4 consumibles importantes de la soldadura por arco
Este artículo arroja luz sobre los cuatro consumibles importantes de la soldadura por arco. Los consumibles son: - 1. Electrodos recubiertos 2. Varillas y cables de soldadura 3. Flujos de soldadura 4. Gases de protección.
Consumibles # 1. Electrodos recubiertos:
Casi toda la soldadura de propósito general se realiza mediante soldadura de arco de metal blindado utilizando electrodos revestidos. Los electrodos revestidos consisten en el alambre de núcleo con una cubierta de material de recubrimiento. El alambre de núcleo utilizado para los electrodos se realiza según ciertas normas nacionales o internacionales que especifican el calibre del cable, la composición del material, las reglas de aceptación, etc.
Los electrodos para la soldadura por arco manual y automático de aceros de bajo y medio carbono, así como los de baja aleación, están hechos principalmente de acero al 012%.
El diámetro del alambre del núcleo para los electrodos varía generalmente entre 3, 15 y 12, 50 mm y los diámetros estándar intermedios son 4, 00, 5, 00, 6, 30, 8, 00 y 10, 00 mm. La longitud de estos electrodos recubiertos varía entre 350 y 450 mm, con una porción desnuda (sin recubrimiento) que varía entre 20 y 30 mm desde donde se mantiene en un portaelectrodos.
Las composiciones químicas de los alambres de núcleo para aceros de carbono bajo y medio se dan en la tabla 5.1A y para los alambres de núcleo de electrodo de acero suave en la tabla 5.1B .:
Consumibles # 2. Varillas y alambres de soldadura:
Los alambres y varillas de soldadura desnuda se usan en longitudes cortas de aproximadamente 1 metro o en forma de bobina en carretes. Mientras que las longitudes cortas se utilizan para procesos como GTAW y la soldadura por arco de plasma en donde no forman parte del circuito de soldadura, los cables largos se emplean para procesos como GMAW y SAW donde una parte del cable conduce la corriente cuando un cable de soldadura forma parte de la Al circuito eléctrico se le llama electrodo de soldadura, de lo contrario se le conoce como varilla de soldadura.
La mayoría de los alambres utilizados para soldar acero estructural generalmente contienen 0-10% de carbono y 0-35 a 0-60% de manganeso. Otros han aumentado el contenido de manganeso. Algunos otros tipos tienen mayores cantidades de carbono, manganeso y silicio.
El exceso de silicio en el alambre de soldadura da como resultado una gran cantidad de salpicaduras, gases en la piscina de soldadura y materiales no metálicos en el metal de soldadura. El contenido máximo de silicio permitido, por lo tanto, es de hasta el 0-95%.
El contenido de impurezas dañinas como el azufre y el fósforo no debe superar el 0-04% cada uno. En algunos cables, particularmente aquellos utilizados para soldar aceros aleados, la cantidad máxima de azufre y fósforo permitida es de 0-03% cada uno.
El rango del diámetro del alambre se extiende de 0-5 a 2-5 mm con 0-5, 0-6, 0-8, 0-9, 1-0, 1-2, 1-6, 2-0, 2- Cables de 4 y 2-5 mm de diámetro normalmente disponibles. Las máquinas de soldar utilizan alambres continuos en bobinas. Dependiendo del diámetro del cable, una bobina puede pesar entre 5 y 500 kg y medir entre 150 y 1000 mm.
Los alambres de soldadura generalmente están recubiertos de cobre para evitar la oxidación y para mejorar la captación de corriente del tubo de contacto, también ayuda durante el estirado de los alambres a través de las matrices. Para evitar los efectos nocivos y el pelado del recubrimiento de cobre, generalmente se mantiene muy delgado y la cantidad máxima de cobre se especifica en 0-4% en peso del alambre.
Además de los aceros con bajo contenido de carbono, los alambres de soldadura también se producen a partir de los aceros inoxidables, el aluminio y sus aleaciones, las aleaciones de níquel, las aleaciones de magnesio, las aleaciones de titanio y las aleaciones de cobre.
Los alambres de soldadura están disponibles tanto en forma sólida como tubular, este último contiene fundente.
Especificaciones para alambres y varillas sólidos :
Varios sistemas están en uso para especificar electrodos de soldadura o varillas. La especificación AWS es uno de los sistemas de codificación bien conocidos. Consiste en una letra o letras de prefijo seguidas de dos cifras y la letra S y luego un sufijo que puede ser una figura o una letra o ambos.
La identificación de AWS para electrodos y varillas de acero al carbono desnudo para soldadura con arco con protección de gas se puede explicar considerando un código, como ER - 70S-1
ER - El prefijo indica un electrodo o una varilla de soldadura
70: indica una resistencia a la tracción mínima soldada de 70, 000 psi (5000 N / mm 2 )
S - indica electrodo sólido o varilla
1 …… .. 6— El número de sufijo indica análisis químico u otro factor de facilidad de uso, por ejemplo, 1 indica 0-07% de carbono y 0-30% de silicio.
Todos estos alambres y varillas normalmente están diseñados para su uso con polaridad profunda y la mayoría de ellos están diseñados para usarse con CO 2 como gas de protección.
El sistema AWS adoptado para identificar cables de acero al carbono sólido sólido para soldadura por arco sumergido es el siguiente:
Tiene una letra de prefijo E para indicar un electrodo. A esto le sigue una letra L o M o H para indicar el nivel de manganeso; L significa bajo, M para medio y H para alto contenido de manganeso. Le siguen una o dos cifras para representar la cantidad promedio de carbono en centésimas de porcentaje, por ejemplo, 8 significa 0 08% de carbono. La letra K del sufijo se utiliza para indicar un contenido de silicio superior al 0 05%.
