La soldadura por arco de tungsteno con gas ( GTAW , también conocida como soldadura con gas inerte de tungsteno o TIG , y soldadura con heliarco cuando se utiliza helio) es un proceso de soldadura por arco que utiliza un electrodo de tungsteno no consumible para producir la soldadura . El área de soldadura y el electrodo están protegidos de la oxidación u otra contaminación atmosférica mediante un gas protector inerte ( argón o helio ). Normalmente se utiliza un metal de aportación , aunque algunas soldaduras, conocidas como " soldaduras autógenas " o " soldaduras por fusión ", no lo requieren. Una fuente de alimentación de soldadura de corriente constante produce energía eléctrica, que se conduce a través del arco a través de una columna de gas altamente ionizado y vapores metálicos conocida como plasma .
El proceso otorga al operador un mayor control sobre la soldadura que los procesos de la competencia, como la soldadura por arco metálico protegido y la soldadura por arco metálico con gas , lo que permite soldaduras más fuertes y de mayor calidad. Sin embargo, la soldadura TIG es comparativamente más compleja y difícil de dominar y, además, es significativamente más lenta que la mayoría de las otras técnicas de soldadura.
La soldadura TAG fue el nombre que se le dio a principios de la década de 1970 al entonces novedoso y revolucionario método de soldar con varilla metales que antes eran problemáticos. La soldadura TAG era entonces el uso de una máquina de soldadura que creaba un arco con punta de tungsteno. La punta estaba centrada en una cubierta que alimentaba gas argón alrededor de la punta de tungsteno para evitar que la composición de la soldadura se oxidara y se volviera frágil. La soldadura TAG utiliza varillas de un metal adecuado para el material que se va a soldar permanentemente. Las varillas podrían ser un metal recubierto de aceite para evitar que se oxiden si fuera necesario o, en soldaduras de metales más complicadas, la varilla estaría recubierta con un "fundente" que no era un fundente activo sino un método para proteger las varillas de soldadura de la oxidación durante almacenamiento (los principales ejemplos de esto fueron varillas para soldar; aluminio puro, duraluminio, aleación de magnesio/aluminio y varillas de acero inoxidable utilizadas para reparar acero al carbono de grado ultra alto como en los tanques Sherman de la Segunda Guerra Mundial). En este momento, el uso más frecuente de la soldadura TAG es en la producción de bicicletas de aleación de aluminio de alta gama; estas soldaduras son claramente visibles como ondulaciones en la unión soldada. Aparte de la producción principalmente de bicicletas, TAG ha sido superada por el uso de puntas de aleación de tungsteno y gas argón combinado con otros gases inertes. Las varillas de soldadura TAG son ahora varillas de aleación de metal para proyectos altamente específicos o, más frecuentemente, máquinas de tambor flexibles alimentadas por cable/alambre de "flujo" de producción en masa. Estos acontecimientos han hecho que el nombre del TAG no sea específico y haya perdido popularidad, aunque el proceso revolucionario básico sigue siendo el mismo.
La soldadura Meta TIG [ se necesita aclaración ] se usa más comúnmente para soldar secciones delgadas de acero inoxidable y metales no ferrosos como aluminio , magnesio y aleaciones de cobre .
