curso de inspector de soldadura 04_gmaw_20120306

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SOLDADURA SEMIAUTOMÁTICA BAJO PROTECCIÓN GASEOSA (GMAW o MIG/MAG)

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Sus características (alto rendimiento de fusión, gran penetración, economía, fácil

manipuleo, etc.) ofrecen algunas ventajas sobre otros procesos de soldadura.

Este proceso de soldadura ofrece diferentes variantes, ya sea por el tipo de gas de

protección que se utilice (gases activos, con lo cual recibe el nombre de proceso

MAG, Metal Active Gas, o gases inertes con lo cual recibe el nombre de proceso MIG,

Metal Inert Gas), o por el tipo de electrodo que se utilice (alambres macizos o

alambres tubulares).

La nomenclatura norteamericana los divide en dos grupos, ya sea que se trate de

alambres macizos (proceso GMAW, Gas Metal Arc Welding) o alambres tubulares

(proceso FCAW, Flux Cored Arc Welding).

Nos referiremos en este caso a la soldadura con electrodos macizos y protección

activa e inerte (es decir proceso GMAW o proceso MIG - MAG).

Este proceso puede ser operado en forma semiautomática o en forma automática.

Se aplica a la soldadura de la mayoría de los metales de uso industrial como aceros

al carbono, aceros de baja aleación y alta resistencia, aceros inoxidables, aluminio,

cobre, titanio y níquel, en todas las posiciones, con una adecuada selección de gases

de protección, electrodos y parámetros de soldadura.

Introducción

04 - Procesos de soldadura: GMAW 3

- Es el único proceso con electrodo consumible que puede ser usado para la soldadura de

la mayoría de los metales de uso industrial.

- No posee restricción en cuanto a la longitud de electrodo como se encuentra en el proceso

de soldadura manual con electrodo revestido.

- La soldadura se puede realizar en todas las posiciones.

- Posee alta capacidad de deposición de metal de aporte. Alta velocidad de deposición

con alta eficiencia de deposición.

- Las velocidades de soldadura son elevadas. (e.g. ᴓ1.6mm, 200-250A ,15-30 cm/min)

- Debido al uso de alambres electrodos continuos no es necesario realizar frecuentes

detenciones. Puede adaptarse fácilmente a sistemas automatizados.

- Posee buena penetración.

- La limpieza post soldadura es mínima, debida a la casi total ausencia de escoria.

- Introduce bajo niveles de hidrógeno (<5ml/100gr)

Ventajas


- El equipo de soldadura es más complejo: mantenimiento del equipo y set-up;

- el equipo de soldadura es más costoso que para otros procesos;

- el equipo de soldadura es menos portátil.

- es dificultoso su uso en lugares de difícil acceso para realizar la soldadura;

- la protección gaseosa de la soldadura es muy susceptible a ser interrumpida por la

presencia de viento. < 8km/h (5.12.2 AWS D1.1:2008);

- posee un arco muy intenso y una muy alta radiación de calor, lo cual deriva en una

cierta resistencia por parte del operador a utilizar el proceso.

Limitaciones

En este proceso, la transferencia del material

de aporte, se realiza a través del arco al baño

líquido, desde un alambre alimentado en forma

continua en una atmósfera de un gas de

protección.

El gas de protección, cubre al arco eléctrico y el

metal fundido a fin de evitar el contacto

de éste con el aire.

Luego de establecer los parámetros iniciales de

soldadura por parte del operador, el equipo

provee una regulación automática de las

características del arco.

Esto significa que para operación

semiautomática, los únicos controles requeridos

para el soldador, serán velocidad de

desplazamiento, dirección y posición de la

torcha.

Principio de operación

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flotametro regulador

Carrete del alambre

Alambre

electrodo

Mecanismo

de tracciónDirección de

soldadura pistola

Cilindro del

gas de protección

Pieza de

trabajo

Fuente

de poder

electrodo

Pico o tubo de contacto

Tobera del gas de protección

Arco eléctrico

Metal

soldado

Pileta de metal

líquidometal base

Gota de

metal

Gas de

protección

Gas de

protección


GMAW (MIG/MAG)

FCAW

SAW

SMAW

TIG

SAW

GMAW rara vez!

Características de

salida

SMAW TIGFuente de poder AC/DC

SMAW TIG

GMAW (MIG/MAG/CO2)

FCAW SAW

Fuentes de poder de corriente continua (D.C.)