Ejemplos :
EL8 - Bajo contenido de manganeso (0-30 - 0-55%), contenido de carbono promedio 0-08%, 0-05% silicio
EL8K - (0-30 - 0-55)% Mn, 0-08% C, (0-10-0-20)% Si
EM12 - (0-85 - 1-25%) Mn, (0-09 - 0-15)% C, 0-05% Si
EH 14 - (1-75 -2-25)% Mn, (0-10 - 0-18)% C, 0-05% Si
Algunos de estos cables son muy similares en composición a los utilizados para la soldadura por arco de metal y gas.
Electrodos tubulares o alambres de fundente de flujo:
El alambre con núcleo de flujo consiste en una funda de metal que encierra un núcleo de flujo. El flujo contenido en el electrodo realiza esencialmente las mismas funciones que el revestimiento en un electrodo cubierto, es decir, actúa como un desoxidante, formador de escoria, estabilizador de arco, y puede proporcionar elementos de aleación, así como el gas protector.
Existen dos razones principales para la introducción de alambre con núcleo de flujo, a diferencia de que el alambre sólido no necesita necesariamente palanquillas de acero de composición específica para su producción, ya que puede producirse a partir de tiras de material deseado; También es más fácil de usar, particularmente para soldar tuberías colocadas en posición fija.
Los cables con núcleo de fundente, en su forma actual, se introdujeron en 1956 en EE. UU. Al principio, la tira que contenía el flujo se llevó al diámetro requerido doblando, pero los desarrollos posteriores dieron como resultado un tubo de metal sin costura alrededor del núcleo que contiene el flujo. Los cables con núcleo de flujo de diferentes configuraciones están disponibles, algunos de los cuales se muestran en la Fig. 5.1.
Inicialmente, los alambres con núcleo de flujo se produjeron en un diámetro de 3, 2 mm, pero ahora están disponibles hasta un diámetro de 11 mm.
Los alambres con núcleo de flujo típicos se utilizan con CO 2 como el gas de protección con flujo que contiene los componentes formadores de escoria y elementos de aleación. En muchos casos, los cables también contienen polvo de hierro, cables insertados o tiras de metal que son parcialmente conductores.
El diámetro del alambre normalmente varía entre 1-2 y 4 mm, y el flujo generalmente forma entre el 5 y el 25% en peso del alambre total, lo que da como resultado una eficacia de deposición de 85 a 95%.
Tipos de alambres con núcleo de flujo:
La mayoría de los alambres con núcleo de fundente disponibles para soldar aceros al carbono son del tipo rutilo en donde TiO 2 (dióxido de titanio) es el principal componente formador de escoria. Estos cables permiten una soldadura relativamente sin salpicaduras y producen soldaduras con superficie lisa y escoria fácilmente extraíble.
Sin embargo, los cables con núcleo de flujo del tipo básico son más populares. Los componentes formadores de escoria de estos alambres son fluoruro de calcio, piedra caliza, carbonatos y óxidos de tierra alcalina. Usado con corrientes bajas, estos cables dan más salpicaduras, sin embargo, con una corriente más alta, la transferencia de metal es suave con poca salpicadura. Con los aceros al carbono, los cables básicos proporcionan soldaduras con una mejor resistencia al impacto que los electrodos de rutilo. Otra característica sorprendente del metal de soldadura obtenido al utilizar alambres con núcleo de fundente básico es su insensibilidad al recocido de alivio de tensión. Después del recocido a aproximadamente 600 ° C, no se produce la temida caída en la resistencia al impacto.
Si bien el contenido de hidrógeno del metal de soldadura en los electrodos recubiertos básicos, incluso cuando está completamente seco antes de su uso, es de 3 ml / 100 g de metal de soldadura, puede ser tan bajo como 1-2 ml / 100 g de metal de soldadura para el flujo alambres tubulares.
Hay dos tipos principales de cables de electrodo con núcleo de flujo, a saber, cables de ejecución única y cables de ejecución múltiple. El primero proporciona contenidos de manganeso y silicio bastante altos en el metal de soldadura que el segundo. Además, los alambres con núcleo de flujo pueden estar blindados contra el gas o auto-protegidos (sin protección externa contra el gas), es decir, están protegidos por el gas producido por la descomposición y vaporización del núcleo del flujo. En este último caso, la escoria fundida protege la gota a través de la transferencia de metal.
Los alambres de fundente de CO 2 y auto-blindados se han utilizado cada vez más principalmente para soldar acero de más de 12 mm de espesor, por lo que su principal atractivo ha sido la capacidad de depositar metal de forma continua y muy rápida utilizando sistemas de soldadura semiautomáticos. Ha habido un crecimiento simultáneo en el uso de GMAW con una mezcla de gases rica en argón para soldar aceros, principalmente con un grosor de 12 mm. La principal ventaja de esto ha sido la combinación de una alta velocidad de soldadura con un buen acabado y un mínimo de salpicaduras y escoria.
El sistema de codificación para identificar los cables con núcleo de flujo sigue el mismo patrón que el de los cables sólidos GMAW, pero es específico para los electrodos tubulares.
Tomemos por ejemplo E60T - 7
Aquí,
E - Indica un electrodo.
60: indica 60, 000 psi (420 N / mm) como la resistencia a la tracción mínima soldada.
T - Indica electrodo tubular, fabricado o con núcleo de flujo.
7 - Una cifra entre 1 a 8 como sufijo indica la química del metal de soldadura depositado, el gas de protección y el factor de usabilidad.