Un proceso relacionado, la soldadura por arco de plasma , utiliza un soplete de soldadura ligeramente diferente para crear un arco de soldadura más enfocado y, como resultado, a menudo se automatiza. [1]
Después del descubrimiento del arco eléctrico de pulsación corta en 1801 por Humphry Davy [2] [3] y del arco eléctrico continuo en 1802 por Vasily Petrov , [3] [4] la soldadura por arco se desarrolló lentamente. CL Coffin tuvo la idea de soldar en una atmósfera de gas inerte en 1890, pero incluso a principios del siglo XX, soldar materiales no ferrosos como el aluminio y el magnesio seguía siendo difícil porque estos metales reaccionaban rápidamente con el aire, lo que generaba escoria porosa . soldaduras rellenas. [5] Los procesos que utilizan electrodos cubiertos de fundente no protegieron satisfactoriamente el área de soldadura de la contaminación. Para solucionar el problema, a principios de los años 30 se utilizaron gases inertes envasados. Unos años más tarde, surgió en la industria aeronáutica un proceso de soldadura de corriente continua con protección de gas para soldar magnesio. [6]
A principios de la década de 1940, Northrop Aircraft estaba desarrollando un avión experimental a partir de magnesio denominado XP-56 , para lo cual Vladimir Pavlecka , Tom Piper y Russell Meredith desarrollaron un proceso de soldadura denominado Heliarc porque utilizaba un arco de electrodo de tungsteno y helio como gas protector (el diseño de la antorcha fue patentado por Meredith en 1941). [7] Ahora a menudo se la conoce como soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), especialmente en Europa, pero el término oficial de la Sociedad Estadounidense de Soldadura es soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW). Linde Air Products desarrolló una amplia gama de antorchas enfriadas por aire y por agua, lentes de gas para mejorar el blindaje y otros accesorios que aumentaron el uso del proceso. Al principio, el electrodo se sobrecalentó rápidamente y, a pesar de la alta temperatura de fusión del tungsteno , se transfirieron partículas de tungsteno a la soldadura. [6] Para abordar este problema, la polaridad del electrodo se cambió de positiva a negativa, pero el cambio lo hizo inadecuado para soldar muchos materiales no ferrosos. Finalmente, el desarrollo de unidades de corriente alterna permitió estabilizar el arco y producir soldaduras de aluminio y magnesio de alta calidad. [6] [8]
Los acontecimientos continuaron durante las décadas siguientes. Linde desarrolló antorchas refrigeradas por agua que ayudaron a prevenir el sobrecalentamiento al soldar con corrientes elevadas. [9] Durante la década de 1950, a medida que el proceso seguía ganando popularidad, algunos usuarios recurrieron al dióxido de carbono como alternativa a las atmósferas de soldadura más caras que consistían en argón y helio , pero esto resultó inaceptable para soldar aluminio y magnesio porque reducía la calidad de la soldadura. , por lo que hoy en día rara vez se usa con GTAW. [10] El uso de cualquier gas protector que contenga un compuesto de oxígeno, como dióxido de carbono, contamina rápidamente el electrodo de tungsteno, haciéndolo inadecuado para el proceso TIG. [11] En 1953, se desarrolló un nuevo proceso basado en GTAW, llamado soldadura por arco de plasma. Ofrece un mayor control y mejora la calidad de la soldadura mediante el uso de una boquilla para enfocar el arco eléctrico, pero se limita en gran medida a sistemas automatizados, mientras que GTAW sigue siendo principalmente un método manual. [10] El desarrollo dentro del proceso GTAW también ha continuado, y hoy en día existen varias variaciones. Entre los más populares se encuentran los métodos GTAW de corriente pulsada, programación manual, hilo caliente, dabber y mayor penetración. [12]
La soldadura manual por arco de tungsteno con gas es un método de soldadura relativamente difícil debido a la coordinación requerida por el soldador. De manera similar a la soldadura con soplete, GTAW normalmente requiere dos manos, ya que la mayoría de las aplicaciones requieren que el soldador introduzca manualmente un metal de aportación en el área de soldadura con una mano mientras manipula el soplete con la otra. También es importante mantener una longitud de arco corta y al mismo tiempo evitar el contacto entre el electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo. [13]
Para iniciar el arco de soldadura, un generador de alta frecuencia (similar a una bobina de Tesla ) proporciona una chispa eléctrica . Esta chispa es un camino conductor para la corriente de soldadura a través del gas protector y permite que se inicie el arco mientras el electrodo y la pieza de trabajo están separados, generalmente a una distancia de entre 1,5 y 3 mm (0,06 a 0,12 pulgadas). [14]
