curso gtaw miller, en español

8/17/2019 Curso GTAW Miller, En Español

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MANUAL DE SOLDADURA POR ARCO CONELECTRODO DE TUNGSTENO Y

PROTECCIÓN DE GAS, MILLER,GAS TUNGSTEN ARC WELDING(GTAW)

Elaborado por: Ing. William MendozaC.I.V. 202734

CAWI/AWS 98080574


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CONTENIDO: Págs.

CAPÍTULO I………………………………………………………………………………………………………………5 I.-EL PROCESO GTAW……………………………………………………………………………………………….5

Ventajas del Proceso GTAW………………………………………………………………………………….5Arco Concentrado…………………………………………………………………………………………………5 Sin Escoria……………………………………………………………………………………………………………6 Sin Chispas ni Salpicaduras……………………………………………………………………………………6 Sin Humos ni Vapores……………………………………………………………………………………………6 Desventajas del Proceso GTAW…………………………………………………………………………….7 Resumen del Proceso……………………………………………………………………………………………7

CAPITULO II………………………………………………………………………………………………………………7 II.- FUNDAMENTOS DEL PROCESO GTAW………………………………………………………………….7

Corriente Alterna………………………………………………………………………………………………10 Frecuencia…………………………………………………………………………………………………………10 Corriente Alterna de Onda Sinusoidal ……………………………………………………………….11 Corriente Alterna de Onda Cuadrada…………………………………………………………………12 Onda Cuadrada Avanzada………………………………………………………………………………….13 Corriente Directa……………………………………………………………………………………………….14 Polaridad…………………………………………………………………………………………………………..14 Corriente Directa Electrodo Negativo………………………………………………………………..15 (Polaridad Directa, Término no Normalizado)……………………………………………………15 Corriente Directa Electrodo Positivo………………………………………………………………….16(Polaridad Inversa, Término no Normalizado)…………………………………………………..16 Soldadura con Corriente Alterna……………………………………………………………………….19

Rectificación del Arco………………………………………………………………………………………..20 Formas de Ondas Balanceadas y Desbalanceadas………………………………………………21 Ventajas del Control del Balance de Ondas……………………………………………………….22 Frecuencia Ajustable (Hz)………………………………………………………………………………….25 Ventajas de la Frecuencia Ajustable………………………………………………………………….27 Control de Corriente Independiente………………………………………………………………….28 Ventajas de la Onda Cuadrada Avanzada…………………………………………………………..30 Fundentes de Soldadura para el Proceso GTAW…………………………………………………32 Métodos de Encendido del Arco………………………………………………………………………..33 Ionización del Gas……………………………………………………………………………………………..33

Alta Frecuencia………………………………………………………………………………………………….33 Alta Frecuencia (HF) en el Modo de Pulsos………………………………………………………..36 Arco Levantado…………………………………………………………………………………………………37 Método de Encendido del Arco Mediante Rayado del Electrodo………………………..37 Descarga Capacitiva…………………………………………………………………………………………..38 GTAW Pulsado…………………………………………………………………………………………………..39 Soldadura de Alta Frecuencia Pulsada……………………………………………………………….41

CAPITULO III…………………………………………………………………………………………………………..42 III.- EQUIPOS GTAW……………………………………………………………………………………………….42

Primero la Seguridad………………………………………………………………………………………..42

Selección de la Fuente de Energía…………………………………………………………………….43


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Fuentes de Energía de Corriente Constante………………………………………………………46Fuentes de Energía con Rectificador Controlado por Silicio (SCR) de OndaCuadrada…………………………………………………………………………………………………………50 Fuentes de Energía Inverters…………………………………………………………………………….51 Fuentes de Energía Accionadas por Motor………………………………………………………..52

Ciclo de Trabajo………………………………………………………………………………………………..54 Fase Simple – Fase Triple………………………………………………………………………………….55 Voltaje de Entrada……………………………………………………………………………………………57 Elementos de Accesorios………………………………………………………………………………….59 Encendedores/Estabilizadores del Arco……………………………………………………………59 Procedimientos de Corrección………………………………………………………………………….60Antorcha GTAW……………………………………………………………………………………………….61 Componentes de la Antorcha GTAW………………………………………………………………..64 Enfriadores y Refrigerantes………………………………………………………………………………65 Control Remoto………………………………………………………………………………………………..66

Aparatos Rodantes y Soportes de Cilindros………………………………………………………67 Soldadura GTAW Automatizada……………………………………………………………………….68 Microprocesadores…………………………………………………………………………………………..71 Conexiones para la Aplicación de las Automatizaciones…………………………………..72 Sistemas de Control de la Longitud del Arco……………………………………………………..72 Control Magnético del Arco………………………………………………………………………………73 Sistema de Alimentación de Alambre Frío…………………………………………………………73 Rastreo de la Costura……………………………………………………………………………………….73

CAPITULO IV…………………………………………………………………………………………………………..73 IV.- ELECTRODOS Y CONSUMIBLES………………………………………………………………………….73

Electrodos de Tungsteno para el Proceso GTAW……………………………………………….73 Tipos de Electrodos…………………………………………………………………………………………..76 Uso de los Electrodos de Tungsteno………………………………………………………………….79 Preparación de los Electrodos…………………………………………………………………………..81 Gases de Protección………………………………………………………………………………………….87 Velocidad de Flujo…………………………………………………………………………………………….90 Pre-flujo y Post-flujo…………………………………………………………………………………………91Purga de Respaldo y Protección de Arrastre……………………………………………………..92 Proceso GTAW y Uso del Metal de Relleno……………………………………………………….93 Tipos de Metal de Relleno en el Proceso GTAW………………………………………………..94

Especificaciones para el Material de Relleno…………………………………………………….95Tipos y Designaciones del Metales de Relleno………………………………………………….96 CAPITULO V……………………………………………………………………………………………………………99 V.- SEGURIDAD………………………………………………………………………………………………………99

Choques Electricos……………………………………………………………………………………………99 Humos………………………………………………………………………………………………………………99 Radiaciones del Arco………………………………………………………………………………………100 Ropa de Protección………………………………………………………………………………………..100 Protección Visual……………………………………………………………………………………………102 El Ambiente de la Soldadura…………………………………………………………………………..103

Manipulación Segura de los Cilindros……………………………………………………………..104


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CAPITULO VI…………………………………………………………………………………………………………108 VI.- PREPARACIÓN PARA LA SOLDADURA……………………………………………………………..108

Preparando la Fuente de Energía…………………………………………………………………….108 Preparando la Junta a Soldar………………………………………………………………………….112 Preparación del Aluminio para Soldar……………………………………………………………113

Soldadura de Aluminio……………………………………………………………………………………114 Preparación del Acero Inoxidable para Soldar………………………………………………..115 Soldadura de Acero Inoxidable……………………………………………………………………….116 Preparación de Titanio para Soldar…………………………………………………………………116 Soldadura de Titanio………………………………………………………………………………………118 Preparando el Acero Suave para Soldar…………………………………………………………120 Soldadura de Acero Suave……………………………………………………………………………..120

CAPITULO VII………………………………………………………………………………………………………..121VII.-DISEÑO DE JUNTA Y TIPOS DE SOLDADURAS………………………………………………….121

Juntas de Bordes……………………………………………………………………………………………123

Juntas a Tope…………………………………………………………………………………………………124 Juntas a Solape………………………………………………………………………………………………126 Juntas de Esquina…………………………………………………………………………………………..127Juntas T…………………………………………………………………………………………………………128 Soldaduras de Filete………………………………………………………………………………………129 Soldaduras de Ranuras…………………………………………………………………………………..135Longitud de la Soldadura……………………………………………………………………………….140 Posiciones de la Soldadura…………………………………………………………………………….141

CAPITULO VIII……………………………………………………………………………………………………….143 VIII.-Técnicas para Juntas Básicas de Soldadura…………………………………………………….143

Longitud, Tamaño de Copa de Gas, y Extensión del Electrodo……………………….143 Posicion de la Antorcha para el Encendido del Arco con Alta Frecuencia……….144 Tecnicas de Soldadura Manual……………………………………………………………………..145 Soldadura en Junta a Tope y Cordones Rectos………………………………………………146 Junta a Solape………………………………………………………………………………………………147 Junta – T……………………………………………………………………………………………………….148 Junta de Esquina…………………………………………………………………………………………..149Técnicas para Soldar Juntas Fuera de Posición……………………………………………..150 Técnicas para Soldadura de Tuberías…………………………………………………………….154 Procedimientos para el Encendido del Arco…………………………………………………..156

Indicaciones para el Encendido de Arco del Proceso GTAW………………………….159 Indicaciones para Aplicaciones Automáticas…………………………………………………160 CAPITULO IX…………………………………………………………………………………………………………160 IX.- Consideraciones de Costo del Proceso GTAW……………………………………………….160CAPITULO X………………………………………………………………………………………………………….161 X.- Control de Fallas en el Proceso GTAW…………………………………………………………..161 CAPITULO XI…………………………………………………………………………………………………………166 XI.- TABLAS…………………………………………………………………………………………………………166 CAPITULO XII………………………………………………………………………………………………………..173 XII.- GLOSARIO DE TERMINOS……………………………………………………………………………….173


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I. El Proceso GTAW.

