que junto con la pistola permite regular los parámetros de paso de gas protector. Seleccionar adecuadamente estos parámetros es muy importante para obtener una unión soldada sana, libre de óxido y resistente, la cual asegure una unión de forma correcta con el paso del tiempo.

Regulador de gas protector

4.1. Mantenimiento de un equipo de soldeo MAG

En los equipos de soldeo MAG se debe realizar un correcto mantenimiento que permita obtener soldaduras de alta calidad, reducir tiempos por averías, reducir costes por pérdidas de sobrantes, evitar desperfectos que generen soldaduras incorrectas, etc.

Para el mantenimiento de un equipo de soldeo MAG se deben ejecutar los siguientes pasos:

1 Comprobar el correcto funcionamiento de la fuente generadora de corriente. La fuente de alimentación debe estar calibrada para generar una corriente continua de electricidad, evitando fluctuaciones en el arco. También deberá comprobarse el reostato del generador que permite controlar el voltaje de la máquina.

2 Comprobar el correcto funcionamiento del sistema de alimentación de alambre. Este sistema debe desenrollar de forma continua el hilo metálico arrollado en el carrete. Se debe comprobar que la velocidad de los rodillos sea continua sin que se produzcan saltos que generen errores en la aportación del material. También se debe comprobar que se pueden seleccionar distintas velocidades en función de las características deseadas en la soldadura.

3 Comprobar el correcto estado de los motores de arrastre del hilo y limpiar los rotores de suciedad y material acumulado que pueda producir averías en el motor, produciendo su calentamiento o atascándolo.

4 Comprobar el estado de las mangueras y cables, asegurarse de que no existen fugas de gas protector o la existencia de cables pelados que puedan provocar accidentes eléctricos. Mantener correctamente enrollados los cables y mangueras, evitando colocaciones y retorcimientos que puedan provocar el corte del suministro o crear situaciones de peligro. Evitar el trazado de los conductores por zonas de paso.

5 Comprobar la boquilla y la pistola de soldar. Realizar una inspección visual que confirme el correcto estado de la pistola de soldar, asegurándose de que no existen elementos externos que puedan obstruir el paso del gas por los orificios de salida, comprobar que no existen golpes o daños en la boquilla, asegurarse de que no existen dobleces o abolladuras en los conductos. En caso contrario, sustituir por otra boquilla nueva.

6 Comprobar el funcionamiento de los caudalímetros y manorreductores. Asegurarse de que las botellas de almacenamiento de gas no presentan fugas y que se encuentran dentro de los niveles deseados.

Aplicación práctica

Imagine que trabaja en el área de mantenimiento de un taller metálico y se dirige a inspeccionar uno de los equipos de soldadura MAG. El procedimiento que lleva a cabo es el siguiente:

1 Comprobar el correcto funcionamiento de la fuente generadora, la cual debe estar calibrada para generar un arco estable de corriente alterna.

2 Comprobar el sistema de alimentación de alambre, que debe desenrollar el electrodo de forma discontinua, en función de la cantidad de material de aporte necesario.

3 Comprobar el estado de las mangueras y cables y anudarlos para evitar que se desenrollen.

4 La boquilla de soldar presenta una abolladura fruto de un golpe, con lo que habrá que enderezarla a su forma original, calentando la boquilla y moldeándola con un cincel y un martillo.

5 Comprobar el funcionamiento de los caudalímetros y manorreductores, para asegurarse de que no existen fugas.

El proceso de inspección y mantenimiento descrito recoge una serie de errores. Detéctalos y corrígelos.

SOLUCIÓN

Primero, la fuente generadora debe producir un arco mediante corriente continua en lugar de alterna.

El sistema de alimentación de alambre debe suministrar este de forma continua.

Las mangueras y cables no deben anudarse, sino arrollarse de forma que no se retuerzan los cables y conductos pudiendo producir el corte de suministro.

Finalmente, si la boquilla de soldar presenta abolladuras o desperfectos graves, ha de ser sustituida por otra y no intentar arreglarla.

5. Instalación de los útiles de sujeción

Además del equipo de soldadura anteriormente estudiado, el proceso de soldeo requiere una serie de útiles que faciliten la sujeción o el agarre de las piezas que van a ser fijadas. Los perfiles de acero normalizados pueden presentar unas formas estandarizadas que en ocasiones pueden ser un inconveniente para ser apoyadas o fijadas durante el proceso de soldadura en fábrica. Además, estos perfiles pueden ser de tamaños y pesos considerables, dificultando aún más el proceso de agarre.