SMAW (MMA)

GTAW (TIG)

SAW

Fuentes de poder de corriente alterna (A.C.)Corriente

V

I

V

I

Corriente

Constante

C.C.

Tensión

Constante

C.P.

Clasificación de las fuentes de poder

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Fuentes de poder de tensión constante:Mecanismo de auto regulación

L0L1 L2

Ve

locid

ad

de

alim

en

tació

n

del ala

mb

re

co

nsta

nte

V

I

L2

L1 L0

i2i1 i0

L1 > L0 > L2

i1 < i0 < i2Vf1 < Vf0 < Vf2

“Recordar que la velocidad de fusión (Vf) en los procesos de soldadura por arco con electrodos consumibles es proporcional a la densidad de corriente”

“En esta clase de procesos la corriente de soldadura esta determinada por la velocidad de

alimentación del alambre”

“Cuando la tensión de arco es baja, la corriente aumenta junto con la velocidad de fusión del alambre. Como la velocidad de alimentación del alambre es constante entonces L

aumenta”


- fuente de energía eléctrica de C.C. de tensión constante;

- alimentador de alambre;

- torcha con manguerote flexible;

- tubo de gas con reductor de presión, precalentador y medidor de caudal

(flotametro).

La torcha de soldar en forma de pistola, conducida manualmente o por medios

mecánicos, recibe el alambre de aporte desde un carrete giratorio por dentro de

una manguera flexible de forma continua y automática.

En el extremo inferior de la torcha, existe un tubo de contacto, donde el alambre

recibe la corriente de soldadura proveniente de la fuente.

Luego de pasar por este tubo de contacto, el alambre avanza hacia la pileta

líquida.

Rodeando el tubo de contacto, se encuentra la tobera por donde sale el gas

protector, proveniente del tubo que lo contiene.

Equipamiento

10Terminología del proceso GMAW

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La torcha se halla provista de un contactor mediante el cual se gobierna la salida del

alambre y gas.

Las torchas de hasta 350 amperes es común que se refrigeren con el mismo pasaje del

gas de protección. Pero para corrientes superiores necesitan ser refrigeradas por agua.

La alimentación del alambre a la torcha se realiza a través de un mecanismo de tracción,

compuesto por uno o dos pares de rodillos comandados por un motor de C.A. y engranajes

recambiables o bien por un motor de C.C. y una caja reductora.

La torcha está conectada con el motor alimentador a través del manguerote, el cual

contiene el tubo guía del alambre, el conductor de la corriente de soldadura, el conducto

de gas, el cable de control y el conducto de agua de refrigeración.

El motor alimentador de alambre se halla conectado a la fuente de energía y a una

válvula solenoide que se encuentra sobre el conducto proveniente del tubo de gas.

Los conductos de refrigeración se conectan por lo general a un equipo recirculador –

enfriador de agua.

Para proteger la torcha, existe un interruptor de falta de agua del sistema, que deja

fuera de servicio la instalación en caso de carencia de refrigerante.

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Rodillos en U-, V- y estriados


El modo de transferir el metal fundido del electrodo a la pieza a soldar puede variar en

forma importante. Esta es una característica única de este proceso, que puede

presentar distintas variantes en cuanto a la manera que se transfiere el metal de aporte

a la soldadura.

Existen básicamente tres tipos de transferencia metálica:

- transferencia por cortocircuito

- transferencia globular

- transferencia spray o rocío

Los factores determinantes del modo de transferencia metálica son:

- tipo y magnitud de corriente de soldadura

- diámetro y tipo de electrodo

- tensión de soldadura

- tipo de gas de protección

Mecanismo de transferencia metálica


Este tipo de transferencia abarca los menores rangos de corriente de soldadura y

diámetros de electrodo asociados con este proceso.

Produce una pileta de soldadura pequeña, que enfría rápidamente, lo cual lo hace

adecuado para la soldadura de espesores finos, o para soldadura en toda posición.

El metal es transferido del electrodo a la pieza solo durante el período en que el

electrodo entra en contacto con la pileta líquida (es decir está en cortocircuito).

Esto significa que no hay transferencia metálica a través del arco.

El contacto entre el electrodo y la pieza se produce en el rango de las 20 a 200 veces

por segundo. La secuencia de eventos que se producen en este tipo de transferencia

se observa en las figuras.

Cuando el alambre toca la pileta líquida, se produce el cortocircuito con lo cual la

corriente se incrementa.

