Técnica y Fundamentos de
la
Soldadura TIG
Soldadura TIG
DESARROLLO DEL CONTENIDO
1.1- Generalidades
Este es
un procedimiento de soldeo donde la protección del baño de fusión se va a
encomendar al establecimiento de una atmósfera artificial mediante un gas
protector, y el empleo de un electrodo no consumible.
Si se
persigue obtener cordones de soldadura con calidad, éste es el procedimiento
más adecuado. No obstante su dificultad de realización es alta, y requiere la
pericia de un operario altamente cualificado.
2- Descripción del
procedimiento TIG
2.1- Principios del proceso
Es un
procedimiento de soldadura con electrodo refractario bajo atmósfera gaseosa.
Esta técnica puede utilizarse con o sin metal de aportación.
El gas
inerte, generalmente Argón, aísla el material fundido de la atmósfera exterior
evitando así su contaminación. El arco eléctrico se establece entre el
electrodo de tungsteno no consumible y la pieza. El gas inerte envuelve también
al electrodo evitando así toda posibilidad de oxidación.
Como
material para la fabricación del electrodo se emplea el tungsteno. Se trata de
un metal escaso en la corteza terrestre que se encuentra en forma de óxido o de
sales en ciertos minerales. De color gris acerado, muy duro y denso, tiene el
punto de fusión más elevado de todos los metales y el punto de ebullición más
alto de todos los elementos conocidos, de ahí que se emplee para fabricar los
electrodos no consumibles para la soldadura TIG.
A
continuación se define los parámetros que caracterizan a este tipo de
procedimiento:
- Fuente de calor: por arco eléctrico;
- Tipo de
electrodo: no consumible;
- Tipo de
protección: por gas inerte;
-
Material de aportación: externa mediante varilla, aunque para el caso de
chapas finas se puede conseguir la soldadura mediante fusión de los bordes sin
aportación exterior;
- Tipo de
proceso: fundamentalmente es manual;
-
Aplicaciones: a todos los metales;
-
Dificultad operatoria: mucha.
Una
variante de este proceso es el llamado TIG pulsado, donde la corriente que se
aplica varía entre dos niveles a frecuencias que dependen del tipo de trabajo,
consiguiéndose mejorar el proceso de cebado. Para este caso el tipo de
corriente a emplear es alterna. El TIG pulsado tiene aplicación sobre todo para
pequeños espesores.
2.2- Equipamiento
Para
llevar a cabo la soldadura mediante el procedimiento TIG es necesario el
siguiente equipo básico:
- Generador de corriente CC y/o CA de característica descendente;
-
Generador de alta frecuencia o de impulsos, que mejora la estabilidad del arco
en caso de empleo de CA, y facilita el cebado;
- El
circuito de gas;
- Pinza
Porta-electrodo;
-
Circuito de refrigeración;
- Órganos
de control;
La pinza
termina formando una tobera por donde sale el gas, sobresaliendo por su centro
el electrodo.
A
continuación, se expone un ejemplo de la pinza porta-electrodos para soldaduras
TIG:
Figura 3.
Pinza porta-electrodo
El
procedimiento TIG es de aplicación para todo tipo de metales y en soldaduras
con responsabilidad, debido a la gran calidad de los cordones que se obtienen.
No obstante, requiere cierta pericia en la fase inicial de cebado del arco,
debido a la posibilidad que existe que durante esta fase se produzca que el
extremo del electrodo toque la pieza. Si esto ocurre puede originarse la
contaminación del baño con restos del electrodo que puedan desprenderse.
Para
espesores de piezas a soldar superiores a los 6-8 mm. Este procedimiento no
resulta económico.
2.3- Material de aporte
Cuando se
utilice material de aportación para la soldadura, éste debe ser similar al
material base de las piezas a soldar. Este procedimiento no genera escorias al
no emplearse revestimientos en el electrodo, ni tampoco se forman proyecciones,
normalmente las varillas empleadas como producto de aporte son de varios
diámetros en función de los espesores de las piezas a unir.
2.4- Gases de protección
A
continuación se relacionan los principales gases empleados en la soldadura TIG:
• Argón (Ar):
Este gas
ofrece buena estabilidad del arco y facilidad de encendido. Además ofrece una
baja conductividad térmica, lo que favorece a la concentración de calor en la
parte central del arco, originándose por ello una penetración muy acusada en el
centro del cordón.
Cuando se
usa este gas el aspecto típico del cordón es como el que se muestra en la
figura adjunta:
Figura 4.
Aspecto de cordón de soldadura usando Argón
• Helio (He):
Este gas
es muy poco utilizado en Europa. Es necesario aplicar mayor tensión en el arco,
consiguiéndose una penetración menor y cordones más anchos. Por otro lado, su
uso exige emplear mayor caudal de gas que si se empleara el argón.
• Mezcla de Argón-Helio:
Empleando
la mezcla de ambos gases se obtienen características intermedias. No obstante,
sólo se suele empelar para el soldeo del cobre, dado que esta mezcla de gases
contribuye a la figuración en frío del acero.
• Mezcla de Argón-Hidrógeno:
Su uso
aumenta el poder de penetración de la soldadura. Se restringe su uso para
soldar aceros inoxidables, dado que aumenta la posibilidad de la figuración en
frío para otros aceros.
2.5- Electrodos
Los
electrodos empleados en la soldadura TIG deben ser tales en su naturaleza y
diseño, que garanticen un correcto cebado y mantenimiento del arco eléctrico.
Por otro
lado, al no ser consumibles, deben estar constituidos de materiales con un
elevadísimo punto de fusión (>4.000 ºC) que eviten su degradación.
