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La Soldadura por arco

Entre todos los tipos de soldadura eléctrica, la llamada por arco es, seguramente, la mas importante, dado que hace posible una apreciable serie de uniones casi imposibles de ejecutar mediante otros procedimientos. En este articulo se explica clara y extensamente , la técnica de la soldadura por arco, y se proporcionan todos los datos técnicos necesarios para la correcta realización de la misma.

Este tipo de soldadura ha permitido la solución de todas aquellas uniones imposibles de realizar con la soldadura por resistencia.

El método de trabajo mas difundido fue el de Slavianoff, en el que se conecta uno de los polos de la maquina con la pieza a soldar (masa), en tanto que el otro los forma una varilla de metal especial, llamada electrodo, que esquemáticamente esta representada en la figura 1

mientras el electrodo y la pieza estén en contacto circulara corriente por ambas cerrándose el circuito , pero si se pretende separarlos , aunque sea un milímetro , la corriente va a procurar no interrumpirse . Ya sabemos que tal cosa no es posible si la continuidad del material varia repentinamente y la corriente vence esta dificultad formando un puente luminoso entre ambos materiales. El efecto luminoso se obtiene a consecuencia de la transformación de la energía eléctrica de la corriente en energía luminosa y de esta en energía térmica. Este fenómeno ya lo habrá podido apreciar el lector al ver la colada de un metal de fusión (1200°C), la llama de oxigeno con 3000° C , la de gas oxiacetilénico (3500° C) y finalmente el arco eléctrico, con el que se han conseguido temperaturas hasta 3800° C.

El nombre electrodo se le da por similitud con las piezas del mismo nombre que en la industria sirven para conducir corriente de polaridad distinta. Son varillas de unos pocos milímetros y de material distinto según los usos a dársele. El electrodo conectado al polo positivo de una maquina eléctrica se llama ánodo , y cátodo el que es alimentado por el negativo. En la actualidad se emplea un solo electrodo , sustituyendo al otro por la pieza a soldar.

para esta soldadura sirven ambas corrientes. Si la fuente es la corriente continua, es necesario saber correctamente cual de los dos polos es el que ha sido conectado al electrodo, porque el polo positivo permite obtener temperaturas 500° C mas elevadas que el otro polo, lo que representa conseguir un 30 % más de energía calorífica en un caso que en el otro. Conectado el electrodo en los casos comunes de soldadura en el polo positivo, se consigue mayor penetración y mejor estabilidad en el arco. para localizar la polaridad de una línea eléctrica en forma rápida y sencilla, se sumergen los dos conductores en un recipiente con agua; al cabo de unos minutos se observa un desprendimiento enérgico de burbujas, que no es otra cosa que el hidrogeno separado del agua como gas, en las proximidades del polo negativo. Para un soldador experimentado basta colocar una varilla de carbón en lugar del electrodo metálico y provocar el arco . Si este se mantiene estable, suave y se estira con facilidad, entonces el porta electrodo esta conectado al polo negativo. Si así no fuera , el arco es irregular y se deposita hollín sobre la chapa. Únicamente en los casos de soldaduras de chapas delgadas , conecta el polo negativo a la pieza para evitar la quemadura del material. Algunos electrodos de aleaciones especiales requieren ser conectados al polo positivo, como son los revestidos. Todos los electrodos desnudos y casi todos lo recubiertos ligeramente deben emplearse con el polo negativo. El cambio de polaridad consiste simplemente en la inversión de los cables sobre la línea o sobre la misma maquina.

Empleando corriente alternada, el campo de aplicación es mayor para los casos de soldadura común de uniones y reparaciones, siendo importante saber que no hay que usar electrodos desnudos. Como ya se explico anteriormente , no existe polaridad en la corriente alternada por variar ésta constantemente. Por ésta razón no hay peligro en conectar cualquiera de los conductores de corriente alternada con la pieza a soldar o con los electrodos . En la práctica uno de los cables se fija por tornillo o pinza de presión a la pieza y el otro va fijo al porta-electrodo o pinza soporte de mango aislado pero que deja pasar la corriente a la varilla. Con corriente alternada ambos conductores desarrollan la misma cantidad de calor ; pero ésta es superior en un 15 % a la del negativo de un circuito de corriente continua en las mismas condiciones de trabajo.