El calor necesario para el proceso de soldadura por arco con electrodo de Tungstenoy proteccion de gas GTAW es producido por un arco electrico mantenido entre un

electrodo de Tungsteno no consumible y la pieza a soldar. La zona afectada por elcalor, el metal fundido, y el electrodo de Tungsteno son todos protegidos de laatmosfera por una cobertura de gas inerte alimentado a traves de la antorcha GTAW.El gas inerte es aquel gas que es inactivo, o deficiente en las propiedades químicasactivas. El gas de proteccion sirve para cubrir la soldadura y excluir las propiedadesactivas del aire a su alrededor. No se quema, no agrega nada ni absorbe nada delmetal de la soldadura. Los gases inertes tales como el argón (Ar) y el helio (He) noreaccionan ni se combinan químicamente con otros gases. No poseen olor y sontransparentes, permitiendo al soldador la máxima visibilidad del arco. En algunasinstancias una pequeña cantidad de gas reactivo tal como el hidrógeno (H) puede ser

agregado para aumentar las velocidades de avance. El proceso GTAW puede producirtemperaturas de hasta 35.000ºF / 19000 ºC. La antorcha solo contribuye al calor dela pieza. Si es requerido metal de relleno para realizar la soldadura, puede seragregado manualmente en la misma forma como se agrega en el proceso desoldadura por oxi-acetileno (OAW). Existen tambien un número de sistemas dealimentación de metal de relleno disponibles para llevar a cabo la tarea de maneraautomatica. La figura 1.1 muestra lo indispensable del proceso GTAW manual.

Ventajas del Proceso GTAW

La ventaja más grande del proceso GTAW es que puede soldar más clases de metalesy aleaciones que cualquier otro proceso de soldadura. El proceso GTAW puede serusado para soldar la mayoría de los aceros incluyendo los aceros inoxidables,aleaciones de Niquel tales como Monel e Inconel, Titanio, Aluminio, Magnesio,Cobre, Latón, Bronce, y hasta el Oro. El proceso GTAW tambien puede soldar metalesdisimiles uno a otro tales Cobre a Latón y Acero Inoxidable a acero suave.

Arco Concentrado

La naturaleza concentrada del arco del proceso GTAW permite señalar el control dela entrada de calor a la pieza resultando en una zona afectada por el calor (HAZ)estrecha. Una alta concentracion de calor es una ventaja cuando se sueldan metalescon una alta conductividad térmica tales como el Aluminio y el Cobre. Una zonaafectada por el calor estrecha es una ventaja porque es donde el metal base haexperimentado un cambio debido al sobrecalentamiento del arco y a la rápidavelocidad de enfriamiento. La zona afectada por el calor (HAZ) es donde la juntasoldada es más débil y es el área a lo largo del borde de una soldadura hechaapropiadamente pudiera esperarse que se rompa bajo un ensayo destructivo.


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Sin Escorias

Con este proceso no existe requerimiento de fundente; sin embargo, no existeescoria para confundir la visión del soldador del charco de metal fundido. Lasoldadura terminada no tendrá escoria que remover entre pasadas. Las escoriasatrapadas en soldadura de pasadas múltiples son raramente vistas. En ocasiones con

materiales como el Inconel esto puede ser una preocupación.

Sin Chispas o Salpicaduras

En el proceso GTAW no existe transferencia de metal a traves del arco. No existenglóbulos fundidos de salpicaduras que confirmen que con y sin el contenido dechispas producidas y si el material que esta siendo soldado esta libre decontaminantes. Tambien bajo condiciones normales el arco del proceso GTAW essilencioso sin crujidos usuales, detonaciones, y zumbidos propios de la soldadura por

arco con electrodos revestidos (SMAW) y la soldadura por arco con electrododesnudo continuo y proteccion de gas (GMAW). Generalmente, solo en ocasionescuando se usa el modo de soldadura AC o arco pulsado será un factor de ruido.

Sin Humos o Vapores

El proceso mismo no produce humos o vapores dañinos. Si el metal base o rellenocontiene revestimientos o elementos tales como Plomo, Zinc, Niquel, o Cobre, queproducen humos, estos pueden ser confirmados así con cualquier proceso de


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maquina de soldar, vista en la figura 2.1, fue desarrollada por N. Benardos andOlszewsky de Gran Bretaña y fue editada por una patente Británica en 1885. Fueusada con un electrodo de carbono y energizada por baterías, las cuales fueroncargadas con un dinamo, una maquina que produce corriente eléctrica mediantedispositivos mecánicos.

La figura 2.2, muestra lo que un circuito de soldadura usa parecido a una bateriacomo fuente de energia. Los dos parametros mas basicos con que tratamos ensoldadura la cantidad de corriente en el circuito, y la cantidad de voltaje que loimpulsa. La corriente y el voltaje son además definidas como sigue:

- La corriente: es el número de electrones que pasan por un punto en un segundo.Medidos en amperios (amp).


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Aunque el rectificador de selenio ha sido por algun tiempo, fue a principios de losaños de 1950 que los rectificadores fueron capaces de manejar niveles de corrienteencontrados en circuitos de soldadura. El rectificador de selenio tiene un efectoprofundo en la industria de la soldadura. Permitió que las fuentes de energia tipotransformador produjera DC. Y logrando que una fuente de energia con corriente AC

pudiera ser usada para el proceso GTAW así como tambien para el proceso SMAW.

La comprension es que la alta frecuencia agregada al circuito de soldadura haceapropiada la fuente AC para soldar con el proceso GTAW. La adición de este voltajeal circuito conserva la estabilidad del arco en la medida que la corriente de lasoldadura pasa por cero. Estabilizando así el arco GTAW, tambien ayuda elencendido del arco sin el riesgo de contaminación. Adicionalmente el control remotode corriente, controla el contactor remoto, y los dispositivos de control solenoide agas desarrollado dentro de las fuentes de energías modernas del proceso GTAW.Adicionalmente tales avances como la onda cuadrada, y las fuentes de energia de

onda cuadrada avanzada tienen un poco mas refinada las capacidades de esteproceso ya versatil.

Corriente Alterna

La corriente alterna (AC) es una corriente eléctrica que tiene tanto medios ciclospositivos como negativos. Estos componentes no ocurren simultáneamente, sino demanera alterna, de este modo el término corriente alterna. La corriente fluye en unadirección durante un medio ciclo e invierte la dirección en el otro medio ciclo. Los

medios ciclos son llamados medio ciclo positivo y medio ciclo negativo del ciclocompleto de corriente alterna. Figura 2.4 muestra los medios ciclos positivos ynegativos de AC.

Frecuencia

La velocidad a la cual la corriente alterna hace un ciclo completo de cambios dedirección en un ciclo completo se denomina frecuencia. La energia eléctrica en losEstados Unidos suministra una frecuencia de 60 ciclos por segundos, o para usar un

término apropiado 60 hertz (Hz). Esto indica que existen 120 cambios de direccionesde flujo de corriente por segundo. La entrada de energia para una maquina de soldarde corriente alterna AC y otros equipos eléctricos en los Estados Unidos en laactualidad son de 60 Hz. Fuera de Norte América y los Estados Unidos, la energia de50Hz es más comunmente usada. En la medida que la frecuencia aumenta los efectosmagnéticos se aceleran y llegan a ser más eficientes para ser usados entransformadores, motores, y otros dispositivos eléctricos. Esto es el principiofundamental de cómo funcionan las “fuentes de energia Inverters”. La frecuenciatiene un mayor efecto en el desarrollo del arco de la soldadura. En la medida que lafrecuencia aumenta, el arco se hace más estable, más estrecho, y más consistente y

más direccional. Figura 2.4 muestra algunas frecuencias diversas.


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Onda Sinusoidal de la Corriente AlternaEn algunas de las siguientes secciones veremos las formas de ondas de la corrientealterna la cual representa el flujo de corriente en un circuito. El dibujo en la primeraparte de la figura 2.5 es lo que veríamos en un osciloscopio conectado a unreceptáculo de pared y muestra la forma de onda de corriente alterna conocidacomo onda sinusoidal. Los otros dos tipos de formas de onda que serán discutidosson onda cuadrada y onda cuadrada avanzada. La figura 2.5 muestra unacomparación de estas tres formas de ondas. Estas formas de ondas representan elflujo de corriente en la medida que se forma en cantidad y tiempo en la dirección

positiva y luego disminuye en valor y finalmente alcanza el valor de cero. Luego lacorriente cambia de dirección y la polaridad alcanza el maximo valor negativo antesde alcanzar el valor de cero. Esta “montaña” (mitad positiva) y el “valle” (mitadnegativa) conjuntamente representan un ciclo de corriente alterna. Esto es cierto sinimportar la forma de onda que sea. Note sin embargo, que la cantidad de tiempo encada medio ciclo no es ajustable en las fuentes de energia de ondas sinusoidales.Tambien notar los puntos altos de corriente reducida con cada fuentes de energia detipo de onda cuadrada.


