SOLDADURA POR ARCO CON ELECTRODOS DE TUNGSTENO BAJO PROTECCION GASEOSA – GTAW (GAS TUNGSTEN ARC WELDING)

 El proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo de tungsteno, también llamado proceso TIG (Tungsteno Inert Gas), se diferencia de los demás procesos de soldadura por arco en 2 aspectos fundamentales:

1º . El electrodo empleado no es consumible.

2º . La soldadura de las partes entre sí, puede realizarse sin el aporte de material.

Básicamente consiste en un proceso de soldadura por arco en el cual el calor es generado entre un electrodo no consumible y el metal base (pieza a soldar).Por su modo de operación, el proceso TIG es similar al de una soldadura autógena, con la diferencia que el calor desarrollado por éste proceso es producido por una llama oxiacetilénica.

NATURALEZA DEL ARCO ELECTRICO

Descripción:  

El arco eléctrico se establece como consecuencia de una circulación de una corriente eléctrica entre 2 electrodos, que atraviesa una columna de gas en estado ionizado, llamado “Plasma”. El arco eléctrico está dividido en 3 zonas:

a)    Zona Catódica, corresponde al polo negativo del arco.

b)   Zona Anódica, corresponde al polo positivo del arco.

c)    Zona del Plasma, corresponde al gas en estado ionizado.

Los electrones  cuya carga es negativa, provienen de la zona catódica, (cuyo emisor es el cátodo) y se mueven conjuntamente  con los iones negativos del  plasma hacia el ánodo que es el polo positivo. Los iones positivos del plasma fluyen en sentido inverso, es decir desde la zona anódica  hacia  el cátodo. No obstante a estos dos tipos de circulación de cargas eléctricas, el flujo principal y más intenso de la corriente en el arco es el producido por  el movimiento de los electrones, que en definitiva constituyen  la corriente eléctrica (Ver figura)

El arco eléctrico se caracteriza por poseer una elevada intensidad de corriente eléctrica y baja tensión  de arco por consiguiente, requiere una alta concentración de electrones para  transportar la corriente.El calor generado en la zona catódica, se debe principalmente al choque producido por los iones positivos  contra la superficie del cátodo. El calor generado en la zona anódica o sobre el ánodo, es causado por el choque de los electrones que han adquirido una aceleración durante su paso a través del plasma por la acción de la tensión  del arco, y devuelven la energía cinética adquirida  en forma de calor al hacer impacto contra la superficie del ánodo.

El plasma del arco, es una mezcla de gas atómico neutro y ionizado (excitado). En la parte central de la columna del plasma los electrones, átomos y los iones se hallan en movimiento acelerado y en constante colisión. La porción más caliente del plasma es la parte central  de la columna, donde el movimiento es más intenso. La parte exterior de la columna del arco es algo más fría dando lugar a la recombinación  de las moléculas de gas que fueron disociadas en la parte central de la columna.   

En la fig. anterior podemos observa la caída de tensión en las 3 zonas del arco eléctrico, cambiando la longitud del arco, cambia la tensión del mismo y la distribución del calor en las tres zona. Cambiando el gas formador del plasma, se obtiene un cambio en el balance del calor entre el cátodo y el ánodo. Dependiendo el tipo de proceso de soldadura utilizado, cambia la distribución de calor entre el ánodo y el cátodo, es decir, para un proceso, el ánodo constituye el polo más caliente y para otro proceso, lo es el cátodo o polo negativo.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO TIG DE SOLDADURA

Descripción de las Partes que componen el Equipo.

Básicamente el equipamiento del proceso TIG de soldadura consiste en:

-          Una máquina de soldar  que puede ser de corriente continua o alterna, generalmente son las mismas utilizadas en soldadura manual con electrodos revestidos - [1].

-          Un cabezal ó cofre de control - [2].

-          Una torcha porta electrodo, que consiste en una manguera o conducto a través del cual se transporta la corriente y el gas protector, en cuyo extremo posee una empuñadura con el sistema de fijación del electrodo de tungsteno - [3].

-          Un tubo de gas con su correspondiente regulador con caudalímetro - [4].

-          Un equipo de refrigeración por agua de la torcha (opcional).

Todo el equipo se encuentra interconectado, tal como lo muestra la figura.

Principios de Funcionamiento.

Al accionar  o pulsar el botón que la torcha tiene en su empuñadura energiza todo el circuito haciendo saltar el arco entre el extremo o punta de un electrodo no consumible y el metal base o pieza. El calor desarrollado por dicho arco funde el metal base formando un baño de metal líquido. Tanto el electrodo como el metal fundido y las áreas adyacentes, son protegida de la contaminación atmosférica  por una envoltura gaseosa (Ver fig.)