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Operación de soldar

En su forma mas sencilla la operación consiste en provocar el arco entre el electrodo sujeto con la misma pinza y la pieza que se desea soldar , en el mismo plano vertical de la línea de unión . El calor desarrollado por el arco funde el metal de la pieza y el del electrodo , mezclándose ambos íntimamente .

 Retirado el electrodo cesa el arco y el cordón de soldadura se enfría ; para que la unión resulte buena éste tiene que penetrar en parte dentro de la pieza. Tiene mucha importancia la posición que debe dársele al electrodo ; en la figura 2 , se muestra que debe colocárselo en el mismo plano de la unión, con 15° de inclinación con la perpendicular al plano de la pieza, y una vez formado el arco, lo mas perpendicularmente posible . Una vez generado el arco se funde el material de la pieza formándose un cráter , comienzo del cordón de soldadura . En la figura 3 se ha representado los 3 estados : inicial , progresivo y final, con las letras a, b y c . En la primera se muestra la posición de aproximación del electrodo a la pieza , con la distancia mínima i , a dejar para que se forme el arco y a continuación el cráter ya formado. En la posición b se representa el metal ya depositado, el cráter con el arco produciéndose y la penetración lograda por el cordón. La última nos muestra cómo termina un cordón y demás indica lo que se entiende por longitud de arco.

La penetración es indispensable y se obtiene por medio de intensidades adecuadas al espesor y material de las piezas a soldar. La penetración por regla general no es inferior a un milímetro y medio , midiéndose desde la superficie de la pieza al fondo del cráter formado por el arco (figura 3b) . La longitud del arco es la distancia media entre la superficie de la pieza a soldar y la extremidad del electrodo incandescente (figura 3c) . la longitud del arco es un elemento importantísimo para asegurar la eficaz penetración de la soldadura. 

El operario acerca el electrodo a la pieza hasta tocarla e inmediatamente la aparta para formar el arco . La habilidad manual del soldador está en saber mantener el arco en la longitud establecida . La distancia varía según los espesores de las laminas a soldar pero en general es entre 3a 3,5 mm.

si el arco es muy corto , la pieza se calienta mucho y la penetración resulta excesiva , hasta el punto de agujerearlo si es de poco espesor . Si el arco es muy largo , una parte del calor se pierde por radiación y la penetración es insuficiente; comúnmente se dice en teste caso que no muerde bien . El metal en fisión que se destaca del electrodo , se deposita sobre la línea de unión sin adherirse bien y sin entremezclarse con el metal de la pieza. El cordón de soldadura resulta chato y poco resistente. Tiene mucha importancia establecer la longitud conveniente del arco en relación al voltaje que se usa , a la intensidad de la corriente necesaria , al diámetro del electrodo elegido y a su composición química . En general la práctica aconseja lo más conveniente y los datos que se emplean provienen de experiencias hechas con determinados géneros de soldadura . por regla general se busca obtener el arco más corto posible , pero naturalmente, son llegar al extremos de que se produzca una adherencia que anule la formación del arco. Un arco excesivamente largo es sibilante y proyecta partículas de metal fundido acompañadas de pequeños estampidos intermitentes. El arco demasiado corto se dice que fríe , es decir, que produce una especie de crujido rápido y continuo, como de materia grasa que fríe.

mantener el arco en la longitud exigida debe ser la primera condición que el novicio debe procurar aprender. A medida que el electrodo se consume ha que aproximarlo a la pieza para mantener el arco de la misma longitud. Al hacer este movimiento la gran mayoría de los aprendices tienen tendencia atraer hacia sí el electrodo y al obrar de esta manera el electrodo se pega. Hay que aproximarlo lentamente , empujándolo hacia adelante del propio cuerpo y manteniéndolo inclinado ligeramente sobre la vertical al plano de la pieza. como se dijo al describir la figura 2 .

