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LA SOLDADURA POR ARCO CON ELECTRODOS REVESTIDOS
(M.M.A. Manual Metal Arc)
 
         
  A. Consideraciones preliminares      
  La soldadura por arco con electrodos revestidos es un procedimiento manual en el que la fuente térmica está constituida por el arco eléctrico que, disparándose entre electrodo revestido (soportado por la pinza porta electrodo) y la pieza a soldar (material base), desarrolla el calor que provoca una rápida fusión tanto del material base como del electrodo (material de aporte).                     
 
         
  B. El circuito de soldadura
El circuito de soldadura está compuesto principalmente por los siguientes elementos:

 
 
   
1. generador de corriente

2. pinza porta electrodo

3. electrodo revestido

4. pinza de masa

5. los cables de pinza y de masa

 

 
         
  1. generador de corriente      
  El generador de corriente tiene como tarea alimentar el arco eléctrico presente entre el material base y el electrodo, a través de la salida de una cantidad de corriente suficiente para mantenerlo encendido.  
  La soldadura por electrodo se basa en el principio de la corriente constante, esto es, la corriente distribuida por el generador no debe cambiar cuando el operador mueve el electrodo en la pieza. La característica de fabricación de la fuente es, por lo tanto, la necesaria para mantener invariada la corriente en presencia de variaciones de la longitud del arco debidas al acercamiento o alejamiento del electrodo: cuanto más constante resulta la corriente, más estable se presenta el arco, facilitando de esta manera el trabajo del operador. Normalmente, en el interior está presente un dispositivo de regulación de la corriente de soldadura, de tipo mecánico (shunt magnético o reactancia saturable) o electrónico (sistemas por SCR o sistemas por inverter). Esta distinción es la que permite clasificar las soldadoras por electrodo en tres familias, en función de su tecnología de fabricación: soldadoras electromecánicas, soldadoras electrónicas (por SCR), soldadoras por inverter.
La polaridad de la corriente de salida del generador identifica otras dos categorías de pertenencia:
 
 
     
         
  a) generador de corriente alterna CA (alternating current)
La corriente de salida del generador asume la forma de una onda típicamente sinusoidal, que cambia su polaridad con intervalos regulares, con una frecuencia de 50 o 60 ciclos por segundo (Hertz). Ésta se obtiene mediante un transformador, que permite convertir la corriente de red en una corriente de soldadura adecuada. Es propia de las soldadoras electromecánicas.
 
 
         
 
 
 
         
  b) generador de corriente continua CC (direct current)
La corriente en salida del generador presenta una forma de onda continua, que se obtiene mediante un dispositivo, el rectificador, colocado antes del transformador, que permite la conversión de la corriente de alterna a continua. Esta salida es típica de los generadores por SCR y por inverter.
 
  En el caso que el circuito de soldadura esté formado por un generador de corriente continua (CC) puede introducirse una ulterior clasificación en función de la modalidad de conexión de los polos de la fuente de soldadura al material a soldar:

i) conexión en polaridad directa
La conexión en polaridad directa se produce conectando el cable de pinza (con pinza porta electrodo) al polo negativo (-) de la fuente de soldadura y el cable de masa (con pinza de masa) al polo positivo (+) de la fuente. El arco eléctrico concentra el calor producido en la pieza favoreciendo la fusión. De esta manera el alma del electrodo fundiendo se deposita y penetra en la junta a soldar.
 
     
 
 
     
  ii) conexión en polaridad inversa
La conexión en polaridad inversa se produce conectando el cable de pinza (con pinza porta electrodo) al polo positivo (+) de la fuente de soldadura y el cable de masa (con pinza de masa) al polo negativo (-) de la fuente. El calor del arco eléctrico se concentra sobretodo en el extremo del electrodo. Cada tipo de electrodo necesita un tipo específico de curso de corriente (CA o CC) y en el caso de corrinete CC una polaridad específica: por lo tanto, la elección del electrodo está condicionada por la tipología del generador utilizado. Una utilización equivocada comporta problemas en la estabilidad del arco y, en consecuencia, en la calidad de la soldadura.
 