Entre las especificaciones más populares se encuentran el tipo de rutilo (E70T - 1 y E70T - 2), el tipo de autoprotección (E70T - 4) y el tipo básico (E70T - 5).
Además de los alambres básicos de acero al carbono, también se han desarrollado alambres de acero aleado de baja aleación que hacen posible producir metal de soldadura adecuado para la mayoría de los tipos de acero y para diversos requisitos técnicos. Se pueden utilizar alambres de fundente aleados con níquel, molibdeno y cromo para soldar aceros de construcción de grano fino de alta resistencia que antes era conveniente soldar con electrodos revestidos básicos y flujos básicos.
La tecnología de cable de núcleo de flujo ha hecho que los usuarios pasen del proceso de CO 2 de cable sólido al proceso de cable de núcleo de flujo para obtener varias ventajas. El proceso es mucho más rápido, más simple y económico que la soldadura por arco sumergido, con una mayor productividad en ciertas aplicaciones, por ejemplo, en la construcción de barcos. Los cables tubulares o de núcleo de flujo también se utilizan para aplicaciones de pavimentación y SAW.
Un alambre tubular en el que el flujo ha sido reemplazado por polvos metálicos, se utiliza con gas de protección rico en argón para depositar metal de soldadura a velocidades muy altas en placas de acero de 5 a 60 mm de espesor. Tienen buenas propiedades mecánicas, están casi libres de salpicaduras y son bajos en escoria. El humo también es bajo y la eliminación de escoria entre corridas no es necesaria.
La soldadura MIG de alambre con núcleo combina las mejores características tanto del blindaje de gas inerte como de la tecnología con núcleo de flujo. El cable sólido se reemplaza con un cable tubular en el que el núcleo consiste en polvos metálicos y desoxidantes en lugar de los flujos normales de formación de escoria. Cuando este cable se deposita bajo un gas de protección que consiste en argón con un pequeño porcentaje de las soldaduras de CO 2, son prácticamente idénticas a las soldaduras MIG pero con mayores tasas de deposición asociadas con los cables con núcleo de flujo.
Los alambres con núcleo generalmente se fabrican en un diámetro de 1, 6 mm y están diseñados para soldadura en todas las posiciones con mayor porcentaje de recuperación cuando se utilizan con gas rico en argón y prácticamente no producen escoria. El porcentaje de recuperación que se define como la relación entre el peso del metal depositado y el peso de los consumibles utilizados multiplicado por 100 varía de un proceso a otro, como se muestra en la tabla 5.3.
Consumibles # 3. Flujos de soldadura:
El flujo es un aspecto esencial del proceso de soldadura por arco sumergido y tiene los siguientes propósitos:
1. La porción del flujo que se funde flota como una manta líquida sobre el metal fundido, lo protege de los efectos nocivos de la atmósfera circundante, lo que reduce la captación de oxígeno y nitrógeno.
Se puede obtener una idea acerca de la efectividad de un flujo para proteger la piscina de soldadura de la contaminación atmosférica a partir del contenido de nitrógeno del metal de soldadura. En la soldadura con electrodos desnudos, el contenido de nitrógeno del metal de soldadura es tan alto como 0-18%. Los electrodos recubiertos pesados mantienen la cifra hasta 0-026%, mientras que en SAW hay un máximo de 0 005% de nitrógeno en el depósito de soldadura.
2. Actúa como un buen aislante y concentra el calor dentro de una zona de soldadura relativamente pequeña, por lo que mejora la fusión del metal fundido del electrodo de soldadura y el material original.
3. Actúa como un limpiador para el metal de soldadura, absorbe las impurezas y agrega elementos de aleación como el manganeso y el silicio.
4. Debido al flujo, el metal de soldadura no solo está limpio sino que también es más denso y, por lo tanto, tiene excelentes propiedades físicas.
5. La capa de flujo mejora la eficiencia del proceso al reducir las pérdidas por salpicaduras y quemaduras, que son inevitables con un arco abierto ordinario.
Composición y clasificación química de los flujos de SIERRA:
Los constituyentes de los flujos son básicamente materias primas de origen geológico que se basan en sílice, silicatos, calizas, arcillas, óxidos, fluoruros y otros minerales. Muchos constituyentes de un flujo no mejoran mucho sus propiedades, pero están presentes principalmente como un residuo; sin embargo, hasta cierto punto, pueden influir en su comportamiento físico y químico.
Generalmente un flujo de SIERRA consiste en cuarzo (SiO 2 ), hausmanile (Mn 3 O 4 ), corindón (Al 2 O 3 ), periclasa (MgO), calcita (CaCO 3 ), fluorita (CaF 2 ), piedra caliza (CaO), circonia (ZrO 2 ), criolita (Na 3 AlF 6 ), dolomita (CaMg (CO 3 ) 2 ), ferrosilicio (FeSi 2 ), magnesita (MgCO 3 ), rodenita (MnSi0 3 ), rutilo (TiO 2 ), wellastonita (CaSiO 3 ), zirconio (ZrSiO 4 ), así como óxidos de bario, sodio, potasio y hierro, es decir, BaO, Na 2 O, K 2 O y FeO. Puede consistir en todos estos elementos o algunos de ellos en las proporciones deseadas. Cada elemento induce diferentes características en el flujo de soldadura, por lo que la manipulación de sus proporciones da la idoneidad del flujo para cumplir los requisitos.
Dependiendo de la cantidad de diferentes constituyentes, un flujo puede ser ácido, básico o neutro.
Estas características están determinadas por el ÍNDICE DE BASICIDAD (BI) del flujo, que se define como la relación de los óxidos básicos a los óxidos ácidos, es decir:
Un flujo se considera ácido si BI <1, neutro para BI entre 1-0 y 1-5, básico para BI entre 1.5 y 2.5, y altamente básico para BI más de 2.5.