Entre los
materiales existentes es el Tungsteno, en estado puro o aleado, el que mejor
cumple con las condiciones exigibles. También se suele utilizar con ciertos
componentes añadidos a su composición. Estos elementos aleantes favorecen
ciertos aspectos, como el encendido del arco y además mejoran su estabilidad,
aparte de mejorar también el punto de fusión del tungsteno puro. Así se suele
utilizar como material para los electrodos el tungsteno aleado con torio (Th) o
con circonio (Zr).
Los
electrodos se presentan en forma cilíndrica con una gama de diámetros de 1,6;
2,4 y 3,2 mm. Cabe destacar la importancia del afilado en el extremo del
electrodo, que incide de manera decisiva en la calidad de la soldadura, como se
muestra en la figura siguiente:
Figura 5.
Influencia del afilado del electrodo en la calidad de la soldadura
2.6- Tipos de corriente eléctrica
Para las
soldaduras TIG se puede emplear tanto la corriente continua como alterna. En la
figura siguiente se expone los resultados del empleo de uno u otro tipo de
corriente:
Figura 6.
Influencia del tipo de corriente en la calidad de la soldadura
Para el
caso de uso de Corriente Alterna (CA) se obtienen unos efectos intermedios en
el aspecto del cordón, además de precisar de un generador de alta frecuencia
para estabilizar el arco.
Lo
habitual en TIG es emplear corriente continua en polaridad directa, debido a
que los electrodos con esta configuración alcanzan menor temperatura, y por lo
tanto se degradan menos.
A
continuación se adjunta una tabla donde, en función del material y tipo de
corriente empleada, se resume la calidad de soldadura obtenida:
Material
|
CA
|
CCPD
|
CCPI
|
Magnesio e < 3 mm.
|
MB
|
M
|
B
|
Magnesio e > 4 mm.
|
MB
|
M
|
M
|
Aluminio e < 2,5 mm.
|
MB
|
M
|
B
|
Aluminio e > 2,5 mm.
|
MB
|
M
|
B
|
Acero Inoxidable
|
B
|
MB
|
M
|
Aleaciones de Bronce
|
B
|
MB
|
M
|
Plata
|
B
|
MB
|
M
|
Aleaciones de Cr y Ni
|
B
|
MB
|
M
|
Aceros bajo en C (e < 0,8 mm.)
|
B
|
MB
|
M
|
Aceros bajo en C (e < 3 mm.)
|
M
|
MB
|
M
|
Aceros altos en C (e < 0,8 mm.)
|
B
|
MB
|
M
|
Aceros altos en C (e < 3 mm.)
|
B
|
MB
|
M
|
De donde
se tiene la siguiente leyenda,
CA: Corriente Alterna;
CCPD:
Corriente Continua Polaridad Directa;
CCPI:
Corriente Continua Polaridad Inversa.
Y el
criterio de soldabilidad representado en la tabla es:
MB: Muy buena;
B: Buena;
M: Mala.
3- Técnica
operatoria de soldeo
3.1- Generalidades
A
continuación se expone una serie de recomendaciones de uso que defina los
valores de aquellos parámetros que más influyen en la calidad de la soldadura
final, con el objetivo de conseguir cordones de soldadura óptimos aplicando
esta técnica de soldeo.
3.2- Distancias
En la
técnica TIG es muy importante la distancia que separa el electrodo de la pieza,
que influye en el mantenimiento del arco eléctrico, así como el tramo de
electrodo que sobresale de la tobera de la pinza, recomendándose los siguientes
valores según la figura adjunta:
Figura 7.
Distancias entre electrodo y pieza
5 mm como máximo de salida del electrodo fuera de la tobera;
5 mm como máximo para la distancia de la punta del electrodo a la pieza.
3.3- Ángulo
Otro
factor importante que se debe controlar es la inclinación de la pinza
porta-electrodos. Lo ideal sería a 90º con la pinza totalmente perpendicular a
la pieza, pero se puede admitir una inclinación entre 75º y 80º, a fin de
facilitar el trabajo y el control visual del cordón.
En todo
caso, hay que recalcar la idea que una mayor inclinación va en detrimento de la
protección de la soldadura, dado que se produce una peor incidencia de la
campana de gas protector sobre el baño.
Figura 8.
Ángulo de inclinación respecto a la vertical 30º
Figura 9.
Ángulo de inclinación respecto a la vertical entre 0º y 15º
3.4- Caudal de gas
El caudal
de gas para que la soldadura resulte óptima estaría comprendido entre los 6 y
12 litros/minuto.
Durante
el proceso de soldadura se debe tener la precaución de mantener dentro del
flujo de gas la parte caliente de la varilla con el material de aporte, dado
que si sale fuera del flujo de protección éste se oxidaría perdiendo
propiedades.
Ya se
comentó la importancia del afilado del extremo del electrodo para la estabilidad
del arco eléctrico.
Durante
el proceso de mecanizado de la punta del electrodo para obtener su afilado se
debe tener la precaución de dejar que las estrías queden perpendiculares a la
corriente. Con ello se conseguiría que el arco salga más centrado. Si no se
sigue esta recomendación se corre el peligro de que el arco resulte errático
durante la soldadura.
Para su
afilado se recomienda también utilizar una piedra esmeril fina.
Figura
10. Afilado del electrodo
La intensidad
de corriente requerida será función del diámetro del electrodo que utilicemos.
A continuación se relaciona los valores estimados de corriente:
Diámetro (mm.)
|
Intensidad (A)
|
1,6
|
70-150
|
2,0
|
100-200
|
2,4
|
150-250
|
3,0
|
250-400
|
Como en
todo proceso de soldadura, la presencia de grasas, aceites, óxidos, etc. … son
fuente de contaminación del baño fundido, lo que interfiere negativamente en la
calidad final del cordón que se obtenga.