Una vez establecido el arco eléctrico y formado el baño de fusión se acerca una varilla (que constituye el metal de aporte) hasta que la misma toque el arco (no el tungsteno), por la acción del calor generado por el arco eléctrico, se funde el extremo de la varilla depositando una gota de metal fundido (ver próxima figura), que luego es trabajada (desparramada) por el arco. La varilla es introducida  y retirada del arco cada vez que una gota es depositada.

Se debe  tomar la precaución de NO RETIRAR la varilla más allá  del cono de protección gaseosa, a los efectos de evitar su oxidación (el extremo oxidado de la varilla causa porosidades en el metal depositado). El avance del arco para un diestro, es de derecha a izquierda, de manera tal, que el cordón depositado queda a la derecha del soldador.

La posición relativa entre el eje del electrodo y la varilla de aporte es de aproximadamente 90º.

La longitud del arco eléctrico, es aproximadamente  1½ veces  el diámetro del electrodo de tungsteno, no obstante, depende mucho de la mano del soldador. De cualquier manera, la longitud del arco no deberá exceder los 5 mm como máximo, por cuanto un arco muy largo disipa más calor sobre la superficie del metal base restándole profundidad y fusión dentro del metal, por otra parte el arco se vuelve menos estable, aumenta el riesgo de contaminación tanto del metal de aporte como del baño de fusión, además de causar una mayor deformación de la junta o costura soldada.

Por otra parte la penetración de la soldadura dependerá de la velocidad con que se aporta la varilla, por cuanto a mayor deposición, mayor será el calor absorbido del arco y por consiguiente  menor calentamiento del metal base en  el sentido del espesor, reduciendo consecuentemente la penetración.

La extinción del arco o finalización de la soldadura se produce reduciendo lentamente el aporte con la varilla e inclinando simultáneamente la torcha hacia el cordón depositado y alejando suavemente  el electrodo de la costura hasta que el arco quede totalmente apagado. Acto seguido se deja que el gas protector  continúe su flujo hacia el baño fundido hasta que éste se torne de color oscuro, después del cual se corta el flujo gaseoso y se retira la torcha.

FUENTES DE PODER          

Definición

Una fuente de poder se la puede definir, como un aparato eléctrico o máquina eléctrica capaz de transformar una elevada tensión (220/380 volts) y relativamente bajas intensidades de corrientes eléctricas (20/40 amperes) en bajos voltajes (9/30 v) y muy elevados amperajes (100/2000 A). En otras palabras, transforma la tensión y corriente de línea en tensiones y corrientes de soldadura.

Clasificación

Las fuentes se dividen en 2 grandes grupos:

A.    Fuentes de soldadura de Corriente Alterna, comúnmente llamadas Transformadores.

B.    Fuentes de soldadura de Corriente Continua. Este grupo de fuentes, a su vez, se divide en 2 subgrupos:

B.1 Máquinas Estáticas, llamadas RECTIFICADORAS, que son fuente de corriente alterna que tienen incorporadas un sistema que permite transforma la corriente alterna en una corriente continua cuasi pura.     

B.2 Máquinas Rotativas, llamadas GENERADORAS, son fuentes que como su nombre lo indica, generan corriente continua pura. El generador (dínamo) puede ser accionado por un motor eléctrico, o bien, por un motor a explosión, en cuy caso adquiere el nombre de MOTOGENERADORA O MOTOSOLDADORA.

Curvas Características

Dependiendo del tipo de proceso de soldadura utilizado, las fuentes se clasifican en Corriente Constante y Tensión Constante.Se dice que una fuente es de Corriente Constante cuando la curva característica de la fuente tiene la forma indicada en la fig. , y recibe dicho nombre  por cuanto a pesar de una variación grande en la tensión del arco eléctrico,  la corriente prácticamente no cambia.

Una fuente  es de Tensión Constante, cuando su curva característica responde a la forma del diagrama indicado en la próxima figura , y se denomina de ese modo, por cuanto a una gran variación de la corriente de soldadura, la tensión se mantiene prácticamente constante.

TIPOS DE CORRIENTE Y POLARIDAD  

Corriente Continua

Se define como corriente continua, aquella corriente que no cambia con el transcurrir del tiempo, o sea, se mantiene constante. Para que se establezca una circulación de corriente eléctrica, necesariamente debe existir un polo positivo  y un polo negativo (ver Arco Eléctrico del 1er. Capítulo), en la fuente de poder o máquina de soldar, son los terminales a los cuales van conectados el electrodo (pinza) y la masa (tierra).

Polaridad

Se define como polaridad a la conexión del electrodo a uno de los terminales o polos de la máquina.