Algunos de los flujos clasificados en base a las consideraciones anteriores se dan en la Tabla 5.4:
Roles de los ingredientes de flujo:
1. Sílice (SiO 2 ):
Es un óxido ácido que forma el principal gradiente de todos los flujos de SIERRA. Proporciona la viscosidad y la capacidad de carga de corriente necesarias para el flujo en estado fundido. Cuanto más alto sea el contenido de SiO 2, más alta será la viscosidad y la capacidad de carga actual del flujo. Mejora la capacidad de desprendimiento de la escoria con un buen aspecto consecuente del cordón de soldadura sin socavar incluso a 1000A. Sin embargo, el SiO 2 conduce a la pérdida de agentes desoxidantes y causa la difusión de silicio en el metal de soldadura, lo que da como resultado propiedades mecánicas inferiores, especialmente la resistencia al impacto.
SiO 2 en flujo varía de 25 a 55% en peso. Pero los flujos que contienen SiO 2 más del 40% muestran una rápida oxidación de los elementos de aleación y mayores cantidades de inclusión no metálica en el metal de soldadura, lo que resulta en una menor tenacidad del metal de soldadura.
SiO 2 disminuye la relación de ancho a penetración del cordón de soldadura. También disminuye la estabilidad del arco.
2. Óxido de manganeso (MnO):
Conduce a la aleación de manganeso al metal de soldadura y eso mejora sus propiedades bajo cero.
MnO favorece mayores velocidades de soldadura y penetración más profunda. Disminuye la sensibilidad a la porosidad del óxido, pero también reduce la capacidad de carga y la viscosidad actuales. MnO, sin embargo, mejora la estabilidad del arco.
3. Rutilo (TiO 2 ):
Es un óxido químicamente neutro. Da ventaja metalúrgica por la formación de ferrita acicular debido al refinamiento de grano. Mejora la estabilidad del arco y las propiedades de impacto.
4. Óxido de aluminio (Al 2 O 3 ):
También mejora las propiedades de impacto del metal de soldadura debido (o el refinado del grano y la formación de ferrita acicular. Sin embargo, disminuye la estabilidad y viscosidad del arco y proporciona una penetración del medio.
5. Circonia (ZrO 2 ):
Elimina los elementos nocivos como el oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo. Sin embargo, actúa principalmente como un elemento de refinamiento de grano y promueve la formación de ferrita acicular.
6. Boro, vanadio y niobio:
Estos elementos son responsables del refinamiento del grano en el metal de soldadura pero, en exceso, producen un endurecimiento por precipitación.
7. Caliza (CaO):
Es uno de los principales constituyentes del flujo en términos de estabilidad y fluidez del arco. CaO es un óxido muy estable, de naturaleza básica. Disminuye la viscosidad y hace que el flujo sea muy sensible a la humedad. Este carácter higroscópico conduce a la porosidad en el cordón de soldadura.
El CaO elimina el azufre y el fósforo y aumenta la resistencia al impacto del metal de soldadura. Sin embargo, proporciona una penetración muy superficial y aumenta la tendencia a la subcotización.
8. Fluoruro de calcio (CaF 2 ):
Aumenta la fluidez del metal fundido y conduce a la transferencia por pulverización. Ayuda a eliminar el hidrógeno disuelto del acero metálico fundido formando fluoruro de hidrógeno por el cual el acero no tiene afinidad.
9. Carbonato de calcio (CaCO 3 ):
Reduce la viscosidad y hace que el flujo sea más básico. Evita la absorción de la humedad.
10. Desoxidantes (Al, Mn, Ti, Si):
Estos elementos en flujo ayudan a eliminar el oxígeno del metal de soldadura debido a su mayor afinidad por el oxígeno que la de otros elementos. Aparte de eso, Al, Ti y Mn también mejoran las propiedades mecánicas del metal de soldadura a través del refinado de grano.
11. Óxido de sodio (Na 2 O) y óxido de potasio (K 2 O):
Estos son elementos de bajo potencial de ionización y son los componentes más inestables de un flujo. Se vaporizan y difunden en la cavidad del arco, proporcionando vapores de bajo potencial de ionización en las proximidades del arco y, por lo tanto, mejoran la estabilidad del arco.
Los objetivos principales de los diferentes constituyentes de un arco de flujo para lograr la estabilidad del arco, la fluidez deseada del flujo fundido y la facilidad de desmontaje de la escoria solidificada después de la soldadura.
En cuanto a la estabilidad del arco, CaF 2 lo deteriora, aunque su adición es esencial para controlar la porosidad. Por lo tanto, es imperativo lograr un equilibrio entre estos requisitos en conflicto. Los elementos que mejoran la estabilidad del arco incluyen potasio, sodio y calcio. A través de su efecto sobre la estabilidad del arco, la composición de un flujo se relaciona directamente con la conformación del cordón de soldadura.
Una cantidad excesiva de CaF 2 o SiO 2 en el flujo afectará la estabilidad del arco y con ello la conformación adecuada de la soldadura. La soldadura resultante será estrecha, con una penetración excesiva porque el arco se vuelve corto y menos maniobrable. Por otro lado, la presencia de algunos gradientes como CaO, Na 2 O, K 2 O hace que el arco sea largo y flexible, y la soldadura resultante es amplia y de penetración normal.
Las cantidades excesivas de CaF 2 y SiO 2 son indeseables también porque dan lugar a fluoruros venenosos, monóxido de carbono (CO) y pentaóxido de nitrógeno, por lo que debe mantenerse un control constante de su contenido en la atmósfera del taller de soldadura.