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Corriente Alterna de Onda Cuadrada

Algunas fuentes de energia del proceso GTAW, debido a la refinación electrónica,tienen la capacidad para hacer rapidamente la transicion entre los medios ciclospositivo y negativo de la corriente alterna. Es obvio que cuando se suelda concorriente alterna AC, lo mas rapido que se puede evolucionar entre las dospolaridades (EN y EP), y el mayor tiempo que se puede invertir en sus valoresmáximos, la maquina puede ser mas efectiva. Los circuitos electrónicos hacenposible realizar esta transicion casi instantáneamente. Mas el uso efectivo de laenergia almacenada en los campos magnéticos resulta en formas de ondas que son


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relativamente cuadradas. No son exactamente cuadrada debido a las ineficienciaseléctricas en la fuente de energia de ondas cuadradas. Sin embargo, la fuente deenergia del proceso GTAW de onda cuadrada avanzada ha mejorado el rendimiento ypuede producir una onda cuadrada aproximada la cual es comparada en la figura 2.5.

Onda Cuadrada Avanzada

La onda cuadrada avanzada permite control adicional sobre las formas de ondas decorriente alterna. La figura 2.7 muestra una onda sinusoidal de corriente alterna yuna onda cuadrada avanzada superpuesta sobre ella. Las maquinas de ondacuadrada nos permite cambiar la cantidad de tiempo dentro de cada ciclo que lamaquina esta produciendo según el flujo de corriente del electrodo positivo o delelectrodo negativo. Esto es conocido como control de balance. Tambien reducen larectificación del arco y la erosión resultante del electrodo de tungsteno. Con latecnología de la onda cuadrada avanzada, las fuentes de energia de corriente alternaAC incorporan conmutadores electrónicos rápidos capaces de cambiar la corrientehasta 50.000 veces por segundos, permitiendo de este modo que la fuente deenergia tipo inversora sea mucho mas sensible a las necesidades del arco desoldadura. Estos conmutadores electrónicos toman en consideración los cambios dedirección de la salida de corriente de soldadura que será transportada. La frecuenciade salida de las fuentes de energia de onda sinusoidal o cuadrada, esta limitada a 60ciclos por segundos, lo mismo que la entrada de energia de la compañía eléctrica.Con esta tecnología y los avances en el diseño, la amplitud negativa y positiva de laforma de onda puede ser controlada independientemente así como tambien la

habilidad para cambiar el número de ciclos por segundos. La corriente alterna estaformada de corriente directa electrodo negativo (DCEN) y corriente directa electrodopositivo (DCEP). Para mejor entendimiento de todas las implicaciones que esto tieneen la soldadura GTAW con AC, observemos más de cerca una DCEN y una DCEP.

Corriente Directa

La corriente directa (DC) es una corriente eléctrica que fluye solo en una dirección. Lacorriente directa puede ser comparada con el agua que fluye a traves de una tubería

en una dirección. La mayoría de las fuentes de energia de soldadura son capaces de


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soldar con salida de corriente directa. Llevan a cabo esto con circuitos internos quecambian o rectifican la AC en DC.La figura 2.8 muestra lo que un ciclo de energia de onda sinusoidal AC parecería y loque parecería despues que ha sido rectificada en energia DC.

Polaridad

Antes en esta sección fue indicado como los primeros soldadores usaron baterías porfuentes de energia de soldadura. Estos antiguos soldadores encontraron profundasdiferencias en el arco de soldadura y en el resultado de los cordones de soldaduracuando cambiaban las conexiones de la batería. Esta polaridad se describe mejor deacuerdo con la carga eléctrica del electrodo, tal como se conecta con la corrientedirecta electrodo negativo (DCEN) o corriente directa electrodo positivo (DCEP). Lapieza obviamente debe ser conectada a la carga eléctrica opuesta a fin de completarel circuito. Revisar la figura 2.2.

Cuando la soldadura GTAW, el soldador tiene tres opciones de seleccionar el tipo decorriente de soldadura. Ellas son: Corriente directa electrodo negativo, corrientedirecta electrodo positivo y corriente alterna. La corriente alterna, en la medida queempezamos a comprenderla es en la actualidad una combinación de ambaspolaridades electrodo negativo y electrodo positivo. Cada una de estos tipos decorriente tiene sus aplicaciones, sus ventajas y desventajas. Un vistazo a cada tipo ysus usos ayudara al soldador seleccionar el mejor tipo de corriente para determinadotrabajo. Las figuras 2.9 y 2.11 ilustran las conexiones de suministro de energia paracada tipo de corriente en un circuito tipico de 100 amperios.


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Corriente Directa Electrodo Negativo(Polaridad Directa, Término no Normalizado)

La corriente directa con electrodo negativo es usada para soldar con el procesoGTAW prácticamente para todos los metales. La antorcha es conectada al terminalnegativo de la fuente de energia y el cable de la pieza es conectada al terminalpositivo. Las fuentes de energia con selectores de polaridad tendrán marcado en lasalida de los terminales “electrodo” (Electrode) y pieza (Work). Internamente,

cuando el selector se fija para DCEN, esta será la conexión. Cuando el arco seestablece, el flujo de electrones se desplaza desde el electrodo negativo hacia lapieza positiva. En un arco con DCEN, aproximadamente el 70% del calor estaráconcentrado en el lado positivo del arco y la mayor cantidad de calor estará en lapieza. Esto cuenta para la penetracion profunda obtenida cuando se usa DCEN parael proceso GTAW. El electrodo recibe una pequeña porción de la energia calórica(30%) y operara a menores temperaturas que cuando usa corriente alterna ocorriente directa con electrodo positivo (polaridad inversa). Esto cuenta para lacapacidad de transporte de intensidades de corrientes mayores de un diametro deelectrodo de Tungsteno dado con DCEN que con DCEP o AC. Al mismo tiempo que los

electrones impactan la pieza, los iones gaseosos con carga positiva son atraídos haciael electrodo negativo.


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Corriente Directa Electrodo Positivo(Polaridad Inversa, Término no Normalizado)


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Cuando se suelda con corriente directa y electrodo positivo (DCEP), La antorcha esconectada al terminal positivo de la fuente de energia de soldadura y el cable detierra o pieza es conectado al terminal negativo. Las fuentes de energia conselectores de polaridades tendrán los terminales de salida marcados electrodo(Electrode) y pieza (Work). Internamente, el selector de polaridad se fija para DCEP,

esta será la conexión. Cuando se usa esta polaridad, el flujo de electrones sedesplaza desde el polo negativo al polo positivo, sin embargo el electrodo seencuentra ahora en el lado positivo del arco y la pieza en el lado negativo. Loselectrones ahora salen de la pieza e impactan la punta del electrodo.Aproximadamente el 70% del calor estará concentrado en el lado positivo del arco;sin embargo la mayor cantidad de calor se distribuye en el electrodo. Ya que elelectrodo recibe la mayor cantidad de calor y llega a estar muy caliente, el electrododebe ser muy grande aun cuando se usen bajas intensidades de corriente, paraprevenir sobrecalentamiento y posible fusión. La pieza recibe una menor cantidaddel calor total resultando en una penetracion poco profunda. Otra desventaja de

esta polaridad es que debido a las fuerzas magnéticas el arco algunas vecesdeambula de lado a lado al realizar una soldadura de filete cuando dos piezas demetal estan en un angulo próximo una de la otra. Este fenómeno es similar a lo quese conoce como soplo de arco y puede ocurrir en DCEN, pero con polaridad inversaDCEP es más susceptible.