Las herramientas diseñadas para sujetar o fijar las piezas con las que se está trabajando pueden ser de diferentes formas y tamaños dependiendo del tipo de trabajo a desempeñar o de la pieza a sujetar. Los más utilizados son: tornillo de banco, alicates y mordazas. En algunas ocasiones son estos mismos utensilios los encargados de conectar eléctricamente la pieza con el equipo de soldeo.

5.1. Tornillo de banco

El tornillo de banco es una herramienta que permite sujetar los perfiles a la bancada en la cual se va a ejecutar la soldadura. Está fabricado de acero y tiene aspecto robusto. Consta de dos mordazas, una fija y otra móvil que se acciona mediante un husillo de tornillo sin fin. Normalmente está fijado al banco mediante tornillos que aseguran su firmeza. El sistema de funcionamiento consiste en introducir la pieza entre las mordazas y girar el husillo, provocando el cierre de estas. La fuerza de fijación dependerá del apriete del husillo. En ocasiones en que se quiera fijar una pieza delicada o de una geometría complicada, se pueden utilizar unas protecciones para las mordazas de un material más blando o moldes calzadores con la forma deseada.

El tornillo de banco ha de ser instalado en una superficie que presente suficiente resistencia como para soportar las fuerzas a las que será sometida la pieza. Debe realizarse un correcto apoyo del tornillo de banco, de forma que se eviten superficies abombadas o curvas que puedan producir inestabilidad en el agarre de la pieza. Debe preverse, en su instalación, la libertad de giro de su tornillo, sin que existan obstáculos que puedan dificultar las labores de fijación de la pieza. El tornillo de banco debe presentar unas características y resistencias acordes a los trabajos que se van a ejecutar en la bancada.

Tornillo de banco

5.2. Alicates

Los alicates son herramientas de agarre y sujeción de pequeño tamaño, que se componen de dos brazos articulados con unas bocas o mordazas en las puntas y son capaces de realizar la sujeción gracias a la fuerza ejercida en sus brazos. Existen diferentes tipos dependiendo del trabajo para el que están diseñados. Los más significativos son:

1 Alicates universales: son los más polivalentes. Su boca está diseñada para poder realizar operaciones de sujeción de piezas planas, redondas y realizar cortes de pequeños materiales como alambres.

2 De punta: son alicates en los que sus bocas acaban en forma de punta. La punta puede ser plana, redonda, alargada, etc. Están especialmente indicados para sujetar piezas pequeñas.

3 Pico de loro: son unos alicates en los que la forma de sus bocas son curvadas, de ahí el nombre. El tamaño de la abertura de las bocas es ajustable en diferentes tamaños y normalmente los brazos articulados son de mayores dimensiones, por lo que ejercen una gran presión entre sus bocas o mordazas.

Los alicates utilizados en labores de soldadura deben ser suficientemente robustos como para soportar impactos o caídas debidas al entorno propio donde se desarrollará el proceso de soldadura. Además, deben presentar tanto protecciones térmicas como eléctricas en los mangos, para evitar que el operario sufra daños.

Alicates de sujeción

5.3. Mordazas

Las mordazas son herramientas de sujeción parecidas a los alicates. Se utilizan para sujetar piezas o mantenerlas unidas. A diferencia de los alicates, al ejercer presión sobre ellas se pueden bloquear, dejando la pieza sujeta sin necesidad de mantener la presión con la mano. Suelen tener un mecanismo de tornillo sin fin que regula la apertura de las mordazas para ajustarse al tamaño de la pieza. Existen de varios tipos dependiendo de la forma de las mordazas (planas, de punta, abiertas, etc.).

Mordazas

La instalación de las mordazas para la fijación de piezas debe realizarse en zonas planas o curvas con calzadores, de forma que se asegure la inmovilidad de la pieza durante los trabajos de soldeo. En ocasiones, las mordazas pueden instalar el conexionado de uno de los polos necesarios para ejecutar la soldadura, por lo que ha de ser de un material conductor que ofrezca poca o ninguna resistencia al paso de la corriente.