Una vez que se inicia el arco, el soldador mueve el soplete en un pequeño círculo para crear un baño de soldadura, cuyo tamaño depende del tamaño del electrodo y de la cantidad de corriente. Mientras mantiene una separación constante entre el electrodo y la pieza de trabajo, el operador mueve la antorcha ligeramente hacia atrás y la inclina hacia atrás entre 10 y 15 grados desde la vertical. El metal de aportación se agrega manualmente al extremo frontal del baño de soldadura según sea necesario. [14]
Los soldadores a menudo desarrollan una técnica que consiste en alternar rápidamente entre mover el soplete hacia adelante (para hacer avanzar el baño de soldadura) y agregar metal de aportación. La varilla de relleno se retira del baño de soldadura cada vez que avanza el electrodo, pero siempre se mantiene dentro del escudo de gas para evitar la oxidación de su superficie y la contaminación de la soldadura. Las varillas de relleno compuestas de metales con una temperatura de fusión baja, como el aluminio, requieren que el operador se mantenga a cierta distancia del arco mientras permanece dentro del escudo de gas. Si se mantiene demasiado cerca del arco, la varilla de relleno puede derretirse antes de hacer contacto con el charco de soldadura. A medida que la soldadura se acerca a su finalización, la corriente del arco a menudo se reduce gradualmente para permitir que el cráter de soldadura se solidifique y evitar la formación de grietas al final de la soldadura. [15] [16]
La física de GTAW implica varios procesos complejos, incluida la termodinámica, la física del plasma y la dinámica de fluidos. El electrodo de tungsteno no consumible puede funcionar como cátodo o ánodo y se utiliza para producir un arco eléctrico entre el electrodo y la pieza de trabajo. Para crear inicialmente el arco, el área de soldadura se inunda con gas inerte y la máquina de soldar genera un alto voltaje de ataque (típicamente 1 kV por 1 mm) para superar la resistividad eléctrica de la atmósfera que rodea el área de soldadura. Una vez establecido el arco, el voltaje disminuye y la corriente fluye entre la pieza de trabajo y el electrodo. A pesar de las altas temperaturas de este arco eléctrico, el principal mecanismo de transferencia de calor en GTAW es el calentamiento en julios resultante de este flujo de corriente. [17]
Los soldadores usan ropa protectora , incluidos guantes de cuero finos y ligeros y camisas protectoras de manga larga con cuello alto, para evitar la exposición a la fuerte luz ultravioleta . Debido a la ausencia de humo en GTAW, la luz del arco eléctrico no está cubierta por humos y partículas como en la soldadura con electrodo revestido o en la soldadura por arco metálico protegido y, por lo tanto, es mucho más brillante, lo que somete a los operadores a una fuerte luz ultravioleta. El arco de soldadura tiene un rango y una intensidad de longitudes de onda de luz ultravioleta diferentes a los de la luz solar, pero el soldador está muy cerca de la fuente y la intensidad de la luz es muy fuerte. Los posibles daños causados por la luz de arco incluyen destellos accidentales en los ojos o daños en los ojos y en la piel similares a las quemaduras solares intensas . Los operadores usan cascos opacos con lentes de ojos oscuros y que cubren completamente la cabeza y el cuello para evitar esta exposición a la luz ultravioleta. Los cascos modernos suelen contar con una placa frontal de cristal líquido que se oscurece automáticamente al exponerse a la luz brillante del arco activado. Las cortinas de soldadura transparentes, hechas de una película plástica de cloruro de polivinilo de colores intensos , se utilizan a menudo para proteger a los trabajadores y transeúntes cercanos de la exposición a la luz ultravioleta del arco eléctrico. [18]
Los soldadores también suelen estar expuestos a gases peligrosos y partículas . Si bien el proceso no produce humo, el brillo del arco en GTAW puede descomponer el aire circundante para formar ozono y óxidos nítricos. El ozono y los óxidos nítricos reaccionan con el tejido pulmonar y la humedad para crear ácido nítrico y quemaduras por ozono. Los niveles de ozono y óxido nítrico son moderados, pero se deben controlar la duración de la exposición, la exposición repetida y la calidad y cantidad de la extracción de humos y el cambio de aire en la habitación. Los soldadores que no trabajan de forma segura pueden contraer enfisema y edema pulmonar, lo que puede provocar una muerte prematura. De manera similar, el calor del arco puede provocar la formación de vapores venenosos a partir de los materiales de limpieza y desengrasado. Las operaciones de limpieza que utilizan estos agentes no deben realizarse cerca del lugar de soldadura y es necesaria una ventilación adecuada para proteger al soldador. [18]