La misma inclinación se debe mantener durante el curso de la operación de soldadura, dando al electrodo un movimiento lento, ligeramente en zig-zag, para asegurar la distribución uniforme del metal proveniente del electrodo. Para poder dejar el arco a la longitud indicada y lograr la penetración correcta , es indispensable que el arco tenga constantemente la misma eficiencia calorífica y particularmente que no tenga tendencia a apagarse . Resumiendo , es necesario que el arco sea estable.

Esta condición las reúnen las modernas maquinas de soldar , cuyo circuito para un equipo de corriente continua puede verse en la figura 4 . La estabilidad del arco depende del voltaje que se use y de la polaridad del electrodo si se trabaja con corriente continua . Si el voltaje es elevado ,el arco es mas estable ; igual cosa ocurre si el electrodo esta unido al polo negativo . Para el caso de corriente continua lo mas conveniente  para lograr el mejor arco estable es entre 20 y 35 volt. La intensidad  de la corriente debe tener el valor exacto requerido para el trabajo que se realice , lo que se obtiene por medio de un reóstato especial o resistencia conectada en serie con el electrodo . Las variaciones posteriores que experimenta la corriente durante la operación de soldar , son eliminadas por medio de una reactancia o bobina de self-inducción , en serie con el electrodo , en el circuito de la soldadura .  La misión de la bobina de self-inducción es buscar un cierto equilibrio en la intensidad de la corriente , reduciéndola cuando aumenta demasiado. Esta bobina . llamada de autoinducción, sirve para impedir que la varilla del electrodo se pegue a la pieza a soldar, en el momento de formarse el arco, a causa del contacto. Esto da lugar a un cortocircuito , y por consiguiente , reclama un forticimo aflujo de corriente en el punto de contacto del extremo con la pieza.

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Trabajando con corriente alternada , para que el arco sea estable basta la misma tensión que en el arco de continua, regulándola con el transformador estático correspondiente . Este transformador forma parte del equipo , blindado y móvil, montado sobre ruedas.

No sólo es suficiente tener un arco estable para obtener un cordón de soldadura bien hecho; también hay que seleccionar el diámetro del electrodo adecuado al genero de trabajo a realizar. Los electrodos pueden ser desnudos o revestidos con una vaina protectora , la que no solo preserva al metal del ánima de la oxidación sino que asegura también una mayor estabilidad del arco.

El porta electrodo debe ser de construcción fuerte, de poco peso y estar en condiciones de mantener el electrodo firme en si posición mientras se está soldando , pero permitiendo al mismo tiempo que electrodo se cambie fácilmente; tampoco debe calentarse mucho . La conexión del porta electrodo se hace con un cable ; este tiene que ser flexible por lo menos en los dos metros en los dos metros que están próximos al porta electrodos, para que ofrezca el mínimo de restricción a los movimiento de la mano . La soldadura consiste en un cordón construido por metal y escorias, fáciles de distinguir porque las segundas son más fáciles de distinguir porque son mas claras. Durante la operación hay que evitar que la escoria se cumule apartándola de la línea de unión y eliminándola con un martillo pequeño. Un operario hábil logra hacer que la escoria no se interponga en la línea de unión . Una soldadura correctamente hecha debe tener el aspecto de un cordón continuo como muestra la figura 5 1  . Si es discontinuo y poroso , es porque el electrodo ha formado un arco muy largo , como se ve en la figura 5,2  . El trabajo de un novicio se conoce por la irregularidad del espesor del cordón , porosidades , zonas quemadas, etc. figura 5,3 . Si el soldador trabaja con intensidad muy débil no se tiene penetración en el metal y el cordón se presenta formando cráteres figura 5,4  . Si por el contrario , opera con corriente demasiado intensa , entonces se verá un cordón demasiado chato como un lacre sobre papel , de muy poco espesor y resistencia  figura 5,5 .