5.4. Utillaje específico de fijación

Además de las herramientas para la sujeción anteriormente expuestas, existen utillajes específicos para la fijación de conjuntos de piezas de geometrías complicadas o características especiales. Estos útiles pueden ser de diferentes formas y tamaños, pero normalmente su empleo consiste en el enclavamiento del útil sobre las piezas a ensamblar. De esta forma, se evitan posibles movimientos entre los conjuntos que se están montando.

Utillaje de enclavamiento para un conjunto de piezas

Actividades

7. ¿Qué utillaje de fijación específico se conoce?

8. ¿Qué diferencia existe con el utillaje de fijación común?

Recuerde

Las herramientas para la sujeción son las diseñadas para sujetar o fijar las piezas con las que se está trabajando.

Las más usuales son: tornillos de banco, alicates, mordazas y útiles de fijación.

6. Selección de la forma de transferencia

En función de las características que se quieran obtener en la soldadura, el tipo de unión, el material de aporte, etc., se deberá seleccionar la forma de transferencia más adecuada al proceso que se va a desarrollar.

En un equipo de soldadura MAG se puede realizar la transferencia de material para la soldadura de cuatro formas distintas:

1 Transferencia por pulverización (espray). En este caso, el material se transporta mediante baño fundido, desprendiéndose el material desde el extremo del hilo en forma de pequeñas gotas discontinuas.

2 Transferencia por arco pulsado. Este modo de transferencia es muy similar a la transferencia en espray, pero en este caso las gotas se desprenden de forma controlada en intervalos de tiempo regulares.

3 Transferencia globular. En la transferencia globular se generan grandes gotas de material, normalmente de mayor tamaño que el electrodo o hilo, que caen en la pieza a soldar por su propio peso.

4 Transferencia por cortocircuito. En este sistema el material es transferido mediante salpicaduras generadas por la reacción del gas y la fuerza electromagnética sobre el electrodo.

6.1. Transferencia por pulverización (espray)

La transferencia por pulverización se caracteriza por la generación de pequeñas gotas que al atravesar el arco plasma se proyectan en la superficie de unión. El metal se desplaza a través del arco a gran velocidad debido a las fuerzas electromagnéticas, generándose una fuente de corriente ininterrumpida que crea un arco estable y continuo.

Para establecer el arco se requieren intensidades de corriente muy altas que le confieran gran estabilidad al arco, en cuyo núcleo central de forma cónica se produce el transporte de material.

Nota

Un gas, a elevada temperatura y densidad energética, puede alcanzar un determinado estado en el que se produce la ionización de sus partículas, llamado estado de plasma. Una vez alcanzado dicho estado, se convierte en un material conductor, el cual es capaz de generar un arco eléctrico al hacer pasar una corriente eléctrica a través de él.

Este sistema se selecciona generalmente para la unión de piezas de acero de grandes espesores o que requieren un gran aporte de calor y de material fundido para su rellenado.

Consejo

En la transferencia por pulverización, debido a la gran cantidad de material empleado, se recomienda ejecutar la operación de soldadura en posiciones horizontales, donde el tiempo de solidificación del material de aporte se mantenga sin producir derrames o goteos.

6.2. Transferencia por arco pulsado

En el caso del arco pulsado, la transferencia tiene lugar gracias a una corriente de baja intensidad de aporte continuo, denominada corriente base, que, junto con un pulso de alta intensidad denominado corriente pico, produce la fusión del hilo o material de aporte. La cantidad de gotas que se depositan puede controlarse mediante el número de impulsos de la corriente pico.

Este sistema, al emplear un menor aporte de calor, permite una reducción de las tensiones y deformaciones del material a unir, conservando las características propias del material.

La ventaja de emplear el sistema de transferencia mediante arco pulsado reside en:

1 Reducir el número de proyecciones necesarias para producir la unión.

2 Se puede aumentar la velocidad de soldeo mediante el empleo de diámetros de hilo de aporte mayores.

3 Se pueden soldar pequeños espesores mediante este sistema.

Actividades

9. ¿Qué diferencias existen entre la transferencia de material de aporte por arco pulsado y pulverización?