Si bien la industria aeroespacial es uno de los principales usuarios de la soldadura por arco de tungsteno con gas, el proceso se utiliza en otras áreas. Muchas industrias utilizan GTAW para soldar piezas delgadas, especialmente metales no ferrosos. Se utiliza ampliamente en la fabricación de vehículos espaciales y también se emplea con frecuencia para soldar tubos de pequeño diámetro y paredes delgadas, como los que se utilizan en la industria de las bicicletas. Además, GTAW se utiliza a menudo para realizar soldaduras de raíz o de primer paso para tuberías de varios tamaños. En trabajos de mantenimiento y reparación, el proceso se utiliza comúnmente para reparar herramientas y matrices, especialmente componentes fabricados de aluminio y magnesio. [19] Debido a que el metal de soldadura no se transfiere directamente a través del arco eléctrico como la mayoría de los procesos de soldadura por arco abierto, el ingeniero de soldadura dispone de una amplia variedad de metales de aportación para soldadura. De hecho, ningún otro proceso de soldadura permite soldar tantas aleaciones en tantas configuraciones de productos. Las aleaciones de metales de aportación, como el aluminio elemental y el cromo, pueden perderse a través del arco eléctrico debido a la volatilización. Esta pérdida no ocurre con el proceso GTAW. Debido a que las soldaduras resultantes tienen la misma integridad química que el metal base original o coinciden más estrechamente con los metales base, las soldaduras GTAW son altamente resistentes a la corrosión y al agrietamiento durante largos períodos de tiempo, lo que convierte a GTAW en el procedimiento de soldadura elegido para operaciones críticas como sellar armas nucleares gastadas. botes de combustible antes del entierro. [20]
La soldadura por arco de tungsteno con gas, debido a que ofrece un mayor control sobre el área de soldadura que otros procesos de soldadura, puede producir soldaduras de alta calidad cuando la realizan operadores capacitados. La máxima calidad de la soldadura se garantiza manteniendo la limpieza: todos los equipos y materiales utilizados deben estar libres de aceite, humedad, suciedad y otras impurezas, ya que estos provocan la porosidad de la soldadura y, en consecuencia, una disminución de su resistencia y calidad. Para eliminar el aceite y la grasa, se puede utilizar alcohol o disolventes comerciales similares, mientras que un cepillo de alambre de acero inoxidable o un proceso químico pueden eliminar los óxidos de las superficies de metales como el aluminio. El óxido en los aceros se puede eliminar primero chorreando la superficie con chorro de arena y luego usando un cepillo de alambre para eliminar la arena incrustada. Estos pasos son especialmente importantes cuando se utiliza corriente continua de polaridad negativa, porque dicha fuente de alimentación no proporciona limpieza durante el proceso de soldadura, a diferencia de la corriente continua de polaridad positiva o la corriente alterna. [21] Para mantener un baño de soldadura limpio durante la soldadura, el flujo de gas protector debe ser suficiente y constante para que el gas cubra la soldadura y bloquee las impurezas de la atmósfera. GTAW en ambientes ventosos o con corrientes de aire aumenta la cantidad de gas protector necesario para proteger la soldadura, lo que aumenta el costo y hace que el proceso sea impopular en exteriores. [22]
El nivel de aporte de calor también afecta la calidad de la soldadura. La baja entrada de calor, causada por una baja corriente de soldadura o una alta velocidad de soldadura, puede limitar la penetración y hacer que el cordón de soldadura se levante de la superficie que se está soldando. Sin embargo, si hay demasiada entrada de calor, el cordón de soldadura aumenta en ancho mientras aumenta la probabilidad de penetración excesiva y salpicaduras (emisión de pequeñas gotas no deseadas de metal fundido). Además, si el soplete de soldadura está demasiado lejos de la pieza de trabajo, el gas protector se vuelve ineficaz y provoca porosidad dentro de la soldadura. Esto da como resultado una soldadura con poros, que es más débil que una soldadura típica. [22]
Si la cantidad de corriente utilizada excede la capacidad del electrodo, pueden producirse inclusiones de tungsteno en la soldadura. Esto, conocido como proyección de tungsteno, se puede identificar mediante radiografía y se puede prevenir cambiando el tipo de electrodo o aumentando el diámetro del electrodo. Además, si el electrodo no está bien protegido por la protección de gas o el operador accidentalmente permite que entre en contacto con el metal fundido, puede ensuciarse o contaminarse. Esto a menudo hace que el arco de soldadura se vuelva inestable, lo que requiere que el electrodo se esmerile con un abrasivo de diamante para eliminar la impureza. [22]
El equipo requerido para la operación de soldadura por arco de tungsteno con gas incluye un soplete de soldadura que utiliza un electrodo de tungsteno no consumible, una fuente de alimentación de soldadura de corriente constante y una fuente de gas protector.