La fluidez de un flujo cuando se funde es también un factor que afecta la forma de una soldadura. Un flujo cuya fluidez en estado fundido varía ampliamente con la temperatura se denomina flujo corto y un flujo cuya fluidez permanece más o menos constante se denomina flujo largo, como se muestra en la Fig. 5.2. Los flujos largos producen ondulaciones gruesas en la soldadura y flujos cortos, ondulaciones finas.
Si un flujo tiene baja fluidez a la temperatura de solidificación del metal de soldadura, la superficie de la soldadura será áspera, con una multitud de crestas y huecos. La escoria se adhiere fácilmente a dicha superficie y es muy difícil de remover.
Las cantidades excesivas de SiO 2, MnO y FeO también hacen que la escoria sea difícil de separar, lo que perjudica la velocidad de soldadura, especialmente en la soldadura de múltiples pasadas.
Además, los flujos no deben formar mucho polvo, ya que eso puede causar silicosis (una enfermedad pulmonar causada por el polvo que contiene silicio). Como precaución, todo el manejo del flujo debe ser mecanizado.
Clasificación física de los flujos de sierra:
Los flujos para soldadura por arco sumergido se granulan a un tamaño controlado y pueden ser uno de los dos tipos principales a saber:
(i) Flujos fundidos.
(ii) Flujos aglomerados.
(i) Flujos Fundidos:
Los flujos más utilizados son los flujos fundidos. Se fabrican a partir de minerales como arena (SiO 2 ), mineral de manganeso (MnSiO 3 ), dolomita (CaMg (CO 3 ) 2, par, tiza (CaCO 3 ), etc. Como su nombre lo indica, se prepara un flujo fundido fusionando el los gradientes superiores son un horno y se granulan según sea necesario. Está libre de humedad y no es higroscópico.
La razón para fusionar los ingredientes es que la trituración y la mezcla mecánica de los gradientes no producen una masa homogénea. Los granos de los diversos minerales difieren en densidad y se separan entre sí en el manejo. Esta separación cambia inevitablemente la composición de la mezcla, y el flujo no cumple su función prevista.
Los aceros bajos en carbono se sueldan a menudo con fundentes fundidos.
Algunos de los flujos fundidos conocidos están disponibles en dos tamaños de grano. El tamaño más grueso se destina a las máquinas automáticas de soldadura por arco, y el tamaño más fino, a las máquinas portátiles de SAW semiautomáticas. En el primero, el tamaño de grano es de 3-0 a 0-355 mm, y en el último de 1-6 a 0-25 mm. En apariencia, los granos son partículas transparentes de color amarillo a marrón rojizo. La composición nominal de uno de estos flujos es,
Otro flujo fundido disponible es también muy poco diferente del anterior. Ambos se preparan a partir de arena que contiene al menos 97% de sílice, manganeso que contiene al menos 50% de manganeso y no más de 0-2% de fósforo; fluorita que contiene 75% de CaF 2 y no más de 0.2% de azufre; magnesita cáustica con al menos 87% de óxido de magnesio; y materiales que transportan carbono para desoxidar el flujo cuando se fusiona, por ejemplo, carbón vegetal, antracita, coque, polvo de sierra, etc.
(ii) Flujos aglomerados:
Los cuales también incluyen flujos cerámicos, se preparan mezclando los gradientes y uniendo los granos con un vaso de agua (silicato de sodio). Estos flujos contienen ferroaleaciones (ferro-manganeso, ferrosilicio y ferro-titanio) y proporcionan un alto contenido de silicio y manganeso y otros elementos de aleación en el metal de soldadura.
Uno de los flujos a partir de los cuales se pueden obtener todas las otras clasificaciones mediante la introducción de adiciones de aleación tiene la siguiente composición en peso:
Con esta composición se puede obtener un metal de soldadura de alta aleación con alambre de electrodo de bajo carbono.
El inconveniente de los duxes cerámicos es que absorben fácilmente la humedad y sus granos tienen una resistencia mecánica inferior debido a que el flujo no se puede usar repetidamente.
Los flujos de cerámica deben almacenarse en recipientes herméticamente sellados y reclamarse antes de su uso. Para evitar la formación de polvo, nunca deben almacenarse o transportarse en bolsas de yute suaves.
Los factores que gobiernan la eficiencia de un flujo para lograr sus funciones deseadas son la profundidad y el ancho del lecho de flujo y también el tamaño y la forma de los granos de flujo. Normalmente, el lecho de flujo debe tener al menos 40 mm de profundidad y 30-40 mm más ancho que la junta. Una profundidad o anchura inadecuada del lecho de flujo expondrá la zona al aire, con el resultado de que el metal fundido recogerá nitrógeno y se reducirá la ductilidad del metal de soldadura. Esto también se aplica a los flujos de grano grueso. Por la misma razón, los flujos vítreos son mejores que los de tipo pómez.
En la soldadura de arco de metal blindado con electrodos de recubrimiento pesado, el metal de soldadura se alea con las ferroaleaciones incluidas en el recubrimiento. Debido a esto, se puede obtener un metal de soldadura de alta aleación incluso con un alambre ordinario de electrodo de bajo carbono. Sin embargo, los flujos fundidos más comúnmente usados no contienen ferroaleaciones, y los únicos elementos de aleación son el silicio y el manganeso.
La cantidad de Si y Mn captada por el metal de soldadura depende de las condiciones de soldadura, del análisis del flujo así como del electrodo y el metal de origen utilizado. Las cifras habituales son 0-1 a 0-3% de silicio y 0-1 a 0-4% de manganeso.
