La soldadura por arco metálico con gas ( GMAW ), a veces denominada por sus subtipos de gas inerte metálico ( MIG ) y gas activo metálico ( MAG ), es un proceso de soldadura en el que se forma un arco eléctrico entre un electrodo de alambre MIG consumible y los metales de la pieza de trabajo. , que calienta los metales de la pieza de trabajo, provocando que se fusionen (se derritan y se unan). Además del electrodo de alambre, a través de la pistola de soldadura pasa un gas protector que protege el proceso de la contaminación atmosférica.
El proceso puede ser semiautomático o automático. Una fuente de alimentación de corriente continua y voltaje constante se usa más comúnmente con GMAW, pero se pueden usar sistemas de corriente constante , así como corriente alterna . Hay cuatro métodos principales de transferencia de metal en GMAW, llamados globular, cortocircuito, pulverización y pulverización pulsada, cada uno de los cuales tiene propiedades distintas y sus correspondientes ventajas y limitaciones.
Desarrollado originalmente en la década de 1940 para soldar aluminio y otros materiales no ferrosos , GMAW pronto se aplicó a los aceros porque proporcionaba un tiempo de soldadura más rápido en comparación con otros procesos de soldadura. El coste del gas inerte limitó su uso en los aceros hasta varios años después, cuando se volvió común el uso de gases semiinertes como el dióxido de carbono . Otros desarrollos durante las décadas de 1950 y 1960 dieron al proceso más versatilidad y, como resultado, se convirtió en un proceso industrial muy utilizado. Hoy en día, GMAW es el proceso de soldadura industrial más común, preferido por su versatilidad, velocidad y relativa facilidad para adaptar el proceso a la automatización robótica. A diferencia de los procesos de soldadura que no emplean un gas protector, como la soldadura por arco metálico protegido , rara vez se utiliza al aire libre o en otras áreas con aire en movimiento. Un proceso relacionado, la soldadura por arco con núcleo fundente , a menudo no utiliza un gas protector, sino que emplea un alambre de electrodo que es hueco y lleno de fundente .
Los principios de la soldadura por arco metálico con gas comenzaron a comprenderse a principios del siglo XIX, después de que Humphry Davy descubriera los arcos eléctricos de pulsación corta en 1800. [1] Vasily Petrov produjo de forma independiente el arco eléctrico continuo en 1802 (seguido por Davy después de 1808). [1] No fue hasta la década de 1880 que la tecnología se desarrolló con el objetivo de su uso industrial. Al principio, en la soldadura por arco de carbono se utilizaban electrodos de carbono . En 1890, Nikolay Slavyanov y CL Coffin habían inventado los electrodos metálicos . En 1920, PO Nobel de General Electric inventó un predecesor de GMAW . Utilizaba corriente continua con un cable de electrodo desnudo y voltaje de arco para regular la velocidad de alimentación. No utilizó gas protector para proteger la soldadura, ya que los avances en las atmósferas de soldadura no se produjeron hasta finales de esa década. En 1926 se lanzó otro precursor del GMAW, pero no era apto para uso práctico. [2]
En 1948, el GMAW fue desarrollado por el Battelle Memorial Institute . Utilizaba un electrodo de menor diámetro y una fuente de energía de voltaje constante desarrollada por HE Kennedy. Ofrecía una alta tasa de deposición, pero el alto costo de los gases inertes limitó su uso a materiales no ferrosos e impidió ahorros de costos. En 1953, se desarrolló el uso de dióxido de carbono como atmósfera de soldadura y rápidamente ganó popularidad en GMAW, ya que hacía que la soldadura de acero fuera más económica. En 1958 y 1959, se lanzó la variación de arco corto de GMAW, que aumentó la versatilidad de la soldadura e hizo posible la soldadura de materiales delgados confiando en alambres de electrodos más pequeños y fuentes de alimentación más avanzadas. Rápidamente se convirtió en la variación GMAW más popular. [ cita necesaria ]
La variación de transferencia por arco de pulverización se desarrolló a principios de la década de 1960, cuando los experimentadores añadieron pequeñas cantidades de oxígeno a gases inertes. Más recientemente, se ha aplicado la corriente pulsada, dando lugar a un nuevo método llamado variación del arco de pulverización pulsada. [3]
GMAW es uno de los métodos de soldadura más populares, especialmente en entornos industriales. [4] Se utiliza ampliamente en la industria de la chapa y en la industria del automóvil. Allí, el método se utiliza a menudo para la soldadura por puntos por arco , en sustitución del remachado o la soldadura por puntos por resistencia . También es popular para la soldadura automatizada , donde los robots manipulan las piezas de trabajo y la pistola de soldar para acelerar la fabricación. [5] Puede ser difícil que GMAW funcione bien en exteriores, ya que las corrientes de aire pueden disipar el gas protector y permitir que entren contaminantes en la soldadura; [6] La soldadura por arco con núcleo fundente es más adecuada para uso en exteriores, como en la construcción. [7] [8] Asimismo, el uso de un gas protector por parte de GMAW no se presta a la soldadura bajo el agua , que se realiza más comúnmente mediante soldadura por arco de metal protegido , soldadura por arco con núcleo fundente o soldadura por arco de tungsteno con gas . [9]