Los sopletes de soldadura GTAW están diseñados para funcionamiento automático o manual y están equipados con sistemas de refrigeración que utilizan aire o agua. Las antorchas automática y manual son similares en construcción, pero la antorcha manual tiene un mango, mientras que la antorcha automática normalmente viene con un soporte de montaje. El ángulo entre la línea central del mango y la línea central del electrodo de tungsteno, conocido como ángulo del cabezal, se puede variar en algunas antorchas manuales según la preferencia del operador. Los sistemas de refrigeración por aire se utilizan con mayor frecuencia para operaciones de baja corriente (hasta aproximadamente 200 A ), mientras que la refrigeración por agua se requiere para soldaduras de alta corriente (hasta aproximadamente 600 A). Las antorchas están conectadas con cables a la fuente de alimentación y con mangueras a la fuente de gas de protección y, en su caso, al suministro de agua. [23]
Las partes metálicas internas de una antorcha están hechas de aleaciones duras de cobre o latón para que puedan transmitir corriente y calor de manera efectiva. El electrodo de tungsteno debe sujetarse firmemente en el centro del soplete con un collar del tamaño adecuado , y los puertos alrededor del electrodo proporcionan un flujo constante de gas protector. Las pinzas tienen un tamaño según el diámetro del electrodo de tungsteno que sostienen. El cuerpo del soplete está hecho de plásticos aislantes resistentes al calor que cubren los componentes metálicos, proporcionando aislamiento del calor y la electricidad para proteger al soldador. [23]
El tamaño de la boquilla del soplete depende de la cantidad de área protegida deseada. El tamaño de la boquilla de gas depende del diámetro del electrodo, la configuración de la junta y la disponibilidad de acceso a la junta por parte del soldador. El diámetro interior de la boquilla es preferiblemente al menos tres veces el diámetro del electrodo, pero no existen reglas estrictas. El soldador juzga la efectividad del blindaje y aumenta el tamaño de la boquilla para aumentar el área protegida por el escudo de gas externo según sea necesario. La boquilla debe ser resistente al calor y por eso normalmente está hecha de alúmina o un material cerámico, pero el cuarzo fundido , un vidrio de alta pureza, ofrece una mayor visibilidad. Se pueden insertar dispositivos en la boquilla para aplicaciones especiales, como lentes de gas o válvulas para mejorar el control del flujo de gas protector para reducir la turbulencia y la introducción de atmósfera contaminada en el área protegida. Se pueden agregar interruptores manuales para controlar la corriente de soldadura a las antorchas GTAW manuales. [23]
La soldadura por arco de tungsteno con gas utiliza una fuente de energía de corriente constante, lo que significa que la corriente (y por lo tanto el flujo de calor ) permanece relativamente constante, incluso si la distancia del arco y el voltaje cambian. Esto es importante porque la mayoría de las aplicaciones de GTAW son manuales o semiautomáticas y requieren que un operador sostenga la antorcha. Mantener una distancia de arco adecuadamente estable es difícil si en su lugar se utiliza una fuente de energía de voltaje constante, ya que puede causar variaciones dramáticas de calor y dificultar la soldadura. [24]