6.3. Transferencia globular

La transferencia globular consiste en crear una gota de material de aporte mediante una densidad de corriente baja, de forma que, al neutralizar las fuerzas electromagnéticas, el propio peso de la gota y la tensión superficial de la pieza consigan que esta se deposite en el punto de unión deseado. La gota que se genera es de espesor mayor que el diámetro del hilo y a través del gas protector se trata de evitar salpicaduras de material, dirigiendo dichas gotas.

Este método se emplea cuando por diversas causas se necesita realizar una soldadura en la que la aportación de calor ha de ser mínima. Por el contrario, la transferencia de material mediante granos de gran tamaño provoca defectos en la soldadura por falta de penetración o el aumento excesivo del espesor de la soldadura, el cual además de ser menos estético, puede presentar problemas de resistencia cuando se someta la unión a un esfuerzo.

6.4. Transferencia por cortocircuito

Si se aplica una tensión e intensidad de corriente bajas y se establece el contacto del hilo electrodo con la pieza, se genera un pequeño arco que produce el cortocircuito entre el baño y las gotas, produciendo un chorro continuo de material de aporte de forma estable.

El hecho de establecer un arco cortocircuitado permite realizar soldaduras de piezas con espesores muy finos controlando el baño de fusión.

Esta clase de soldadura permite realizar trabajos en posiciones verticales e incluso horizontales bajo techo.

Actividades

10. ¿Qué diferencias se encuentran en la realización de una soldadura mediante transferencia en cortocircuito y otra mediante transferencia globular?

11. Realizar un esquema que recoja los tipos de transferencia en una soldadura MAG y refleje las características principales de cada modo.

Aplicación práctica

En el taller de estructuras donde trabaja, va a realizar la unión soldada mediante un equipo MAG de dos perfiles de acero al carbono. Las especificaciones de la soldadura son:

1 Ejecución rápida.

2 Gran capacidad de penetración.

3 Unión de grandes espesores.

Según su criterio, ¿qué modo de transferencia es el idóneo y por qué?

SOLUCIÓN

Dadas las especificaciones técnicas, el mejor modo de transferir el material de aporte sería por pulverización en espray. Este tipo de transferencia permite unir perfiles de acero de grandes espesores, estableciendo un arco plasma entre la pieza y la boquilla de la pistola de gran capacidad de penetración y muy estable, que permite ejecutar soldaduras de gran calidad a una velocidad considerable.

7. Regulación de los parámetros principales en la soldadura MAG de perfiles: Polaridad. Tensión de arco. Intensidad de corriente. Diámetro y velocidad de alimentación de hilo. Naturaleza y caudal del gas

Para ejecutar la unión mediante soldadura de perfiles de acero al carbono con un equipo de soldadura MAG, se debe seleccionar adecuadamente una serie de parámetros que intervendrán en el proceso de fusión del material de aporte, estableciendo el modo de transferencia de metal, la forma del cordón de soldadura y la capacidad de penetración del mismo.

Los parámetros fundamentales que establecen las características y calidad de una soldadura son:

1 La polaridad

2 La tensión de arco

3 La intensidad de corriente

4 El diámetro y velocidad de alimentación de hilo

5 La naturaleza y caudal del gas protector

7.1. Polaridad

En soldadura MAG solo se emplea corriente continua, ya que la corriente alterna produce un arco eléctrico inestable que acaba con la desaparición del mismo. En el uso de la corriente continua para formar el arco eléctrico, se pueden distinguir dos formas de realizar la conexión, bien estableciendo el polo negativo al electrodo y conectar el polo positivo con la pieza o viceversa. La forma de conectar los terminales eléctricos de una fuente de corriente continua recibe el nombre de polaridad y se pueden distinguir dos tipos de polaridad en un proceso de soldadura MAG:

1 Polaridad directa. Este tipo de polaridad sucede cuando se conecta el terminal negativo al electrodo y el terminal positivo en la pieza que se va a soldar.

2 Polaridad inversa. Ocurre cuando se conecta el electrodo al terminal positivo y la pieza al polo negativo.

En soldadura MAG generalmente se emplea el proceso de polaridad inversa, puesto que permite mantener un arco estable, con una buena transferencia de metal de aportación, que evita las proyecciones de material y establece un cordón de soldadura de gran penetración y de buenas características.