La proporción aproximada de los diversos constituyentes principales de los flujos fabricados por un productor importante en el Reino Unido y sus efectos en la composición del metal de soldadura para un alambre de relleno dado se enumeran en la tabla 5.5.
Especificación para flujos de sierra:
Según el sistema de codificación AWS, los flujos de SIERRA se especifican de acuerdo con las propiedades mecánicas del metal de soldadura para un cable de electrodo específico.
El flujo se identifica mediante un sistema de especificación especial que utiliza la letra F del prefijo para designar el flujo. El siguiente dígito indica la resistencia a la tracción mínima, en 10, 000 psi (70 N / mm 2 ), del metal de soldadura. El siguiente dígito o código de letra indica la temperatura más baja a la cual la resistencia al impacto del metal de soldadura será igual o superior a 27 J (20 ft-Ib).
Este código es el siguiente:
Este dígito de código va seguido de un guión y luego la letra E para designar un electrodo. Le sigue una letra que indica el nivel de manganeso que es L para bajo (0-30 - 0-60%), M para medio (0-85 -1-40%) y H para alto (1-75 - 2-25%) manganeso. A esto le sigue un número que es la cantidad promedio de carbono en puntos o centésimas de porcentaje.
Por ejemplo, F74-EM12 indicaría un flujo de SIERRA con las siguientes características:
F - flujo
7 - soldadura de metal con una resistencia a la tracción mínima de 70, 000 psi (500 N / mm 2 )
4 - soldadura con una resistencia al impacto de 27 J a -40 ° C
E - con alambre de relleno como electrodo
M - manganeso de metal de soldadura de nivel medio, es decir, 0-85 a 1-40%
12 - Soldadura metálica con contenido de carbono del 0-12%.
Los flujos de soldadura por electro-escoria (ESW) son similares a los flujos de SIERRA, pero son más a menudo del tipo fundido. 'El flujo de la matriz debe permanecer completamente en estado fundido para conducir la electricidad y hacer que el proceso ESW funcione. El flujo fundido proporciona la resistencia necesaria al flujo de corriente para mantenerlo a la temperatura deseada.
El flujo también proporciona elementos para purificar y desoxidar el metal de soldadura y lo protege de los efectos nocivos del nitrógeno y el oxígeno atmosféricos. El flujo en estado fundido debe tener menor densidad que el acero para mantenerlo a flote por encima del metal fundido.
Consumibles # 4. Gases de protección:
Los principales gases de protección utilizados para los procesos de soldadura por arco de tungsteno con gas, soldadura por arco de metal por gas y soldadura por arco de plasma son argón, helio y dióxido de carbono. Además de estos nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno y sus mezclas con los primeros tres gases también se utilizan para lograr la configuración deseada de las perlas y las propiedades del metal de soldadura.
Estos gases de protección pueden clasificarse en dos grupos, a saber:
a. Gases inertes como (i) argón y (ii) helio,
segundo. Gases que se disuelven y reaccionan con el metal, por ejemplo, CO 2, O 2, H 2 y N 2 .
Argón:
Es un gas no combustible y no explosivo obtenido del aire por refrigeración profunda y fraccionamiento, en el que está presente en la medida de 9.3 x 10. Es aproximadamente un 23% más pesado que el aire.
En general, el argón se comercializa en tres grados, por ejemplo, A, B y C que contienen 0-01, 0-04, 0-1% de impurezas, respectivamente. Argón comercial contiene 16-7% de impurezas. Para trabajos de soldadura de clase alta, la pureza de argón requerida es de aproximadamente 99-995%.
El argón no es tóxico, pero puede causar asfixia en espacios reducidos al reemplazar el aire.
El argón se almacena y se envía en cilindros de acero estándar en una suite gaseosa. Los cilindros para argón puro están pintados de negro en la parte inferior y blancos en la parte superior, en los que están escritas las palabras "Argón puro". En un cilindro, el gas se mantiene a una presión de 150 atmósferas (15 N / mm 2 aprox.) - cuando está completamente lleno.
Un cilindro estándar de 40 litros contiene 6 metros cúbicos (6000 litros) de argón. Desde un cilindro, el argón se alimenta hasta el punto de la operación de soldadura a través de un regulador de presión conectado a la válvula en el cuello del cilindro. El regulador de presión reduce la presión del gas a la cifra requerida para la soldadura (que generalmente es inferior a 0-5 atmósfera) y también mantiene constante la presión de trabajo, independientemente de la presión en el cilindro. Los reguladores de presión para cilindros de argón están pintados de negro.
El caudal de argón se mide con un medidor de flujo llamado rota-metro que se adjunta al regulador.
Los usos específicos de los diferentes grados de argón para soldadura se enumeran a continuación:
Grado A:
El argón de grado A (99-99% puro o más) se usa para soldar metales activos y raros, y también para soldar componentes hechos de otros materiales, en la etapa final de fabricación.
Grado B:
El argón de grado B (99-96% puro) se utiliza para la soldadura de aleaciones a base de aluminio y magnesio.
Grado C:
Grado C (99-9% puro) argón se utiliza para soldar acero inoxidable y otros aceros de alta aleación.
Helio:
El helio es un gas raro. Está presente en la atmósfera en la medida de solo 0-52 x 10 -3 %. Además, el helio está presente hasta un 10% en el gas natural. También resulta de la descomposición de ciertos elementos radioactivos y se encuentra en algunos minerales de uranio.
Debido a su alto costo, el helio es comparativamente menos usado como gas inerte.
Es un gas ligero que pesa solo 1/7 del aire. Esto complica la protección de la piscina de soldadura y da como resultado un mayor consumo de gas.