La polaridad preferida del sistema GTAW depende en gran medida del tipo de metal que se está soldando. La corriente continua con un electrodo cargado negativamente (DCEN) se utiliza a menudo para soldar aceros , níquel , titanio y otros metales. También se puede utilizar en GTAW automático de aluminio o magnesio cuando se utiliza helio como gas protector. [25] El electrodo cargado negativamente genera calor emitiendo electrones, que viajan a través del arco, provocando la ionización térmica del gas protector y aumentando la temperatura del material base. El gas protector ionizado fluye hacia el electrodo, no hacia el material base, y esto puede permitir que se acumulen óxidos en la superficie de la soldadura. [25] La corriente directa con un electrodo cargado positivamente (DCEP) es menos común y se usa principalmente para soldaduras poco profundas, ya que se genera menos calor en el material base. En lugar de fluir desde el electrodo al material base, como en DCEN, los electrones van en la otra dirección, lo que hace que el electrodo alcance temperaturas muy altas. [25] Para ayudarlo a mantener su forma y evitar que se ablande, a menudo se usa un electrodo más grande. A medida que los electrones fluyen hacia el electrodo, el gas protector ionizado regresa hacia el material base, limpiando la soldadura eliminando óxidos y otras impurezas y mejorando así su calidad y apariencia. [25]
La corriente alterna, comúnmente utilizada al soldar aluminio y magnesio de forma manual o semiautomática, combina las dos corrientes directas haciendo que el electrodo y el material base alternen entre carga positiva y negativa. Esto hace que el flujo de electrones cambie de dirección constantemente, evitando que el electrodo de tungsteno se sobrecaliente mientras se mantiene el calor en el material base. [25] Los óxidos de la superficie todavía se eliminan durante la parte del ciclo con electrodo positivo y el metal base se calienta más profundamente durante la parte del ciclo con electrodo negativo. Algunas fuentes de alimentación permiten a los operadores utilizar una onda de corriente alterna desequilibrada modificando el porcentaje exacto de tiempo que la corriente pasa en cada estado de polaridad, dándoles más control sobre la cantidad de calor y la acción de limpieza suministrada por la fuente de energía. [25] Además, los operadores deben tener cuidado con la rectificación , en la que el arco no se vuelve a encender cuando pasa de polaridad directa (electrodo negativo) a polaridad inversa (electrodo positivo). Para solucionar el problema, se puede utilizar una fuente de alimentación de onda cuadrada , al igual que alta frecuencia para fomentar la estabilidad del arco. [25]
El electrodo utilizado en GTAW está hecho de tungsteno o una aleación de tungsteno, porque el tungsteno tiene la temperatura de fusión más alta entre los metales puros, a 3422 °C (6192 °F). Como resultado, el electrodo no se consume durante la soldadura, aunque puede producirse cierta erosión (llamada quemado). Los electrodos pueden tener un acabado limpio o un acabado esmerilado: los electrodos con acabado limpio se han limpiado químicamente, mientras que los electrodos con acabado esmerilado se han esmerilado hasta obtener un tamaño uniforme y tienen una superficie pulida, lo que los hace óptimos para la conducción del calor. El diámetro del electrodo puede variar entre 0,5 y 6,4 milímetros (0,02 y 0,25 pulgadas) y su longitud puede variar entre 75 y 610 milímetros (3,0 a 24,0 pulgadas).
La Organización Internacional de Normalización y la Sociedad Estadounidense de Soldadura han estandarizado varias aleaciones de tungsteno en ISO 6848 y AWS A5.12, respectivamente, para su uso en electrodos GTAW, y se resumen en la tabla adyacente.