Si, por el contrario, se busca una soldadura MAG de transferencia globular y de mayor deposición de material de aporte en la pieza a soldar, se utilizará polaridad directa para conseguir que la temperatura de la pieza sea mayor que la del hilo, de forma que tarde más tiempo en solidificar y permita la realización de cordones de soldadura más anchos.

Operario soldando

7.2. Tensión de arco

La tensión del arco es un parámetro que se regula desde el generador. La tensión determina la forma de transporte de material y las características de penetración de este en la pieza a soldar, siendo muy baja su capacidad de penetración a tensiones muy elevadas y aumentando la capacidad de penetración a medida que esta disminuye. Con tensiones bajas se establecen cordones estrechos y abultados, mientras que a altas tensiones se generan cordones de soldadura muy anchos.

La tensión permite establecer la longitud de arco:

1 Cuando la tensión es elevada, la longitud del arco es mayor y afecta a una mayor superficie de pieza, estableciendo una zona de fusión poco profunda y amplia. Esta clase de arcos genera soldaduras con proyecciones y mordeduras, debido a la inestabilidad del propio arco.

2 Cuando la tensión es baja, se genera un arco de longitud corta que afecta a una zona muy pequeña de la pieza, la cual se funde rápidamente, aumentando la velocidad de solidificación.

Nota

Las características de soldadura empeoran cuanto mayor es la longitud del arco, además este proceso requiere de la aportación de mayores tensiones.

7.3. Intensidad de corriente

La intensidad es un parámetro que se debe regular junto con la tensión y que se hará en función del diámetro del electrodo, el espesor de la pieza a soldar, el grado de penetración deseada, el calor necesario en el arco, etc.

En soldadura MAG la intensidad de corriente se puede autorregular controlando la velocidad de aportación de hilo. De esta forma se evita que se funda más hilo del que se puede o, por el contrario, que falte material de aportación que pueda producir la fusión de la boquilla de la pistola.

Nota

Dado que el voltaje se mantiene constante durante el proceso de soldadura, cuanto mayor es la velocidad de alimentación del hilo, mayor será la potencia demandada, por lo que la intensidad deberá ser mayor para que se produzca la correcta fusión del material de aporte.

Para conseguir una soldadura con menos defectos y mayor penetración, se debe aumentar la tensión e intensidad de trabajo, con el objeto de producir un mayor aporte de calor y una mayor densidad de soldeo. Además, de esta forma se consigue aumentar la velocidad de trabajo.

A continuación, se recogen los parámetros de tensión e intensidad para cada tipo de transferencia en un proceso de soldadura MAG.

Para la transferencia en arco pulsado se emplea una corriente de baja intensidad que actúa de forma continua (entre 50 y 80 A) y otra de intensidad pico de 250 A, que forma el pulso del arco que funde la gota de material de aporte.

7.4. Diámetro y velocidad de alimentación del hilo

Cuando se va a ejecutar una soldadura con un equipo MAG se debe tener en cuenta el diámetro del electro o hilo ya que, a mayor diámetro, mayor será la cantidad de calor a aportar para producir la fusión de su extremo, lo que se traduce en una menor velocidad de aportación de hilo para unos mismos parámetros de tensión e intensidad.

Generalmente, se recurren a electrodos de diámetros pequeños que favorezcan el proceso de soldadura mediante transferencia de pequeñas gotas en medio de un arco estable.

Para que se produzca una correcta soldadura evitando defectos como exceso de material de aporte, falta del mismo o incluso falta de fusión, la intensidad que circula por el electrodo debe estar acorde con la velocidad de alimentación del hilo. Los equipos de soldadura MAG autorregulan la intensidad de corriente en función del diámetro y la velocidad de aportación de hilo, generando una soldadura sin defectos y de buena calidad.

Si se quiere mantener constante el nivel de aportación de hilo a la soldadura, es necesario que el punto de transferencia sea siempre el mismo, por lo que la curvatura entre el hilo y el tubo de contacto de la pistola debe mantenerse igual en todo el proceso, lo que exige al sistema de alimentación del hilo la precisión necesaria para ejecutar de forma correcta el proceso.

Durante el proceso de alimentación de hilo, la longitud de la varilla influye de forma notoria en la velocidad de ejecución del proceso. Una mayor longitud de la varilla produce la elevación de la temperatura en el extremo del hilo, lo que a su vez genera una mayor velocidad de fusión por lo que se pueden ejecutar soldaduras a mayor velocidad. Como el generador está dotado de autorregulación de la intensidad, al detectar este una mayor longitud de la varilla, disminuye la intensidad de la corriente circulante, adecuando la velocidad de fusión a la velocidad de soldadura, manteniendo la calidad de la soldadura efectuada.