El helio se vende en dos grados. El grado I es 99-6-99-7% puro y el grado II 98-5-99-5% puro. Se almacena y se envía en estado gaseoso en cilindros estándar a una presión de 15 MPa (150 átomos). El helio comercial I se almacena en cilindros que están pintados de color marrón y no llevan inscripción. El helio II comercial se conserva en cilindros pintados de color marrón y con la palabra "helio" grabada con pintura blanca.
El helio tiene el mayor potencial de ionización de cualquiera de los gases de protección y, por lo tanto, un arco de soldadura puede operarse a un potencial mucho mayor que el argón. Por lo tanto, el arco con blindaje de helio produce una mayor cantidad de calor. Debido a su peso ligero, el helio tiende a flotar alejándose de la zona del arco y, por lo tanto, produce un escudo ineficiente a menos que se mantengan mayores caudales.
Sin embargo, su peso ligero es útil para la soldadura superior. Debido a la mayor velocidad de flujo requerida para el helio, se pueden alcanzar mayores velocidades de soldadura. Es posible soldar aproximadamente de un 35 a un 40% más rápido con helio que cuando se usa argón como gas protector. Se utiliza a menudo en los procesos de soldadura por arco de tungsteno con gas, soldadura por arco de gas metal y procesos de soldadura automática MIG.
Dióxido de carbono:
Es un gas incoloro con un olor ligeramente perceptible. Cuando se disuelve en agua da un sabor ácido. Es alrededor de 1.5 cales más pesado que el aire.
Industrialmente, el CO 2 se prepara por calcinación de coque o antracita en cajas de fuego de calderas especialmente diseñadas, y mediante la captura de fuentes naturales. También se obtiene como subproducto de la fabricación de amoniaco y fermentación del alcohol.
Bajo presión, el CO 2 se convierte en un líquido, y esto, al enfriarse lo suficiente, se solidifica hasta convertirse en una sustancia similar a la nieve (llamada hielo seco) que se evapora a -57 ° C.
El hielo seco y el CO2 gaseoso utilizados comercialmente se obtienen a partir de un líquido líquido que es un líquido incoloro. Cuando se deja vaporizar a 0 ° C y presión normal (760 mm de Hg), un kg de CO2 produce 509 litros de CO2 gaseoso.
El CO2 líquido se envía en cilindros de acero en los que ocupa del 60 al 80% del espacio total. Un cilindro estándar de 40 litros contiene 25 kg de líquido que produce aproximadamente 15 metros cúbicos. de gas en evaporación. La presión del gas en el cilindro depende de la temperatura que desciende a medida que se extrae más gas del cilindro.
El CO 2 utilizado para fines de soldadura puede ser de dos grados. El grado I debe contener al menos 99-5% (en volumen) de CO 2 puro y no más de 0-178 g / m 3 de humedad. Las cifras correspondientes para el Grado II son 99-0% y 0-515 g / m 3 .
Las características de penetración del CO 2 son similares a las características de penetración del helio debido a las similitudes de los pesos de los gases. El CO 2 que se usa para soldar debe estar libre de toda humedad porque la humedad libera hidrógeno, lo que produce porosidad en el metal de soldadura. Debido a que el CO 2 tiene una mayor resistencia eléctrica, el ajuste de corriente debe ser de 20 a 30% más alto que los utilizados con argón y helio.
El CO 2 se considera inerte a la temperatura y presión normales. Sin embargo, a temperaturas elevadas, se disocia en un 20 a 30% en CO y O. El CO es tóxico y tiene una concentración segura de solo 175 ppm (partes por millón) en comparación con 5000 ppm para el CO 2 . Esto exige un sistema de escape efectivo para protegerse contra los efectos nocivos del CO.
La característica negativa de la formación de oxígeno es que puede reducir la resistencia nominal del metal. Otra desventaja importante del uso de CO 2 es su extrema resistencia al flujo de corriente. Debido a esta resistencia, la longitud del arco es sensible. Cuando la longitud del arco es demasiado larga, se extinguirá más fácilmente que cuando se usa un gas inerte, como argón o helio.
Las soldaduras defectuosas se producen con mayor frecuencia cuando se usa CO 2 desde la parte superior o inferior de un cilindro. Esto se debe a que el gas en la parte superior transporta la mayoría de las impurezas (nitrógeno, oxígeno y humedad), mientras que el agua puede estar presente. 150-200 g / cilindro se acumula debajo del CO 2 líquido en la parte inferior. Después de que el CO 2 líquido se haya agotado por completo, el gas que sale del cilindro contendrá una humedad excesiva.
Para evitar defectos debidos a impurezas en el CO 2, será un buen plan para permitir que el CO 2 recién suministrado se asiente durante 15.20 minutos, y liberar la parte superior del contenido a la atmósfera. También es una buena práctica dar vuelta a un cilindro y dejarlo reposar en esta posición durante unos 15 minutos. Después de ese período, abra la válvula con cuidado, saldrá toda el agua del cilindro.
Cuando el CO 2 se inyecta a una velocidad de más de 1000 lit / hora (en operaciones de soldadura continua), se recomienda que el operador utilice al menos dos cilindros conectados en paralelo.
Cuando se trata de grandes cantidades de CO 2, se puede enviar en cisternas y verter en evaporadores. El CO 2 también puede enviarse como hielo seco y evaporarse en las instalaciones del usuario. Las principales ventajas del uso de CO 2 sólido para soldadura son la alta pureza del gas y una mejor transportabilidad. Las briquetas de CO 2 sólido, tal como las envía un proveedor, se convierten en gas en recipientes especiales que se calientan con electricidad o con agua caliente.