Los metales de aportación también se utilizan en casi todas las aplicaciones de GTAW, siendo la principal excepción la soldadura de materiales delgados. Los metales de aportación están disponibles con diferentes diámetros y están hechos de una variedad de materiales. En la mayoría de los casos, el metal de aportación en forma de varilla se añade manualmente al baño de soldadura, pero algunas aplicaciones requieren un metal de aportación alimentado automáticamente, que a menudo se almacena en carretes o bobinas. [30]
Al igual que con otros procesos de soldadura, como la soldadura por arco metálico con gas, en GTAW se necesitan gases protectores para proteger el área de soldadura de gases atmosféricos como el nitrógeno y el oxígeno , que pueden provocar defectos de fusión, porosidad y fragilización del metal de soldadura si entran en contacto con ellos. el electrodo, el arco o el metal de soldadura. El gas también transfiere calor del electrodo de tungsteno al metal y ayuda a iniciar y mantener un arco estable. [31]
La selección de un gas protector depende de varios factores, incluido el tipo de material que se va a soldar, el diseño de la junta y la apariencia final deseada de la soldadura. El argón es el gas protector más utilizado para GTAW, ya que ayuda a prevenir defectos debidos a la longitud variable del arco. Cuando se utiliza con corriente alterna, el blindaje de argón da como resultado una soldadura de alta calidad y buena apariencia. Otro gas protector común, el helio, se utiliza con mayor frecuencia para aumentar la penetración de la soldadura en una junta, aumentar la velocidad de soldadura y soldar metales con alta conductividad térmica, como el cobre y el aluminio. Una desventaja significativa es la dificultad de iniciar un arco con gas helio y la disminución de la calidad de la soldadura asociada con una longitud de arco variable. [31]
Las mezclas de argón y helio también se utilizan con frecuencia en GTAW, ya que pueden aumentar el control del aporte de calor manteniendo los beneficios del uso de argón. Normalmente, las mezclas se elaboran principalmente con helio (a menudo alrededor del 75% o más) y un resto de argón. Estas mezclas aumentan la velocidad y la calidad de la soldadura AC de aluminio y también facilitan la formación de un arco. Otra mezcla de gas protector, argón- hidrógeno , se utiliza en la soldadura mecanizada de acero inoxidable de calibre liviano, pero debido a que el hidrógeno puede causar porosidad, sus usos son limitados. [31] De manera similar, a veces se puede agregar nitrógeno al argón para ayudar a estabilizar la austenita en los aceros inoxidables austeníticos y aumentar la penetración al soldar cobre. Sin embargo, debido a los problemas de porosidad en los aceros ferríticos y sus beneficios limitados, no es un aditivo popular para gases de protección. [32]
La soldadura por arco de tungsteno con gas se usa más comúnmente para soldar acero inoxidable y materiales no ferrosos, como el aluminio y el magnesio, pero se puede aplicar a casi todos los metales, con una notable excepción el zinc y sus aleaciones. Sus aplicaciones con aceros al carbono están limitadas no por las restricciones del proceso, sino por la existencia de técnicas de soldadura de acero más económicas, como la soldadura por arco metálico con gas y la soldadura por arco metálico protegido. Además, GTAW se puede realizar en una variedad de posiciones distintas a las planas, según la habilidad del soldador y los materiales que se van a soldar. [33]
El aluminio y el magnesio se sueldan con mayor frecuencia mediante corriente alterna, pero también es posible utilizar corriente continua [34] , dependiendo de las propiedades deseadas. Antes de soldar, se debe limpiar el área de trabajo y se puede precalentar a 175 a 200 °C (347 a 392 °F) para aluminio o a un máximo de 150 °C (302 °F) para piezas gruesas de magnesio para mejorar la penetración y aumentar velocidad de viaje. [35] La corriente alterna puede proporcionar un efecto de autolimpieza, eliminando la fina capa refractaria de óxido de aluminio que se forma en el aluminio a los pocos minutos de la exposición al aire. Esta capa de óxido debe eliminarse para que se produzca la soldadura. [35] Cuando se utiliza corriente alterna, se prefieren los electrodos de tungsteno puro o los electrodos de tungsteno circonio a los electrodos toriados, ya que es más probable que estos últimos "escupan" partículas de electrodo a través del arco de soldadura hacia la soldadura. Se prefieren las puntas de los electrodos romas y se debe emplear gas protector de argón puro para piezas de trabajo delgadas. La introducción de helio permite una mayor penetración en piezas de trabajo más gruesas, pero puede dificultar el arranque del arco. [35]