Para realizar la soldadura por arco metálico con gas, el equipo básico necesario es una pistola de soldar, una unidad de alimentación de alambre, una fuente de alimentación de soldadura , un alambre de electrodo de soldadura y un suministro de gas protector . [10]
La típica pistola de soldar GMAW tiene varias piezas clave: un interruptor de control, una punta de contacto, un cable de alimentación, una boquilla de gas, un conducto y revestimiento para electrodos y una manguera de gas. El interruptor de control, o gatillo, cuando el operador lo presiona, inicia la alimentación del alambre, la energía eléctrica y el flujo de gas protector, lo que provoca que se genere un arco eléctrico. La punta de contacto, normalmente hecha de cobre y a veces tratada químicamente para reducir las salpicaduras, se conecta a la fuente de energía de soldadura a través del cable de alimentación y transmite la energía eléctrica al electrodo mientras la dirige al área de soldadura. Debe estar firmemente asegurado y del tamaño adecuado, ya que debe permitir el paso del electrodo manteniendo el contacto eléctrico. En el camino hacia la punta de contacto, el cable está protegido y guiado por el conducto y el revestimiento del electrodo, lo que ayuda a evitar el pandeo y a mantener una alimentación ininterrumpida del cable. La boquilla de gas dirige el gas protector de manera uniforme hacia la zona de soldadura. Es posible que un flujo inconsistente no proteja adecuadamente el área de soldadura. Las boquillas más grandes proporcionan un mayor flujo de gas protector, lo cual es útil para operaciones de soldadura de alta corriente que desarrollan un baño de soldadura fundida más grande. Una manguera de gas procedente de los depósitos de gas protector suministra el gas a la boquilla. A veces, también se incorpora una manguera de agua a la pistola de soldar, que enfría la pistola en operaciones con altas temperaturas. [11]
La unidad de alimentación de alambre suministra el electrodo a la pieza, conduciéndolo a través del conducto hasta la punta de contacto. La mayoría de los modelos proporcionan el cable a una velocidad de alimentación constante, pero las máquinas más avanzadas pueden variar la velocidad de alimentación en respuesta a la longitud del arco y el voltaje. Algunos alimentadores de alambre pueden alcanzar velocidades de avance de hasta 30 m/min (1200 in/min), [12] pero las velocidades de avance para GMAW semiautomático generalmente oscilan entre 2 y 10 m/min (75 – 400 in/min). [13]
El portaelectrodos más común es un portaelectrodos semiautomático refrigerado por aire. Por él circula aire comprimido para mantener temperaturas moderadas. Se utiliza con niveles de corriente más bajos para soldar juntas traslapadas o a tope . El segundo tipo más común de portaelectrodos es el semiautomático refrigerado por agua, donde la única diferencia es que el agua reemplaza al aire. Utiliza niveles de corriente más altos para soldar juntas en T o en esquina. El tercer tipo de soporte típico es un soporte de electrodo automático enfriado por agua, que normalmente se utiliza con equipos automatizados. [14]
La mayoría de las aplicaciones de soldadura por arco metálico con gas utilizan una fuente de alimentación de voltaje constante. Como resultado, cualquier cambio en la longitud del arco (que está directamente relacionado con el voltaje) resulta en un gran cambio en la entrada de calor y la corriente. Una longitud de arco más corta provoca una entrada de calor mucho mayor, lo que hace que el electrodo de alambre se funda más rápidamente y, por lo tanto, restablezca la longitud del arco original. Esto ayuda a los operadores a mantener constante la longitud del arco incluso cuando sueldan manualmente con pistolas de soldar portátiles. Para lograr un efecto similar, a veces se utiliza una fuente de alimentación de corriente constante en combinación con una unidad de alimentación de alambre controlada por voltaje de arco. En este caso, un cambio en la longitud del arco hace que la velocidad de alimentación del alambre se ajuste para mantener una longitud del arco relativamente constante. En raras circunstancias, se pueden acoplar una fuente de alimentación de corriente constante y una unidad de velocidad de alimentación de alambre constante, especialmente para la soldadura de metales con altas conductividades térmicas, como el aluminio. Esto otorga al operador control adicional sobre la entrada de calor en la soldadura, pero requiere una habilidad significativa para realizarlo con éxito. [15]