-          Polaridad Inversa

Se dice que la polaridad es inversa, cuando el electrodo se halla conectado al polo positivo (+) de la máquina. En este caso la circulación de la corriente (electrones) eléctrica es desde la pieza (que está conectada  al polo negativo de la máquina) hacia el electrodo, o sea, entra en el electrodo. Ver fig.

-          Polaridad Directa

La polaridad es directa, cuando el electrodo se encuentra conectado al polo negativo (-) de la máquina. En este caso, la circulación  de la corriente  eléctrica es, del electrodo hacia la pieza que se halla conectada al polo positivo de la fuente. Ver figura.

 Corriente Alterna

La corriente alterna cambia constantemente su valor con el pasar del tiempo de manera cíclica. Se la representa tal como indica la próxima figura , donde un ciclo está compuesto  por 2 semiciclos, uno por encima del eje horizontal, denominado semiciclo positivo y uno por debajo del eje horizontal, llamado semiciclo negativo.

Es una corriente alterna de 50 ciclos, significa que en 1 (un) segundo cambia 100 veces su polaridad, pasando en forma alternada de polaridad  positiva a la negativa, dicho de otra manera, en un instante la corriente circula en un sentido y en el siguiente instante lo hace en sentido contrario y así 100 veces por segundo. Cabe señalar que en corriente alterna no tiene sentido hablar de polaridad directa o inversa, por cuanto ésta cambia constantemente.

Corriente Pulsante 

Una corriente pulsante es aquella que también cambia con el tiempo, aumentando y disminuyendo su valor, solo que mantiene constante su polaridad. En una corriente pulsante, los períodos pueden ser modificados de acuerdo a la necesidad, tanto en frecuencia (cantidad de períodos por segundo) como en amplitud (altura de cada semiperíodo)

Ventajas y Aplicaciones

El proceso TIG para la mayoría de las aplicaciones, utiliza la fuente de corriente continua y polaridad directa (electrodo al polo negativo), con excepción de la soldadura del aluminio y el magnesio el resto de los metales incluyendo el acero inoxidable y el titanio se sueldan empleando dicha polaridad.

Estando conectado el electrodo al polo (-) de la máquina, permite trabajar  con mayores intensidades  sin que se funda el extremo del electrodo, hecho que no ocurre si se lo conecta al polo (+).

La razón del calentamiento y posterior fusión del electrodo se debe al hecho, que en polaridad inversa, la corriente circula, como ya habíamos visto, hacia el electrodo, los electrones al chocar con el tungsteno transforman toda su energía cinética en calor y si se tiene en cuenta que el 70% del calor generado por el arco eléctrico se concentra  en el polo positivo, en este caso sobre el electrodo de tungsteno, el deterioro del mismo será inminente.

A continuación se da una tabla con los amperajes recomendados para distintos diámetros de electrodos, tipo de corriente y polaridad.       

ELECTRODO	CORRIENTE CONTINUA		CORRIENTE ALTERNA
(mm)	POLARIDAD DIRECTA	POLARIDAD INVERSA
0,5	5-20	-	5-20
1,0	15-80	-	20-60
1,6	70-150	10-20	60-120
2,4	150-250	15-30	100-180
3,2	250-400	25-40	160-250
4,0	400-500	40-55	200-320
4,8	500-750	55-80	290-390
6,4	750-1000	80-125	340-525

Todos estos valores son referidos a electrodos de tungsteno tipo EW Th-1 y EW Th-2, utilizando como gas de protección el Argón.

Los valores de amperaje indicados en el cuadro superior, reflejan de manera elocuente la influencia de la polaridad del electrodo en corriente continua.

Como ya se mencionó anteriormente, tanto el aluminio como el magnesio no pueden ser soldados con polaridad directa, sino que debería utilizarse la polaridad inversa (electrodo en el polo positivo). La razón de ello se debe al hecho que dichos metales forman sobre su superficie una capa de óxido que los protege y para poder romper la misma es necesario producir un bombardeo de iones (cargas positivas)  sobre la misma. Habíamos visto en el primer capítulo que las cargas positivas circulan en sentido contrario a las negativas (electrones), entonces para que ello suceda deberíamos conecta el electrodo al polo positivo, de manera tal que al quedar la pieza conectada al polo negativo los iones se dirigirán hacia dicha superficie produciendo allí su descarga y consecuente acción de limpieza (eliminación del óxido). Sin embargo, ya hemos visto que deberíamos trabajar con amperajes excesivamente bajos, o bien, utilizar  diámetros de electrodos muy grandes. Par salvar dicho inconveniente, se utiliza  corriente alterna en lugar de la continua.