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Alimentación del arco

El arco se puede alimentar indistintamente con corriente continua o alternada. para poder iniciar el arco se necesita de 70 a 100 volt, en tanto que para mantenerlo estable basta con 20 a 35 volt. Por esta cusa es necesario intercalar en serie en el circuito , una resistencia regulable que impida que la corriente llegue a valores excesivos en el corto circuito , una resistencia regulable que impida que la corriente llegue a valores excesivos en el cortocircuito. La intensidad de la corriente usada varía de 25 a 250 amperes según la naturaleza de la soldadura que se quiera hacer , pero hay trabajo que requieren de hasta 300 amperes , para los que se emplean electrodos especiales . Si la red es de corriente continua la tensión que debe llegar al equipo no debe sobrepasar los 110-125 volts. En caso contrario es necesario reducir la tensión a 110 volt. mediante un grupo convertidor , compuesto por un motor de corriente continua que trabaja con el voltaje de la linea alimentadora y al que se le adiciona un dínamo co-axialmente que dará 110 volt de corriente continua .

En serie con el circuito del arco es imprescindible tener un regulador de intensidad apropiado .

Disponiendo de corriente alternada monofásica con 110-120 volt., es suficiente poner en serie con el electrodo un regulador de intensidad que sea una resistencia combinada con una reactancia . De ser superior a 110 volt. se emplea un transformador estático cuyo secundario provea 80 volt al circuito del arco ; en este caso es necesario intercalar en serie un regulador inductivo para cada puesto de soldadura.

En los casos que las compañías proveedoras de luz no quieran alimentar líneas a las que estén conectados equipos de soldadura eléctrica, se deberá a que la utilización de corriente con este fin implica un desequilibrio en la carga, disminuyendo el factor de potencia. Este inconveniente tiene solución reduciendo el voltaje de la red ciudadana mediante un grupo convertidor rotativo consistente en un motor que trabaja con la tensión de la red y co-axialmente un dinamo que genera corriente continua de la tensión requerida.

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Electrodos

El electrodo debe tener en lo posible las mismas propiedades que el material a soldarse; en su fabricación debe tenerse en cuenta la modificación que sufrirá el material de la varilla-electrodo durante la soldadura. Un buen electrodo debe ser de fácil encendido y mantenimiento del arco, penetración buena en el material. pocas pérdidas por chisporroteo o formación de escorias, gran rapidez de fusión y su precio debe ser razonable. Existen muchos tipos de electrodos pero la clasificación general aceptada es la siguiente:

1) Electrodos de carbón

2) Electrodos metálicos

Electrodos de carbón

Los electrodos de carbón no agregan material a la soldadura, pero lo metálicos sí. El electrodo a carbón fue ideado por el ingeniero F. Bernardos y ha sido empleado durante más de treinta años . Consiste esencialmente en provocar un arco entre el electrodo de carbón o grafito por un lado y la pieza a asoldar por el otro. El electrodo va conectado al polo negativo del circuito de corriente continua y lógicamente la pieza al polo positivo . Ya se explicó que el polo positivo de la corriente genera más calor que el negativo y conviene conectar como queda dicho , pues sino el electrodo de carbón tendría tendencia a enviar partículas pulverizadas de carbono sobre la soldadura , volviéndola más dura . El arco así formado determina un baño de fusión en la pieza a soldar, en el mismo plano del electrodo, a lo largo de la línea de unión. El metal de aporte está constituido por una varilla de metal de la misma naturaleza que la pieza a soldar. Esta varilla es calentada por el mismo arco y funde a su vez, mezclándose con el metal fundido de la pieza. El cordón se va formando por la sucesión por la sucesión ininterrumpida de estas operaciones .

La soldadura con electrodo de carbón es siempre poco resistente y está particularmente sujeta a corrosiones debida a la presencia de oxido de hierro en la masa fluida , formado por el oxigeno del aire. No deberá emplear en ningún trabajo en el que sea condición primordial una gran resistencia del material soldado.