La corriente alterna rara vez se utiliza con GMAW; en su lugar, se emplea corriente continua y el electrodo generalmente está cargado positivamente. Dado que el ánodo tiende a tener una mayor concentración de calor, esto da como resultado una fusión más rápida del alambre de alimentación, lo que aumenta la penetración y la velocidad de soldadura. La polaridad sólo se puede invertir cuando se utilizan cables de electrodos con recubrimiento emisivo especial, pero como estos no son populares, rara vez se emplea un electrodo con carga negativa. [dieciséis]
El electrodo es un alambre de aleación metálica , llamado alambre MIG, cuya selección, aleación y tamaño se basa principalmente en la composición del metal que se está soldando, la variación del proceso que se utiliza, el diseño de la junta y las condiciones de la superficie del material. La selección de electrodos influye en gran medida en las propiedades mecánicas de la soldadura y es un factor clave en la calidad de la soldadura. En general, el metal de soldadura terminado debe tener propiedades mecánicas similares a las del material base, sin defectos como discontinuidades, contaminantes arrastrados o porosidad dentro de la soldadura. Para lograr estos objetivos existe una amplia variedad de electrodos. Todos los electrodos disponibles comercialmente contienen metales desoxidantes como silicio , manganeso , titanio y aluminio en pequeños porcentajes para ayudar a prevenir la porosidad del oxígeno. Algunos contienen metales desnitrurantes como el titanio y el circonio para evitar la porosidad del nitrógeno. [17] Dependiendo de la variación del proceso y del material base que se suelda, los diámetros de los electrodos utilizados en GMAW generalmente oscilan entre 0,7 y 2,4 mm (0,028 – 0,095 pulgadas), pero pueden llegar a 4 mm (0,16 pulgadas). Los electrodos más pequeños, generalmente de hasta 1,14 mm (0,045 pulgadas) [18] , están asociados con el proceso de transferencia de metal por cortocircuito, mientras que los electrodos del modo de proceso de transferencia por pulverización más comunes suelen tener al menos 0,9 mm (0,035 pulgadas). [19] [20]
Los gases de protección son necesarios para la soldadura por arco metálico con gas para proteger el área de soldadura de gases atmosféricos como el nitrógeno y el oxígeno , que pueden causar defectos de fusión, porosidad y fragilización del metal de soldadura si entran en contacto con el electrodo, el arco o la soldadura. metal. Este problema es común a todos los procesos de soldadura por arco; por ejemplo, en el antiguo proceso de soldadura por arco de metal protegido (SMAW), el electrodo está recubierto con un fundente sólido que genera una nube protectora de dióxido de carbono cuando el arco lo funde. Sin embargo, en GMAW, el alambre del electrodo no tiene un recubrimiento fundente y se emplea un gas protector separado para proteger la soldadura. Esto elimina la escoria, el residuo duro del fundente que se acumula después de la soldadura y que debe eliminarse para revelar la soldadura completa. [21]
La elección de un gas de protección depende de varios factores, siendo el más importante el tipo de material que se va a soldar y la variación del proceso que se utiliza. Los gases inertes puros, como el argón y el helio , sólo se utilizan para soldaduras no ferrosas; con el acero no proporcionan una penetración adecuada de la soldadura (argón) o causan un arco errático y fomentan las salpicaduras (con helio). El dióxido de carbono puro , por otro lado, permite soldaduras de penetración profunda pero fomenta la formación de óxido, lo que afecta negativamente a las propiedades mecánicas de la soldadura. Su bajo costo lo convierte en una opción atractiva, pero debido a la reactividad del plasma del arco, las salpicaduras son inevitables y la soldadura de materiales delgados es difícil. Como resultado, el argón y el dióxido de carbono se mezclan frecuentemente en una mezcla del 75%/25% al 90%/10%. Generalmente, en el cortocircuito GMAW, un mayor contenido de dióxido de carbono aumenta el calor y la energía de la soldadura cuando todos los demás parámetros de soldadura (voltios, corriente, tipo de electrodo y diámetro) se mantienen iguales. A medida que el contenido de dióxido de carbono aumenta más del 20%, la transferencia por aspersión GMAW se vuelve cada vez más problemática, especialmente con diámetros de electrodo más pequeños. [22]