Otros gases:
En general, Ar, He y CO 2 se usan solos o en mezclas como gases de protección para la soldadura. Sin embargo, a menudo otros gases como O 2, H 2 y N 2 se agregan a estos gases para lograr ciertas formas y características deseadas de los depósitos de soldadura.
El oxígeno es un gas activo incoloro, inodoro e insípido que se combina con muchos elementos para formar óxidos. En el acero, puede combinarse con el carbono para formar CO que puede quedar atrapado en el metal de soldadura solidificante y dar lugar a poros o huecos. Este defecto se suele superar mediante la adición de desoxidantes como Mn y Si.
El hidrógeno es el gas más liviano presente en la atmósfera en la medida de 0-01%. Sin embargo, el hidrógeno también puede estar presente en la atmósfera del arco debido a la humedad o hidrocarburos presentes en el metal base o en el alambre de relleno. Se disuelve en acero fundido, pero su solubilidad en acero a temperatura ambiente es muy baja. Por lo tanto, el hidrógeno que se escapa va a los límites del grano y puede producir grietas. También causa agrietamiento por debajo de la cuenta en HAZ.
El nitrógeno está en abundancia en la atmósfera. Es incoloro, inodoro, no tóxico y casi un gas inerte. Es soluble en acero fundido pero su solubilidad en acero a temperatura ambiente es muy baja. Por lo tanto, también puede causar poros y vacíos. En cantidades muy pequeñas, los nitritos, si se forman, pueden aumentar la resistencia y la dureza del acero, pero reducir su ductilidad, lo que puede provocar grietas. El nitrógeno se usa a veces para soldar cobre porque proporciona un arco de alta temperatura. Debido a su bajo costo, en comparación con el argón, a menudo se usa para purgar tuberías de acero inoxidable y sistemas de tuberías.
Mezclas de gases:
Las mezclas de gases comúnmente empleadas en los procesos de soldadura por arco incluyen Ar-He, Ar-CO 2, Ar-O 2, Ar-H 2, Ar-CO 2 - O 2, y similares.
La proporción de argón en las mezclas de Ar-He puede variar de 25 a 95% de Ar. Sin embargo, para la soldadura de aluminio, una combinación que se usa a menudo es una mezcla de Ar-75% He o Ar-80% He. El argón como gas de protección ayuda a eliminar los óxidos y también muestra una cierta cantidad de control de la porosidad sobre el depósito de soldadura. Helio ayuda a dar una buena configuración de cuentas. La mayoría de los metales ferrosos y no ferrosos pueden soldarse con helio o argón, o sus mezclas. El helio es particularmente útil para la soldadura de secciones más pesadas de aluminio, magnesio y cobre, así como para la soldadura superior.
Una mezcla de CO 2 -75% Ar o CO, -SO 2 % Ar es muy popular para soldar aceros estructurales y de baja aleación. El argón mejora las características de transferencia de metal y el CO 2 ayuda a mejorar la forma de las perlas y la economía del proceso. Sin embargo, estas mezclas se utilizan en secciones más delgadas de aceros cuando el aspecto de las perlas es importante. Estos también se encuentran útiles para la soldadura fuera de posición en chapas metálicas extremadamente delgadas.
En ocasiones, se agrega oxígeno al argón para mejorar la forma del cordón en la soldadura de aceros con bajo contenido de carbono. Una pequeña cantidad de oxígeno agregado al argón produce cambios significativos. Por ejemplo, ensancha el dedo de penetración profunda en el centro de la cuenta; también mejora el contorno del talón y elimina la socavación en el borde de la soldadura.
El oxígeno se agrega normalmente en cantidades de 1%, 2% o 5%. La cantidad máxima de oxígeno empleado para las mezclas de Ar-O 2 es del 5%. Cantidades más altas, si se agregan, pueden conducir a la porosidad en el metal de soldadura. El objetivo principal de agregar oxígeno al argón es formar óxido de hierro termoiónico en la superficie del electrodo de acero, lo que mejora su emisividad y hace que la mancha del cátodo sea más ancha y estable, si el electrodo se hace negativo.
El hidrógeno se agrega a veces al argón pero su cantidad se limita a un máximo del 5%. Normalmente, las mezclas utilizadas son Ar-2% II o Ar-4% H 2 . La adición de hidrógeno provoca un aumento en la tensión del arco que conduce a un mayor calor en el arco. La mezcla de Ar-H 2 no se debe utilizar para aceros con bajo contenido de carbono o de baja aleación, ya que puede dar lugar a agrietamiento por hidrógeno, a menudo denominado fragilización por hidrógeno. Se utiliza principalmente para soldar níquel o aleaciones de Ni. Las secciones pesadas de aceros inoxidables también se sueldan con esta mezcla.
La mezcla de CO 2 - O 2 o Ar - CO 2 - O 2 también se usa a veces para soldar aceros suaves. Esto mejora el modo de transferencia de metal y la forma del cordón. La adición de oxígeno da como resultado un funcionamiento más caliente del arco y, por lo tanto, evita la falta de fusión.
El uso de cloro, en pequeñas cantidades, como gas protector para el aluminio mejora la estabilidad del arco. Además, el óxido nítrico como una adición muy pequeña (<0-03%) al gas protector, para soldar aluminio, ayuda a reducir el contenido de ozono en la zona de soldadura.
En general, la composición del gas de protección para la soldadura por arco con protección de gas de diferentes metales y sus aleaciones se puede basar en las pautas proporcionadas en la tabla 5.6. Las formas de cuentas obtenidas con diferentes gases de protección se muestran en la Fig. 5.3.