En corriente alterna, solamente el 50% del tiempo el electrodo trabaja en polaridad  positiva, lo cual permite que el mismo se enfríe lo suficiente como para evitar su deterioro, y además se cumple con el objetivo de limpieza durante el semiciclo positivo. Ver en figura el efecto del tipo de corriente y polaridad sobre la limpieza y penetración de la soldadura.

La Figura A, muestra una soldadura  realizada con CC y Polaridad Directa, donde se observa una buena penetración, por cuanto la concentración de calor se origina en la superficie  de la junta. No existe acción de limpieza con ésta polaridad.

La Figura B, indica una soldadura realizada con CC y Polaridad Inversa, con ésta polaridad se obtiene una buena acción de limpieza como producto del flujo de los iones del gas argón hacia la superficie de la pieza, cuyos impactos contra la misma se produce con suficiente fuerza dando lugar a la destrucción de la capa de óxido allí  presente. Por otra parte, el flujo de los  electrones hacia el electrodo causa un efecto de calentamiento del mismo, produciendo una soldadura con muy escasa penetración.

La Figura C, muestra una soldadura realizada con CA (corriente alterna), donde se combina una buena limpieza llevada a cabo durante el medio ciclo positivo y una adecuada penetración obtenida durante el semiciclo negativo.

Otra variante  de los tipos de corriente utilizadas, es la de corriente Pulsante (descripta anteriormente). Este tipo  de corriente tiene la característica. De permitir  trabajar con energías de arco suficientemente altas como para fundir el metal de aporte (varilla) y al mismo tiempo mantener un bajo aporte térmico global puesto en juego durante la soldadura. Este hecho presenta las siguientes ventajas:

a)    Permite realizar la soldadura en espesores muy finos (menores a 1 mm), sin el riesgo de producir la “pinchadura” o perforación de la junta.

b)   Permite la soldadura de aquellos materiales (inoxidables austeníticos) en los cuales se debe cuidar que el aporte térmico no exceda los límites establecidos.

c)    Permite minimizar considerablemente la deformación de la junta.

d)    Permite un mejor control del baño de fusión de la soldadura desde el punto de vista operativo.

Trabajando en corriente pulsante, durante el semiciclo de alta corriente (también llamada corriente de soldadura) se produce la fusión y deposición de la varilla,  mientras que durante el semiperíodo de baja corriente (llamada corriente de base) se produce el enfriamiento de la gota (metal) depositado.

CARACTERÍSTICAS DEL COFRE TIG

El cofre TIG, también llamado cabezal, constituye la parte más importante de todos los componentes que conforman un equipo TIG. (Cabe señalar que algunos equipos traen incorporados todas  las funciones del cabezal dentro de la fuente de poder, por lo tanto algunas fuentes tienen todos los controles en el panel frontal  de la máquina de soldar). Como mínimo el cabezal TIG trae incorporado los siguientes sistemas que permiten la ejecución de soldaduras de alto performance:

Sistema de Alta Frecuencia

Consiste en una bobina que genera ondas muy cortas cuya frecuencia puede oscilar entre los 100 y 300 KHz (pudiendo llegar a los 12 MHz) y con voltajes de pico del orden de los 10 a 20 Kv. La finalidad primordial  de ésta unidad de alta frecuencia, que como dijimos, general ciclos  (como los de una corriente alterna) que se repiten hasta 300.000 veces  en un segundo, es la de producir la ionización del gas protector (argón o helio) para que éste se constituya en un puente eléctrico entre la punta del electrodo y la pieza, permitiendo de ese modo el encendido del arco eléctrico, sin necesidad de establecer el corto circuito tocando la pieza con el extremo del electrodo. 

Cabe señalar, que de no disponer  la unidad generadora de la alta frecuencia, el único modo de encender el arco eléctrico es raspando el electrodo (como si fuera un fósforo) contra la superficie del metal base (maza).

Otra de las funciones importantes de la alta frecuencia, es cuando se está trabajando en Corriente Alterna. Cuando se pasa del semiciclo positivo al negativo, necesariamente se pasa por un punto donde la corriente vale cero (0), o sea, se interrumpe la circulación del flujo eléctrico y para reiniciar el mismo sería necesario provocar un corto circuito (trabajando en corriente alterna es prácticamente imposible). Merced a la presencia de la alta frecuencia en el circuito de soldadura, la ionización que ésta provoca en los gases que rodean el arco, permite el reencendido del mismo cada vez que la corriente pasa por cero. Dicho de otro modo, a pesar de la interrupción de la corriente eléctrica, el arco no se extingue gracias a la presencia del plasma que forman los gases dentro del arco.    