El argón también suele mezclarse con otros gases, oxígeno, helio, hidrógeno y nitrógeno. La adición de hasta un 5% de oxígeno (como las concentraciones más altas de dióxido de carbono mencionadas anteriormente) puede ser útil para soldar acero inoxidable; sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones se prefiere el dióxido de carbono. [23] El aumento de oxígeno hace que el gas protector oxide el electrodo, lo que puede provocar porosidad en el depósito si el electrodo no contiene suficientes desoxidantes. El exceso de oxígeno, especialmente cuando se utiliza en aplicaciones para las que no está prescrito, puede provocar fragilidad en la zona afectada por el calor. Las mezclas de argón y helio son extremadamente inertes y pueden usarse en materiales no ferrosos. Una concentración de helio del 50 al 75% aumenta el voltaje requerido y aumenta el calor en el arco, debido a la mayor temperatura de ionización del helio. A veces se añade hidrógeno al argón en pequeñas concentraciones (hasta aproximadamente el 5%) para soldar níquel y piezas gruesas de acero inoxidable. En concentraciones más altas (hasta un 25% de hidrógeno), se puede utilizar para soldar materiales conductores como el cobre. Sin embargo, no debe usarse en acero, aluminio o magnesio porque puede causar porosidad y fragilidad por hidrógeno . [21]
También están disponibles mezclas de gases de protección de tres o más gases. Se comercializan mezclas de argón, dióxido de carbono y oxígeno para soldar aceros. Otras mezclas añaden una pequeña cantidad de helio a las combinaciones de argón y oxígeno. Se afirma que estas mezclas permiten voltajes de arco y velocidades de soldadura más altos. A veces, el helio también sirve como gas base, al que se añaden pequeñas cantidades de argón y dióxido de carbono. Sin embargo, debido a que es menos denso que el aire, el helio es menos eficaz para proteger la soldadura que el argón, que es más denso que el aire. También puede provocar problemas de estabilidad y penetración del arco, y un aumento de las salpicaduras, debido a su plasma de arco mucho más energético. El helio también es sustancialmente más caro que otros gases protectores. Otras mezclas de gases especializadas y, a menudo, patentadas, afirman tener beneficios aún mayores para aplicaciones específicas. [21]
A pesar de ser venenoso, se pueden utilizar trazas de óxido nítrico para evitar que se forme ozono , aún más problemático, en el arco.
La tasa deseable de flujo de gas de protección depende principalmente de la geometría de la soldadura, la velocidad, la corriente, el tipo de gas y el modo de transferencia de metal. Soldar superficies planas requiere un flujo mayor que soldar materiales ranurados, ya que el gas se dispersa más rápidamente. Las velocidades de soldadura más rápidas, en general, significan que se debe suministrar más gas para proporcionar una cobertura adecuada. Además, una corriente más alta requiere un mayor flujo y, en general, se requiere más helio para proporcionar una cobertura adecuada que si se usa argón. Quizás lo más importante es que las cuatro variaciones principales de GMAW tienen diferentes requisitos de flujo de gas de protección: para los pequeños baños de soldadura de los modos de cortocircuito y pulverización pulsada, aproximadamente 10 L /min (20 pies 3 / h ) son generalmente adecuados, mientras que para los modos globulares. transferencia, se prefiere alrededor de 15 L/min (30 pies 3 /h). La variación de transferencia por aspersión normalmente requiere más flujo de gas protector debido a su mayor aporte de calor y, por lo tanto, mayor baño de soldadura. Las cantidades típicas de flujo de gas son aproximadamente 20 a 25 L/min (40 a 50 pies 3 /h). [13]
GMAW también se ha utilizado como método de bajo costo para imprimir objetos metálicos en 3D . [24] [25] [26] Se han desarrollado varias impresoras 3D de código abierto para utilizar GMAW. [27] Estos componentes fabricados a partir de aluminio compiten con componentes fabricados de forma más tradicional en cuanto a resistencia mecánica. [28] Al formar una mala soldadura en la primera capa, las piezas impresas en 3-D GMAW se pueden quitar del sustrato con un martillo. [29] [30]
Para la mayoría de sus aplicaciones, la soldadura por arco metálico con gas es un proceso de soldadura bastante sencillo de aprender que no requiere más de una o dos semanas para dominar la técnica básica de soldadura. Incluso cuando la soldadura la realizan operadores bien capacitados, la calidad de la soldadura puede fluctuar, ya que depende de una serie de factores externos. Todo GMAW es peligroso, aunque quizás menos que otros métodos de soldadura, como la soldadura por arco metálico protegido . [31]
Las técnicas necesarias para soldar con éxito con el proceso GMAW no son complicadas; la mayoría de las personas pueden lograr un dominio razonable en unas pocas semanas, suponiendo que tengan la capacitación adecuada y suficientes oportunidades para realizar soldaduras de práctica. Como es el caso con muchas otras habilidades manuales, la experiencia y la práctica llevarán a un soldador (operador) a desarrollar un alto nivel de competencia. Como gran parte del proceso está automatizado, GMAW alivia al soldador de la carga de mantener una longitud de arco precisa, así como de alimentar metal de aportación al charco de soldadura (zona de fusión) a la velocidad correcta, siendo estas operaciones coordinadas que se requieren en otros Procesos de soldadura manual, como el arco metálico protegido (soldadura con electrodo revestido).