7.5. Naturaleza y caudal del gas

Durante el proceso de fusión de metal de aporte es necesario establecer una atmósfera inerte controlada, la cual presente ausencia de oxígeno libre para evitar que reaccione con el metal oxidándolo, de forma que se obtenga una soldadura sana con las características deseadas. En una soldadura MAG el gas protector se suministra a través de la boquilla de la pistola. El diseño de dicha boquilla permite establecer un entorno favorable para la consecución correcta de la soldadura bajo gas protector.

El gas protector empleado en la soldadura influye notablemente en la forma de transferencia de material y en el aspecto del cordón. El caudal debe ser el correcto para proporcionar la protección suficiente que evite la existencia de poros y sopladuras en la soldadura. Si el caudal de gas de protección es excesivo se generan turbulencias que dan lugar soldaduras defectuosas.

En soldadura MAG se emplean gases o mezclas de gases activos. Si se desea realizar la soldadura de aceros al carbono mediante transferencia en cortocircuito, se deben emplear como gases protectores el CO₂ y el argón. A continuación, se desarrollan las características de los gases y las mezclas de gases que se usan en soldadura MAG:

1 Empleando argón con un 20 % de CO2 se consiguen una buena fusión y penetración del material de aporte que permite obtener soldaduras carentes de salpicaduras y un proceso de ejecución a una velocidad elevada.

2 Empleando una mezcla de argón y CO2 al 50 %, se consigue un control muy preciso del arco, lo que permite realizar soldaduras verticales de gran calidad.

3 Si únicamente se emplea CO2 como gas protector se obtendrá una soldadura de calidad aceptable a un costo reducido, pero con una mayor proporción de salpicaduras.

Si se quiere realizar una soldadura MAG mediante transferencia pulverizada, el gas protector que se debe emplear será CO₂, con el que se conseguirá una soldadura de calidad a un bajo coste. Este método puede emplearse bien para soldadura manual o bien para soldadura automática, con la que se eleva la velocidad de producción de la soldadura.

Caudal del gas protector

El caudal óptimo de gas protector dependerá de factores como la posición de soldeo, el tipo de junta, la naturaleza del gas, el diámetro del hilo de aporte y el material a soldar. El caudal que suele emplearse en soldadura MAG está comprendido entre 14 y 17 litros de gas por minuto. El caudal correcto de gas es aquel que evita la decoloración de la soldadura, porosidades o salpicaduras.

Importante

Se debe ajustar la boquilla de forma correcta para que la salida de gas consiga una protección adecuada, manteniendo el arco dentro de la zona de trabajo del gas protector, pero a la vez evitando que genere problemas en el metal fundido tales como derrame, poros o inclusiones.

La distancia entre la boquilla y la pieza es un parámetro muy importante, ya que una distancia excesiva puede producir la pérdida de protección que confiere el gas al proceso de soldadura.

Aplicación práctica

La fábrica donde trabaja se dedica a la construcción de estructuras metálicas para edificios y naves industriales. Va a realizar un cordón de soldadura en un perfil metálico de acero al carbono de gran espesor. Seleccione los parámetros principales para la ejecución de la soldadura.

SOLUCIÓN

Los parámetros que debo tener en cuenta para la ejecución de la soldadura son:

1 La polaridad: emplearé una polaridad inversa, ya que me va a permitir mantener un arco estable.

2 El modo de transferencia: seleccionaré una transferencia en espray. Para ello estableceré una tensión comprendida entre los 24 y los 40 V, y una intensidad de entre 150 y 500 A.

3 El diámetro del hilo o electrodo: emplearé un diámetro de hilo medio con una velocidad de aportación rápida.

4 Gas de protección: emplearé una mezcla de gas de argón al 20 % y CO2, con lo que obtendré una buena soldadura con una gran capacidad de penetración.

5 Caudal del gas: estableceré un aporte de gas de 15 litros por minuto.

Con estos parámetros ejecutaré un cordón de soldadura de calidad que producirá una unión fuerte de los perfiles de acero.