Resumiendo podemos decir que la unidad  generadora de la Alta Frecuencia se emplea en un proceso TIG para:

a)    Producir el encendido del arco, sin necesidad de tocar la pieza con el electrodo.

b)   Permitir el reencendido del arco cuando se suelda con Corriente Alterna.

c)    Inferir una mayor estabilidad al arco eléctrico.

d)    Asegurar una mejor y más eficiente limpieza (eliminación de los óxidos) en la soldadura de metales tales como el Al y Mg.

Cabe señalar que, como consecuencia del punto (a), se obtienen dos ventajas fundamentales que consisten en; evitar la contaminación del electrodo de tungsteno con el metal base, y por otro lado, el deterioro de la punta y posterior desgaste debido al reafilado del mismo en cada interrupción de la operación de soldadura.

Sistemas de Pre y Posflujo de Gas. 

Se trata de un circuito programado que viene incorporado en el cofre TIG. Básicamente  consiste en temporizadores que permiten preestablecer tiempos de salida del gas protector, ya sea, antes del inicio o encendido del arco, como después  de extinguido del mismo.

La finalidad del preflujo de gas, como primer objetivo; es inertizar el espacio entre la tobera (elemento que rodea el electrodo y a través del cual se dirige el flujo de gas)   y la superficie  a soldar, y como segundo objetivo; permitir su ionización bajo la acción de la alta frecuencia.

La función del posflujo de gas, tiene por misión, la de proteger el baño de fusión y el electrodo después  de la extinción del arco eléctrico, de la acción del aire que lo rodea. El posflujo de gas se mantiene el tiempo necesario hasta que el baño se haya solidificado y su color haya adquirido el aspecto de gris oscuro.

La ventaja de utilizar el preflujo de gas está implícita  en su función arriba descripta, en cuanto a la necesidad del posflujo de gas, se debe al hecho, que si se deja sin protección el baño de fusión después  de interrumpida la soldadura, no solo se produce la oxidación del metal depositado y del electrodo (por el oxígeno del aire circundante), sino que podría desembocar en una fisura en el cráter del metal depositado debido a un enfriamiento brusco.

 Sistema de Pendiente Final – Anticráter.  

Esta unidad electrónica de control de la pendiente al finalizar la soldadura , también llamado “Sistema Anticráter”, ha sido incorporado a los efectos de evitar una brusca interrupción de la corriente del arco eléctrico.

Durante la operación de soldadura, la intensidad de la corriente en el arco eléctrico  es bastante elevada (90/130 amp.)  y produce un aporte térmico capaz de fundir tanto el metal base como la varilla de aporte, cuando finaliza la operación de soldadura o se interrumpe el arco eléctrico, la corriente de soldadura cae a cero en forma abrupta, causando un rápido enfriamiento de la pileta, o baño de fusión, originando un rechupe en la misma, dando lugar a la formación de una concavidad  en el centro de la pileta, llamado Cráter. Dicho cráter, bajo determinadas condiciones de esfuerzos puede conducir a la fisuración de la junta.

El sistema Anticráter, prevé la formación del rechupe en la pileta durante la solidificación, haciendo que la corriente de soldadura antes de ser interrumpida, reduzca gradualmente su intensidad hasta alcanzar un valor de aproximadamente un 30-40% del amperaje  de soldadura utilizado.

GASES DE PROTECCION

Como su nombre lo indica, se los utiliza para la protección tanto del arco eléctrico como la pileta del baño de fusión.

Estos gases son químicamente inertes, es decir, que no reaccionan ni se combinan con el metal fundido ni dañan al electrodo.

Los gases  comúnmente utilizados en el proceso TIG, son el Argón, Helio y la mezcla  de ambos. Es muy importante el grado de pureza de dichos gases, si por ejemplo, el argón contiene 0,3% de oxígeno como impureza, se deteriora notablemente la conformación del cordón de soldadura, disminuye la zona de emisión catódica, se  oxida el tungsteno, etc. Por otra parte, la presencia   de un contenido de hidrógeno superior al 1%, trae aparejado poros en la soldadura y una película de color grisáceo sobre el cordón depositado, también disminuye la mancha catódica. Finalmente la humedad contenida en los gases no debe exceder el 0,05% (punto de rocío cerca de –50 ^o C), por cuanto es detrimental la influencia del vapor de agua sobre el metal depositado, que por la acción del arco eléctrico se disocia en oxígeno e hidrógeno.

La pureza de los gases de soldadura debe ser del 99,99% como mínimo para asegurar una buena calidad de metal depositado.