El metal fundido en el extremo del alambre se estrangula por efectos magnéticos, lo

cual hace desprender la gota de metal, comenzando de nuevo el ciclo.

Transferencia en cortocircuito

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Fuerza de Lorentz

F = q.(v x B) ([N]=[C].[m/s].[T])

f = j x B ([N/m3]=[A/m2].[T])(fuerza por unidad de volumen)

f ∝ j2

En el caso de un cilindro el campo magnético B viene dado por:

2

.j.rµB o

=

Entonces la fuerza electromagnética queda

2

.r.jµf

2o

=



El incremento de la corriente durante el cortocircuito debe ser lo suficientemente rápido

como para permitir fundir rápidamente al electrodo y promover la transferencia, pero debe

ser lo suficientemente lento como para impedir la separación violenta de la gota de metal

generando salpicaduras.

La velocidad de incremento de la corriente durante el cortocircuito es regulada mediante el

ajuste de una inductancia en la fuente de poder.

Debido a que la transferencia metálica ocurre solo durante los cortocircuitos, la

composición del gas de protección tiene un efecto muy importante sobre la tensión

superficial del metal fundido.

Cambios en la composición del gas afectará el tamaño de las gotas y la duración del

cortocircuito.

Además el tipo de gas afectará las características de operación y la penetración.

El dióxido de carbono utilizado como gas de protección produce un alto nivel de

salpicaduras comparado con los gases inertes, pero por otro lado produce una mayor

penetración.

Para obtener una solución de compromiso es frecuente el uso de mezclas de dióxido

de carbono y gases inertes.

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La transferencia globular toma lugar con niveles de corriente relativamente bajos,

independientemente del gas de protección. En el caso del dióxido de carbono y el

helio, ocurre a todo nivel de corriente.

Esta transferencia se caracteriza por el tamaño de gota metálica que se genera en la

punta del alambre, la cual es de mayor diámetro que el alambre que la generó.

Este tipo de transferencia se limita a ser utilizada normalmente en posición plana.

Con corrientes solo ligeramente superiores a las utilizadas para corto circuito, se

puede obtener una transferencia globular axial, pero con un gas predominantemente

inerte.

En este caso se debe utilizar un voltaje elevado para evitar el contacto del alambre

con la pileta líquida.

Esto, voltaje excesivo, lleva a que este tipo de soldadura provoque faltas de fusión,

penetración insuficiente y excesivas sobremontas.

Con dióxido de carbono como protección, la transferencia globular se logra con

voltajes y amperajes significativamente superiores a los utilizados en cortocircuito.

Transferencia globular

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Con gas de protección argón o mezclas ricas de este gas, es posible obtener una

transferencia metálica muy estable, libre de salpicaduras y de tipo axial.

Transferencia spray

En este tipo de transferencia las

fuerzas de origen electromagnético

que actúan sobre el material de

transferencia son las que prevalecen

Por ello se da a altos valores de

corriente de soldadura o mejor dicho

a altos valor de densidad de

corriente.


Esta transferencia requiere del uso de corrientes de soldadura por encima de un valor

crítico llamado “corriente de transición”.

Por debajo de este valor de corriente, la transferencia ocurre de forma globular.


Por encima de esta corriente, la transferencia metálica se realiza en forma de gotas

muy pequeñas. Estas gotas son aceleradas a través del arco.

La corriente de transición depende de la tensión superficial del metal líquido y del

diámetro del electrodo.

Debido a que las gotas son muy pequeñas, no se producen cortocircuitos y las

salpicaduras son totalmente eliminadas.

Esta transferencia puede ser usada para soldar todo tipo de metales debido a la

condición de utilizar argón (inerte) como gas de protección.

Una característica de este proceso es que debido a las altas corrientes que se

generan y la gran deposición de metal se crean piletas líquidas demasiado grandes

como para ser soportadas por la tensión superficial en posiciones vertical y sobre

cabeza, razón por la cual esta transferencia en general se limita a la soldadura en

posición plana.

Transferencia spray


Tipo de alambrediámetro

de alambregas

de protección

corriente de

spray mínima[A]

0,8 150

0,9 165

1,2 220

1,6 275

0,9 1701,2 225

1,6 285

0,8 95

1,2 135

1,6 180

0,9 180

1,2 2101,6 310

0,9 165

1,2 2051,6 270

Corriente de transición globular-spray para diferentes electrodos

98%Ar-2%O2

Ar

Acero al carbono

Acero inoxidable

Aluminio

Cobre

Bronce


En la mayoría de los casos el alambre es seleccionado por su similitud con la

composición química del metal base. En algunos casos, se utilizan electrodos de

diferente composición química para obtener una mayor resistencia o mejor

soldabilidad.