Para producir exitosamente una soldadura con el proceso GMAW se requiere que el soldador mantenga la orientación correcta de la pistola en relación con la unión que se está soldando (la pieza soldada ), así como que mantenga una velocidad uniforme de recorrido a lo largo de la unión para producir una penetración y acumulación de cordón de soldadura adecuadas. El movimiento a lo largo de la junta también puede requerir un componente de "tejido" para producir una soldadura sólida, especialmente cuando se suelda verticalmente o por encima de la cabeza. Durante la capacitación, se recomienda a los aprendices de soldador que observen el borde posterior del charco de soldadura, no el arco, para asegurarse de que están avanzando por la unión a un ritmo óptimo.
La orientación de la pistola con respecto a la pieza soldada es importante, ya que afecta la forma en que la energía del arco se dirige hacia las piezas constituyentes. En una soldadura ideal, se lograría una penetración del 100 por ciento, lo que, cuando se combina con la formación del cordón de soldadura, producirá una soldadura que es teóricamente más fuerte que las piezas constituyentes. En la práctica, no se logra una penetración total y, de hecho, puede ser indeseable. Sin embargo, la penetración será más profunda cuando el electrodo de alambre esté exactamente perpendicular a la superficie que se está soldando. Además, la deposición del metal de aportación, que procede de la fusión del electrodo de alambre, tenderá a ser uniforme con el alambre en perpendicular.
En la práctica, la perpendicularidad no siempre es ideal o incluso alcanzable, a menos que se suelde una junta a tope horizontal. Por lo tanto, la pistola generalmente estará orientada de manera que el cable bisectúe el ángulo entre las dos superficies que se unen. Por ejemplo, si se está soldando una junta de filete de 90 grados, un ángulo del alambre de 45 grados debería producir la mejor penetración y deposición de relleno. Una junta traslapada horizontal, por otro lado, se beneficiaría de un ángulo menos agudo para dirigir más energía del arco hacia la pieza inferior y menos energía hacia el borde de la pieza superior, principalmente para evitar que el borde se derrita.
El ángulo de avance, o ángulo de avance, es el ángulo del arma con respecto a la dirección de avance a lo largo de la articulación y, por lo general, debe permanecer aproximadamente vertical. [32] La mayoría de las pistolas están diseñadas de manera que cuando la empuñadura (mango) esté paralela a la superficie de trabajo, se obtendrá un ángulo de avance adecuado. Sin embargo, el mejor ángulo variará debido a los diferentes tipos de gases protectores y la forma en que se dispersan. Con gases inertes puros, por ejemplo argón puro, la parte inferior del soplete suele estar ligeramente por delante de la sección superior, mientras que ocurre lo contrario cuando la atmósfera de soldadura es dióxido de carbono. [33]
Es importante mantener una distancia de contacto relativamente estable entre la punta y la pieza de trabajo (la distancia sobresaliente ). Una sobresalida excesiva puede hacer que el electrodo de alambre se derrita demasiado lejos de la soldadura, provocando un arco chisporroteante, una penetración poco profunda y una deposición deficiente. Una sobresalida excesiva también puede provocar que el gas protector no cubra adecuadamente la zona de fusión, lo que provoca contaminación atmosférica y una soldadura porosa y defectuosa.
Por el contrario, una proyección insuficiente puede aumentar la velocidad a la que se acumulan salpicaduras dentro de la boquilla de la pistola y, en casos extremos, puede causar daños a la punta de contacto de la pistola debido a que el cable "se quema" en la punta. El retroceso de la llama, a su vez, puede hacer que el alambre se atasque en la punta y deje de moverse, lo que resulta en un “nido de pájaros” (amontonamiento de alambre) en el mecanismo de alimentación de alambre en la soldadora. La distancia de salida correcta variará según los diferentes procesos y aplicaciones de GMAW; a menudo se utiliza una distancia de salida más corta en soldadura vertical y aérea. [34] [35] [36] [37]
La soldadura de posición, es decir, la soldadura de juntas verticales o aéreas, puede requerir el uso de una técnica de tejido para asegurar la adecuada deposición y penetración de la soldadura. La soldadura de posición se complica por la tendencia del metal fundido a salir del charco (“goteo de soldadura”), especialmente un problema con las juntas elevadas. El goteo de soldadura provocará la formación de cráteres y socavaciones donde el cordón debería mezclarse con los metales base, lo que resultará en una soldadura débil y un riesgo de agrietamiento en el borde del cordón. El tejido mueve constantemente la zona de fusión para limitar la cantidad de metal depositado en cualquier punto. Luego, la tensión superficial ayuda a mantener el metal fundido en el charco hasta que pueda solidificarse. En algunos casos, es posible que se requiera un caudal de gas de protección superior al normal para lograr una soldadura satisfactoria. El desarrollo de la habilidad de soldar en posición requiere experiencia, pero la mayoría de los aprendices de soldadura generalmente la dominan antes de alcanzar el estatus de oficial .