     
  2. pinza porta electrodo  
  La pinza porta electrodo tiene la función primaria de soportar el electrodo garantizando un buen contacto eléctrico para el paso de la corriente; además, debe garantizar un aislamiento eléctrico suficiente para el soldador.  
 
     
  3. electrodo revestido  
  El electrodo revestido está compuesto por un alma y por un revestimiento, los cuales tienes tareas diferentes pero complementarias: el alma hace sobretodo de conductor de corriente para la alimentación del arco y de aporte del material para el llenado de la junta, mientras que el revestimiento tiene la función primaria de proteger el baño de fusión y estabilizar el arco.  
 
  4-5. pinza de masa y cables  
  El borne de masa es un dispositivo que asegura, mediante el cable de masa, el reenganche de la conexión eléctrica entre la fuente de soldadura y la pieza a soldar.
El cable de pinza permite la conexión eléctrica entre la pinza porta electrodo y el generador.
 
         
  C. Los dispositivos de arc force, hot start, anti-stick  
  Para facilitar el empleo de los generadores de soldadura, pueden estar presentes en el interior de los mismos dispositivos especiales caracterizados por la terminología que se muestra a continuación.
El dispositivo de arc force facilita la transferencia de las gotas de material fundido del electrodo al material a soldar, previniendo el apagado del arco cuando se produce el contacto, a través de las gotas mismas, entre electrodo y baño de fusión.
El dispositivo de hot start facilita el cebado del arco eléctrico, ofreciendo una sobrecorriente, con cada repartida de la soldadura.
El dispositivo anti-stick apaga automáticamente el generador de soldadura, si el electrodo se pega al material a soldar, permitiendo la eliminación manual, sin dañar la pinza porta electrodo.
 
         
  D. Los electrodos revestidos      
  1.1 Características
El electrodo revestido está compuesto por un alma y un revestimiento:
El alma está formada por una varilla de metal conductor que tiene como única función el aporte de material a la pieza. El material con el que está formada depende del material base a soldar: para los aceros al carbono, para los cuales la soldadura por electrodo está más difundida, el alma es de acero dulce. Durante la soldadura el alma funde un poco antes que el revestimiento.
 
 
 
El revestimiento
es la parte más importante del electrodo y tiene numerosas funciones. En primer lugar sirve para proteger la soldadura de la contaminación del aire, y lo hace tanto volatilizándose, y por lo tanto modificando la atmósfera alrededor del baño, como fundiéndose con retraso, y en consecuencia protegiendo el alma con el cráter que naturalmente se forma, como licuándose y flotando encima del baño. Además contiene materiales capaces de depurar el material base y elementos que pueden contribuir en la creación de aleaciones en la fusión. La elección del revestimiento es, por lo tanto, muy importante y depende de las características que se quiere dar a la soldadura. Además, el revestimiento puede contener también metal de aporte en polvo, para aumentar la cantidad del material depositado y por lo tanto la velocidad de la soldadura. Se habla en este caso de electrodo de alto rendimiento.
 