Propiedades de los Gases

Argón

El Argón es un gas inerte, cuyo peso atómico es 40, es aproximadamente 1,4 veces más pesado que el aire, siendo su potencial de ionización 15,7 volts (potencial de ionización es el voltaje  requerido para extraer un electrón de un átomo del gas transformándolo en un ión, o en un átomo cargado eléctricamente). Este gas tiene una baja conductividad térmica, lo cual significa que no es un buen conductor  del calor, este efecto se traduce en una mayor densidad de arco, o sea, que el arco concentra una mayor energía y la confina en una pequeña área central. El argón produce una mejor acción de limpieza y confiere una mayor estabilidad al arco eléctrico aún a bajos amperajes de soldadura.

Ventajas

  

La utilización de éste gas presenta las siguientes ventajas

1.    Arco más suave y silencioso.

2.     Para una misma corriente, el voltaje del arco es más bajo,  por consiguiente el aporte térmico es menor.

3.    Apto para la soldadura de espesores (chapas) finas.

4.    Por su buena acción de limpieza, se lo utiliza para la soldadura del aluminio y el magnesio.

5.    Por ser más pesado que el aire, requiere menor caudal de gas en la soldadura bajo mano.

6.    Mayor facilidad de encendido.

7.    Menor costo y de más fácil obtención.

8.    Para la soldadura vertical y sobre cabeza, si bien, no otorga una buena protección, se lo prefiere por el buen control que ejerce sobre la pileta líquida.

9.    Más apto para la soldadura  de materiales disímiles.

Helio

El helio es un gas mucho más liviano que el argón, siendo su peso atómico igual a 4, por consiguiente es 10 veces más liviano que el argón y aproximadamente  7 veces más liviano que el aire.

El potencial de ionización del helio es de 24,5 volt, y posee una excelente conductividad térmica, por lo tanto disminuye la densidad del arco eléctrico como consecuencia de la expansión de la columna del arco por efecto de la transmisión del calor, el arco es más abierto. Como la tensión del arco eléctrico es mayor, a igual longitud de arco la energía aportada es también mayor, se estima que el helio emite 1/3 más de calor que el argón trabajando con la misma intensidad de corriente eléctrica. Por ser más liviano que el aire, requiere de un 10 a 20% más de consumo.

Ventajas    

1.    Apto para la soldadura de grandes espesores debido al mayor  calor generado en el arco.

2.    Soldadura de metales con alta conductividad térmica, como el caso del cobre.

3.    Apto en soldaduras de altas velocidades. Menor riesgo de porosidades en la soldadura.

4.    Mayor penetración por mayor aporte térmico.

5.    Aplicable en procesos automáticos de soldadura.

6.    Mejor protección en soldadura vertical y sobre cabeza.

6.1.3. Mezcla Argón-Helio

Estas mezclas son utilizadas principalmente  en soldaduras TIG automatizadas, y cuando se requiere combinar el mejor control de la pileta líquida que brinda el argón con la mayor penetración que otorga el helio.

Dependiendo de las características del trabajo se utilizan los siguientes tipos de mezclas:

75% HELIO / 25% ARGON

80% HELIO / 20% ARGON

TIPOS DE ELECTRODOS DE TUNGSTENO

A  diferencia de los electrodos utilizados en otros procesos de soldadura, en el proceso TIG el electrodo no es consumible y tampoco constituye el metal de aporte en la soldadura.

El tungsteno es un metal sumamente duro de color gris, es altamente refractario que no se funde ni vaporiza con el calor del arco. Tiene un punto de fusión de 3410 º C y es el de mayor punto de fusión de todos los metales.  Además, retiene su dureza aún estando en estado incadescente y es muy buen emisor de electrones.

Los electrodos de tungsteno se presentan en varias dimensiones, de distintos diámetros (desde 0,3mm a 6,4mm) y longitudes (de “3 a 24”), además puede ser de tungsteno puro o aleado al torio o zirconio.

Clasificación según norma AWS

La norma AWS A5.12 clasifica  los electrodos de tungsteno según la siguiente denominación:

 

La misma norma identifica cada tipo de electrodo con un determinado color, según sea su clasificación. La tabla siguiente  indica los tipos de electrodos y su correspondiente color:

Clasificación AWS	Color
EWP	Verde
EWTh-1	Amarillo
EWTh-2	Colorado
EWTh-3	Azul
EWZr	Marrón

Selección y Usos del Electrodo

La selección del tipo de electrodo va depender en gran medida del tipo de material que se quiere soldar, del tipo de corriente con que se va a trabajar y de las características operativas.

La selección del diámetro del electrodo se deberá efectuar teniendo en cuenta que el mismo, no debe ser ni tan pequeño que se corra el riesgo de fundir el extremo del mismo, ni tan grande que conduzca a una inestabilidad del arco (para una corriente de soldadura  dada), como consecuencia de la disminución de la emisión electrónica debido al bajo calentamiento del electrodo.