No es posible ejecutar con éste electrodo soldadura del tipo llamado sobre cabeza o sobre superficies verticales . Para las soldaduras horizontales comunes tiene la ventaja de que el arco generalmente es más estable que con electrodo metálico . La intensidad de la corriente empleada es muy elevada, casi siempre alrededor de los 400 amperes. Debe ser mayor en casos particulares sobre todo si debe ser efectuada rápidamente. El electrodo a carbón es usado actualmente para cortar metales , pero para otras aplicaciones ha sido sustituido casi por completo por el electrodo metálico , encontrando aplicación reducida para cortar pestañas de chapa .

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Electrodos metálicos

Estos adicionan su propio material al cordón de soldadura y se clasifican en desnudos , inmergidos y cubiertos. Los desnudos son tan solo varillas o alambres y en los demás es preciso distinguir el anima , que es la varilla interna , constituyendo el electrodo propiamente dicho, y el manto o recubrimiento , que es la c apa que envuelve el anima. Para soldar materiales ferrosos generalmente se usan electrodos con anima de hierro dulce común , de óptima calidad , obtenido directamente del mineral , con un tenor de carbono inferior a 0,2 % . Existen en el comercio electrodos especiales para trabajos particulares , cuya anima tienen un tenor mas alto de carbono , con el objeto de obtener depósitos más duros . Tales electrodos no son aconsejables cuando se desee obtener soldaduras aptas para trabajarlas a máquina. Si se llega a soldar la fundición de hierro con electrodos de acero , el cordón es muy duro y difícilmente se lo podrá trabajar.

Los electrodos desnudos sirven para los trabajos de soldadura ordinarios , teniendo la ventaja de ser poco costosos, pero sus perdidas por chispoteo son muy grandes. Existen dos tipos de alambres; el de análisis común o de fardo y el de análisis especial , fabricado especialmente para soldadura eléctrica. Este tiene las siguiente características físicas :

- Resistencia a la tracción = 28-38 kg/mm2

- Alargamiento sobre un largo de 4 cm = 5-10 %

- peso especifico = 7,5 - 7,7

- Resistencia a la oxidación = Muy inferior a la chapa

- maleabilidad = imposible trabajar la soldadura el frío o en caliente

Eliminando el alambre común, que por su falta de resistencia , no debe emplearse para soldadura eléctrica, el alambre desnudo es el más difícil de soldar , de modo que, una vez que el operario se haya familiarizado con este tipo de electrodo, encontrará muy fácil soldar con los electrodos revestidos.

Los electrodos inmergidos o bañados , llamados asi por llevar una delgada capa aplicada por medio de una inmersión , contienen mejor el material líquido , evitando su desplazamiento y el sobrecalentamiento . Impiden ademas la penetración del oxígeno en el material . Para dar una idea de su bondad puede leerse la siguiente tabla , obtenida con electrodo de 4 mm de diámetro utilizando una maquina automática

Las características físicas que tienen son , en general , las siguientes :

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Los electrodos cubiertos, con manto o recubrimiento, impiden la oxidación de la soldadura recubriéndola , retardan el enfriamiento y proporcionan una soldadura limpia y regular . Los electrodos se fabrican en forma de varillas cuando son para trabajo intermitente , y en rollo si se los emplea en maquina automática.

Se conocen tres tipo de revestimientos. Uno de ellos es aplicado por medio de la inmersión , consiste en sumergir el anima en un baño de sustancias especiales que al secarse y solidificarse constituyen el manto . otro tipo es por envolvimiento aplicado en forma de hilo de composición especial a base de amiento generalmente , envueltos especialmente sobre el anima . El tercer tipo es el aplicado a presión donde el anima es recubierta con pasta especial , de composición no divulgada , prensada sobre ella en un tubo , del mismo modo que en un cable eléctrico está recubierto con una capa de goma pura.