     
  1.2 Subdivisión de los electrodos
Existen a la venta diferentes tipos de electrodos revestidos, donde su composición química influye fuertemente en la estabilidad del arco eléctrico, la profundidad de penetración, la deposición del material, la pureza del baño, esto es, los campos de aplicación de los mismos.
Considerando el tipo de revestimiento, las principales tipologías de electrodos son:
* electrodos con revestimiento ácido
Los revestimientos de estos electrodos están formados por óxidos de hierro, aleaciones ferrosas de manganeso y silicio. Garantizan una buena estabilidad del arco que los hace idóneos tanto para la corriente alterna (CA) como para la corriente continua (CC). Tienen un baño muy fluido que no permite soldaduras en determinadas posiciones; además no tienen un gran poder de limpieza en el material base y esto puede causar grietas.
No soportan elevadas temperaturas de secado, con el consiguiente riesgo de humedad residual y por lo tanto de inclusiones de hidrógeno en la soldadura.
* electrodos con revestimiento al rutilo
El revestimiento de este electrodo está compuesto esencialmente por un mineral llamado rutilo. Este último está formado por un 95% de bióxido de titanio, un compuesto muy estable que garantiza una óptima estabilidad del arco y una elevada fluidez del baño, con un apreciable efecto estético en la soldadura. La tarea del revestimiento rutilo es, en cualquier caso, garantizar una fusión dulce, de fácil realización, facilitando la formación de una escoria abundante y viscosa que permite un buen deslizamiento en la soldadura, sobretodo en posición plana. En este caso el cordón se presenta visualmente bello y regular. Sin embargo, tampoco estos revestimientos tienen una gran eficacia como limpiadores y por lo tanto se aconsejan en los casos donde el material base no contiene muchas impurezas; además no secan bien y por lo tanto desarrollan mucho hidrógeno en la soldadura.
En algunas aplicaciones se combina al rutilo otro componente típico de otros revestimientos, como la celulosa (electrodo rutilo-celulósicos) o la fluorita (electrodos rutilo-básicos). El objetivo es normalmente obtener un electrodo con arco estable pero con unas características de soldadura con mayor rendimiento.
La estabilidad del arco es una prerrogativa que hace posible el empleo de este electrodo tanto con corriente alterna (CA) como con corriente continua (CC) en polaridad directa. Se usa sobretodo en espesores reducidos.
* electrodos con revestimiento celulósico
El revestimiento de estos electrodos está formado sobretodo por celulosa integrada con aleaciones ferrosas (magnesio y silicio). El revestimiento gasifica casi completamente, permitiendo de esta manera la soldadura también en posición vertical descendiente, lo que no está permitido con otros tipos de electrodo; la elevada gasificación de la celulosa reduce la cantidad de escorias presentes en la soldadura. El elevado desarrollo de hidrógeno (derivado de la especial composición química del revestimiento) hace que el baño de soldadura sea "caliente", con la fusión de una notable cantidad de material base; se obtienen de esta manera soldaduras que penetran en profundidad, con pocas escorias en el baño.
Las características mecánicas de la soldadura son óptimas; el nivel estético es bastante bajo ya que la casi total ausencia de la protección líquida ofrecida por el revestimiento impide una modelación del baño durante la solidificación.
La corriente de soldadura, dada la escasa estabilidad del arco, es normalmente en corriente continua (CC) con polaridad inversa.
* electrodos con revestimiento básico
El revestimiento de los electrodos básicos está formado por óxidos de hierro, aleaciones ferrosas y sobretodo por carbonatos de calcio y magnesio a los cuales, añadiendo el fluoruro de calcio, se obtiene la fluorita, o sea, un mineral adecuado para facilitar la fusión. Tienen una elevada capacidad de depuración del material base, por lo que se obtienen soldaduras de calidad y con una notable robustez mecánica. Además, estos electrodos soportan elevadas temperaturas de secado, y por lo tanto no contaminan el baño con hidrógeno. La fluorita hace que el arco sea muy inestable: el baño es menos fluido, se producen frecuentes corto circuitos debidos a una transferencia del material de aporte con grandes gotas; el arco debe mantenerse muy corto por la escasa volatilidad del mismo revestimiento; todas estas características hacen necesario que el soldador tenga una buena experiencia. Tienen una escoria dura y difícil de quitar, y debe eliminarse completamente en caso de repasos. Estos electrodos se prestan para reali
zar soldaduras en posición, verticales, por encima de la cabeza, etc...
En lo que se refiere a la corriente a emplear, se aconseja el empleo de generadores de corriente continua (CC) en polaridad inversa. Los electrodos básicos se distinguen por la elevadísima cantidad de material depositado y se adaptan notablemente a la soldadura de juntas de grandes espesores. Son fuertemente higroscópicos y se aconseja mantener estos electrodos en ambientes secos y en cajas bien cerradas; si esto no fuese posible, se aconseja efectuar un nuevo secado del electrodo antes de la utilización.