También se puede utilizar corriente continua de cualquier polaridad, positiva o negativa, para soldar aluminio y magnesio. La corriente continua con un electrodo cargado negativamente (DCEN) permite una alta penetración. [35] El argón se utiliza comúnmente como gas protector para la soldadura DCEN de aluminio. A menudo se utilizan gases protectores con un alto contenido de helio para una mayor penetración en materiales más gruesos. Los electrodos toriados son adecuados para su uso en soldadura DCEN de aluminio. La corriente continua con electrodo cargado positivamente (DCEP) se utiliza principalmente para soldaduras poco profundas, especialmente aquellas con un espesor de junta inferior a 1,6 mm (0,063 pulgadas). Generalmente se utiliza un electrodo de tungsteno toriado, junto con gas protector de argón puro. [35]
Para GTAW de aceros al carbono e inoxidables, la selección del material de relleno es importante para evitar una porosidad excesiva. Los óxidos del material de relleno y las piezas de trabajo deben eliminarse antes de soldar para evitar la contaminación, e inmediatamente antes de soldar, se debe utilizar alcohol o acetona para limpiar la superficie. [36] El precalentamiento generalmente no es necesario para aceros dulces de menos de una pulgada de espesor, pero los aceros de baja aleación pueden requerir precalentamiento para retardar el proceso de enfriamiento y evitar la formación de martensita en la zona afectada por el calor . Los aceros para herramientas también deben precalentarse para evitar grietas en la zona afectada por el calor. Los aceros inoxidables austeníticos no requieren precalentamiento, pero los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos al cromo sí. Normalmente se utiliza una fuente de alimentación DCEN y se recomiendan electrodos toriados, ahusados hasta una punta afilada. Se utiliza argón puro para piezas delgadas, pero se puede introducir helio a medida que aumenta el espesor. [36]
La soldadura de metales diferentes a menudo introduce nuevas dificultades en la soldadura GTAW, porque la mayoría de los materiales no se fusionan fácilmente para formar una unión fuerte. Sin embargo, las soldaduras de materiales diferentes tienen numerosas aplicaciones en fabricación, trabajos de reparación y prevención de corrosión y oxidación . [37] En algunas uniones, se elige un metal de aportación compatible para ayudar a formar la unión, y este metal de aportación puede ser el mismo que uno de los materiales base (por ejemplo, utilizando un metal de aportación de acero inoxidable con acero inoxidable y acero al carbono como materiales base) o un metal diferente (como el uso de un metal de aportación de níquel para unir acero y hierro fundido ). Se pueden recubrir o "untar con mantequilla" materiales muy diferentes con un material compatible con un metal de aportación particular y luego soldarlos. Además, GTAW se puede utilizar para revestir o superponer materiales diferentes. [37]
Al soldar metales diferentes, la unión debe tener un ajuste preciso, con dimensiones de separación y ángulos de bisel adecuados. Se debe tener cuidado para evitar derretir el exceso de material base. La corriente pulsada es particularmente útil para estas aplicaciones, ya que ayuda a limitar el aporte de calor. El metal de aportación se debe agregar rápidamente y se debe evitar un baño de soldadura grande para evitar la dilución de los materiales base. [37]
En el modo de corriente pulsada, la corriente de soldadura alterna rápidamente entre dos niveles. El estado de corriente más alto se conoce como corriente de pulso, mientras que el nivel de corriente más bajo se llama corriente de fondo. Durante el período de corriente pulsada, el área de soldadura se calienta y se produce la fusión. Al caer a la corriente de fondo, se permite que el área de soldadura se enfríe y solidifique. La GTAW de corriente pulsada tiene una serie de ventajas, incluida una menor entrada de calor y, en consecuencia, una reducción de la distorsión y la deformación en piezas de trabajo delgadas. Además, permite un mayor control del baño de soldadura y puede aumentar la penetración, la velocidad y la calidad de la soldadura. Un método similar, GTAW programado manualmente, permite al operador programar una tasa y magnitud específicas de variaciones de corriente, lo que lo hace útil para aplicaciones especializadas. [38]
La variación dabber se utiliza para colocar con precisión el metal de soldadura en bordes delgados. El proceso automático replica los movimientos de la soldadura manual al introducir un alambre de relleno frío o caliente en el área de soldadura y frotarlo (u oscilarlo) en el arco de soldadura. Se puede utilizar junto con corriente pulsada y se utiliza para soldar una variedad de aleaciones, incluidos titanio, níquel y aceros para herramientas. Las aplicaciones comunes incluyen la reconstrucción de sellos en motores a reacción y la reconstrucción de hojas de sierra, fresas , brocas y hojas de cortacésped. [39]