Las corrientes de soldadura recomendados para los distintos diámetros y tipos de electrodos, se indican en la tabla que se da a continuación:

Typical Ranges of Current Used in Gas Tungsten-Arc Welding  With Tungsten Electrodes of Various Diameters (AWS A5.12-69) (a)

	Direct current, amp
	Straight	Reverse	Alternating  current
	Polarity	polarity	(high frecuency), amp
	EWP	EWP	Unbalanced wave			Balanced wave
	EWTh-1	EWTh-1		EWTh-1			EWTh-1
Electrode	EWTh-2	EWTh-2		EWTh-2			EWTh-2
Diameter,in	EWTh-3	EWTh-3	EWP	EWZr	EWTh-3	EWP	EWZr	EWTh-3
0.010........	Up to 15	(b)	Up to 15	Up to 15	(b)	Up to 15	Up to 15	(b)
0,020........	5-20	(b)	5-15	5-20	(b)	10-20	5-20	10-20
0.040........	15-80	(b)	10-60	15-80	10-80	20-30	20-60	20-60
1/16.........	70-150	10-20	50-100	70-150	50-150	30-80	60-120	30-120
3/32.........	150-250	15-30	100-160	140-235	100-235	60-130	100-180	60-180
¼............	250-400	25-40	150-210	225-325	150-325	100-180	160-250	100-250
3/32..........	400-500	40-55	200-275	300-400	200-400	160-240	200-320	160-320
3/16..........	500-750	55-80	250-350	400-500	250-500	190-300	290-390	190-390
¼.............	750-1000	80-125	325-450	500-630	325-630	250-400	340-525	250-525

(a) Ranges are based on the use of argon as the shielding gas. Other current values may be employed, depending on the shielding gas (lower values would be use with helium as the shielding gas ), type of equipment, and application. (b) These combinations are not commonly used.

Electrodo de Tungsteno Puro – EWP

Este electrodo tiene una pureza como mínimo 99,5%. Se lo utiliza preferentemente cuando se trabaja en corriente alterna para la soldadura del aluminio y el magnesio, infiere buena estabilidad al arco eléctrico con este tipo de corriente, tanto con el gas argón como con el helio. También puede se utilizado en corriente continua donde la soldadura no es tan crítica, por cuanto  tiene tendencia a desprender partículas muy finas de tungsteno a través del arco hacia el metal depositado, causando la contaminación de la soldadura.

Trabajando en corriente alterna, no es necesario afilar la punta del electrodo, por cuanto al formarse el arco eléctrico, el extremo del electrodo adquiere inmediatamente una forma semiesférica  ó cuasi esferoidal y mantiene la misma durante  todo el tiempo que dura la soldadura. Esta forma semiesférica es la que otorga la mayor  estabilidad al arco eléctrico en corriente alterna.

Electrodos de Tungsteno Toriado – EWTh-1, EWTh-2 y EWTh-3

El electrodo de tungsteno toriado, se obtiene por el agregado de pequeños porcentajes de óxido de torio (ThO2) al tungsteno puro, con lo cual se mejoran algunas de las propiedades del electrodo, tales como: 

-          Aumento de la emisión electrónica.

-          Aumento de la capacidad de transporte de la corriente de soldadura.

-          La durabilidad del electrodo es sustancialmente  mayor.

-          Trabajando en corriente continua, la punta afilada del electrodo mantiene su forma durante toda la soldadura y no requiere de un nuevo afiliado.

-          Mayor resistencia a la contaminación.

Si bien, un electrodo de tungsteno toriado, trabajando con corriente alterna, admite  amperajes de hasta 50% mayores que uno de tungsteno puro, no es recomendable su utilización, por cuanto es muy sensible a las irregularidades de la onda alterna y principalmente si no está balanceada. El mayor inconveniente que causa este electrodo en corriente alterna es la erraticidad del arco sumado a la considerable proyección de las partículas de tungsteno hacia la soldadura, originando la contaminación de la misma.

La mayor aplicación de éste tipo de electrodo, es trabajando en corriente continua y polaridad directa, donde tiene su mayor venta respecto del tungsteno puro.

El tungsteno toriado de mayor aplicación es el aleado al 2% de torio. A diferencia del tungsteno  puro, el electrodo  toriado debe tener la punta afilada, para obtener un arco más estable y concentrado.