1.3 Características de los diferentes tipos de electrodos

 
 
TIPO
VENTAJAS
INCONVENIENTES
APLICACIONES
Ácido * bajo coste
* arco estable
* corriente CA y CC
* escoria fácil de eliminar
* elevada desoxidación
* fácilmente conservables
* baño fluido
* escaso efecto de limpieza
* elevado aporte de hidrogeno
* escoria no se puede refundir
* soldaduras en horizontal
* aceros bajos en carbono y con poca presencia de impurezas
* soldaduras económicas y con características mecánicas suficientes (buena robustez pero riesgo de grietas)
Rutilo * bajo coste
* arco estable
* fácil cebado
* corriente CA y CC
* cordón estéticamente mejor
* fácilmente conservables
* baño fluido
* escaso efecto de limpieza
* elevado aporte de hidrogeno
* soldaduras en horizontal
* soldaduras en vertical y en esquinas para pequeños espesores
* aceros bajos en carbono y con poca presencia de impurezas
* soldaduras estéticamente buenas pero características mecánicas suficientes (buena robustez pero riesgo de grietas)
Celulósico * elevada penetración
* elevada manejabilidad
* escoria reducida
* son necesarios generadores CC con elevada tensión en vacío
* cordón irregular
* elevado aporte de hidrogeno
* soldaduras en todas las posiciones, incluida la vertical descendiente
* tubos o donde no sea posible el cordón al reverso
* soldaduras en las que el acceso del electrodo resulta crítico
* aceros bajos en carbono con escasa presencia de impurezas
Básico * óptima limpieza del material
* aporte de hidrogeno muy reducido
* baño frío
* arco poco estable
* escoria no se puede refundir y de difícil eliminación
* arco corto y difícil de trabar
* cebado difícil
* generadores CC
* de difícil conservación
* soldaduras en todas las posiciones, incluso con grandes espesores
* elevadas velocidades de depósito
* soldaduras de elevada calidad mecánica, incluso con materiales que contengan impurezas
 
         
  1.4 Elección de la corriente en función del electrodo  
 
VALORES MEDIOS DE LA CORRIENTE DE SOLDADURA (A)
Diámetro electrodo (mm)
1,60
2,00
2,50
3,25
4,00
5,00
6,00
Electrodo ácido
-
-
-
100-150
120-190
170-270
240-380
Electrodo rutilo
30-55
40-70
50-100
80-130
120-170
150-250
220-370
Electrodo celulósico
20-45
30-60
40-80
70-120
100-150
140-230
200-300
Electrodo básico
50-75
60-100
70-120
110-150
140-200
190-260
250-320
 
         
  2. Clasificación de los electrodos      
  Los grupos de electrodos revestidos se clasifican según la norma EN 499 por el tipo de revestimiento en función de sus características más importantes.
a) Según la normativa en vigor cada electrodo puede definirse en su totalidad con una sigla indicada en la envoltura de la protección, como a continuación se muestra:
 
   
 
E
44
T
3
C
1
9
R09
KV20
 
 
Los diferentes elementos tienen el siguiente significado:

* E = electrodo
* 44 = resistencia a tracción, que puede ser:
00 = ningún valor garantizado
44 = mínimo garantizado 44 Joule
* T = Tipo de aplicación que puede ser:
S = para chapas finas (inferior a 4 mm.)
L = para chapas medias y gruesas
T = para tuberías
* 3 = clase de calidad, que varía de 1 a 4, en función de especiales pruebas mecánicas.
* C = tipo de revestimiento, que puede ser:
R = rutilo RC = rutilo-celulósico
B = básico RB = rutilo-básico
C = celulósico V = especial
* 1 = posiciones de soldadura, que puede ser:
1 = todas
2 = todas, excepto vertical descendiente
3 = sólo plano y plano-frontal (ángulo normal)
4 = sólo plano y ángulo sobre vértice
* 9 = corriente eléctrica a emplear, que puede ser:
* R09 = valor mínimo garantizado del rendimiento, expresado en décimas
* KV20 = símbolo añadido para características de resiliencia a baja temperatura
En el ejemplo el electrodo tiene un valor de resiliencia de hasta - 20ºC.

b) según la clasificación AWS (AMERICAN WELDING SOCIETY) ASTM (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS) cada electrodo está representado además del logotipo del fabricante por un símbolo como en el siguiente ejemplo:
 
     
   
 
E
60
1
1
 
         
  El significado del cada término es el siguiente:
E = electrodo
60 = resistencia mínima a tracción, expresada en libras por pulgada cuadrada
1 = posiciones de soldadura, que puede ser:
1 = todas
2 = plano y ángulo sobre vértice
1 = corriente de soldadura, que puede ser:
0 = continua con polaridad positiva, para electrodos celulósicos
1 = alterna y continua (polo positivo)
2 = alterna y continua (polo negativo)
3 = alterna y continua para electrodos al rutilo
4 = alterna y continua para electrodos de alto rendimiento, al rutilo
5 = continua con polaridad positiva para electrodos básicos
6 = alterna y continua para electrodos básicos
7 = alterna y continua (cualquier polaridad) para electrodos de alto rendimiento con óxido de hierro.
8 = alterna y continua (polo positivo) para electrodos básicos de alto rendimiento
 
     
  E. La soldadura en MMA de los materiales  
  Si el acero es de composición fácilmente reconocible, pueden utilizarse los electrodos rutilos, por su mayor facilidad de cebado, de soldadura y por la buena estética del cordón.
En la práctica, la soldadura de los aceros con un nivel medio o elevado de carbono (>0,25%) puede provocar la formación de defectos estructurales; se aconseja la aplicación del procedimiento por electrodo sobretodo para la soldadura de juntas con espesores medios-grandes y utilizando electrodos básicos: en estos casos se obtiene una alta calidad de la soldadura junto a una buena resistencia a la rotura. La soldadura de tubos de acero se produce utilizando electrodos celulósicos, donde es necesaria una elevada penetración y que sea fácil trabajar el electrodo. Se aconseja siempre el biselado, con ángulo de bisel suficiente para una casi completa introducción del electrodo en la ranura de soldadura.
 
 
En relación a los materiales especiales, como aceros inoxidables, aluminios y sus aleaciones, y fundición, se utilizan electrodos específicos.

Los aceros inoxidables se sueldan en corriente continua (CC) con polaridad inversa; se utilizan electrodos específicos, que se diferencias por la composición metalúrgica del material a soldar (presencia del cromo (Cr) y del níquel (Ni) en porcentajes variables).
El aluminios y las aleaciones ligeras se sueldan en corriente continua (CC) con polaridad inversa. La máquina debe estar dotada de una dinámica de cebado más bien elevada para garantizar el encendido del electrodo.
Se utilizan también en este caso electrodos especiales, que se diferencian por la composición metalúrgica del material a soldar (presencia del magnesio (Mg) y del silicio (Si) en porcentajes variables).
La fundición se suelda en corriente continua (CC) con polaridad inversa; la mayor parte de las estructuras y órganos mecánicos en fundición se obtienen por fusión, por lo tanto la soldadura se usa para corregir posibles defectos de fusión y para reparaciones. Se utilizan electrodos especiales y el material base debe calentarse adecuadamente antes de la utilización.
 
         
 
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La soldadura por arco con electrodos revestidos es un procedimiento manual en el que la fuente térmica está constituida por el arco eléctrico.
 
 
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