Los electrodos utilizados para este proceso, son de un diámetro mucho menor que los

electrodos utilizados para otros procesos. Esto hace que la densidad de corriente sea

significativamente mayor

Son comunes los electrodos de entre 0,8 mm y 1,6 mm, sin embargo existen alambres

más pequeños y más grandes que lo indicado, aunque su utilización es reducida.

Debido a los pequeños diámetros utilizados y las altas corrientes de soldadura, las

velocidades de fusión de los electrodos son grandes.

La mayoría de los alambres vienen con un recubrimiento de cobre que impide la

corrosión atmosférica del producto.

Consumibles: electrodos

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Especificaciones de electrodos GMAW para diferentes materiales


Especificación AWS A5.18:2005

Especifica los requerimientos que deben cumplir los alambres que depositan aceros al carbono.

E(R)XXX - XYNHZ

E-indica que es un electrodo. R indica que además es varilla.

70- indica el mínimo valor de Rm en ksi del MAP

48- indica el mínimo valor de Rm en 10xMPa del MAP

S-indica que se trata de un alambre macizo. C- indica que se trata de un alambre tubular.

2, 3, 4, 6, 7, 8, G, GS- los números describen la composición

química del alambre en el caso de alambres macizos. O del MAP en el caso de alambres tubulares. GS indica que el alambre no es

apropiado para soldaduras multipasadas.

M-indica que el alambre se clasificó utilizando como gas de

protección una mezcla 75/80Ar + 25/20CO2 (SG AC-25/20). C-indica que se utilizó CO2. Sólo en el caso de alambres tubulares.

No mandatorios

16, 8, 4, Z-indica que el contenido máximo de H difusible es

Zml/100gr de metal depositado.

Consumible para aplicaciones nucleares � P=0,012% max;

Cu=0,08% max.

mandato

rio


depende de la orden de compra pero Ni, Mo, Cr o V no deben agregarse deliberadamenteG

-0,50-0,801,50-2,000,07-0,157

-0,80-1,151,40-1,850,06-0,156

-0,65-0,851,00-1,500,06-0,154

-0,45-0,750,90-1,400,06-0,153

0,05-0,15 Ti; 0,02-0,12 Zr; 0,05-0,15 Al0,40-0,700,90-1,40<0,072

%otro%Si%Mn%CERXXS-X

Composición química de los alambres: E & R

Para todos los casos donde no se especifica:

S <0,035%; P <0,025%; {Cr, Mo, Ni} < 0,15%; Cu< 0,50%; V< 0,03%


80/75Ar-CO2 o 100CO2

80/75Ar-CO2 o 100CO2

gas de protección

depende de la orden de compra pero el fabricante debería excluir su uso para

pasadas múltiples debido al alto contenido de aleantes que puede tenerGS

depende de la orden de compraG

<0,90<1,75<0,126

<0,90<1,75<0,123

%Si%Mn%CEXXC-XX

Composición química de los MAP depositados por alambres tubulares: E


S <0,03%; P <0,03%; Cr <0,20% , Mo <0,30%, Ni <0,50%; Cu <0,50%; V <0,03%


Especificación AWS A5.28:2005 U.S. customary

Especifica los requerimientos que deben cumplir los alambres que depositan aceros de bajo

aleación.

E(R)(X)XXX - XHZ


70, 80, 90, 100, 110, 120- indica el mínimo valor de Rm en ksi del MAP. Cuidado! ER70X-XX � Rm>75.000 psi.


AX, BX, NiX, DX, 1, G- las letras y los números X describen la composición química del alambre en el caso de alambres

macizos. O del MAP en el caso de alambres tubulares.

No mandatorios

H16, H8, H4, H2; Z-indica que el contenido máximo de H difusiblees Zml/100gr de metal depositado.

mandato

rio


Especificación AWS A5.28:2005 S.I.

Especifica los requerimientos que deben cumplir los alambres que depositan aceros de bajo

aleación.