Quien haya trabajado alguna vez con soplete de autógena sabe bien que para cortar hay que calentar el hierro primero, pues de lo contrario el oxigeno no lo ataca . Esto de debe a que el hierro , cuanto más caliente se encuentra tanto más fácilmente se mezcla con el oxigeno , produciendo la reacción química entre el hierro y el oxigeno, que da oxido de hierro . El aire tiene como constituyentes principales el oxigeno y el nitrógeno y es este aire atmosférico el que rodea el arco voltaico en el instante de soldar. Por el calor al desarrollado al formarse el arco , el hierro es llevado casi a 3600° C de temperatura . A una temperatura tan elevada se facilita toda absorción de oxigeno y nitrógeno y en este caso , la misma se efectúa con una rapidez extraordinaria. Con esto los óxidos constituidos con la mezcla del oxigeno con el hierro, forman porosidades con el cordón de soldadura , las que reducen enormemente la resistencia a la tracción y su elasticidad . Teniendo en cuenta la perniciosa influencia que ejerce el oxígeno del aire sobre las características físicas de la soldadura , es necesario evitar que aquel se ponga en contacto íntimo con el metal en fusión. Para evitarlo casi totalmente , es que se le aplica un revestimiento a los electrodos .

Este revestimiento produce, al quemarse, un gas de punto de fusión más bajo que el anima, el cual rodea al arco, evitando el contacto con el hierro fundido en el aire, como indica la figura 6 , en la que se ha representado cada uno de los elementos que intervienen , por lo que no necesita mayor aclaración.

El gas producido ha sido elegido en forma tal que no se combine con el hierro y permita la fusión de los materiales (chapa y metal de aporte del electrodo) , impidiendo que alguna impureza se introduzca en la soldadura y la haga no homogénea. Una soldadura puede ser equiparada , en lo que respecta a su resistencia y elasticidad , a la misma chapa y considerada como soldadura de alta calidad. 

El operario pronto observará que con electrodos revestidos puede trabajar mucho más rápido y cómodamente , al mismo tiempo que la fusión es mucho más perfecta.

La protección que ofrece el gas, producido por el revestimiento del electrodo al quemarse , no es la única ventaja del revestimiento . Generalmente , éste se quema mucho más lentamente que el anima metálica , de modo que se proyecta un poco afuera . Esto evita el inconveniente molesto de que el electrodo se pegue a la chapa y se trabaja así con mayor comodidad . La escoria que deja el revestimiento sobre la soldadura la proteje además del aire hasta que se enfría y retrasa un poco el enfriamiento, lo que tiene el efecto de recocer la soldadura y darle mayor elasticidad . Cuando se suelda con alambre desnudo se trabaja con un arco muy corto, generalmente 18-22 voltios . Los electrodos revestidos se usan por lo general con un arco mucho mas largo , entre25-40 voltios , dependiendo del diámetro del electrodo.

Hay que tener en cuenta que debido a la proyección del revestimiento fuera del ama metálica mientras se suelda , el arco es mucho más largo de lo que parece, ya que parte de él queda fuera del hueco formado por el revestimiento y queda , por consiguiente, invisible. El arco nunca debe ser tan corto que el revestimiento toque el metal en fusión , porque esto traería como consecuencia una soldadura porosa. La gran mayoría de los electrodos revestidos se emplean con el polo positivo , es decir que el porta-electrodo se conecta con el terminal positivo del generador, conectándose el polo negativo a la pieza o mesa de trabajo. Frente a tantas ventajas el electrodo desnudo cada día menos aplicación .

Es condición indispensable conocer exactamente la clase de material a soldar para poder seleccionar el tipo electrodo adecuado a utilizar .

Un electrodo de buena calidad debe tener en general 40-55 Kg./mm2 de resistencia a la tracción, de 20-30 % de alargamiento sobre un largo de 4 cm. un peso especifico de 7,82-7,86 y la resistencia a la oxidación tiene que ser mejor a la de la chapa y se debe poder trabajar en frío o en caliente igual que la chapa. Para electrodos cubiertos puede calcularse un consumo de 1,4 KWh por Kg.

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Presentación de los electrodos

2 mm , 2,5 mm , 3,25 mm , 4 mm , 6 mm

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Tipos de electrodos

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Selección técnica realizado por el equipo de Ferretería Chenlo, Ricardo, Daniel y Francisco Chenlo

características e información sujetos a variación sin previo aviso

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