Cabe hacer una mención especial al electrodo clasificado como EWTh-3, que incorpora entre un 1 y 2% de ThO2 (óxido de torio)a través de un segmento (banda) lateral. Con esta disposición se consigue combinar el tipo esfera  en la punta del electrodo de tungsteno como si fuera puro y las características de encendido y capacidad de transporte  de corriente que posee un electrodo toriado, que además permite trabajar con bajos amperajes manteniendo la estabilidad  del arco, hecho que era imposible con un tungsteno puro.

Este electrodo fue desarrollado para mejorar el comportamiento del electrodo de tungsteno puro, cuando se trabaja en corriente alterna. También puede ser utilizado en corriente continua, tomando la precaución de no afilar la punta del electrodo, dado que después del afilado queda eliminada la banda toriada quedando la punta del electrodo de tungsteno puro.

Electrodo aleado al Zirconio – EWZr

Este tipo de electrodo es utilizado principalmente  en corriente alterna (CA) dado que presenta una alta resistencia a la contaminación además de poseer buenas características de encendido.

Este electrodo al igual que el tungsteno puro, forma en su extremo una punta semiesférica  tipo bolita que como habíamos visto, favorece a una mayor estabilidad  del arco soldando en CA.

Donde es requerida  la máxima calidad de soldadura y la total ausencia de contaminación del metal depositado, se recomienda  el uso de electrodos aleados al zirconio.

El electrodo aleado al Zr, produce un arco estable y resistente  al   chisporroteo, la capacidad de transporte de la corriente  de soldadura es igual o ligeramente  mayor, para un mismo diámetro, que el de un electrodo de tungsteno toriado.

METAL DE APORTE – VARILLAS TIG.

Es un proceso GTAW, el metal de aporte puede ser el mismo metal base o pieza a soldar adecuadamente preparada, o varillas de aporte que se adicionan al baño de soldadura, cuyo mecanismo ya había sido explicado anteriormente.

Dependiendo del tipo de material base a soldar, se deberá seleccionar la varilla adecuada que reúna las propiedades físicas o químicas del material de la pieza. En la mayoría de los casos se consiguen varillas en el mercado cuyas propiedades mecánicas  permiten su utilización en un amplio espectro de materiales base y que se encuentran clasificadas por  códigos y normas  internacionales, tales como, la AWS, DIN, AFNOR, etc. Sin embargo, en caso de no encontrar el tipo de varilla que reúna las propiedades físicas o químicas del metal base a soldar, existe el recurso  de cortar una tira del metal base y utilizar la misma como metal de aporte.

Clasificación de las Varillas de Aporte según AWS.  

TÉCNICAS Y APLICACIONES DEL PROCESO TIG.

El aspecto más saliente del proceso TIG de soldadura, es la calidad del metal depositado desde el punto de vista tanto mecánico (estructural) como radiográfico. La compacticidad del metal depositado, su resistencia mecánica, su pureza y homogeneidad química (no hay volatilización de los elementos de aleación durante la transferencia del metal de aporte al baño de fusión y su elevada resistencia a la corrosión, hacen que este proceso sea insustituible en la soldadura donde se requiere una alta calidad del metal depositado.

Si bien,  el proceso TIG puede ser aplicado en cualquier tipo de soldadura, su principal y más ventajosa utilización es en la soldadura de raíz donde se requiere penetración total, ya sea, en cañerías o en aquellos lugares donde no se tiene acceso del lado interior. Demás está decir, que es un proceso irreemplazable en la soldadura de raíz de materiales de baja aleación e inoxidables. Otra de las aplicaciones importantes de éste proceso es en la soldadura de láminas  metálicas cuyos espesores sean menores de 1 mm o en tuberías (tubing) cuyos diámetros son de ½“ (12 mm)  y menores.

           

Ventajas Respecto de Otros Procesos de Soldadura

Las principales ventajas de la soldadura  TIG son:

Ø  Versatilidad del método, permite soldar en todas las posiciones sin afectar la calidad de soldadura.

Ø  Arco muy suave, estable y concentrado.

Ø  Alta calidad del metal depositado.

Ø  Cordones de soldadura parejos y regulares, sin crestas ni bordes abruptos.

Ø  No produce salpicaduras.

Ø  No forma escorias, por lo tanto no requiere limpieza posterior.

Ø  Se puede soldar sin metal de aporte.

                  

Como desventaja, se puede mencionar la lentitud del proceso cuando se trata de soldar espesores de más de 4 mm en forma completa.

Preparaciones Típicas de Juntas Soldadas con TIG

La figura muestra las distintas preparaciones de la junta que se utiliza en un proceso TIG, según sea el espesor de la pieza y la configuración de la  unión.

La próxima figura muestra algunas formas de protección de las uniones, donde la configuración de la junta no permite una adecuada cobertura de la soldadura, o bien, obliga la utilización de un excesivo caudal de gas.