E(R)(X)XXX - XHZ


49, 55, 62, 69, 76, 83- indica el mínimo valor de Rm en 10xMPadel MAP. Cuidado! ER49X-XX � Rm>515 MPa. Para saber cuales son los requerimiento ver la especificación.


AX, BX, NiX, DX, 1, G- las letras y los números X describen la

composición química del alambre en el caso de alambres

macizos. O del MAP en el caso de alambres tubulares.

No mandatorios

H16, H8, H4, H2; Z-indica que el contenido máximo de H difusible

es Zml/100gr de metal depositado.

mandato

rio


<0,12C<1,253,00-3,75--Ni3

0,07-0,12C1,60-2,10<0,15-0,40-0,60D2

Ti; Zr; Al; V; 0,08C; S y P<0,0101,25-1,801,40-2,10<0,300,25-0,55(100) 1

Ti; Zr; Al; V; 0,09C; S y P<0,0101,40-1,801,90-2,60<0,500,25-0,55(110) 1

Ti; Zr; Al; V; 0,10C; S y P<0,0101,40-1,802,00-2,80<0,600,30-0,65(120) 1

<0,12C<1,252,00-2,75--Ni2

<0,12C; V<1,250,80-1,10<0,15<0,35Ni1

V, Al1,20<0,808,00-10,50,85-1,20B9

<0,10C0,40-0,70<0,508,00-10,50,80-1,20B8

<0,10C0,40-0,70<0,604,00-6,000,45-0,65B6

0,07-0,12C0,40-0,70<0,202,30-2,700,90-1,20B3

0,07-0,12C0,40-0,70<0,201,20-1,500,40-0,65B2

<0,12C<1,30<0,20-0,40-0,65A1

%otro%Mn%Ni%Cr%MoEXXXS-X

Composición química de los alambres: E & R


S <0,025%; P <0,025%; Si�ver especificación; C�ver especificación;

En el caso de los depósitos de Cr-Mo el contenido de C puede indicarse detrás de la denominación de la

siguiente forma: L-> C<0,05%; Por ejemplo: EXXS-B3L.


<0,08C; 0,30V<1,251,75-2,75--(70)Ni2

<0,12C; 0,03V<1,502,75-3,75--Ni3

<0,12C; 0,03V1,00-1,90--0,40-0,60D2

<0,15C; 0,03V0,75-2,250,50-2,50<0,150,25-0,65K3

<0,15C; 0,03V0,75-2,250,50-2,500,15-0,650,25-0,65K4

<0,12C; 0,03V; 0,30-0,75Cu0,50-1,300,40-0,800,45-0,70-W2

<0,12C; 0,03V<1,502,00-2,75--(70)Ni2

<0,12C; 0,03V<1,500,80-1,10-<0,30Ni1

0,08-0,13C; 0,04Al; 0,15-0,30V1,20<0,808,00-10,50,85-1,20B9

<0,10C; 0,03V0,40-1,00<0,208,00-10,50,80-1,20B8

<0,10C; 0,03V0,40-1,00<0,604,50-6,000,45-0,65B6

0,05-0,12C; 0,03V0,40-1,00<0,202,00-2,500,90-1,20B3

0,05-0,12C; 0,03V0,40-1,00<0,201,00-1,500,40-0,65B2

%otro%Mn%Ni%Cr%MoEXXXC-X

Composición química de los MAP depositados por los alambres tubulares: E


S <0,030%; P <0,025%; Si�ver especificación; C�ver especificación;

En el caso de los depósitos de Cr-Mo el contenido de C puede indicarse detrás de la denominación de la

siguiente forma: L-> C<0,05%; Por ejemplo: EXXC-B2L.


Electrodos recomendados para GMAW


Electrodos recomendados para GMAW


La función primaria de los gases de protección es excluir los gases atmosféricos del

contacto con el metal fundido.

Además el gas de protección tiene marcada influencia sobre los siguientes factores:

- Características del arco.

- Modo de transferencia metálica.

- Penetración y perfil de la soldadura.

- Velocidad de soldadura.

- Tendencia al socavado.

- Acción de limpieza.

- Propiedades mecánicas del metal depositado.

Consumibles: gases de protección


Entre los gases de uso más extendido para este proceso encontramos:

- Ar (Inerte);

- He (Inerte);

- CO2;

- Mezclas : Ar - He; Ar – O2; Ar – CO2;

- Mezclas triples: Ar – CO2 – O2, etc;

La figura muestra los distintos contornos de soldadura que se obtiene con distintos gases.

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