Una soldadura vertical puede comenzar en la parte inferior de la junta y continuar hacia arriba, o comenzar en la parte superior y trabajar hacia abajo. La técnica ascendente tiende a producir una penetración más profunda y una soldadura teóricamente más fuerte. Sin embargo, existe una mayor tendencia al goteo de soldadura, lo que provoca los cráteres y socavaciones antes mencionados, que se pueden evitar con una técnica de tejido adecuada. Un cierto aumento en las salpicaduras también puede ser un problema. Por otro lado, el procedimiento de arriba hacia abajo es menos propenso al goteo de soldadura y generalmente produce soldaduras más suaves y atractivas, pero con menos penetración. Generalmente se considera que la técnica de abajo hacia arriba es la preferida con secciones pesadas, aunque el uso de dióxido de carbono puro al soldar aceros con bajo y medio carbono con la técnica de arriba hacia abajo puede aumentar la penetración sin una degradación excesiva de la apariencia.
Además de poseer buenas habilidades en el manejo de armas, el soldador debe saber cómo configurar correctamente el soldador (máquina) para adaptarse a las características de la soldadura, el tipo de alambre y los gases de protección que se utilizan y, en algunos casos, la orientación. de la unión a soldar. Dicha configuración implica establecer el voltaje, la velocidad de alimentación del alambre y el caudal de gas, así como utilizar la boquilla de pistola correcta para lograr una dispersión adecuada del gas de protección.
Con el tiempo, la soldadura provocará una acumulación de salpicaduras dentro de la boquilla, que en cantidad suficiente afectará la dispersión del gas, lo que posiblemente provocará soldaduras defectuosas. Por lo tanto, el soldador tendrá que limpiar periódicamente la boquilla y la punta para eliminar las salpicaduras. El uso de un compuesto antisalpicaduras en la boquilla y la punta a menudo puede reducir la velocidad de acumulación. El compuesto antisalpicaduras se vende tanto en un frasco como pasta (a menudo denominado en el comercio "tip-dip") como en una lata de aerosol como aerosol. Los soldadores pueden usar este último producto para evitar la acumulación de salpicaduras en la propia pieza soldada, así como en la plantilla que sujeta los componentes de la pieza soldada.
Dos de los problemas de calidad más frecuentes en GMAW son la escoria y la porosidad . Si no se controlan, pueden provocar soldaduras más débiles y menos dúctiles . La escoria es un problema especialmente común en las soldaduras GMAW de aluminio, normalmente proveniente de partículas de óxido de aluminio o nitruro de aluminio presentes en el electrodo o materiales base. Los electrodos y las piezas de trabajo deben cepillarse con un cepillo de alambre o tratarse químicamente para eliminar los óxidos de la superficie. Cualquier oxígeno en contacto con el baño de soldadura, ya sea de la atmósfera o del gas protector, también causa escoria. Como resultado, es necesario un flujo suficiente de gases protectores inertes y se debe evitar la soldadura en aire en movimiento. [38]
En GMAW, la causa principal de la porosidad es el atrapamiento de gas en el baño de soldadura, que ocurre cuando el metal se solidifica antes de que escape el gas. El gas puede proceder de impurezas en el gas protector o en la pieza de trabajo, así como de un arco demasiado largo o violento. Generalmente, la cantidad de gas atrapado está directamente relacionada con la velocidad de enfriamiento del baño de soldadura. Debido a su mayor conductividad térmica , las soldaduras de aluminio son especialmente susceptibles a mayores velocidades de enfriamiento y, por tanto, a una porosidad adicional. Para reducirlo, la pieza de trabajo y el electrodo deben estar limpios, la velocidad de soldadura disminuida y la corriente configurada lo suficientemente alta como para proporcionar suficiente entrada de calor y una transferencia de metal estable, pero lo suficientemente baja como para que el arco permanezca estable. El precalentamiento también puede ayudar a reducir la velocidad de enfriamiento en algunos casos al reducir el gradiente de temperatura entre el área de soldadura y el metal base. [39]
La soldadura por arco en cualquier forma puede ser peligrosa si no se toman las precauciones adecuadas. Dado que GMAW emplea un arco eléctrico, los soldadores deben usar ropa protectora adecuada, incluidos guantes gruesos y chaquetas protectoras de manga larga, para minimizar la exposición al arco en sí, así como al calor intenso, chispas y metal caliente. La intensa radiación ultravioleta del arco puede provocar daños similares a quemaduras solares en la piel expuesta, así como una afección conocida como ojo de arco , una inflamación de la córnea o, en casos de exposición prolongada, daños irreversibles en la retina del ojo . Los cascos de soldadura convencionales contienen placas faciales oscuras para evitar esta exposición. Los diseños de cascos más nuevos cuentan con una placa frontal de cristal líquido que se oscurece automáticamente al exponerse al arco. Las cortinas de soldadura transparentes, hechas de una película plástica de cloruro de polivinilo , se utilizan a menudo para proteger a los trabajadores y transeúntes cercanos de la exposición al arco. [40]