Llegado a este punto, uno podría preguntarse cómo esta polaridad pudiera tenercualquier uso en el proceso GTAW. La respuesta esta en el hecho de que algunosmetales no ferrosos, tales como el Aluminio y Magnesio, rapidamente forman unacapa de oxido cuando se exponen a la atmosfera. Este material es formado en la

misma forma que se acumula el oxido en el hierro. Es un resultado de la interaccióndel material con el Oxigeno. El oxido que se forma en el Aluminio, sin embargo, esuno de los materiales más duros conocidos por el hombre. Antes de que el Aluminiosea soldado, este oxido, debido a que tiene un punto de fusión mucho mas alto queel metal base, debe ser removido. El oxido puede ser removido por mediosmecánicos como cepillos de alambres o con un limpiador quimico, pero tan prontocomo se detiene la limpieza los oxidos empiezan a formarse de nuevo. Es ventajosoque la limpieza se haga de manera continua mientras se realiza la soldadura.El oxido puede ser removido por el arco de soldadura durante el proceso desoldadura cuando se usa corriente directa electrodo positivo. Los iones gaseosos con

carga positiva los cuales fluyen de la pieza al electrodo de Tungsteno al soldar conDCEN fluyen ahora del electrodo de tungsteno a la pieza negativa con DCEP. Ellosimpactan la pieza con fuerza suficiente para romper y desconchar la capa oxido fragilde aluminio, y suministrar lo que se llama acción de limpieza. A causa de esto laremocion beneficiosa del oxido, esta polaridad parece ser excelente para soldarAluminio y Magnesio. Existen, sin embargo, algunas desventajas.

Por ejemplo, para soldar con 100 amperios (DCEP) se tomaría un electrodo deTungsteno de ¼” de diametro. Este gran electrodo naturalmente produciría uncharco de soldadura ancho que resulta en el calor que esta siendo ampliamente

propagado sobre el área de la junta. Debido a la mayoría del calor que esta siendoahora generado en el electrodo más que en la pieza, la penetracion resultante


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probablemente confirmaría que seria insuficiente, Si la DCEN estuviera siendo usadaa 100 amperios un electrodo de Tungsteno de 1/16” de diametro seria suficiente.Este electrodo más pequeño tambien concentraría el calor en un área mas pequeñaresultando en una penetracion satisfactoria.La buena penetracion del electrodo negativo mas la acción de limpieza del electrodo

positivo parecería la mejor combinación para la soldadura de aluminio. Para obtenerlas ventajas de ambas polaridades, se debe usar la corriente alterna (CA).


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Soldadura con Corriente Alterna

Cuando se usa para soldar la corriente alterna de ondas sinusoidales, los términoselectrodo positivo (polaridad inversa) y electrodo negativo (polaridad negativa) los

cuales se aplicaron a la pieza y al electrodo pierden su significado. No existe controlsobre el medio ciclo que se tiene que usar para lo que la fuente de energiasuministra. La corriente es ahora alterna o cambia su dirección de flujo a unafrecuencia fija predeterminada y sin control sobre el tiempo o amplitudindependiente. Durante un ciclo completo de corriente alterna, existe teóricamenteun medio ciclo de electrodo negativo y un medio ciclo de electrodo positivo. Sinembargo durante un ciclo existe un tiempo cuando la pieza es positiva y el electrodoes negativo. Y existe un tiempo cuando la pieza es negativa y el electrodo es positivo.En teoría, el arco en los medios ciclos de corriente alterna de onda sinusoidal son detiempos y magnitudes iguales como se observa en la figura 2.14

Figura 2.14: Un ciclo completo de corriente alterna de onda sinusoidal

muestra el cambio del flujo de corriente que ocurre entre los medios ciclospositivos y negativos. El símbolo de grado representa los grados eléctricos.

El arco sale a 0º, 180º y 360º y la amplitud máxima es 90º y 270º.


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Rectificación del Arco

Cuando se suelda con el proceso GTAW con corriente alterna, encontramos que lateoría del medio ciclo igual no es exactamente cierta. Un osciloscopio Figura 2.15

mostrara que el medio ciclo del electrodo positivo es mucho menor en magnitud queel medio ciclo del electrodo negativo. Existen dos teorías que consideran esto. Unaes la capa de oxido en los metales no ferrosos como el aluminio. El oxido superficialactúa como un rectificador, haciéndolo mucho mas difícil para que los electronesfluyan de la pieza al electrodo, que del electrodo hacia la pieza. La otra teoría es queel aluminio fundido, caliente y limpio no emite electrones tan fácilmente como elelectrodo de tungsteno caliente. Esto da como resultado mas corriente permitidapara fluir desde el electrodo caliente de Tungsteno al charco de soldadura fundidolimpio, con menor corriente permitida para fluir desde el charco de soldadurafundido y limpio al electrodo. Esto es referido como “Rectificación del arco” y debe

ser comprendido y limitado por el soldador como se indica en la figura 2.16.

Figura 2.15: Una reproducción de una onda sinusoidal de

corriente alterna AC desbalanceada real. Notar que el medio

ciclo positivo es recortado. La porción que falta fue recortada

debido a la rectificación del arco. Lo que tambien puede

observarse es un pico alto de corriente el cual puede

conducir a acabar y erosionar el electrodo de Tungsteno.


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Rectificación del arco

*Fuente de energia de diseño de onda cuadrada avanzada apropiada

eliminara este fenómeno.

Figura 2.16: Rectificación del arco.

Formas de Ondas Balanceadas yDesbalanceadas

Las fuentes de energías de corriente alterna de ondas cuadradas tienen un panel decontrol frontal para alterar la longitud de tiempo que la maquina invierte en cadaporción del medio ciclo del electrodo positivo (limpieza) o porción del medio ciclo delelectrodo negativo (penetracion). Las maquinas de este tipo son muy comunes parala soldadura GTAW en la industria actual. Muy pocas fuentes de energia de ondasinusoidal de corriente alterna para el proceso GTAW para la industria estan siendoproducidas hoy día.

CONTROL DEL BALANCE DE LA FORMA DE ONDA

TIPO DE FORMA DE ONDA % DE TIEMPO EN ELELECTRODO NEGATIVO*

% DE TIEMPO EN ELELECTRODO POSITIVO

Fuente de energia de ondasinusoidal AC

No aplica, control nodisponible

No aplica, control nodisponible

Onda cuadrada 45 - 68 32 - 55

Onda cuadrada avanzada 10 – 90 ** 10 – 90

Indicadores para elsoldador

Resultados Curas *

Ruido del arco Inclusiones detungsteno No permanecer en elcharco de soldadura

Oscilación del charcode soldadura

Arco errático Agregar metal derelleno

Electrodo detungsteno dañado

Falta de acción delimpieza

Mantener el arco enmovimiento a lo largo

de la junta


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*Este tiempo controla la penetracion y es la de mayor ventaja. Fijar unporcentaje tan alto como sea posible sin perder la limpieza. Muy raro se fijapor debajo del 50%.** Note el tiempo del electrodo negativo expandido disponible en la maquinade onda cuadrada avanzada.

Figura 2.17: Tiempo de control de balance disponible de diferentes tipos demaquinas.

Ventajas del Control del Balance de Ondas

La máxima penetracion es cuando el control del balance se fija para producir eltiempo maximo en el electrodo negativo y el tiempo minimo en el electrodo positivo.

Puede usar intensidades de corrientes mayores con diametros de electrodosmás pequeños.

La penetracion se incrementa a una intensidad de corriente y velocidad deavance dada.

Usa menores tamaños de copa reduciendo el flujo de gas de proteccion. La entrada de calor se reduce con menor zona afectada por el calor (HAZ) y

distorsion resultante.

Balanceada: Es cuando el control del balance se fija para producir igualescantidades de tiempo en el electrodo negativo y positivo. Así en una energia de

Figura 2.18: Colocación del control de balance en máxima penetracion.

La forma de onda ha sido fijada en una condición desbalanceada, esto

permite más tiempo en el medio ciclo negativo donde el flujo de

corriente avanza desde el electrodo a la pieza. (Esto produce más calor

en la pieza y consecuentemente penetracion mas profunda)


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60Hz, 1/120 parte de un segundo es invertido en el electrodo negativo (penetracion)calentando las plancha y 1/120 parte de un segundo es invertido en el electrodopositivo (limpieza) eliminando los oxidos.

La acción de limpieza del arco es incrementada

Máxima limpieza: Es cuando el control del balance se fija para producir eltiempo maximo en el electrodo positivo y el tiempo minimo en el electrodo negativo.

Se produce la acción de limpieza del arco mas agresiva

Figura 2.19: Colocación de control balanceado. La forma de onda ha sido

fijada de forma balanceada. Esto permite tiempos iguales en cada medio

ciclo. Note que en este ejemplo ocurre la fijación de 3 antes que 5 como Ud.

Lo esperaba. Otras maquinas tienen lectura digital que presenta el % detiempo fijado exacto. Cualquier metodo de fijación, alcanza una meseta

donde el tiempo adicional en el medio ciclo positivo es improductivo y podría

causar daño al electrodo de tungsteno o antorcha. Sin embargo, La mayoría

de las maquinas de onda cuadrada no permitirán fijar lo que podría causar

daño hecho en el balance de control AC.


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Los beneficios del control de balance deben ser bien comprendidos y aplicados deuna manera apropiada. La figura 2.21 muestra las soldaduras reales a una corriente y

velocidad de avance dada con solo cambiar el control de balance.