Los soldadores a menudo están expuestos a gases peligrosos y partículas en suspensión en el aire . GMAW produce humo que contiene partículas de varios tipos de óxidos , y el tamaño de las partículas tiende a influir en la toxicidad de los humos. Las partículas más pequeñas presentan un mayor peligro. Las concentraciones de dióxido de carbono y ozono pueden resultar peligrosas si la ventilación es inadecuada. Otras precauciones incluyen mantener los materiales combustibles alejados del lugar de trabajo y tener cerca un extintor de incendios que funcione . [41]
Los tres modos de transferencia en GMAW son globular, cortocircuito y pulverización. Existen algunas variaciones reconocidas de estos tres modos de transferencia, incluido el cortocircuito modificado y la pulverización pulsada. [42]
GMAW con transferencia globular de metal se considera la menos deseable de las tres variaciones principales de GMAW, debido a su tendencia a producir calor elevado, una superficie de soldadura deficiente y salpicaduras. El método se desarrolló originalmente como una forma rentable de soldar acero utilizando GMAW, porque esta variación utiliza dióxido de carbono, un gas protector menos costoso que el argón. A su ventaja económica se sumaba su alta tasa de deposición, que permitía velocidades de soldadura de hasta 110 mm/s (250 in/min). [43] A medida que se realiza la soldadura, una bola de metal fundido del electrodo tiende a acumularse en el extremo del electrodo, a menudo en formas irregulares con un diámetro mayor que el propio electrodo. Cuando la gota finalmente se desprende, ya sea por gravedad o por cortocircuito, cae sobre la pieza de trabajo, dejando una superficie irregular y, a menudo, provocando salpicaduras. [44] Como resultado de la gran gota fundida, el proceso generalmente se limita a posiciones de soldadura planas y horizontales, requiere piezas de trabajo más gruesas y da como resultado un baño de soldadura más grande. [45] [46]
Otros avances en la soldadura de acero con GMAW llevaron a una variación conocida como transferencia de cortocircuito (SCT) o GMAW de arco corto, en la que la corriente es menor que en el método globular. Como resultado de la menor corriente, la entrada de calor para la variación del arco corto se reduce considerablemente, lo que permite soldar materiales más delgados y al mismo tiempo disminuir la cantidad de distorsión y tensión residual en el área de soldadura. Al igual que en la soldadura globular, se forman gotas fundidas en la punta del electrodo, pero en lugar de caer al baño de soldadura, cierran el espacio entre el electrodo y el baño de soldadura como resultado de la menor velocidad de alimentación del alambre. Esto provoca un cortocircuito y extingue el arco, pero se vuelve a encender rápidamente después de que la tensión superficial del baño de soldadura retira el cordón de metal fundido de la punta del electrodo. Este proceso se repite unas 100 veces por segundo, lo que hace que el arco parezca constante para el ojo humano. Este tipo de transferencia de metal proporciona una mejor calidad de soldadura y menos salpicaduras que la variación globular, y permite soldar en todas las posiciones, aunque con una deposición más lenta del material de soldadura. Establecer los parámetros del proceso de soldadura (voltios, amperios y velocidad de alimentación del alambre) dentro de una banda relativamente estrecha es fundamental para mantener un arco estable: generalmente entre 100 y 200 amperios a 17 a 22 voltios para la mayoría de las aplicaciones. Además, el uso de transferencia de arco corto puede provocar una falta de fusión y una penetración insuficiente al soldar materiales más gruesos, debido a la menor energía del arco y al baño de soldadura que se congela rápidamente. [47] Al igual que la variación globular, sólo se puede utilizar en metales ferrosos. [20] [48] [49]
Para materiales delgados, se utiliza Cold Metal Transfer (CMT) reduciendo la corriente cuando se registra un cortocircuito, produciendo muchas gotas por segundo. CMT se puede utilizar para aluminio. [ cita necesaria ]