Note el control de balance

mediante pausa ajustable

La compensación de la linea de

voltaje mantiene la corriente

promedio a la linea de variación

de ± 1% con ± 10%

Figura 2.20: Se regula el control maximo de limpieza. La forma de onda ha

sido fijada a una condición desbalanceada; esto permite más tiempo en el

medio ciclo donde los iones gaseosos positivos pueden bombardear la pieza.

Solo es disponible una cierta cantidad de la acción de limpieza total, y un

aumento de tiempo en el medio ciclo positivo del electrodo no suministrara

más limpieza ni puede fundir el electrodo de tungsteno o dañar la antorcha.


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La figura 2.21: Note la variación en la limpieza del cordón, y el patrón de lapenetracion de los perfiles de la soldadura.

Frecuencia Ajustable (Hz)

Como se indico recientemente en esta sección, la corriente alterna hace cambiosconstantes en la dirección del flujo de corriente. Un cambio completo se denomina

un ciclo y es referido como su frecuencia. Como se indico en los Estados Unidos lafrecuencia del suministro de energia eléctrica es de 60 ciclos por segundos, o parausar un término preferido 60Hz. Esto significa que existen 120 cambios de direcciónde flujo de corriente a traves del arco por segundo. La corriente más rápida que viajaa traves del arco cambia de dirección, aumenta la presion del arco haciendo el arcomás estable y direccional.

La figura 2.22: Muestra una ilustración de los efectos de la frecuencia sobre el arcode soldadura y el perfil de soldadura resultante. Esto puede ser beneficioso ensoldadura automatizada mediante la reducción de la cantidad de deflexión y

desviación angular que ocurre en la dirección de avance cuando se suelda soldadurasde filetes.


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Figura 2.22: El arco normal de 60Hz comparado con 180Hz. La corriente cambia dedirección 3 veces más rapido de lo normal con un cono de arco más estrecho másconsistente y direccional. El arco no se desvía pero va directamente hacia dondeapunta el electrodo. Esto concentra el arco en un área mas pequeña resultando en

una penetracion mas profunda.

AJUSTE DE LA FRECUENCIA

TIPOS DE ONDAS RANGO Hz

Fuente de energia de onda sinusoidalAC

No es ajustable, debe usarse lo que lacompañía de energia eléctrica suministra.

Onda cuadrada No es ajustable, debe usarse lo que lacompañía de energia eléctrica suministra.

Onda cuadrada avanzada 20 - 400

Figura 2.23: El ajuste de la frecuencia solo esta disponibles en las Fuentes de energíadiseñadas de onda cuadrada avanzada.

Una frecuencia normal menor que (60Hz) puede ser seleccionada en la fuente deenergia de onda cuadrada avanzada, durante todo el recorrido disminuye a 20Hz,Como se indica en la figura 2.23. Esto tendría aplicaciones donde puede serrequerido un arco más débil, menos vigoroso - para armar juntas de esquinaexterior, o secciones donde se requiera una menor penetracion o una soldadura más

ancha. En la medida que la frecuencia aumenta, el cono del arco se hace masestrecho y llega a ser más direccional. Esto puede ser de beneficio para la soldaduramanual y automatica mediante la reducción de la cantidad de deflexión y desviaciónangular que ocurre en la dirección de avance cuando se realizan soldaduras deranura o filetes. La figura 2.24 es un ejemplo de un arco de ciclo alto en unasoldadura de filete de aluminio. La figura 2.25 es un ejemplo de una fuente deenergia de onda cuadrada avanzada capaz de ajustar la frecuencia y aumentar elcontrol de balance.


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Figura 2.24: Arco de onda cuadrada avanzada a 180 Hz en soldadura de filete enaluminio.

Figura 2.25: Una fuente de energia de onda cuadrada avanzada con frecuencia dearco y los beneficios del control de balance incrementado.

Ventajas de la Frecuencia Ajustable

Frecuencias mayores producen arcos mas estrechos Frecuencias mayores aumentan la penetracion Frecuencias menores ensanchan el arco Frecuencias menores producen un arco vigoroso mas suave


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Control de Corriente Independiente

La habilidad para controlar la cantidad de corriente en el medio ciclo negativo ypositivo independientemente de que sea el último numero en el ciclo AC que sea

controlable. Ciertas fuentes de energia de onda cuadrada avanzada permiten estecontrol. Estas fuentes de energia suministran por separado y controlan los mediosciclos independientemente del amperaje del electrodo negativo (penetracion) y delelectrodo positivo (limpieza). Las cuatro funciones controlables independientementede la fuente de energia AC de onda cuadrada avanzada son:

1. Balance (el % de tiempo que es negativo)2. La frecuencia en Hertz (ciclos por segundos)3. Los niveles de corrientes en el electrodo negativo en amperios*4. Los niveles de corrientes en el electrodo positivo en amperios*

*Solo especialmente diseñada para fuentes de energia de onda cuadradaavanzada.

La figura 2.26 muestra lo que una salida de onda cuadrada avanzada podría parecer aun osciloscopio.

La capacidad para controlar estas funciones por separado con la fuente energia de

onda cuadrada avanzada suministra algunas ventajas únicas. Un metodo máseficiente para balancear la entrada de calor y la acción de limpieza esta disponible,la cual por turnos, resulta en velocidades aumentadas.Los beneficios de las formas de ondas cuadradas avanzadas van más allá del

incremento en las velocidades. Este tipo de soldaduras permite un cordón desoldadura de penetracion mas profunda y mas estrecho comparado con aquelrealizado con las maquinas de onda sinusoidal u onda cuadrada. La onda cuadradaavanzada con corriente alterna AC es capaz de soldar materiales más gruesos que lasfuentes de energías de ondas sinusoidales o de ondas cuadradas a una intensidad decorriente dada. La figura 2.27 muestra un ejemplo de soldaduras hechas con fuentes

de energías de ondas cuadradas y ondas cuadradas avanzadas. Note que con el


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control de balance extendido la zona limpia atacada químicamente puede ser másestrecha o eliminada.

Figura 2.27: A 250 amperios, note la comparación del perfil entre la onda cuadrada(izquierda) y la onda cuadrada avanzada (derecha) en esta lámina de Aluminio de ½”de espesor.


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Figura 2.28: Una fuente de energia de corriente alterna onda cuadrada avanzada.

La transicion a traves de cero en las fuentes de energías de ondas cuadradasavanzadas es mucho mas rápida que en las maquinas de ondas cuadradas; sinembargo, no se requiere alta frecuencia aun a bajas intensidades de corrientes. Laalta frecuencia no solo es usada para iniciar el arco y no es necesaria en todos losmodos de encendido por contacto.

Ventajas de la Onda Cuadrada Avanzada El control resulta mas eficiente a altas velocidades de avance El arco penetra mas profundo y mas estrecho Capacidad de estrechar o eliminar la zona atacada químicamente Mejora la estabilidad del arco Reduce el uso de encendidos de arcos de alta frecuencia Mejora el encendido del arco (siempre enciende en EP

independientemente del tipo de corriente o polaridad fijada)


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Control de la Fuente de Energia de OndaCuadrada Avanzada

Figura 2.29: La fuente de energia de onda cuadrada avanzada permite al soldadorformar el arco y controlar el cordón de la soldadura. Por separado o por cualquiercombinación, el usuario puede ajustar el control de balance, frecuencia (Hz) eindependientemente controlar la corriente, para alcanzar la profundidad deseada de

la penetracion y caracteristicas del cordón para cada aplicación.


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NOTA: Todas las formas de sonidos del arco audible creado por la corriente alternaAC. Muchas combinaciones de corriente alterna de onda cuadrada avanzada,mientras mejoran en gran parte la ejecucion de la soldadura deseada, crean sonidoque puede ser cuestionado por algunas personas. Se recomienda usar siempre

proteccion auditiva.

Fundentes de Soldadura para el ProcesoGTAWComo se ha visto, el tipo de corriente de soldadura y polaridad tiene un gran efectoen la penetracion de la soldadura. Se han realizado investigaciones para producirfundentes químicos que afectan la tensión superficial de las moléculas del charco desoldadura y permiten mejorar la penetracion en ciertos metales. Este fundente es

aplicado antes de soldar y a una intensidad de corriente dada la penetracion seráincrementada. La figura 2.30 es un ejemplo de los perfiles de soldadura con y sin eluso de este “FAST TIG FLUX”.

Figura 2.30: Penetracion incrementada con y sin el uso del fundente FASTIG FLUX


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Métodos de Encendido del Arco

El proceso de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y proteccion de gasGTAW, usa un electrodo no consumible. Por lo que este electrodo no es compatible

con los metales a que van a ser soldados (a menos que se requiera una soldadura deTungsteno), requiere de algun encendido de arco único y metodos de estabilizacionde arco.

Ionización del Gas

La ionización del gas es un requerimiento fundamental para encender y tener unarco estable. Un gas ionizado, es un gas que ha sido eléctricamente cargado, es buenconductor de electricidad. Existen dos formas de cargar este gas. Calentar el gas a

una temperatura lo suficientemente alta y los electrones serán desalojados de losátomos gaseosos y los iones de los átomos gaseosos se cargaran positivamente. Elcalor del arco de soldadura es una buena fuente para esta ionización térmica.Desafortunadamente, cuando la soldadura AC con ondas sinusoidalesconvencionales, en la medida que alcanza el valor de cero no existe suficiente caloren el arco para mantener el gas ionizado y el arco se extingue. El otro metodo deionización es aplicando un voltaje suficiente al átomo gaseoso. Los electrones serándesalojados del átomo gaseoso y lo abandonaran como un ion gaseoso positivo.

Alta FrecuenciaEsto es un alto voltaje/bajo amperaje generado en un ciclo muy alto o alta velocidadde frecuencia. Las velocidades de frecuencias típicas estan por encima de 16.000Hzhasta 1.000.000 Hz aproximadamente. Este alto voltaje permite para el arco buenencendido y estabilidad mientras la alta frecuencia que es generada permite que searelativamente segura en la operacion de la soldadura. Debido a esto la altafrecuencia segura, el alto voltaje ioniza el gas de proteccion. Suministrando así unabuena trayectoria para que la corriente fluya. Así la trayectoria entre el electrodo y lapieza llegan a ser mucho más conductores para el flujo de electrones, y el arco

literalmente saltara el espacio entre la punta del electrodo y la pieza. En materialessensibles a las impurezas, tocar con el electrodo de tungsteno la pieza lacontaminara así como tambien al electrodo de tungsteno. Este beneficio de la altafrecuencia se usa para encender el arco sin hacer contacto con la pieza, eliminando laposibilidad de contaminación.

Cuando la corriente alterna al principio llego a estar disponible para el procesoSMAW, los científicos inmediatamente empezaron a buscar los medios para asistir elreencendido del arco durante el medio ciclo positivo de AC. Los electrodos para elproceso de soldadura por arco con electrodos revestidos SMAW, en ese momento no

tenían estabilizadores de arco en el revestimiento para soldar con AC. Se descubrióque la introducción de una alta frecuencia/alto voltaje en el circuito secundario de


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soldadura de la fuente de energia aseguraba el reencendido del arco. Esta fuente dealta frecuencia es actualmente superpuesta en el voltaje existente de la fuente deenergia. La alta frecuencia es usada para eliminar los efectos de interrupción delarco. Mientras la corriente primaria de 60Hz parte de su punto cero, la HF puede ir atraves de muchos ciclos, evitando así que el arco se interrumpa. Una equivocación

comun es que la alta frecuencia misma es responsable de la acción de limpieza delarco. Pero la alta frecuencia solo sirve para el reencendido del arco el cual hace lalimpieza. La figura 2.31 muestra la relación de la alta frecuencia superpuesta a lafrecuencia de 60 ciclos de la corriente primaria.

Con el proceso GTAW, la alta frecuencia es usada para estabilizar el arco. Durante elmedio ciclo negativo con corriente alterna, el flujo de electrones del diametro delelectrodo de Tungsteno relativamente pequeño para el área del charco mucho masancho de la pieza. Durante el medio ciclo positivo el flujo de electrones viaja delcharco al electrodo. El aluminio y el magnesio son los peores emisores de electronescuando estan calientes y fundidos que el electrodo de Tungsteno caliente. Además elárea del flujo de corriente en el charco de soldadura fundida es mucho más grandeque el área en el extremo del electrodo de tungsteno. El arco tiene la tendencia dedistorsionarse angularmente y hacerse inestable. Debido a que la alta frecuenciasuministra una trayectoria ionizada para el flujo de corriente, el reencendido del arco

es mucho más facil y el arco llega a ser más estable. Algunas fuentes de energia usanla alta frecuencia solo para encender el arco y algunas permiten alta frecuenciacontinua para tomar ventajas de sus caracteristicas estabilizadoras.

La alta frecuencia tiene una tendencia a entrar en lugares donde no se desea y fallabajo los controles de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Puede ser unproblema de interferencia mayor con todos los tipos de dispositivos eléctricos yelectrónicos. Ver figura 2.33 para informacion sobre la instalación. El circuitoadicional y las partes requeridas para el oscilador de chispas y su gasto agregado esuna desventaja adicional.


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USO DE LA ALTA FRECUENCIA

*Tambien puede ser usado en Aluminio y Magnesio cuando se suelda con Fuentes deenergia de onda cuadrada avanzada.

Figura 2.23: Muestra las fuentes de radiacion de alta frecuencia causadas por unainstalación inapropiada. La Comisión federal para las Comunicaciones ha establecido

directrices para la máxima radiacion admisible de radiacion de alta frecuencia.

Ajuste de control Efecto Aplicacion

Desconectado Elimina la HF de los cables desoldadura

Para el proceso SMAW o donde lainterferencia de la HF sea una

preocupaciónContinuo Impone la HF en los cables de

soldadura, todo el tiempo,cuando la maquina de soldar

esta encendida.

En el proceso GTAW para los oxidosrefractarios como AL y Mg

Encendidosolamente

Se impone el límite de tiempode la HF en los cables de

soldadura cuando se enciendeel arco.

Para el proceso GTAW con DCEN entodos los metales que no tienen

oxidos refractarios (Titanio, AceroInoxidable, Niquel, Acero al

Carbono, etc.)*


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Alta Frecuencia (HF) en el Modo de Pulsos

Estas maquinas utilizan un circuito especial para imponer un pulso de alta intensidaden el circuito de salida cuando el voltaje se encuentra a un valor especifico.Supongamos que tenemos una maquina que suministra este pulso cuando el voltajees de 30 voltios o mas. Cuando no se esta soldando, el voltaje (o presion) seencuentra al maximo porque que no hay corriente que fluya y ni el circuitopulsatorio esta permitido. En la medida que el electrodo es acercado a la pieza, los

pulsos ayudan a saltar el arco, y la soldadura se inicia. Una vez que el arco se hainiciado, el voltaje del circuito de soldadura cae a un valor algo entre diez y veintevoltios y los sensores del circuito pulsatorio cambian y se desactivan. El circuito en elmodo de pulsos tambien puede ayudar a estabilizar el arco AC debido a que es capazdurante los tiempos en que el voltaje en la onda sinusoidal pasa a traves de cero. Lospulsos de alta intensidad afectan otros circuitos electrónicos en vecindad inmediata,pero el efecto no es tan pronunciado como aquel de una fuente de energia de altafrecuencia. Ud. Puede encontrar que es necesario mover el electrodo mas cerca a lapieza para iniciar el arco con ayuda del pulso que con los metodos de encendido delarco con alta frecuencia tradicionales.

Arco Levantado (Lift – ArcTM)

La tecnica del arco levantado permite al electrodo de Tungsteno ser ubicado encontacto directo con el metal base que se va a soldar. En la medida que el electrodode tungsteno es levantado de la pieza, el arco se establece. Esto es algunas vecesreferido como encendido por contacto. Si es posible cualquier chance decontaminación es poco y es debido al circuito de la fuente de energia especial.Cuando el arco se levanta el interruptor es activado, se suministran niveles menores

de energia al electrodo de Tungsteno. Esta baja energia permite algunprecalentamiento del electrodo de Tungsteno cuando esta en contacto inicial con el

1. FUENTES DE RADIACION DIRECTA DE ALTA FRECUENCIA

La fuente de HF (Fuente de energia de soldadura con unidad de HF incorporada o porseparado.), cables de soldadura, antorcha, abrazaderas de la pieza, pieza, y mesa detrabajo.

2. FUENTES DE CONDUCCIÓN DE ALTA FRECUENCIACables de energia de entrada, interruptor que desconecta a la linea, y alambres de

suministro de entrada.

3. FUENTES DE RETRANSMISIÓN DE ALTA FRECUENCIAObjetos metálicos sin conexión a tierra, luces, alambres, tuberías de agua y accesorios,

teléfono externo y lineas de energia.


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metal base. Recuerde que el electrodo de tungsteno caliente es un buen emisor deelectrones. Este nivel de energia es lo suficientemente bajo para sobrecalentar eltungsteno o fundir el metal base eliminado así la posibilidad de contaminación. Unavez que el arco se ha establecido el circuito de la fuente de energia desconecta elmodo de arco levantado al modo de energia de soldadura y la soldadura puede

comenzar. La figura 2.34 ilustra la tecnica apropiada para usar el metodo deencendido de arco levantado.

Figura 2.43: Procedimiento de encendido del arco apropiado cuando se usa elmetodo de arco levantado.