La transferencia por pulverización GMAW fue el primer método de transferencia de metal utilizado en GMAW y es muy adecuado para soldar aluminio y acero inoxidable empleando un gas protector inerte. En este proceso GMAW, el metal del electrodo de soldadura pasa rápidamente a lo largo del arco eléctrico estable desde el electrodo hasta la pieza de trabajo, eliminando esencialmente las salpicaduras y dando como resultado un acabado de soldadura de alta calidad. A medida que la corriente y el voltaje aumentan más allá del rango de transferencia de cortocircuito, la transferencia de metal del electrodo de soldadura pasa de glóbulos más grandes a través de pequeñas gotas a una corriente vaporizada a las energías más altas. [50] Dado que esta variación de la transferencia por pulverización vaporizada del proceso de soldadura GMAW requiere voltaje y corriente más altos que la transferencia por cortocircuito, y como resultado del mayor aporte de calor y el área del baño de soldadura más grande (para un diámetro de electrodo de soldadura determinado), generalmente es Se utiliza únicamente en piezas de trabajo con espesores superiores a aproximadamente 6,4 mm (0,25 pulgadas). [51]
Además, debido al gran baño de soldadura, a menudo se limita a posiciones de soldadura planas y horizontales y, a veces, también se utiliza para soldaduras verticales hacia abajo. Generalmente no es práctico para soldaduras de paso de raíz. [52] Cuando se utiliza un electrodo más pequeño junto con un menor aporte de calor, su versatilidad aumenta. La velocidad máxima de deposición para el arco de pulverización GMAW es relativamente alta: alrededor de 600 mm/s (1500 in/min). [20] [43] [53]
Una variación del modo de transferencia por pulverización, la pulverización por pulsos se basa en los principios de la transferencia por pulverización, pero utiliza una corriente pulsante para derretir el alambre de relleno y permitir que una pequeña gota fundida caiga con cada pulso. Los pulsos permiten que la corriente promedio sea más baja, lo que disminuye la entrada de calor general y, por lo tanto, disminuye el tamaño del baño de soldadura y la zona afectada por el calor, al tiempo que permite soldar piezas de trabajo delgadas. El pulso proporciona un arco estable y sin salpicaduras, ya que no se produce ningún cortocircuito. Esto también hace que el proceso sea adecuado para casi todos los metales, y también se puede utilizar un alambre de electrodo más grueso. El baño de soldadura más pequeño le da a la variación una mayor versatilidad, permitiendo soldar en todas las posiciones. En comparación con el GMAW de arco corto, este método tiene una velocidad máxima algo más lenta (85 mm/s o 200 in/min) y el proceso también requiere que el gas protector sea principalmente argón con una baja concentración de dióxido de carbono. Además, requiere una fuente de energía especial capaz de proporcionar pulsos de corriente con una frecuencia de entre 30 y 400 pulsos por segundo. Sin embargo, el método ha ganado popularidad, ya que requiere un menor aporte de calor y puede usarse para soldar piezas delgadas, así como materiales no ferrosos. [20] [54] [55] [56]
La soldadura con núcleo fundente , autoprotectora o alimentada por alambre sin gas se desarrolló para lograr simplicidad y portabilidad. [57] Esto evita el sistema de gas de GMAW convencional y utiliza un alambre con núcleo que contiene un fundente sólido. Este fundente se vaporiza durante la soldadura y produce una columna de gas protector. Aunque se describe como un "fundente", este compuesto tiene poca actividad y actúa principalmente como un escudo inerte. El alambre tiene un diámetro ligeramente mayor que el de una soldadura comparable protegida con gas, para dejar espacio para el fundente. El más pequeño disponible tiene un diámetro de 0,8 mm, en comparación con los 0,6 mm del alambre macizo. El vapor protector es ligeramente activo, en lugar de inerte, por lo que el proceso siempre es MAGS pero no MIG (gas protector inerte). Esto limita el proceso al acero y no al aluminio. [ cita necesaria ]
Estas máquinas sin gas funcionan como DCEN, en lugar del DCEP que se utiliza habitualmente para el alambre sólido GMAW. [57] DCEP, o Electrodo Positivo de CC, convierte el cable de soldadura en un ánodo cargado positivamente , que es el lado más caliente del arco. [58] Siempre que sea conmutable de DCEN a DCEP, también se puede utilizar una máquina de alimentación de alambre con protección de gas para alambre tubular. [ cita necesaria ]
Se considera que el alambre con núcleo fundente tiene algunas ventajas para la soldadura al aire libre en el sitio, ya que es menos probable que la columna de gas de protección sea arrastrada por el viento que el gas de protección de una boquilla convencional. [59] [60] Un ligero inconveniente es que, al igual que la soldadura SMAW (revestimiento revestido), puede haber algo de fundente depositado sobre el cordón de soldadura, lo que requiere más proceso de limpieza entre pasadas. [59]
Las máquinas de soldadura de núcleo fundente son las más populares entre los aficionados, ya que son un poco más simples, pero principalmente porque evitan el costo de proporcionar gas de protección, ya sea a través de un cilindro alquilado o con el alto costo de los cilindros desechables. [59]