Método del Encendido del Arco Mediante

Rayado del Electrodo

El encendido por rayado no es considerado generalmente un metodo apropiadopara encender el electrodo, porque puede conducir fácilmente a la contaminación enel área de la soldadura. Es usualmente desarrollado cuando se hace una soldaduracon el proceso GTAW usando DC con una fuente de energia diseñada solamente parael proceso SMAW. Estas maquinas no estan equipadas con un iniciador de arco asíque la única forma de encender el arco es con el contacto directo del electrodo deTungsteno y la pieza a soldar. Esto se realiza con un nivel de energia de soldadura

completo y generalmente resulta en la contaminación del electrodo y/o el charco desoldadura. Este metodo como su nombre supone es llevado a cabo mediante rayadoo golpeado del arco como se realizaría en el proceso de soldadura por arco conelectrodos revestidos (SMAW).

Descarga Capacitiva

Estas maquinas producen una descarga de alto voltaje de un banco decondensadores para establecer el arco. La chispa momentánea creada por estas

maquinas no es semejante a una descarga estática. Aunque las maquinas de


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descarga capacitivas, tienen buena capacidad de encendido el arco, no tienenpropiedades de estabilizacion del arco de las maquinas de alta frecuencia. Sontipicamente usadas solo para soldadura con DC y no son apropiadas para soldar conAC.

ENCENDIDO DEL ARCOMÉTODOS CORRIENTE ALTERNA CORRIENTE DIRECTA DC

ELECTRODO NEGATIVO

Alta frecuencia En modo continuo* Solo en el modo de encendido

HF de pulsos En modo continuo* Solo en el modo de encendido

Arco levantadoSolo con fuentes de energías

de ondas cuadradaavanzadas**

Apropiadas en cualquiersoldadura con DC con fuentes

de energías equipadasapropiadamente

Encendido porrayado

No es recomendado No se recomienda parasoldadura de calidad por rayos

X debido a la posibilidad deinclusiones de Tungsteno.

Descarga decondensadores

No es recomendado Apropiado en cualquiersoldadura con DC con fuentes

de energías equipadasapropiadamente

*Con fuentes de energías de onda cuadrada y de ondas cuadradas avanzadasdiseñadas especialmente tambien se puede hacer en el modo de encendido.**Con Fuentes de energías de ondas cuadradas diseñadas especialmente equipadasde forma apropiada con un circuito de arco levantado.

Figura 2.35: Diversos métodos de encendido del arco y aplicaciones de cada uno


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Figura 2.36: Fuente de energia de onda cuadrada para GTAW

GTAW Pulsado

Algunas de las Ventajas del GTAW pulsado son:

■ Buena penetracion con menor entrada de calor

■ Menor distorsion ■ Buen control del charco cuando se suelda fuera de posicion■ Facil de soldar materiales delgados■ Facil de soldar materiales de espesores disimiles

La principal ventaja del arco de soldadura GTAW pulsado es aquel en que el procesoproduce la misma soldadura como un arco normal, pero con una entrada de calorconsiderablemente menor. Cuando es alcanzado el amperaje pico, se lograrapidamente la penetracion. Antes de que la pieza pueda estar saturada de calor, elamperaje se reduce a un punto donde el charco se le permite enfriarse pero la

corriente es suficiente para mantener el arco establecido. El arco pulsado reduceenormemente la necesidad de ajustar la entrada de calor en la medida que lasoldadura avanza. Esto da al soldador mucho mayor control del charco de soldaduracuando se suelda fuera de posicion y en situaciones donde las juntas son dediferentes espesores.

Los controles basicos para fijar los parámetros pulsados son:

El amperaje pico: Este valor es usualmente fijado un poco mayor que el que seriafijado para una soldadura con GTAW no pulsada.

Amperaje de fondo: Este por supuesto seria fijado menor que el amperaje de pico.


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Pulsos por segundos: Es el número de veces por segundos que la corriente desoldadura alcanza el amperaje pico.

% de tiempo: Es la duración del pico pulsado como un porcentaje del tiempo total.Controla cuanto tiempo es mantenido el nivel del amperaje pico antes de que caiga

al valor de fondo.

Referirse a la figura 2.37 para ver los efectos que cada una de estas fijaciones tienenen la forma de onda pulsada.

Figura 2.37: Terminos de onda pulsada con DC.

La forma de onda pulsada es a menudo confundida con la onda sinusoidal de AC, o laonda cuadrada. La onda sinusoidal AC representa la dirección de la corriente en elcircuito de soldadura, mientras la forma de onda pulsada representa la cantidad yduración de dos niveles de salida diferentes de la fuente de energia. La forma deonda pulsada no es una onda sinusoidal en lo absoluto. Note en la figura 2.37 que la

salida actual que se muestra es de corriente directa DC, y la señal no se interrumpeentre los valores mas (+) y menos (-) como ocurre con la onda sinusoidal AC. Esto noquiere decir que la AC no puede ser pulsada entre dos niveles de salida diferentes,así que existen aplicaciones y fuentes de energías capaces de hacer justamente esto.

Soldadura de Alta Frecuencia Pulsada

Aunque la mayoría de la soldadura con el proceso GTAW pulsado se hace a un rangode frecuencia de 0.5 a 20 pulsos por segundos, existen aplicaciones donde se utilizan

frecuencias mucho mayores. La ventaja de la alta frecuencia pulsatoria (200 a 500pulsos por segundos) es que el pulso de la alta frecuencia suministra un arco mucho


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más “consistente”. La consistencia del arco es una medida de la presion del arco. Enla medida que la presion aumenta, el arco esta menos sometido a la desviaciónangular causada por los campos magnéticos (soplo de arco). Tambien se hacomprobado que soldar con frecuencias mayores tiene su beneficio mediante laproducción de mayor agitación del charco de soldadura el cual ayuda a flotar las

impurezas en la superficie resultando en una soldadura con mejores propiedadesmetalúrgicas. La alta frecuencia pulsatoria es usada en aplicaciones mecanizadas depresicion y automatizadas donde se requiere un arco con propiedades y estabilidaddireccional excepcionales. Tambien es usada donde se requiere un arco estable amuy bajos amperajes.

Puesto que los SCR (Silicón Controlled Rectifier, Rectificador Controlado por Silicio)electrónicos y las fuentes de energías tipo Inverters tienen intrínsecamente untiempo de respuesta muy rápida que pueden ser fácilmente pulsadas. Las maquinascon SCR son algo limitadas en velocidad cuando se comparan con las Inverters. Sin

embargo los controles de pulsos estan disponibles para ambos tipos de maquinas.Pueden ser incluidos controles como los mostrados en la figura 2.38 o instaladosdirectamente dentro de la fuente de energia.

Figura 2.38: Un control de pulsos incluidos para fuentes de energia Inverters yrectificadores controlados por silicio (SCR).

III. Equipo GTAW, Primero la Seguridad

Aun cuando la mayoría de la soldadura que se realiza es con el modo de corrientedirecta DC, la mayoría de la energia de soldadura a menudo se obtiene de lacompañía de energia local de un enchufe de pared.


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Figura 3.1: Fuente de energia conectada en el panel de pared. La conexión primaria ala energia comercial.

Note el cajetín de fusibles en la pared, donde la energia primaria de la maquinapuede ser desconectada si el trabajo requiere ser realizado en cualquier parte con elequipo de soldadura. Tambien, la energia primaria en el cajetín de fusibles debe serdesconectado cuando la maquina este´ inactiva por largos periodos de tiempo.

Se debe tomar siempre precauciones cuando se instala cualquier equipo desoldadura. Una máquina de soldadura debería esta conectada de manera apropiada,podría existir una situacion peligrosa. Las conexiones inapropiadas pueden conducira un caso de maquina de soldar “energizada” eléctricamente, la cual podría resultar

en un choque electrico severo a cualquier persona que la toque. El cableado primariosolo debe ser realizado por un electricista calificado quien este seguroabsolutamente de los codigos eléctricos en un área dada. Antes que cualquierenergia primaria sea conectada al equipo de soldadura, se debe leer el manual deinstrucción del equipo, y las instrucciones se deben seguir estrictamente.

Selección de la fuente de energia

Con los diversos tipos de maquina de soldar disponibles, se deben hacer ciertasconsideraciones a fin de adaptar la maquina apropiada para el trabajo.


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La potencia nominal de la maquina de soldar es una consideración importante. Losrangos de voltaje y amperaje necesario para un proceso en particular se debendeterminar. Luego, debe ser seleccionada una maquina que presenten estosrequerimientos de salida. Recordar, que la salida debe estar dentro del rango delciclo de trabajo apropiado.

Para trabajos de soldadura ligera (los requerimientos son de baja salida deaproximadamente 200 amperios o menores) a menudo se pueden hacer conmaquina de soldar de fase simple. Los ciclos de trabajo estan a menudo en el ordendel 60% o menores. Estos tipos de maquinas de soldar son especialmente ajustadaspara talleres y garajes donde es disponible solo energia de fase simple. Algunas deestas maquinas mas pequeñas de fase simple pueden ser capaces de usar energiaprimaria de 115 voltios AC. Otras maquinas pueden usar 220 voltios o energíasprimarias mayores.Las maquinas de soldar con el proceso GTAW DC mas grandes, usadas para soldar

planchas gruesas, fabricacion estructural y alta producción de soldadura

generalmente requieren de tres fases de energía de entrada AC. La mayoría de lasinstalaciones industriales son suministradas con energia trifásica porque suministrael uso más eficiente de los sistemas de distribucion eléctrica y es requerido pormuchos motores eléctricos y otros equipos eléctricos industriales. Estas maquinas desoldadura a menudo tienen capacidades sobre 200 amperios y ciclos de trabajo del100%. La figura 3.2 muestra algunos tipos diferentes de maquinas de soldar ycontroles.

Figura 3.2: Una maquina de soldar inverter la cual tiene la capacidad de modificar lafrecuencia del arco AC. Esta maquina tiene la capacidad para multiprocesosincluyendo GTAW, SMAW y capacidad pulsatoria.


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Figura 3.3: Una fuente de energia AC/DC controlada electrónicamente. Lascaracteristicas incluyen control de balance de onda para desbalancearselectivamente la onda para optimizar las caracteristicas de soldadura.

Figura 3.4: Una maquina AC/DC la cual fue específicamente diseñada para GTAW.Incluye muchos componentes incorporados que la hacen adaptable para una ampliavariedad de aplicaciones.


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Figura 3.5: Una maquina de AC/DC de los tipos comunmente usada para el procesode soldadura SMAW. Con la adición de otros componentes, conformara losrequerimientos de muchas aplicaciones en GTAW.

Figura 3.6: Un generador de soldadura multiproceso accionado por motor capaz desoldar con GTAW AC y DC cuando es adaptada con iniciadores de arco de altafrecuencia.


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Figura 3.7: Una fuente de energia avanzada con un programador incorporado que

permite al operador programar la secuencia completa de la soldadura. Esto esrecomendado para soldadura automatica o todas las veces que sea requerida repetirla operacion.

A fin de comprender mejor las fuentes de energia de soldadura por arco y susrequerimientos, es mejor comenzar en el arco y trabajar hacia el tomacorriente depared. El proceso GTAW requiere que el soldador mantenga la longitud del arco.Cualquier variación en la longitud del arco afectara el voltaje. Al alargar el arcoaumenta el voltaje, y al acortar el arco disminuye el voltaje. El soldador tendrádificultad de mantener la longitud del arco, el voltaje cambiara, en la medida que el

arco se mueve a traves de la pieza a ser soldada. Este cambio en voltaje (longitud dearco) causa que la corriente de salida (amperaje) varíe. Esta corriente de salida debeconservarse tan constante como sea posible con el proceso GTAW. El amperaje creael calor que funde el metal y toma en consideración una soldadura consistente.

Fuentes de Energia de Corriente Constante

Las fuentes de energia de soldadura por arco son clasificadas en términos de suscaracteristicas de salida con respecto al voltaje y amperaje. Pueden ser de corriente

constante (CC), voltaje constante (CV) o ambas.Una maquina de corriente constante, la clase usada en soldadura GTAW, mantieneabierto el flujo de corriente constante en el circuito de soldadura sin importar cuantovoltaje (longitud de arco ) varíe. Procesos como el GTAW y SMAW requieren que elsoldador mantenga la longitud del arco no el equipo.Una fuente de energia de voltaje constante mantiene el voltaje a un valor próximo a

uno prefijado sin importar cuanta corriente es siendo usada en el proceso. Este es eltipo de fuente de energia que es usado en el proceso de soldadura por arco conelectrodo desnudo, continuo y proteccion de gas GMAW. Los procesos tales comoGMAW y soldadura por arco con electrodo tubular y fundente interno FCAWrequieren que el equipo mantenga una longitud de arco específico.


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Notaremos que en ambos casos podemos decir que estas maquinas mantienen lacorriente y el voltaje a valores próximos a los valores prefijados respectivamente.Estas variaran ligeramente debido al hecho de que ninguna fuente de energia esperfectamente eficiente. La relación entre el voltaje y la salida de corriente serepresenta mejor mediante el trazado de estos valores en un grafico.

Figura 3.8: Curva volti-amperimétrica de una batería perfecta

La figura 3.8 muestra la curva volti-amperimétrica de una batería perfectamenteeficiente. Esto se debe considerar una fuente de energia de voltaje constante (CV)

sin importar cuanta corriente es producida, el voltaje permanece constante a 12voltios.

Figura 3.9: Curva volti-amperimétrica de una fuente de energia de corrienteconstante (CC) perfecta.


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Una fuente de energia perfectamente eficiente de la variedad de CC como es visto enla figura 3.9, donde se mostraría una curva volti-amperimétrica con una corrienteconstante de 100 amperios de salida sin importar el voltaje

Figura 3.10: Curva volti-amperimétrica de corriente constante CC.

Figura 3.11: Curva volti-amperimétrica de voltaje constante CV.

La curva volti-amperimétrica mostrada en la figura 3.10 es indicativa de aquellasvistas en las fuentes de energías de GTAW, y la curva volti-amperimétrica vista en lafigura 3.11 representa la salida de un voltaje constante o fuente de energia de

GMAW. La linea inclinada en la grafica de la corriente constante representa la salida


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de una fuente de energia con amplificador magnético. Debido a este declivecaracterístico, estas fuentes de energías son a menudo referidas como atenuadoras.

La figura 3.12 es un ejemplo de una fuente de energia de DC basica para soldaduracon GTAW. El alto voltaje de una sola fase, bajo amperaje es aplicado al

transformador principal. El transformador transforma este alto voltaje a bajo voltajey al mismo tiempo transforma el bajo amperaje a alto amperaje propios para lasoldadura. No altera la frecuencia, 60 Hz entra y 60HZ sale. Este bajo voltaje y altoamperaje es ahora rectificado de AC a DC en el rectificador. Esto produce una DCequitativamente aproximada distinta a la energia suministrada por una batería. Seusa un filtro para suavizar y estabilizar la salida para un arco más consistente. La DCfiltrada es ahora suministrada a la antorcha GTAW. Estas fuentes de energía del tipode frecuencia lineal tienden a ser grandes y muy pesadas. El desempeño del arco eslento y débil y no permitirá que estas maquinas sean usadas para formas de ondasavanzadas o pulsadas.

Las fuentes de energías de corriente constante verdaderas son una ventaja en que lacorriente que se fija es la corriente que se suministra al arco de soldadura.Estas fuentes de energia controlada electrónicamente son preferidas sobre lasfuentes de energia de estilo más antiguo y encuentran aplicaciones en la soldaduramanual hasta la automatica. Los controles de la corriente con muy precisos y lassoldaduras son muy reproducibles. Las fuentes de energías tipos Inverters ycontroladas electrónicamente tienen circuitos especiales que mantienen su salidamuy consistentemente. Esto se lleva a cabo con un circuito de retroalimentación decurva cerrada. Este circuito se compara a la corriente de salida que va hacia el arcocontra lo que ha sido fijado en la maquina. Funciona muy parecido a un carro con el

control de marcha activado - Si sube y baja una colina la velocidad se mantiene. Si elsoldador aumenta y disminuye el arco, la intensidad del arco se mantiene. La figura3.13 muestra un diagrama de bloque de este circuito sensible de retroalimentaciónde curva cerrada. Esta caracteristica es tambien util para la compensación del voltajelineal. Mediante las leyes de la compañía de energia debe suministrarse un voltajeconsistente. Sin embargo son permitidos en rangos, los cuales pueden ser más omenos el 10% del voltaje nominal. Si el voltaje primario para una fuente de energiapara GTAW no compensada cambió hasta el 10%, la energia que va en el arco puedefluctuar desde 10 – 20%. Con la maquina del voltaje lineal compensado, mas omenos una fluctuación en el arco de hasta el 2%, de este modo una soldadura muy

consistente. La mayoría de las fuentes de energías controladas electrónicamentepueden tambien ser usadas para suministrar corriente de soldadura pulsada. Debidoa su tiempo de respuesta rápida y gran control sobre el nivel de corriente que se fija,dos diferentes niveles de calor no formulan dificultad para este tipo de fuentes deenergías. Esta maquinas tambien pueden ser controladas a distancia y estoscontroles pueden ser muy pequeños y compactos. Son lo suficientemente pequeñospara ser montados directamente en la antorcha o incorporados en la antorchamanual. Las limitaciones de este diseño pueden hacer de ellas más complejas deoperar, y son relativamente costosas en comparación a los diseños de controles mássimples.


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Fuentes de Energia con RectificadorControlado por Sili

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